DE102017209226B4 - Method for producing a photovoltaic element - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikelements (2), insbesondere eines organischen Photovoltaikelements (2) angegeben. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt eine untere Elektrode (6) ausgebildet. Danach wird in einem zweiten Schritt eine aktive Schicht (8) auf die untere Elektrode (6) aufgetragen wird. Danach wird in einem dritten Schritt die untere Elektrode (6) strukturiert, wobei eine Anzahl von Trennstellen (20) ausgebildet wird, welche die untere Elektrode (6) in mehrere untere Teilelektroden (6a, 6b) unterteilen. In dem dritten Schritt wird die aktive Schicht (8) zudem derart strukturiert, dass eine Anzahl an Kontaktstellen (22) ausgebildet wird, an welchen die untere Elektrode (6) freigelegt wird. Danach wird in einem vierten Schritt auf die aktive Schicht (8) eine obere Elektrode (14) aufgetragen. An einer jeweiligen Kontaktstelle (22) wird die obere Elektrode (14) mit der unteren Elektrode (6) kontaktiert. Weiterhin wird ein entsprechendes Photovoltaikelement (2) angegeben.

Figure DE102017209226B4_0000
The invention relates to a method for producing a photovoltaic element (2), in particular an organic photovoltaic element (2). In the method, a lower electrode (6) is formed in a first step. Thereafter, in a second step, an active layer (8) is applied to the lower electrode (6). Thereafter, in a third step, the lower electrode (6) is patterned, forming a number of separation points (20) which divide the lower electrode (6) into a plurality of lower sub-electrodes (6a, 6b). In addition, in the third step, the active layer (8) is patterned such that a number of contact points (22) are formed, at which the lower electrode (6) is exposed. Thereafter, in a fourth step, an upper electrode (14) is applied to the active layer (8). At a respective contact point (22), the upper electrode (14) is contacted with the lower electrode (6). Furthermore, a corresponding photovoltaic element (2) is specified.
Figure DE102017209226B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikelements.The invention relates to a method for producing a photovoltaic element.

Ein Photovoltaikelement dient der Erzeugung von Energie durch Umwandlung von Licht. Hierzu weist das Photovoltaikelement zwei Elektroden auf, nämlich eine untere Elektrode und eine obere Elektrode, zwischen welchen eine aktive Schicht angeordnet ist. Die aktive Schicht wird auch als funktionelle Schicht bezeichnet. In der aktiven Schicht wird Licht absorbiert, woraufhin Ladungen freigesetzt werden. Diese werden über die Elektroden abgeführt. Insbesondere bei einem organischen Photovoltaikelement ist die aktive Schicht häufig ein Stapel mehrerer, insbesondere zweier Einzelschichten aus unterschiedlichen aktiven Materialien. Die Einzelschichten werden insbesondere in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten hergestellt, d.h. aufgetragen.A photovoltaic element serves to generate energy by converting light. For this purpose, the photovoltaic element has two electrodes, namely a lower electrode and an upper electrode, between which an active layer is arranged. The active layer is also referred to as a functional layer. In the active layer, light is absorbed, whereupon charges are released. These are removed via the electrodes. In particular, in the case of an organic photovoltaic element, the active layer is often a stack of several, in particular two individual layers of different active materials. The individual layers are produced in particular in successive process steps, i. applied.

Die üblicherweise geringen Dicken der Schichten eines Photovoltaikelements führen beim Ladungstransport der erzeugten Ladungen bereits zu signifikanten Verlusten aufgrund eines entsprechenden elektrischen Widerstands. Zusätzlich ist häufig zumindest eine der Elektroden als transparente Elektrode ausgebildet und weist dann typischerweise materialbedingt eine schlechte Leitfähigkeit auf, führt also ebenfalls zu signifikanten Verlusten beim Ladungstransport. Dadurch ist auch die nutzbare Fläche entsprechend begrenzt, d.h. der Füllfaktor des Photovoltaikelements ist reduziert.The usually small thicknesses of the layers of a photovoltaic element already lead to significant losses due to a corresponding electrical resistance during charge transport of the generated charges. In addition, often at least one of the electrodes is formed as a transparent electrode and then typically has a material-related poor conductivity, thus also leads to significant losses in charge transport. This also limits the usable area accordingly, i. the fill factor of the photovoltaic element is reduced.

Um den Weg beim Ladungstransport möglichst gering zu halten weist das Photovoltaikelement üblicherweise mehrere Zellen auf sowie eine Anzahl an Durchkontaktierungen, um die Zellen miteinander zu verschalten. Dadurch ist es möglich, die Verluste beim Ladungstransport zu verringern, insbesondere indem die Ladungen mittels der oberen Elektrode transportiert werden, welche üblicherweise aus einem besonders gut leitenden Material gefertigt ist. Das Photovoltaikelement weist dann eine Gesamtspannung auf, welche sich aus der Anzahl an Zellen und deren Verschaltung untereinander mittels der Durchkontaktierungen ergibt und welche proportional zur Gesamtzahl der verschalteten Zellen ist.In order to keep the path during the charge transport as low as possible, the photovoltaic element usually has a plurality of cells and a number of plated-through holes in order to interconnect the cells. This makes it possible to reduce the losses in charge transport, in particular by the charges are transported by means of the upper electrode, which is usually made of a particularly highly conductive material. The photovoltaic element then has a total voltage which results from the number of cells and their interconnection with one another by means of the plated-through holes and which is proportional to the total number of interconnected cells.

Die Herstellung erfolgt beispielsweise derart, dass zunächst die untere Elektrode hergestellt wird, indem ein leitendes Material flächig auf einen Träger aufgetragen und in einem ersten Strukturierungsschritt strukturiert wird, um mehrere Teilelektroden für mehrere Zellen zu bilden. Anschließend wird die aktive Schicht ausgebildet, indem auf die untere Elektrode flächig ein oder mehrere aktive Materialien aufgetragen werden und in einem zweiten Strukturierungsschritt ebenfalls strukturiert werden. Beim Strukturieren der aktiven Schicht wird in dieser eine Anzahl an Ausnehmungen erzeugt, welche jeweils selektiv eine Anzahl an Teilbereichen der unteren Elektrode freilegen. Schließlich wird auf die aktive Schicht ein weiteres leitendes Material flächig aufgetragen und strukturiert, um die obere Elektrode auszubilden. Dabei wird auch eine Anzahl von Durchkontaktierungen ausgebildet, welche die obere und die untere Elektrode miteinander leitend verbinden. Die Durchkontaktierungen bestehen dann aus dem Material der oberen Elektrode, welches beim Auftragen auf die strukturierte, aktive Schicht in die Ausnehmungen in der aktiven Schicht eindringt und sich in den freigelegten Teilbereichen mit der unteren Elektrode verbindet.The production takes place, for example, in such a way that first the lower electrode is produced by a conductive material being applied flatly to a support and structured in a first structuring step in order to form a plurality of partial electrodes for a plurality of cells. Subsequently, the active layer is formed by one or more active materials are applied flat on the lower electrode and also structured in a second structuring step. In structuring the active layer, a number of recesses are created therein, each of which selectively exposes a number of subregions of the lower electrode. Finally, another conductive material is applied and patterned onto the active layer to form the upper electrode. In this case, a number of plated-through holes are formed, which conductively connect the upper and lower electrodes to one another. The plated-through holes then consist of the material of the upper electrode which, when applied to the structured, active layer, penetrates into the recesses in the active layer and connects to the lower electrode in the exposed partial regions.

Diverse Herstellungsverfahren für Photovoltaikelemente werden beispielsweise beschrieben in US 4 243 432 A , US 4 873 201 A und US 2004/0 219 710 A1 .Various production methods for photovoltaic elements are described, for example, in US 4,243,432 . US 4,873,201 A and US 2004/0219710 A1 ,

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikelements anzugeben sowie ein entsprechendes Photovoltaikelement. Dabei soll die Herstellung möglichst kostengünstig sein und eine möglichst flexible Fertigung ermöglichen.Against this background, it is an object of the invention to provide an improved method for producing a photovoltaic element and a corresponding photovoltaic element. The production should be as inexpensive as possible and allow the most flexible production.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für ein entsprechendes Photovoltaikelement und umgekehrt.The object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous embodiments, developments and variants are the subject of the dependent claims. The statements in connection with the method also apply mutatis mutandis to a corresponding photovoltaic element and vice versa.

Das Verfahren dient der Herstellung eines Photovoltaikelements, insbesondere eines organischen Photovoltaikelements. Ein Photovoltaikelement wird kurz auch als PV-Element bezeichnet. Ein organisches Photovoltaikelement wird kurz auch als OPV-Element bezeichnet. Ein organisches Photovoltaikelement zeichnet sich durch eine aktive Schicht aus einem oder mehreren organischen Materialien aus. Ein organisches Photovoltaikelement ist insbesondere flexibel, d.h. biegbar. Ein organisches Photovoltaikelement lässt sich auf einfache Weise in einem Druckverfahren herstellen, vorzugsweise in einem Rollendruckverfahren, auch als rollto-roll-Verfahren bezeichnet. Das Verfahren ist somit vorzugsweise ein Druckverfahren, insbesondere ein Rollendruckverfahren.The method is used to produce a photovoltaic element, in particular an organic photovoltaic element. A photovoltaic element is briefly referred to as a PV element. An organic photovoltaic element is also referred to as an OPV element for short. An organic photovoltaic element is characterized by an active layer of one or more organic materials. An organic photovoltaic element is particularly flexible, i. bendable. An organic photovoltaic element can be produced in a simple manner in a printing process, preferably in a web-fed printing process, also referred to as a roll-to-roll process. The method is thus preferably a printing method, in particular a web-fed printing method.

In einem ersten Schritt wird eine untere Elektrode ausgebildet. Die untere Elektrode wird aus einem leitenden Material gefertigt. Die untere Elektrode wird insbesondere aus einem transparenten Material, vorzugsweise Indiumzinnoxid, und somit als transparente Elektrode gefertigt. Die untere Elektrode weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwischen 10nm und 500nm auf. Die untere Elektrode wird durchgängig gefertigt, d.h. unstrukturiert. Eine Unterteilung in eine Anzahl von Teilelektroden, welche elektrisch voneinander getrennt sind, erfolgt im ersten Schritt nicht. Die untere Elektrode wird insbesondere auf einem Träger, auch als Trägerschicht bezeichnet ausgebildet. Der Träger besteht geeigneterweise aus einem transparenten Kunststoff. Der Träger dient insbesondere als robuste Unterlage bei der Fertigung des Photovoltaikelements und weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 10µm bis 500µm auf. Die untere Elektrode wird insbesondere flächig, d.h. durchgängig auf den Träger aufgetragen, insbesondere aufgesputtert. In a first step, a lower electrode is formed. The lower electrode is made of a conductive material. The lower electrode is in particular made of a transparent material, preferably indium tin oxide, and thus as a transparent electrode. The lower electrode preferably has a thickness in the range between 10 nm and 500 nm. The lower electrode is made consistently, ie unstructured. A division into a number of sub-electrodes, which are electrically separated from each other, does not occur in the first step. The lower electrode is formed in particular on a carrier, also referred to as a carrier layer. The carrier is suitably made of a transparent plastic. The carrier serves in particular as a robust base in the production of the photovoltaic element and preferably has a thickness in the range of 10 .mu.m to 500 .mu.m. The lower electrode is in particular flat, ie continuously applied to the carrier, in particular sputtered.

Auf den ersten Schritt folgt ein zweiter Schritt, in welchem eine aktive Schicht auf die untere Elektrode aufgetragen wird. Die aktive Schicht wird aus einer Anzahl an Einzelschichten gefertigt, welche jeweils aus einem aktiven Material bestehen. Insbesondere besteht die aktive Schicht aus einer Mischung zweier unterschiedlicher aktiver Materialien. Die aktiven Materialien sind vorzugsweise organisch Halbleitermaterialien, sodass das Photovoltaikelement dann ein organisches Photovoltaikelement ist. Die Einzelschichten und somit die aktive Schicht insgesamt werden mit einer Auftraganlage aufgetragen, vorzugsweise mittels eines Schlitzdüsen-Beschichtungsverfahrens (Englisch: slot-die coating), d.h. die Auftraganlage ist vorzugsweise eine Breitschlitzdüsen-Beschichtungsanlage.The first step is followed by a second step in which an active layer is applied to the lower electrode. The active layer is made of a number of individual layers, each consisting of an active material. In particular, the active layer consists of a mixture of two different active materials. The active materials are preferably organic semiconductor materials such that the photovoltaic element is then an organic photovoltaic element. The individual layers, and thus the active layer as a whole, are applied with an applicator, preferably by means of a slot-die coating process, i. the applicator is preferably a slot die coating machine.

Auf den zweiten Schritt folgt ein dritter Schritt, in welchem die untere Elektrode strukturiert wird. Die untere Elektrode wird dabei insbesondere von oben, d.h. durch die bereits aufgetragene aktive Schicht hindurch strukturiert. Dabei wird eine Anzahl von Trennstellen ausgebildet, welche die untere Elektrode in mehrere untere Teilelektroden unterteilen. Dazu wird das Material der unteren Elektrode bereichsweise entfernt, sodass an einer jeweiligen Trennstelle eine Ausnehmung in der unteren Elektrode entsteht. Die Strukturierung der unteren Elektrode nach dem Auftragen der aktiven Schicht wird auch als erster Strukturierungsschritt, kurz P1* bezeichnet. Demgegenüber wird eine Strukturierung der Elektrode vor einem Auftragen der aktiven Schicht wie eingangs erwähnt kurz als P1 bezeichnet.The second step is followed by a third step, in which the lower electrode is patterned. The lower electrode is thereby in particular from above, i. structured through the already applied active layer. In this case, a number of separation points is formed, which divide the lower electrode into a plurality of lower sub-electrodes. For this purpose, the material of the lower electrode is removed in regions, so that a recess in the lower electrode is formed at a respective separation point. The structuring of the lower electrode after the application of the active layer is also referred to as the first structuring step, P1 * for short. In contrast, structuring of the electrode prior to application of the active layer is briefly referred to as P1, as mentioned above.

In dem dritten Schritt wird weiterhin die aktive Schicht derart strukturiert, dass eine Anzahl an Kontaktstellen ausgebildet wird, an welchen die untere Elektrode freigelegt wird. Die untere Elektrode wird somit bereichsweise freigelegt. Die Kontaktstellen sind nicht die Trennstellen. Mit anderen Worten: die aktive Schicht wird an einer Anzahl an Kontaktstellen durchbrochen, ohne dabei die untere Elektrode zu durchbrechen. Dabei werden sämtliche Einzelschichten der aktiven Schicht durchbrochen. Die untere Elektrode bleibt dagegen an den Kontaktstellen intakt, um später mit der oberen Elektrode kontaktiert zu werden. Somit wird insbesondere ein Sackloch gebildet, d.h. ein Loch, welches durch die aktive Schicht vollständig hindurchreicht und in die untere Elektrode jedoch höchstens teilweise, vorzugsweise gar nicht eindringt. Die Strukturierung der aktiven Schicht, wobei die aktive Schicht vollständig durchbrochen wird, wird auch als zweiter Strukturierungsschritt, kurz P2 bezeichnet.In the third step, furthermore, the active layer is structured in such a way that a number of contact points are formed, at which the lower electrode is exposed. The lower electrode is thus partially exposed. The contact points are not the separation points. In other words, the active layer is broken at a number of pads without breaking the lower electrode. All individual layers of the active layer are broken through. The lower electrode, on the other hand, remains intact at the contact points, to be contacted later with the upper electrode. Thus, in particular, a blind hole is formed, i. a hole which passes completely through the active layer but at most partially, preferably not at all, penetrates into the lower electrode. The structuring of the active layer, wherein the active layer is completely broken, is also referred to as the second structuring step, P2 for short.

In dem dritten Schritt wird die aktive Schicht zusätzlich insbesondere an Teilunterbrechungsstellen lediglich teilweise durchbrochen, d.h. insbesondere dass zumindest eine der Einzelschichten durchbrochen wird, eine andere der Einzelschichten jedoch nicht, d.h. intakt bleibt. Eine solche Strukturierung der aktiven Schicht, wobei die aktive Schicht lediglich teilweise durchbrochen wird, wird auch als dritter Strukturierungsschritt, kurz P3 bezeichnet.In addition, in the third step, the active layer is only partially broken, in particular at partial interruption points, i. in particular, that at least one of the individual layers is broken, but another of the individual layers is not, i. remains intact. Such structuring of the active layer, wherein the active layer is only partially broken, is also referred to as the third structuring step, P3 for short.

Auf den dritten Schritt folgt ein vierter Schritt, in welchem auf die aktive Schicht eine obere Elektrode aufgetragen wird. Die obere Elektrode wird aus einem leitenden Material gefertigt, vorzugsweise aus Silber. Die obere Elektrode wird vorzugsweise als Gitterelektrode ausgebildet. Die obere Elektrode wird insbesondere strukturiert ausgebildet, d.h. mit mehreren oberen Teilelektroden.The third step is followed by a fourth step, in which an upper electrode is applied to the active layer. The upper electrode is made of a conductive material, preferably of silver. The upper electrode is preferably formed as a grid electrode. The upper electrode is formed in particular structured, i. with several upper part electrodes.

Eine jeweilige Kontaktstelle ist zweckmäßigerweise zwischen einer Trennstelle und einer Teilunterbrechungsstelle angeordnet. Jeweils eine Trennstelle, eine Kontaktstelle und insbesondere auch eine Teilunterbrechungsstelle bilden gemeinsam eine Durchkontaktierung. Eine jeweilige Trennstelle teilt die untere Elektrode in zwei untere Teilelektroden, d.h. an der Trennstelle ist die untere Elektrode durchbrochen, wohingegen die obere Elektrode ununterbrochen, d.h. durchgängig ist. Eine jeweilige Teilunterbrechungsstelle teilt die obere Elektrode in zwei obere Teilelektroden, d.h. an der Teilunterbrechungsstelle ist die obere Elektrode durchbrochen, wohingegen die untere Elektrode ununterbrochen, d.h. durchgängig ist. Eine jeweilige Kontaktstelle teilt die aktive Schicht in zwei aktive Teilbereiche und verbindet die obere Elektrode mit der unteren Elektrode. Mit anderen Worten: an einer jeweiligen Kontaktstelle wird und ist die obere Elektrode mit der unteren Elektrode kontaktiert, d.h. leitend verbunden. Ein jeweiliger aktiver Teilbereich bildet mit der darunterliegenden unteren Teilelektrode und mit der darüberliegenden oberen Teilelektrode eine Zelle des Photovoltaikelements.A respective contact point is expediently arranged between a separation point and a partial interruption point. In each case a separation point, a contact point and in particular also a partial interruption point together form a through-connection. A respective separation point divides the lower electrode into two lower sub-electrodes, i. at the point of separation the lower electrode is broken, whereas the upper electrode is continuous, i. is consistent. A respective part interruption point divides the upper electrode into two upper part electrodes, i. at the part interruption point, the upper electrode is broken, whereas the lower electrode is interrupted continuously, i. is consistent. A respective contact point divides the active layer into two active portions and connects the upper electrode to the lower electrode. In other words, at a respective pad, the upper electrode is and is contacted with the lower electrode, i. conductively connected. A respective active subregion forms a cell of the photovoltaic element with the underlying lower subelectrode and with the upper subelectrode located above it.

Bei dem Verfahren werden insbesondere mehrere Zellen gebildet. Die Zellen werden durch die Durchkontaktierungen miteinander verbunden, d.h. verschaltet, vorzugsweise in Serie. Dabei kontaktiert eine jeweilige Durchkontaktierung eine untere Teilelektrode einer der Zellen mit einer oberen Teilelektrode einer anderen der Zellen.In particular, several cells are formed in the method. The cells are connected to each other through the vias, i. interconnected, preferably in series. In this case, a respective through-contact makes contact with a lower partial electrode of one of the cells with an upper partial electrode of another of the cells.

Ein Kerngedanke der Erfindung ist insbesondere, dass die untere Elektrode nicht wie eingangs beschrieben vor dem Auftragen der aktiven Schicht strukturiert wird, sondern erst danach. Ein wesentlicher Vorteil dieser Schrittfolge ist insbesondere, dass vor dem Auftragen der aktiven Schicht noch keine Designentscheidung bezüglich des endgültigen Designs des Photovoltaikelements, d.h. insbesondere bezüglich des Zellenlayouts und der Zellengröße, getroffen werden muss. Eine solche Festlegung kann nunmehr auch nach dem Auftragen der aktiven Schicht vorgenommen werden, wodurch die Produktion des Photovoltaikelements deutlich flexibler gestaltet ist. Eine Anordnung aus Träger, unterer Elektrode und aktiver Schicht wird vorzugsweise als Halbzeug für beliebige Ausgestaltungen bereitgehalten. Das Auftragen der aktiven Schicht ist somit verfahrenstechnisch von der Designentscheidung entkoppelt. Bei einer Strukturierung der unteren Elektrode vor dem Auftragen der aktiven Schicht muss dagegen mit letzterem Schritt gewartet werden, bis klar ist, welches Design das Photovoltaikelement aufweisen soll. Das Auftragen der aktiven Schicht kann erst danach erfolgen. Die Fertigungszeit ab dem Vorliegen einer konkreten Designentscheidung, d.h. ab Eingang eines bestimmten Auftrags ist somit bei dem vorliegenden Verfahren drastisch verkürzt, da der Schritt des Auftragens der aktiven Schicht zu diesem Zeitpunkt bereits vollzogen ist und nicht mehr anfällt. A core idea of the invention is in particular that the lower electrode is not structured as described above before the application of the active layer, but only after. A significant advantage of this sequence of steps is, in particular, that prior to the application of the active layer no design decision with respect to the final design of the photovoltaic element, ie in particular with regard to the cell layout and the cell size, must be made. Such a determination can now be made even after the application of the active layer, whereby the production of the photovoltaic element is designed much more flexible. An assembly of carrier, lower electrode and active layer is preferably provided as a semi-finished product for any desired configurations. The application of the active layer is thus procedurally decoupled from the design decision. When structuring the lower electrode before applying the active layer, however, the latter step must be waited until it is clear which design the photovoltaic element should have. The application of the active layer can take place afterwards. The production time from the existence of a specific design decision, ie from the receipt of a specific order is thus drastically shortened in the present method, since the step of applying the active layer at this time has already been completed and no longer arises.

Das Auftragen der aktiven Schicht erfordert zudem regelmäßig den Betrieb einer entsprechenden Auftragsanlage, deren Betrieb entsprechende Kosten verursacht. Da das Auftragen der aktiven Schicht nun nicht mehr zum Herstellungsprozess eines konkreten Designs gehört, sondern zum Herstellungsprozess des Halbzeugs, welches für eine Vielzahl an Designs verwendbar ist, sind nunmehr auch besonders geringe Fertigungsmengen wirtschaftlich, da nicht für jeden einzelnen Fertigungsauftrag die Auftragsanlage in Betrieb genommen werden muss, sondem lediglich das Halbzeug entsprechend weitergebildet wird. Ausgehend von dem Halbzeug kann vorteilhaft ein Photovoltaikelement mit beliebigem Design erzeugt werden. Da der Betrieb der Auftragsanlage vorteilhaft nunmehr unabhängig von der Designentscheidung eines konkreten Fertigungsauftrags ist, kann die Auftragsanlage besonders wirtschaftlich und mit gleichmäßigem Ausstoß sowie unabhängig von der Auftragslage betrieben werden.The application of the active layer also requires regular operation of a corresponding order system whose operation causes corresponding costs. Since the application of the active layer no longer belongs to the production process of a concrete design, but to the manufacturing process of the semi-finished, which is suitable for a variety of designs, now even very small production quantities are economical, since not the order system for each individual production order commissioned must be, but only the semifinished product is developed accordingly. Starting from the semifinished product, it is advantageously possible to produce a photovoltaic element of any desired design. Since the operation of the application system is now advantageous regardless of the design decision of a specific production order, the application system can be operated particularly economically and with uniform output and regardless of the order situation.

Die nachträgliche Strukturierung der unteren Elektrode ist auch vorteilhaft für das Auftragen der aktiven Schicht. Bei einer vorherigen Strukturierung der unteren Elektrode bleiben unter Umständen Reste des abgetragenen Materials zurück und bilden Aufwerfungen, Spitzen, Schuppen oder andere Unregelmäßigkeiten, welche einen nachträglichen Materialauftrag erschweren. Solche Unregelmäßigkeiten müssen dann in einem aufwendigen Reinigungsschritt entfernt werden. Dabei wird die untere Elektrode z.B. glattgeschliffen, wodurch sich weitere Defekte, z.B. Kratzer ergeben können, welche zu einem entsprechenden Ausschuss führen. Weiter ergeben sich auch schon aufgrund der an sich gewollten Strukturierung der unteren Elektrode möglicherweise Unregelmäßigkeiten, welche nachteilig zu einer Entnetzung (Englisch: dewetting) oder einer ungleichmäßigen Dicke der aktiven Schicht führen können. All diese Probleme werden dadurch umgangen, dass die aktive Schicht schon vor der Strukturierung der unteren Elektrode aufgetragen wird, denn dann wird die aktive Schicht auf einem unstrukturierten, d.h. insbesondere ebenen Untergrund aufgetragen, nämlich auf der unstrukturierten unteren Elektrode. Ein zusätzlicher Reinigungsschritt ist nicht notwendig, weshalb auf einen solchen vorzugsweise auch verzichtet wird. Auch dadurch wird die Herstellungszeit bereits erheblich verkürzt.The subsequent structuring of the lower electrode is also advantageous for the application of the active layer. In a prior structuring of the lower electrode residues of the removed material may remain behind and form impositions, tips, scales or other irregularities, which complicate a subsequent material application. Such irregularities must then be removed in a complex cleaning step. In this case, the lower electrode is e.g. smoothed, resulting in further defects, e.g. Can result in scratches, which lead to a corresponding committee. Furthermore, even due to the desired structuring of the lower electrode, irregularities may possibly arise, which may disadvantageously lead to dewetting or an uneven thickness of the active layer. All of these problems are overcome by applying the active layer before structuring the lower electrode, because then the active layer is deposited on an unstructured, i. in particular flat substrate, namely on the unstructured lower electrode. An additional cleaning step is not necessary, which is why such is preferably also omitted. This also considerably shortens the production time.

Die untere Elektrode wird im dritten Schritt vorzugsweise mittels Laserstrahlung strukturiert, insbesondere mittels eines Laserablationsverfahrens. Dabei wird die untere Elektrode gleichsam zerschnitten. Auf diese Weise werden mehrere Zellen des Photovoltaikelements gebildet.The lower electrode is preferably structured in the third step by means of laser radiation, in particular by means of a laser ablation process. The lower electrode is cut as it were. In this way, several cells of the photovoltaic element are formed.

Grundsätzlich ist es möglich, in dem dritten Schritt die untere Elektrode zu strukturieren, ohne die darüberliegende aktive Schicht zu beeinflussen, d.h. ohne die aktive Schicht ebenfalls zu strukturieren. Insbesondere bei einer Strukturierung mittels Laserstrahlung, werden die Parameter der Laserstrahlung, insbesondere deren Abmessung oder deren Wellenlänge, derart gewählt, dass die Laserstrahlung durch die aktive Schicht hindurch in die untere Elektrode eindringt und überwiegend von dem Material der unteren Elektrode absorbiert wird, wohingegen die aktive Schicht intakt bleibt. Dies ist jedoch besonders bei dünnen Schichten wie beispielsweise bei organischen Photovoltaikelementen problematisch. Unter „dünn“ wird generell eine Dicke von höchstens 1µm verstanden, insbesondere von höchstens 500nm. Die untere Elektrode und die aktive Schicht weisen gemeinsam insbesondere eine Dicke von lediglich bis zu 500nm auf, welches ein Vielfaches geringer ist, als übliche Längen von etwa 10µm einer Fokusregion der Laserstrahlung. Die untere Elektrode kann somit kaum ohne Beeinflussung der aktiven Schicht strukturiert werden. Aufgrund der geringen Dicke der unteren Elektrode und der aktiven Schicht hat das ablatierte Material der unteren Elektrode auch nicht genug Raum, um sich auszubreiten, was im Ergebnis unter Umständen zu einer Sprengung der aktiven Schicht führt.In principle, it is possible in the third step to structure the lower electrode without affecting the overlying active layer, i. without also structuring the active layer. In particular, in the case of structuring by means of laser radiation, the parameters of the laser radiation, in particular its dimension or its wavelength, are chosen such that the laser radiation penetrates through the active layer into the lower electrode and is absorbed predominantly by the material of the lower electrode, whereas the active Layer remains intact. However, this is particularly problematic for thin layers such as organic photovoltaic cells. By "thin" is generally understood a thickness of at most 1 μm, in particular of at most 500 nm. The lower electrode and the active layer have in common, in particular a thickness of only up to 500 nm, which is many times less than usual lengths of about 10 microns of a focus region of the laser radiation. The lower electrode can thus hardly be patterned without influencing the active layer. Also, due to the small thickness of the lower electrode and the active layer, the ablated material of the lower electrode does not have enough space to spread, as a result, possibly resulting in the blowing of the active layer.

Vorliegend wurde jedoch erkannt, dass eine gleichzeitige Strukturierung der aktiven Schicht an den Trennstellen zunächst keine Nachteile birgt, sodass in einer bevorzugten Ausgestaltung bei der Strukturierung der unteren Elektrode gleichzeitig auch die aktive Schicht an den Trennstellen strukturiert wird. Mit anderen Worten: im ersten Strukturierungsschritt erfolgt auch eine Strukturierung der aktiven Schicht, welche jedoch nicht der Strukturierung im zweiten Strukturierungsschritt entspricht. Die aktive Schicht wird demnach in gleicher Weise wie die untere Elektrode strukturiert, d.h. es wird eine Anzahl an Ausnehmungen in der aktiven Schicht erzeugt, wobei die Ausnehmungen der aktiven Schicht mit den Ausnehmungen der unteren Elektrode prinzipbedingt überlappen, d.h. die Ausnehmungen der aktiven Schicht sind ebenfalls an den Trennstellen angeordnet. An der Trennstelle wird somit ein durchgängiges Loch ausgebildet, d.h. ein Loch, welches sowohl vollständig durch die aktive Schicht als auch vollständig durch die untere Elektrode hindurchreicht. Bei der gleichzeitigen Strukturierung der unteren Elektrode und der aktiven Schicht sind die Anforderungen an die Parameter der Laserstrahlung besonders gering, d.h. in größeren Bereichen frei wählbar als bei einer gezielten Strukturierung lediglich der unteren Elektrode. Insbesondere erfolgt eine Strukturierung mit ähnlichen Parametern wie bei einem üblichen Zuschnittverfahren. Wesentlich ist allerdings, dass der Träger unbeschädigt bleibt. Hierzu besteht der Träger zweckmäßigerweise aus einem Material, welches für die Laserstrahlung transparent ist.In the present case, however, it was recognized that a simultaneous structuring of the active layer at the separation points initially has no disadvantages, so that in a preferred embodiment in the Structuring the lower electrode at the same time also the active layer is structured at the separation points. In other words, structuring of the active layer also takes place in the first structuring step, which, however, does not correspond to structuring in the second structuring step. Accordingly, the active layer is patterned in the same way as the lower electrode, ie a number of recesses are produced in the active layer, wherein the recesses of the active layer overlap in principle with the recesses of the lower electrode, ie the recesses of the active layer are also arranged at the separation points. Thus, at the point of separation, a continuous hole is formed, ie a hole which extends both completely through the active layer and completely through the lower electrode. In the simultaneous structuring of the lower electrode and the active layer, the requirements for the parameters of the laser radiation are particularly low, ie freely selectable in larger areas than in a targeted structuring of only the lower electrode. In particular, structuring takes place with similar parameters as in a conventional cutting method. However, it is essential that the carrier remains undamaged. For this purpose, the carrier expediently consists of a material which is transparent to the laser radiation.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist insbesondere, dass sämtliche Strukturierungen in einem einzelnen Verfahrensschritt gemeinsam ausgeführt werden können. Daher werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung die untere Elektrode und die aktive Schicht im dritten Schritt mittels der gleichen Laserstrahlung strukturiert, sodass im dritten Schritt mittels der Laserstrahlung sowohl die Trennstellen, als auch die Kontaktstellen und insbesondere auch die Teilunterbrechungsstellen ausgebildet werden. Dem liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass für sämtliche Strukturierungen derselbe Laser verwendet werden kann und daher zweckmäßigerweise auch für den ersten, den zweiten und ggf. auch den dritten Strukturierungsschritt derselbe Laser, mithin die gleiche Laserstrahlung verwendet wird. Insbesondere ist eine Änderung der Wellenlänge nicht notwendig, d.h. alle Strukturierungen werden mit Laserstrahlung derselben Wellenlänge vorgenommen. Unter Umständen erfolgt jedoch eine jeweilige Anpassung der Intensität der Laserstrahlung, d.h. der Energie oder der Abmessungen des Laserstrahls oder von beidem. Im dritten Schritt werden somit sämtliche Strukturierungen, d.h. alle Strukturierungsschritte, insbesondere mittels eines einzelnen Laserbearbeitungsschritts ausgeführt.A further advantage of the method is, in particular, that all structuring can be carried out together in a single method step. Therefore, in an advantageous embodiment, the lower electrode and the active layer are structured in the third step by means of the same laser radiation, so that in the third step by means of the laser radiation both the separation points, and the contact points and in particular the partial interruption points are formed. This is based in particular on the knowledge that the same laser can be used for all structurings, and therefore the same laser, and therefore the same laser radiation, is expediently also used for the first, the second and possibly also the third structuring step. In particular, a change in wavelength is not necessary, i. All structuring is done with laser radiation of the same wavelength. However, under certain circumstances, a respective adjustment of the intensity of the laser radiation, i. the energy or dimensions of the laser beam or both. In the third step, all structuring, i. all structuring steps, in particular by means of a single laser processing step executed.

Im vierten Schritt ist insbesondere problematisch, dass beim Auftragen des Materials für die obere Elektrode mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Teil ebenjenes Materials an der Trennstelle in das dortige Loch eindringen kann. Dies würde zu einer ungewollten Kontaktierung der unteren Elektrode an der Trennstelle führen, d.h. zu einem Kurzschluss. Um dies zu verhindern wird vor dem vierten Schritt an den Trennstellen ein Sperrmaterial aufgetragen, welches eine Kontaktierung der oberen Elektrode mit der unteren Elektrode an den Trennstellen verhindert. Darunter wird insbesondere verstanden, dass die Trennstelle beim Auftragen des Sperrmaterials nicht zwingend schon ausgebildet sein muss, d.h. das Sperrmaterial wird entweder an einer bereits ausgebildeten Trennstelle aufgetragen oder vor dem Ausbilden der Trennstelle an einer Stelle, an welcher nachfolgend die Trennstelle ausgebildet wird. Das Sperrmaterial dient dabei als Blockade und versperrt, verschließt oder verstopft den Zugang zur unteren Elektrode, d.h. das Loch an der Trennstelle. Aus dem Sperrmaterial wird ein Verschluss, z.B. ein Deckel oder ein Stopfen, ausgebildet, welcher auf dem Loch aufsitzt oder in diesem einsitzt oder beides. Im vierten Schritt wird dann die obere Elektrode auch über der Trennstelle ausgebildet und somit über dem Sperrmaterial, welches dann unter Umständen in Kontakt mit der oberen Elektrode steht. Besonders bevorzugt wird das Loch an der Trennstelle vollständig mit Sperrmaterial gefüllt.In the fourth step is particularly problematic that when applying the material for the upper electrode with high probability a part of just that material can penetrate at the separation point in the hole there. This would lead to unwanted contacting of the lower electrode at the point of separation, i. to a short circuit. To prevent this, a barrier material is applied to the separation points before the fourth step, which prevents contacting of the upper electrode with the lower electrode at the separation points. This is understood to mean, in particular, that the separation point does not necessarily have to be formed when the barrier material is applied, i. E. the barrier material is either applied to an already formed separation point or before forming the separation point at a location at which subsequently the separation point is formed. The barrier material serves as a blockage and blocks, closes or blocks access to the lower electrode, i. the hole at the separation point. From the barrier material, a closure, e.g. a lid or plug is formed, which sits on the hole or is seated in this or both. In the fourth step, the upper electrode is then also formed over the separation point and thus over the barrier material, which may then be in contact with the upper electrode. Particularly preferably, the hole at the separation point is completely filled with barrier material.

Das Sperrmaterial wird insbesondere nicht flächig, d.h. nicht durchgängig aufgetragen, sondern zweckmäßigerweise lediglich an den Trennstellen.In particular, the barrier material becomes non-planar, i. not applied consistently, but expediently only at the separation points.

Das Sperrmaterial wird vor der oberen Elektrode aufgetragen, nämlich im dritten Schritt. In einer ersten Variante wird im dritten Schritt zuerst die untere Elektrode strukturiert, d.h. die Trennstelle gebildet, und anschließend das Sperrmaterial aufgetragen. In einer zweiten Variante, welche vorliegend angewendet wird, wird im dritten Schritt zuerst das Sperrmaterial aufgetragen und anschließend die untere Elektrode strukturiert. In einer dritten Variante werden die erste und die zweite Variante derart kombiniert, dass einige der Trennstellen ausgebildet werden, bevor das Sperrmaterial aufgetragen wird, und die übrigen Trennstellen, nachdem das Sperrmaterial aufgetragen worden ist. Die erste und die zweite Variante ermöglichen jedoch vorteilhaft kürzere Fertigungszeiten, da das Auftragen des Sperrmaterials hierbei nicht zweistufig aufgetragen werden muss, sondern in einem Zug aufgetragen wird.The barrier material is applied in front of the upper electrode, namely in the third step. In a first variant, in the third step, first the lower electrode is patterned, i. formed the separation point, and then applied the barrier material. In a second variant, which is used in the present case, the barrier material is first applied in the third step and then the lower electrode is patterned. In a third variant, the first and second variants are combined such that some of the separation sites are formed before the barrier material is applied and the remaining separation sites after the barrier material has been applied. However, the first and the second variant advantageously allow shorter production times, since the application of the barrier material in this case does not have to be applied in two stages, but is applied in one go.

Bei der beschriebenen ersten Variante wird bei dem Strukturieren im dritten Schritt unter Umständen Material aufgeworfen, welches sich dann typischerweise kraterförmig oben auf der aktiven Schicht und um das Loch herum ansammelt und eine Erhöhung, d.h. eine Unregelmäßigkeit bildet. Vorzugsweise wird daher mit dem Sperrmaterial ein Kopfteil ausgebildet, welches auf der aktiven Schicht angeordnet ist, zum insbesondere nachträglichen Einschließen von aufgeworfenem Material aus der unteren Elektrode oder aus der aktiven Schicht oder aus beiden. Demnach wird insbesondere ein Verschluss gebildet, mit einem Deckel, welcher oben auf der aktiven Schicht aufsitzt und das Loch verschließt. Das Kopfteil aus Sperrmaterial stellt dann vorteilhaft sicher, dass das aufgeworfene Material unter oder in dem Sperrmaterial verborgen ist, sodass sich vorteilhaft eine homogenere Oberfläche ergibt.In the described first variant, structuring in the third step may possibly raise material, which then typically accumulates crater-shaped on top of the active layer and around the hole, forming an increase, ie an irregularity. Preferably, therefore, with the barrier material, a head part is formed, which is arranged on the active layer, in particular for subsequent inclusion of thrown material from the lower electrode or from the active layer or both. Accordingly, in particular, a closure is formed, with a lid which sits on top of the active layer and closes the hole. The head part of barrier material then advantageously ensures that the material thrown up is hidden under or in the barrier material, so that advantageously results in a more homogeneous surface.

Bei der beschriebenen zweiten Variante wird die untere Elektrode durch das Sperrmaterial hindurch strukturiert. Hierzu ist das Sperrmaterial transparent für die verwendete Laserstrahlung. Abseits von der zweiten Variante ist ein transparentes Sperrmaterial auch allgemein für das Verfahren vorteilhaft. Unter „transparent“ wird allgemein verstanden, dass das jeweilige Material einen Absorptionsgrad von weniger als 30% oder eine Transparenz von wenigstens 70% für die jeweilige Laserstrahlung aufweist. Das Sperrmaterial fängt vorteilhaft jegliches aufgeworfene Material auf, d.h. jegliches beim Strukturieren aufgeworfene Material wird durch das Sperrmaterial zurückgehalten und bleibt gleichsam darin stecken. Dadurch ist sichergestellt, dass beim Auftragen der oberen Elektrode dann weiterhin eine homogene und definierte Oberfläche vorliegt. Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, besteht besonders bei dünnen Schichten das Problem, dass beim Strukturieren der unteren Elektrode die Gefahr besteht, dass eine darüberliegenden dünne Schicht gleichsam weggesprengt wird. Dies wird durch das zusätzliche Sperrmaterial verhindert, d.h. die aktive Schicht in Kombination mit dem Sperrmaterial ist an der Trennstelle dann nicht mehr eine dünne Schicht. Mit anderen Worten: die aktive Schicht und das Sperrmaterial weisen zweckmäßig zusammen eine Dicke auf, welche größer ist als 1µm, insbesondere größer als 500nm.In the described second variant, the lower electrode is structured through the barrier material. For this purpose, the barrier material is transparent to the laser radiation used. Apart from the second variant, a transparent barrier material is also generally advantageous for the method. By "transparent" is generally understood that the respective material has an absorbance of less than 30% or a transparency of at least 70% for the respective laser radiation. The barrier material advantageously absorbs any material thrown up, i. Any material thrown up during structuring is retained by the barrier material and, as it were, remains stuck in it. This ensures that when applying the upper electrode then there is still a homogeneous and defined surface. As has already been explained above, there is the problem, especially in the case of thin layers, that during the structuring of the lower electrode there is the danger that an overlying thin layer will be blown away as it were. This is prevented by the additional barrier material, i. the active layer in combination with the barrier material is then no longer a thin layer at the point of separation. In other words, the active layer and the barrier material together expediently have a thickness which is greater than 1 μm, in particular greater than 500 nm.

Ein weiterer Vorteil des Sperrmaterials ist insbesondere, dass in allen der oben beschriebenen Varianten auf einen Reinigungsschritt, d.h. ein Entfernen von aufgeworfenem Material, verzichtet werden kann und vorzugsweise auch verzichtet wird. Jegliches beim Strukturieren der unteren Elektrode aufgeworfene Material wird vorteilhaft durch das Sperrmaterial verborgen oder vom Sperrmaterial abgefangen oder beides.A further advantage of the barrier material is, in particular, that in all of the variants described above, a purification step, i. a removal of thrown up material, can be dispensed with and is preferably also dispensed with. Any material thrown up in patterning the lower electrode is advantageously hidden by the barrier material or trapped by the barrier material, or both.

Das Sperrmaterial ist vorzugsweise ein isolierendes Material, besonders bevorzugt ein dielektrisches Material, d.h. ein Dielektrikum. Bei einem solchen Material ist sichergestellt, dass an der Trennstelle keine leitende Verbindung zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode hergestellt wird, selbst wenn das Sperrmaterial derart angeordnet ist, dass es in Kontakt mit der unteren Elektrode kommt.The barrier material is preferably an insulating material, more preferably a dielectric material, i. a dielectric. With such a material, it is ensured that no conductive connection is made between the upper electrode and the lower electrode at the separation point even if the barrier material is arranged to come in contact with the lower electrode.

Bevorzugt wird das Sperrmaterial mit einer Dicke im Bereich von 0,5µm bis 150µm aufgetragen, besonders bevorzugt mit einer Dicke im Bereich von 10µm bis 18µm. Die Dicke des Sperrmaterials ist dabei ausgehend von einer Oberseite der aktiven Schicht aus gemessen. Mit anderen Worten: die Dicke des Sperrmaterials entspricht demjenigen Anteil, welche oberhalb der aktiven Schicht angeordnet ist, wohingegen Teile des Sperrmaterials, welche im Loch angeordnet sind nicht mitgezählt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass das Sperrmaterial hinreichend dick aufgetragen ist, um die oben beschriebenen Wirkungen zu entfalten.The barrier material is preferably applied with a thickness in the range from 0.5 μm to 150 μm, particularly preferably with a thickness in the range from 10 μm to 18 μm. The thickness of the barrier material is measured starting from an upper side of the active layer. In other words, the thickness of the barrier material corresponds to the portion which is arranged above the active layer, whereas parts of the barrier material which are arranged in the hole are not counted. This ensures that the barrier material is applied sufficiently thick to develop the effects described above.

Eine jeweilige Trennstelle weist insbesondere eine Breite im Bereich zwischen 5µm und 300µm auf. Eine jeweilige Kontaktstelle weist insbesondere eine Breite im Bereich zwischen 20µm und 800µm auf. Eine jeweilige Teilunterbrechungsstelle weist insbesondere eine Breite im Bereich zwischen 5µm und 300µm auf. Eine jeweilige Durchkontaktierung weist eine Breite auf, welche sich als Summe der drei oben genannten Breiten ergibt, ggf. zuzüglich eines Abstands zwischen Trennstelle, Kontaktstelle und Teilunterbrechungsstelle. Insbesondere weist eine Durchkontaktierung eine Breite im Bereich zwischen 30µm und 1400µm auf.A respective separation point has, in particular, a width in the range between 5 μm and 300 μm. In particular, a respective contact point has a width in the range between 20 μm and 800 μm. A respective partial interruption point has, in particular, a width in the range between 5 μm and 300 μm. A respective plated through hole has a width, which results as the sum of the three widths mentioned above, optionally plus a distance between separation point, contact point and partial interruption point. In particular, a plated through hole has a width in the range between 30 μm and 1400 μm.

Ein erfindungsgemäßes Photovoltaikelement ist nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Das Photovoltaikelement ist insbesondere ein organisches Photovoltaikelement. Das Photovoltaikelement weist eine untere Elektrode auf, eine obere Elektrode und eine aktive Schicht, welche zwischen der unteren und der oberen Elektrode angeordnet ist. Das Photovoltaikelement weist weiterhin eine Anzahl von Trennstellen auf, welche die untere Elektrode in mehrere untere Teilelektroden unterteilen, sowie eine Anzahl an Kontaktstellen, an welchen die untere Elektrode jeweils mit der oberen Elektrode kontaktiert ist. An den Trennstellen ist die untere Elektrode nicht mit der oberen Elektrode kontaktiert.A photovoltaic element according to the invention is produced by the method described above. The photovoltaic element is in particular an organic photovoltaic element. The photovoltaic element has a lower electrode, an upper electrode, and an active layer disposed between the lower and upper electrodes. The photovoltaic element further has a number of separation points, which divide the lower electrode into a plurality of lower sub-electrodes, and a number of contact points, at which the lower electrode is in each case contacted with the upper electrode. At the separation points, the lower electrode is not contacted with the upper electrode.

Ein nach obigem Verfahren hergestelltes Photovoltaikelement zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Materialaufwerfungen, welche während der Herstellung erzeugt werden, nicht entfernt werden, sondern im fertigen Photovoltaikelement verbleiben. Mit anderen Worten: die untere Elektrode wird aus einem Material hergestellt wird, welches bei der Ausbildung der Trennstellen teilweise abgetragen wird und sich um eine jeweilige Trennstelle herum insbesondere kraterartig ablagert und dabei eine Aufwerfung bildet. Die Aufwerfung ist oberhalb der unteren Elektrode und insbesondere auf der unteren Elektrode angeordnet.A photovoltaic element produced by the above method is characterized in particular by the fact that material impurities which are produced during production are not removed, but remain in the finished photovoltaic element. In other words, the lower electrode is made of a material which is partially removed during the formation of the separation points and in particular deposits around a respective separation point in a crater-like manner, thereby forming a suspension. The posing is located above the lower electrode and in particular on the lower electrode.

Alternativ oder zusätzlich zeichnet sich ein nach obigem Verfahren hergestelltes Photovoltaikelement insbesondere dadurch aus, dass an den Trennstellen nicht lediglich die untere Elektrode durchbrochen, d.h. durchtrennt ist, sonder auch die aktive Schicht. Bei der Ausbildung einer jeweiligen Trennstelle wird in der unteren Elektrode eine Ausnehmung erzeugt und in der darüber liegenden aktiven Schicht wird gleichzeitig ebenfalls eine Ausnehmung erzeugt, wobei beim fertigen Photovoltaikelement an einer jeweiligen Trennstelle die Ausnehmung der unteren Elektrode und die Ausnehmung der aktiven Schicht übereinanderliegen und insbesondere fluchten. Mit anderen Worten: an den Trennstellen ist ein durchgängiges Loch ausgebildet, welches die aktive Schicht und die untere Elektrode durchbricht.Alternatively or additionally, a photovoltaic element produced according to the above method is characterized in particular in that not only the lower electrode is broken at the separation points, ie it is severed, but also the active layer. In the training of a respective Separation point is generated in the lower electrode a recess and in the overlying active layer is also a recess produced simultaneously, wherein the finished photovoltaic element at a respective separation point, the recess of the lower electrode and the recess of the active layer are superimposed and aligned in particular. In other words, at the separation points, a continuous hole is formed, which breaks through the active layer and the lower electrode.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Loch von einem isolierenden Sperrmaterial verdeckt, welches zwischen der aktiven Schicht und der oberen Elektrode angeordnet ist. Das Sperrmaterial bildet hierbei insbesondere einen Verschluss für das Loch, welcher sicherstellt, dass beim fertigen Photovoltaikelement die untere Elektrode und die obere Elektrode an der Trennstelle nicht miteinander kontaktiert sind.In a particularly preferred embodiment, the hole is covered by an insulating barrier material, which is arranged between the active layer and the upper electrode. In this case, the blocking material forms in particular a closure for the hole, which ensures that in the finished photovoltaic element the lower electrode and the upper electrode are not contacted with one another at the separation point.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:

  • 1 ausschnittsweise ein Photovoltaikelement in einer Schnittansicht,
  • 2a bis 2f jeweils einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Photovoltaikelements,
  • 3a bis 3e jeweils einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Photovoltaikelements, und
  • 4a bis 4e jeweils einen Schritt einer erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens aus den 3a bis 3e.
Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. In each case schematically show:
  • 1 partial view of a photovoltaic element in a sectional view,
  • 2a to 2f one step each of a method for producing a photovoltaic element,
  • 3a to 3e each a step of a method for producing a photovoltaic element, and
  • 4a to 4e in each case one step of a variant of the method according to the invention from the 3a to 3e ,

In 1 ist ausschnittsweise und in einer Schnittansicht ein organisches Photovoltaikelement 2 gezeigt. Dieses weist einen Träger 4 auf, auf welchem eine untere Elektrode 6 angeordnet ist. Auf dieser ist eine aktive Schicht 8 angeordnet, welche vorliegend aus zwei Einzelschichten 10, 12 besteht. Die Einzelschichten 10, 12 bestehen aus unterschiedlichen organischen Halbleitermaterialien. Oberhalb der aktiven Schicht 8 ist eine obere Elektrode 14 angeordnet. Die aktive Schicht 8 dient zur Ladungserzeugung mittels Absorption von Licht. An den Elektroden 6, 14 werden die generierten Ladungen abgeführt.In 1 is fragmentary and in a sectional view an organic photovoltaic element 2 shown. This has a carrier 4 on which a lower electrode 6 is arranged. On this is an active layer 8th arranged, which in the present case of two individual layers 10 . 12 consists. The individual layers 10 . 12 consist of different organic semiconductor materials. Above the active layer 8th is an upper electrode 14 arranged. The active layer 8th is used to generate charge by absorbing light. At the electrodes 6 . 14 the generated charges are dissipated.

Das Photovoltaikelement 2 weist mehrere Zellen 16a, 16b auf, welche mittels Durchkontaktierungen 18 miteinander verschaltet sind. In 1 sind insbesondere zwei Zellen 16a, 16b erkennbar, welcher mittels einer Durchkontaktierung 18 in Serie geschaltet sind. Dazu weist die Durchkontaktierung 18 eine Trennstelle 20 auf, welche die untere Elektrode 6 in zwei untere Teilelektroden 6a, 6b teilt. Weiter weist die Durchkontaktierung 18 eine Kontaktstelle 22 auf, an welcher die aktive Schicht 8 von einem Loch 24 vollständig durchbrochen ist. Durch das Loch 24 dringt die obere Elektrode 14 durch die aktive Schicht 8 hindurch bis zur unteren Elektrode 6, sodass die beiden Elektroden 6, 14 an der Kontaktstelle 22 miteinander kontaktiert sind. Die obere Elektrode 14 ist ebenfalls in mehrere Teilelektroden unterteilt, nämlich vorliegend in zwei obere Teilelektroden 14a, 14b. Hierzu weist die Durchkontaktierung 18 eine Teilunterbrechungsstelle 26 auf, welche vorliegend auch die obere Einzelschicht 12 durchbricht. Über die Durchkontaktierung 18, genauer über deren Kontaktstelle 22, ist die obere Teilelektrode 14a der einen Zelle 16a mit der unteren Teilelektrode 6b der anderen Zelle 16b verbunden.The photovoltaic element 2 has several cells 16a . 16b on, which by means of vias 18 interconnected with each other. In 1 are in particular two cells 16a . 16b recognizable, which by means of a via 18 are connected in series. For this purpose, the via 18 a separation point 20 on which the lower electrode 6 in two lower sub-electrodes 6a . 6b Splits. Next has the via 18 a contact point 22 on which the active layer 8th from a hole 24 is completely broken. Through the hole 24 penetrates the upper electrode 14 through the active layer 8th through to the lower electrode 6 so that the two electrodes 6 . 14 at the contact point 22 contacted each other. The upper electrode 14 is also divided into a plurality of sub-electrodes, namely present in two upper sub-electrodes 14a . 14b , For this purpose, the via 18 a partial interruption point 26 on, which in this case also the upper single layer 12 breaks through. About the via 18 , more precisely about their contact point 22 , is the upper part electrode 14a one cell 16a with the lower part electrode 6b the other cell 16b connected.

An der Trennstelle 20 ist nicht lediglich die untere Elektrode 6 durchbrochen, sonder auch die aktive Schicht 8. Bei der Ausbildung der Trennstelle 20 wird in der unteren Elektrode 6 eine Ausnehmung erzeugt und in der darüber liegenden aktiven Schicht 8 wird gleichzeitig ebenfalls eine Ausnehmung erzeugt, sodass beim fertigen Photovoltaikelement 2 an der Trennstelle 20 die Ausnehmung der unteren Elektrode 6 und die Ausnehmung der aktiven Schicht 8 übereinanderliegen und das Loch 24 bilden. Dieses Loch 24 ist in 1 von einem isolierenden Sperrmaterial 28 verdeckt, welches zwischen der aktiven Schicht 8 und der oberen Elektrode 14 angeordnet ist. Das Sperrmaterial 28 bildet hierbei einen Verschluss für das Loch 24, welcher sicherstellt, dass die untere Elektrode 6 und die obere Elektrode 14 an der Trennstelle 20 nicht miteinander kontaktiert sind.At the separation point 20 is not just the bottom electrode 6 broken, but also the active layer 8th , In the formation of the separation point 20 is in the lower electrode 6 creates a recess and in the overlying active layer 8th At the same time, a recess is also produced, so that in the finished photovoltaic element 2 at the separation point 20 the recess of the lower electrode 6 and the recess of the active layer 8th over each other and the hole 24 form. This hole 24 is in 1 from an insulating barrier material 28 obscured, which between the active layer 8th and the upper electrode 14 is arranged. The barrier material 28 This forms a closure for the hole 24 , which ensures that the lower electrode 6 and the upper electrode 14 at the separation point 20 not contacted with each other.

Die in 1 gezeigte Durchkontaktierung 18 weist eine Breite B auf, welche sich als Summe der Breiten der Trennstelle 20, der Kontaktstelle 22 und der Teilunterbrechungsstelle 26 sowie zusätzlichen eines Abstands zwischen Trennstelle 18 und Kontaktstelle 20 ergibt. Vorliegend beträgt die Breite B zwischen 30µm und 1400µm.In the 1 shown through hole 18 has a width B which is the sum of the widths of the separation point 20 , the contact point 22 and the part interruption point 26 and additional distance between separation point 18 and contact point 20 results. In the present case, the width is B between 30μm and 1400μm.

Anhand der 2a-2f, 3a-3e, 4a-4e wird nachfolgend erläutert, wie das oben beschriebene Photovoltaikelement hergestellt wird.Based on 2a-2f . 3a-3e . 4a-4e will be explained below how the photovoltaic element described above is produced.

Grundsätzlich kann ein Photovoltaikelement 2 auf die in den 2a-2f gezeigte Weise hergestellt werden. Dabei wird zunächst wie in 2a gezeigt die untere Elektrode 6 hergestellt, indem ein leitendes Material flächig auf einen Träger 4 aufgetragen und wie in 2b gezeigt in einem ersten Strukturierungsschritt strukturiert wird, um mehrere untere Teilelektroden 6a, 6b für mehrere Zellen 16a, 16b zu bilden. Dabei entstehen Aufwerfungen 30, welche in einem zusätzlichen Reinigungsschritt entfernt werden, wie in 2c gezeigt. 2d zeigt nun, wie anschließend die aktive Schicht 8 ausgebildet wird, indem auf die untere Elektrode 6 flächig ein oder mehrere aktive Materialien aufgetragen werden. Die aktive Schicht 8 wird wie in 2e gezeigt in einem zweiten Strukturierungsschritt ebenfalls strukturiert. Beim Strukturieren der aktiven Schicht 8 wird in dieser eine Anzahl an Ausnehmungen erzeugt, welche jeweils selektiv eine Anzahl an Teilbereichen der unteren Elektrode 6 freilegen, dabei jedoch nicht mit den bereits erzeugten Ausnehmungen der unteren Elektrode 6 überlappen, sondern vielmehr versetzt hierzu angeordnet sind. Schließlich wird auf die aktive Schicht 8 ein weiteres leitendes Material flächig aufgetragen und strukturiert, um die obere Elektrode 14 auszubilden, wie in 2f dargestellt. Dabei wird auch eine Anzahl von Durchkontaktierungen 18 ausgebildet, welche die obere Elektrode 14 und die untere Elektrode 6 miteinander leitend verbinden.Basically, a photovoltaic element 2 on the in the 2a-2f shown manner are produced. It is first as in 2a shown the lower electrode 6 made by placing a conductive material flat on a support 4 applied and as in 2 B is shown structured in a first structuring step to a plurality of lower sub-electrodes 6a . 6b for multiple cells 16a . 16b to build. This creates uprisings 30 which are removed in an additional cleaning step, as in 2c shown. 2d now shows how then the active layer 8th is formed by the lower electrode 6 one or more active areas Materials are applied. The active layer 8th will be like in 2e shown also structured in a second structuring step. When structuring the active layer 8th In this case, a number of recesses are generated, each of which selectively has a number of partial areas of the lower electrode 6 expose, but not with the already generated recesses of the lower electrode 6 overlap, but rather offset from it are arranged. Finally, on the active layer 8th another conductive material applied flat and structured to the upper electrode 14 train as in 2f shown. There will also be a number of vias 18 formed, which the upper electrode 14 and the lower electrode 6 interconnect with each other.

Demgegenüber wird bei den Verfahren der 3a-3e, 4a-4e die untere Elektrode 6 vor dem Auftragen der aktiven Schicht 8 strukturiert wird, sondern erst danach. Daher braucht vor dem Auftragen der aktiven Schicht 8 noch keine Designentscheidung bezüglich des endgültigen Designs des Photovoltaikelements 2 getroffen zu werden. Eine Anordnung aus Träger 4, unterer Elektrode 6 und aktiver Schicht 8 wird vielmehr als Halbzeug für beliebige Ausgestaltungen bereitgehalten. Das Auftragen der aktiven Schicht 8 ist somit verfahrenstechnisch von der Designentscheidung entkoppelt. Wie in 2b gezeigt verbleiben bei einer vorherigen Strukturierung der unteren Elektrode 6 Reste des abgetragenen Materials zurück und bilden Aufwerfungen 30, welche einem Reinigungsschritt entfernt werden müssen. Wie aus 2c deutlich wird ergeben sich zudem auch aufgrund der an sich gewollten Strukturierung der unteren Elektrode 6 schon Unregelmäßigkeiten, welche beim Auftragen der aktiven Schicht 8 in 2d zu einer Entnetzung (Englisch: dewetting) oder einer ungleichmäßigen Dicke führen können. Bei den Verfahren der 3a-3e, 4a-4e wird dagegen die aktive Schicht 8 schon vorder Strukturierung der unteren Elektrode 6 aufgetragen und somit auf einem unstrukturierten Untergrund aufgetragen, nämlich auf der unstrukturierten unteren Elektrode 6. Ein zusätzlicher Reinigungsschritt erfolgt nicht.In contrast, in the process of 3a-3e . 4a-4e the lower electrode 6 before applying the active layer 8th is structured, but only afterwards. Therefore, before applying the active layer needs 8th no design decision regarding the final design of the photovoltaic element 2 to be met. An arrangement of carriers 4 , lower electrode 6 and active layer 8th rather, it is kept ready as a semi-finished product for any desired configurations. Applying the active layer 8th is thus decoupled procedurally from the design decision. As in 2 B remain shown in a prior structuring of the lower electrode 6 Remains of the removed material back and form impositions 30 which must be removed a cleaning step. How out 2c Moreover, it becomes clear that the lower electrode is structurally intended 6 even irregularities, which when applying the active layer 8th in 2d may lead to dewetting or uneven thickness. In the procedures of 3a-3e . 4a-4e becomes the active layer 8th already before the structuring of the lower electrode 6 applied and thus applied to an unstructured substrate, namely on the unstructured lower electrode 6 , An additional cleaning step does not take place.

3a zeigt einen Schritt, bei welchem die untere Elektrode 6 ausgebildet wird. Diese wird aus einem leitenden und transparenten Material gefertigt und weist eine Dicke D1 im Bereich zwischen 10nm und 500nm auf. Die untere Elektrode 6 wird durchgängig gefertigt, d.h. unstrukturiert. Eine Unterteilung in eine Anzahl von unteren Teilelektroden 6a, 6b erfolgt im ersten Schritt nicht. Die untere Elektrode 6 wird auf einem Träger 4 ausgebildet, welcher vorliegend aus einem transparenten Kunststoff besteht und als robuste Unterlage bei der Fertigung dient. Der Träger 4 weist eine Dicke D2 im Bereich von 10µm bis 500µm auf. 3a shows a step in which the lower electrode 6 is trained. This is made of a conductive and transparent material and has a thickness D1 in the range between 10nm and 500nm. The lower electrode 6 is made consistently, ie unstructured. A subdivision into a number of lower sub-electrodes 6a . 6b does not take place in the first step. The lower electrode 6 gets on a carrier 4 formed, which in the present case consists of a transparent plastic and serves as a robust base during production. The carrier 4 has a thickness D2 in the range of 10μm to 500μm.

3b zeigt einen zweiten Schritt, in welchem die aktive Schicht 8 auf die untere Elektrode 6 aufgetragen wird. Die aktive Schicht 8 wird vorliegend aus zwei Einzelschichten 10, 12 gefertigt, welche jeweils aus einem aktiven Material bestehen. Die aktive Schicht 8 weist vorliegend eine Dicke D3 im Bereich zwischen 10nm und 500nm auf. 3b shows a second step in which the active layer 8th on the lower electrode 6 is applied. The active layer 8th in the present case consists of two individual layers 10 . 12 made, each consisting of an active material. The active layer 8th here has a thickness D3 in the range between 10nm and 500nm.

3c zeigt einen dritten Schritt, in welchem die untere Elektrode 6 strukturiert wird, vorliegend mittels Laserstrahlung L von oben, d.h. durch die bereits aufgetragene aktive Schicht 8 hindurch. Dabei wird eine Anzahl von Trennstellen 20 ausgebildet, welche die untere Elektrode 6 in mehrere untere Teilelektroden 6a, 6b unterteilen. Die Strukturierung der unteren Elektrode 6 nach dem Auftragen der aktiven Schicht 8 wird auch als erster Strukturierungsschritt, kurz P1* bezeichnet, wohingegen eine Strukturierung der unteren Elektrode 6 vor einem Auftragen der aktiven Schicht 8 wie in 2b kurz als P1 bezeichnet. 3c shows a third step in which the lower electrode 6 is structured, in this case by means of laser radiation L from above, ie through the already applied active layer 8th therethrough. There will be a number of separation points 20 formed, which the lower electrode 6 into several lower partial electrodes 6a . 6b divide. The structuring of the lower electrode 6 after applying the active layer 8th is also called the first structuring step, in short P1 *, whereas a structuring of the lower electrode 6 before applying the active layer 8th as in 2 B abbreviated as P1.

In dem dritten Schritt der 3c wird weiterhin die aktive Schicht 8 derart strukturiert, dass eine Anzahl an Kontaktstellen 22 ausgebildet wird, an welchen die untere Elektrode 6 freigelegt wird. Dabei werden sämtliche Einzelschichten 10, 12 der aktiven Schicht 8 durchbrochen, die untere Elektrode 6 bleibt jedoch intakt, um später mit der oberen Elektrode 14 kontaktiert zu werden. Somit wird insbesondere ein Sackloch gebildet. Diese Strukturierung der aktiven Schicht 8 zur Ausbildung der Kontaktstellen 22 wird auch als zweiter Strukturierungsschritt, kurz P2 bezeichnet.In the third step of the 3c will continue to be the active layer 8th structured such that a number of contact points 22 is formed, to which the lower electrode 6 is exposed. In doing so, all individual layers are created 10 . 12 the active layer 8th broken through, the lower electrode 6 however, remains intact to later with the upper electrode 14 to be contacted. Thus, in particular, a blind hole is formed. This structuring of the active layer 8th for the formation of the contact points 22 is also referred to as a second structuring step, P2 for short.

In dem dritten Schritt gemäß 3c wird die aktive Schicht 8 vorliegend zusätzlich an Teilunterbrechungsstellen 26 lediglich teilweise durchbrochen, indem lediglich die Einzelschicht 10 durchbrochen wird, wobei die Einzelschicht 12 intakt bleibt. Eine solche Strukturierung der aktiven Schicht 8 zur Ausbildung der Teilunterbrechungsstelle 26 wird auch als dritter Strukturierungsschritt, kurz P3 bezeichnet.In the third step according to 3c becomes the active layer 8th in the present case additionally at partial interruption points 26 only partially broken by only the single layer 10 is broken, with the single layer 12 remains intact. Such structuring of the active layer 8th for the training of the Teilunterbrechungsstelle 26 is also called the third structuring step, in short P3 designated.

Die Kontaktstelle 22 ist wie in 3c gezeigt zwischen der Trennstelle 20 und der Teilunterbrechungsstelle 26 angeordnet. Die Trennstelle 20, die Kontaktstelle 22 und die Teilunterbrechungsstelle 26 bilden gemeinsam eine Durchkontaktierung 18. Bei dem Verfahren werden mehrere Zellen 16a, 16b gebildet, welche durch die Durchkontaktierung 18 miteinander verbunden werden. Dabei kontaktiert die Durchkontaktierung 18 die untere Teilelektrode 6b der Zelle 16b mit einer oberen Teilelektrode 14a der Zelle 16a.The contact point 22 is like in 3c shown between the separation point 20 and the part interruption point 26 arranged. The separation point 20 , the contact point 22 and the partial interruption point 26 together form a via 18 , The process involves multiple cells 16a . 16b formed, which through the feedthrough 18 be connected to each other. During this process, the via contacts 18 the lower part electrode 6b the cell 16b with an upper part electrode 14a the cell 16a ,

Die Strukturierung der unteren Elektrode 6 und der aktiven Schicht 8 im dritten Schritt erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Laserablationsverfahrens unter Verwendung von Laserstrahlung L. Vorliegend erfolgen zudem die drei genannten Strukturierungsschritte P1*, P2 und P3 gemeinsam in einem einzelnen Strukturierungsschritt und mittels der gleichen Laserstrahlung L. Dabei werden sowohl die Trennstellen 20, als auch die Kontaktstellen 22, als auch die Teilunterbrechungsstellen 26 ausgebildet.The structuring of the lower electrode 6 and the active layer 8th in the third embodiment, in the embodiment shown by means of a laser ablation method using laser radiation L , In the present case, the three structuring steps are also carried out P1 * P2 and P3 together in a single structuring step and by means of the same laser radiation L , In doing so, both the separation points 20 , as well as the contact points 22 , as well as the partial interruption points 26 educated.

In 3d ist dargestellt, wir im dritten Schritt an der Trennstellen 20 ein Sperrmaterial 28 aufgetragen wird, um nachfolgend eine Kontaktierung der oberen Elektrode 14 mit der unteren Elektrode 6 an ebenjener Trennstelle 20 zu verhindern. Das Sperrmaterial 28 dient dabei als Blockade und versperrt, verschließt oder verstopft den Zugang zur unteren Elektrode 6, d.h. das Loch 24. In 3d wird das Sperrmaterial 28 nicht flächig aufgetragen, sondern lediglich an der Trennstelle 20. In 3d ist zudem das Loch 24 vollständig mit Sperrmaterial 28 ausgefüllt. Wesentlich ist, dass das Sperrmaterial 28 vor der oberen Elektrode 14 aufgetragen wird. Wie in 3c gezeigt ist, wird dem Strukturieren im dritten Schritt Material aufgeworfen, welches sich kraterförmig oben auf der aktiven Schicht 8 und um das Loch 24 herum ansammelt und eine Aufwerfung 30 bildet. Mit dem Sperrmaterial 28 wird nunmehr in 3d ein Kopfteil 32 ausgebildet, welches auf der aktiven Schicht 8 angeordnet ist, zum nachträglichen Einschließen der Aufwerfung 30. Das Kopfteil 32 sitzt oben auf der aktiven Schicht 8 auf und verschließt das Loch 24.In 3d is shown, we in the third step at the separation points 20 a barrier material 28 is applied to subsequently contacting the upper electrode 14 with the lower electrode 6 at just this separation point 20 to prevent. The barrier material 28 serves as a blockage and blocks, closes or blocks access to the lower electrode 6 ie the hole 24 , In 3d becomes the barrier material 28 not applied flat, but only at the separation point 20 , In 3d is also the hole 24 complete with barrier material 28 filled. It is essential that the barrier material 28 in front of the upper electrode 14 is applied. As in 3c is shown, the structuring in the third step, material is thrown, which is cratered on top of the active layer 8th and around the hole 24 accumulates around and a posing 30 forms. With the barrier material 28 is now in 3d a headboard 32 formed on the active layer 8th is arranged for subsequent inclusion of the posing 30 , The headboard 32 sits on top of the active layer 8th open and close the hole 24 ,

Das Sperrmaterial 28 ist vorliegend ein dielektrisches Material, d.h. ein Dielektrikum. Dadurch ist sichergestellt, dass an der Trennstelle 20 keine leitende Verbindung zwischen der oberen Elektrode 14 und der unteren Elektrode 6 hergestellt wird. Das Sperrmaterial 28 wird mit einer Dicke D4 im Bereich von 0,5µm bis 150µm aufgetragen, wobei die Dicke D4 ausgehend von der aktiven Schicht 8 nach oben hin gemessen ist.The barrier material 28 In the present case, this is a dielectric material, ie a dielectric. This ensures that at the separation point 20 no conductive connection between the upper electrode 14 and the lower electrode 6 will be produced. The barrier material 28 comes with a thickness D4 in the range of 0.5μm to 150μm, the thickness D4 starting from the active layer 8th measured upwards.

3e zeigt einen vierten Schritt, in welchem auf die aktive Schicht 8 die obere Elektrode 14 aufgetragen wird, welche aus einem leitenden Material besteht und vorliegend als Gitterelektrode ausgebildet wird. Die obere Elektrode 14 wird mit einer Dicke D5 im Bereich von 1µm bis 50µm ausgebildet. Die obere Elektrode 14 wird zudem strukturiert ausgebildet, d.h. mit mehreren oberen Teilelektroden 14a, 14b. Die obere Elektrode 14 wird zudem über der Trennstelle 20 ausgebildet und somit über dem Sperrmaterial 28, welches dann in Kontakt mit der oberen Elektrode 14 steht. An der Trennstelle 20 verhindert das Sperrmaterial 28 einen Kontakt der oberen Elektrode 14 mit der unteren Elektrode 6. Dagegen wird an der Kontaktstelle 22 die obere Elektrode 14 mit der unteren Elektrode 6 kontaktiert, d.h. leitend verbunden. 3e Figure 4 shows a fourth step in which the active layer 8th the upper electrode 14 is applied, which consists of a conductive material and in the present case is formed as a grid electrode. The upper electrode 14 comes with a thickness D5 in the range of 1 .mu.m to 50 .mu.m. The upper electrode 14 is also formed structured, ie with several upper sub-electrodes 14a . 14b , The upper electrode 14 will also be above the separation point 20 trained and thus on the barrier material 28 , which then in contact with the upper electrode 14 stands. At the separation point 20 prevents the barrier material 28 a contact of the upper electrode 14 with the lower electrode 6 , In contrast, at the contact point 22 the upper electrode 14 with the lower electrode 6 contacted, ie conductively connected.

In den 4a-4e ist eine Variante des Verfahrens der 3a-3e gezeigt. Der wesentliche Unterschied besteht hier darin, dass in dem dritten Schritt das Aufbringen des Sperrmaterials 28 vor der Strukturierung der unteren Elektrode 6 erfolgt. Ansonsten gelten die obigen Ausführungen entsprechend. Insbesondere gelten die Ausführungen zu 3a auch für 4a, die Ausführungen zu 3b gelten auch für 4b und die Ausführungen zu 3e gelten auch für 4e.In the 4a-4e is a variant of the process of 3a-3e shown. The essential difference here is that in the third step, the application of the barrier material 28 before structuring the lower electrode 6 he follows. Otherwise, the above statements apply accordingly. In particular, the comments apply to 3a also for 4a , the comments too 3b also apply to 4b and the comments too 3e also apply to 4e ,

Bei der Variante der 4a-4e wird die untere Elektrode 6 wie in 4d gezeigt durch das Sperrmaterial 28 hindurch strukturiert. Hierzu ist das Sperrmaterial 28 transparent für die verwendete Laserstrahlung L. Das zuvor aufgebrachte Sperrmaterial 28 fängt jegliches aufgeworfene Material auf, wodurch sichergestellt ist, dass beim Auftragen der oberen Elektrode 14 wie in 4e gezeigt dann weiterhin eine homogene und definierte Oberfläche vorliegt. Die schematische Darstellung in 4d zeigt zwar, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Leerraum 34 zwischen dem Träger 4 und dem Sperrmaterial 28 verbleibt, tatsächlich kommt es bei der Herstellung jedoch regelmäßig zu Materialverschiebungen, sodass eventuelle Leerräume 34 geschlossen werden und im Ergebnis kein Leerraum 34 verbleibt.In the variant of 4a-4e becomes the bottom electrode 6 as in 4d shown by the barrier material 28 structured through. This is the barrier material 28 transparent for the laser radiation used L , The previously applied barrier material 28 absorbs any material thrown up, ensuring that when applying the top electrode 14 as in 4e shown then still a homogeneous and defined surface is present. The schematic representation in 4d Although shows that in the present embodiment, a white space 34 between the carrier 4 and the barrier material 28 remains, however, it is in the production of regular material shifts, so any voids 34 be closed and the result is no white space 34 remains.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Photovoltaikelementphotovoltaic element
44
Trägercarrier
66
untere Elektrodelower electrode
6a, 6b6a, 6b
untere Teilelektrodelower part electrode
88th
aktive Schichtactive layer
10, 1210, 12
Einzelschichtenmonolayers
1414
obere Elektrodeupper electrode
14a, 14b14a, 14b
obere Teilelektrodeupper part electrode
16a, 16b16a, 16b
Zellecell
1818
Durchkontaktierungvia
2020
Trennstelleseparation point
2222
Kontaktstellecontact point
2424
Lochhole
2626
TeilunterbrechungsstellePart breakpoint
2828
Sperrmaterialbarrier material
3030
Aufwerfungbeautiful
3232
Kopfteilheadboard
3434
Leerraum whitespace
BB
Breitewidth
D1D1
Dicke (der unteren Elektrode)Thickness (the lower electrode)
D2D2
Dicke (des Trägers)Thickness (of the wearer)
D3D3
Dicke (der aktiven Schicht)Thickness (of the active layer)
D4D4
Dicke (des Sperrmaterials)Thickness (of the barrier material)
D5D5
Dicke (der oberen Elektrode)Thickness (of the upper electrode)
LL
Laserstrahlunglaser radiation

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikelements (2), wobei - in einem ersten Schritt eine untere Elektrode (6) ausgebildet wird, - auf den ersten Schritt ein zweiter Schritt folgt, in welchem eine aktive Schicht (8) auf die untere Elektrode (6) aufgetragen wird, - auf den zweiten Schritt ein dritter Schritt folgt, in welchem die untere Elektrode (6) strukturiert wird, wobei eine Anzahl von Trennstellen (20) ausgebildet wird, welche die untere Elektrode (6) in mehrere untere Teilelektroden (6a, 6b) unterteilen, - in dem dritten Schritt die aktive Schicht (8) derart strukturiert wird, dass eine Anzahl an Kontaktstellen (22) ausgebildet wird, an welchen die untere Elektrode (6) freigelegt wird, - auf den dritten Schritt ein vierter Schritt folgt, in welchem auf die aktive Schicht (8) eine obere Elektrode (14) aufgetragen wird, - an einer jeweiligen Kontaktstelle (22) die obere Elektrode (14) mit der unteren Elektrode (6) kontaktiert wird, - vor dem vierten Schritt an den Trennstellen (20) ein Sperrmaterial (28) aufgetragen wird, welches eine Kontaktierung der oberen Elektrode (14) mit der unteren Elektrode (6) an den Trennstellen (20) verhindert, - im dritten Schritt zuerst das Sperrmaterial (28) aufgetragen wird und anschließend die untere Elektrode (6) strukturiert wird, - die untere Elektrode (6) im dritten Schritt mittels Laserstrahlung (L) strukturiert wird und dass das Sperrmaterial (28) transparent für die Laserstrahlung (L) ist.Method for producing a photovoltaic element (2), wherein in a first step, a lower electrode (6) is formed, the first step is followed by a second step in which an active layer (8) is applied to the lower electrode (6), the second step is followed by a third step in which the lower electrode (6) is patterned, wherein a number of separation points (20) are formed which subdivide the lower electrode (6) into a plurality of lower sub-electrodes (6a, 6b), in the third step, the active layer (8) is structured such that a number of contact points (22) are formed, at which the lower electrode (6) is exposed, the third step is followed by a fourth step in which an upper electrode (14) is applied to the active layer (8), - At a respective contact point (22), the upper electrode (14) is contacted with the lower electrode (6), - Before the fourth step at the separation points (20) a barrier material (28) is applied, which prevents contacting of the upper electrode (14) with the lower electrode (6) at the separation points (20), in the third step, first the barrier material (28) is applied and then the lower electrode (6) is structured, - The lower electrode (6) in the third step by means of laser radiation (L) is structured and that the barrier material (28) is transparent to the laser radiation (L). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrmaterial (28) ein isolierendes Material ist.Method according to Claim 1 , characterized in that the barrier material (28) is an insulating material. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrmaterial (28) ein dielektrisches Material ist.Method according to Claim 2 , characterized in that the barrier material (28) is a dielectric material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrmaterial (28) mit einer Dicke (D3) im Bereich von 0,5µm bis 150µm aufgetragen wird.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the barrier material (28) with a thickness (D3) in the range of 0.5 .mu.m to 150 .mu.m is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Elektrode (6) und die aktive Schicht (8) im dritten Schritt mittels der gleichen Laserstrahlung (L) strukturiert werden, sodass im dritten Schritt mittels der Laserstrahlung (L) sowohl die Trennstellen (20), als auch die Kontaktstellen (22) ausgebildet werden.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the lower electrode (6) and the active layer (8) in the third step by means of the same laser radiation (L) are structured so that in the third step by means of the laser radiation (L) both the separation points (20), as well the contact points (22) are formed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Strukturierung der unteren Elektrode (6) gleichzeitig auch die aktive Schicht (8) an den Trennstellen (20) strukturiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the structuring of the lower electrode (6) at the same time the active layer (8) at the separation points (20) is structured.
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US4243432A (en) 1978-09-25 1981-01-06 Photon Power, Inc. Solar cell array
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