DE102017215197B3

DE102017215197B3 - Halbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls

Info

Publication number: DE102017215197B3
Application number: DE102017215197.8A
Authority: DE
Inventors: Marina Britvec; Pavel Schilinsky; Bas Cedric Van der Wiel
Original assignee: Opvius GmbH
Current assignee: ASCA GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-08-31

Abstract

Es wird ein Halbleitermodul (2) angegeben, insbesondere ein Photovoltaikmodul, welches als organisches Halbleitermodul (2) ausgebildet ist, mit einer Oberseite (O) und mit einer Unterseite (U), wobei auf der Unterseite (U) ein Substrat (10) angeordnet ist, wobei auf das Substrat (10) eine untere Elektrode (22) aufgebracht ist, auf welche eine aktive Schicht (16) aufgebracht ist, auf welche wiederum eine obere Elektrode (26) aufgebracht ist, wobei die untere Elektrode (22) eine untere Transparenzschicht (12) aufweist, welche aus einem transparenten und leitfähigen Material hergestellt ist, wobei die untere Elektrode (22) weiterhin eine untere Leitstruktur (32) aufweist, welche auf die untere Transparenzschicht (12) aufgetragen ist und diese lediglich teilweise bedeckt und welche aus einem Material hergestellt ist, welches eine größere Leitfähigkeit aufweist als das Material der unteren Transparenzschicht (12). Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (2) angegeben.

Description

Ein Halbleitermodul, z.B. ein Photovoltaikmodul, welches auch als Solarzelle bezeichnet wird, weist typischerweise eine Schichtstruktur auf, bei welcher eine aktive Schicht zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode angeordnet ist. Die aktive Schicht dient der Erzeugung von Ladungsträgern, welche über die Elektroden abgeführt werden. Die Elektroden sind hierzu jeweils üblicherweise an ein Terminal angeschlossen, welches z.B. als Stromschiene (Englisch: bus bar) ausgeführt ist und zum Anschließen des Halbleitermoduls z.B. an einen Verbraucher dient. Die Terminals erstrecken sich üblicherweise gerade und in Längsrichtung des Halbleitermoduls und bilden dessen Rand, wodurch sich insbesondere Vorteile bei der Herstellung in einem Endlosverfahren, insbesondere einem Rollendruckverfahren ergeben. Die Elektroden und die aktive Schicht sind zur besseren Handhabung auf ein Substrat aufgebracht. Die Elektroden sind typischerweise aus einem transparenten Material, z.B. ITO gefertigt, um ein Eindringen von Licht in die aktive Schicht zu ermöglichen. Herkömmliche transparente und zugleich leitende Materialien weisen jedoch gegenüber üblichen nicht-transparenten, leitenden Materialien wie z.B. Silber eine geringere Leitfähigkeit auf, sodass die Elektroden einen entsprechenden Flächenwiderstand aufweisen.
Die aktive Schicht und die Elektroden sind segmentiert und bilden dann mehrere Zellen. Jede Zelle umfasst einen Teil der aktiven Schicht, welcher von einer oberen Zellelektrode und einer unteren Zellelektrode eingefasst ist. Die Zellen sind nebeneinander angeordnet und über die Zellelektroden untereinander verschaltet. Die genaue Verschaltung der Zellen miteinander bestimmt die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermoduls. Eine einzelne Zelle erzeugt eine Spannung, welche vom Material der aktiven Schicht abhängt und einen Strom, welcher von der Größe, d.h. der Fläche der Zelle abhängt. Zur Verschaltung zweier Zellen wird typischerweise eine sogenannte Durchkontaktierung (Englisch: interconnect oder interconnection) verwendet, welche durch die aktive Schicht hindurchreicht und die obere Zellelektrode einer ersten Zelle mit der unteren Zellelektrode einer zweiten Zelle verbindet. Solche Durchkontaktierungen und allgemein jegliche Kontaktierungen zwischen mehreren Zellen reduzieren jedoch die Größe der aktiven Schicht und stellen somit Totraum dar. Dies wirkt sich negativ auf den geometrischen Füllfaktor aus, d.h. den Anteil der aktiven Schicht an der Gesamtfläche des Halbleiterbauteils.
Ein wesentlicher Vorteil organischer Halbleitermodule besteht insbesondere darin, dass diese eine Form und Gestalt aufweisen, welche gegenüber nichtorganischen Halbleitermodulen, z.B. Siliziumsolarzellen, weitestgehend frei gestaltbar sind. Nichtsdestoweniger werden auch auf organische Halbleitermodule regelmäßig bestimmte Designregeln angewendet.
Gemäß einer ersten Designregel weisen die einzelnen Zellen einer Serienschaltung dieselbe oder eine möglichst ähnliche Größe, d.h. Zellgröße auf. Der Strom, welcher von einer Zelle erzeugt wird ist proportional zu deren Größe. In einer Serienschaltung bestimmt dann die Größe der kleinsten Zelle den erzeugten Strom und somit den gesamten Strom, welcher von der Serienschaltung erzeugt wird. Die Verwendung möglichst gleich großer Zellen innerhalb einer Serienschaltung gewährleistet dann eine optimale Flächennutzung zur Stromerzeugung und eine hohe Effizienz, wohingegen unterschiedlich große Zellen zu einer verringerten Effizienz auf gleicher Gesamtfläche führen, da das Stromerzeugungspotential der größeren Zellen nicht voll ausgeschöpft wird.
Gemäß einer zweiten Designregel ist die Breite einer Zelle, d.h. die Zellbreite auf eine Maximalbreite beschränkt. Die Zellbreite ist dabei entlang des Strompfads gemessen. Die obere oder die untere Elektrode ist üblicherweise aus einem transparenten Material gefertigt, welches einen elektrischen Widerstand aufweist und welches zu einem Flächenwiderstand (Englisch: sheet resistance) der Elektrode im Allgemeinen und der Zellelektroden im Speziellen führt. Bei den herkömmlicherweise verwendeten Materialien beträgt die Maximalbreite einer einzelnen Zelle insbesondere 10mm bis 14mm. Unterhalb dieser Maximalbreite ist das Halbleitermodul noch hinreichend effizient betreibbar. Andere Materialien erlauben möglicherweise eine größere Maximalbreite, das grundsätzliche Problem der Beschränkung der Zellbreite bleibt jedoch bestehen. Die Beschränkung der Breite bedingt in entsprechenden Abständen die Ausbildung von Kontaktierungen, mit entsprechenden Auswirkungen auf den Füllfaktor wie oben beschrieben.
Die zweite Designregel wirkt mit der ersten Designregel insofern zusammen, als dass eine Beschränkung der Zellbreite ab einer bestimmten Gesamtgröße des Halbleitermoduls zwangsläufig eine Ausgestaltung mit mehreren Zellen ergibt, welche durch zusätzliche Kontaktierungen verbunden werden müssen, sodass sich weiterer Totraum ergibt.
Die Einhaltung der beiden vorgenannten Designregeln ist zwar für den Betrieb des Halbleitermoduls an sich nicht grundsätzlich zwingend, ist jedoch für einen besonders effizienten Betrieb zweckdienlich. Wie bereits im Zusammenhang mit der zweiten Designregel angedeutet besteht bereits bei jedweder Form des Halbleitermoduls das Problem der beschränkten Zellbreite, mit der Folge eines durch Kontaktierungen reduzierten Füllfaktors. Weitere Probleme besonders bei der Einhaltung der ersten Designregel ergeben sich bei speziellen Vorgaben hinsichtlich der Form des Halbleitermoduls und vor Allem in Kombination mit bestimmten Vorgaben hinsichtlich des Stroms oder der Spannung oder sogar hinsichtlich Strom und Spannung.
Halbleitermodule und Verfahren zu deren Herstellung werden beispielsweise beschrieben in den Offenlegungsschriften US 2011/0008926 A1 , US 2016/0293669 A1 , US 2007/0295400 A1 , US 2008/0121266 A1 . So werden in der US 2011/0008926 A1 in ein transparentes Substrat einer Solarzelle Gitter oder Linien aus einem leitenden Material eingebettet.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Halbleitermodul, insbesondere Photovoltaikmodul, anzugeben sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Halbleitermodul soll einen möglichst hohen Füllfaktor aufweisen sowie eine möglichst große Effizienz.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbleitermodul mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Halbleitermodul sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
Das Halbleitermodul ist insbesondere ein Photovoltaikmodul und dient dann der Erzeugung von Energie. Das Halbleitermodul ist als organisches Halbleitermodul ausgebildet. Das Halbleitermodul weist eine Oberseite auf und eine Unterseite, welche der Oberseite gegenüberliegt. Auf der Unterseite ist ein Substrat angeordnet. Auf das Substrat ist eine untere Elektrode aufgebracht. Auf die untere Elektrode ist eine aktive Schicht aufgebracht. Auf die aktive Schicht ist wiederum eine obere Elektrode aufgebracht. Die untere Elektrode weist eine untere Transparenzschicht auf, welche aus einem transparenten und leitfähigen Material hergestellt ist. Die untere Elektrode weist weiterhin eine untere Leitstruktur auf, welche auf die untere Transparenzschicht aufgetragen ist. Die untere Leitstruktur bedeckt die untere Transparenzschicht lediglich teilweise. Die untere Leitstruktur ist aus einem Material hergestellt, welches eine größere Leitfähigkeit aufweist als das Material der unteren Transparenzschicht.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird angenommen, dass das Halbleitermodul ein Photovoltaikmodul ist. In einer alternativen Ausgestaltung ist das Halbleitermodul ein organisches LED-Modul. Auch eine Ausgestaltung als ein anderes Halbleiterbauteil ist grundsätzlich geeignet. Bevorzugt sind jedoch solche Halbleitermodule mit einer besonders großen Designfreiheit hinsichtlich deren Form, Gestalt, Geometrie oder Außenkontur, also solche Halbleitermodule, welche auch gestalterisch eingesetzt werden und im bestimmungsgemäßen Betrieb insbesondere sichtbar sind.
Das Halbleitermodul weist allgemein eine Schichtstruktur auf, mit einer aktiven Schicht, welche zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode angeordnet ist. Die Elektroden sind jeweils ebenfalls als Schichten ausgebildet. Die Schichtstruktur weist zusätzlich ein Substrat auf, auf welchem die Elektroden und die aktive Schicht aufgebracht sind. Das Substrat ist typischerweise deutlich dicker als die übrigen Schichten und weist regelmäßig insbesondere eine Dicke im Bereich zwischen 1mm und 2mm auf. Die untere Elektrode ist zwischen dem Substrat und der aktiven Schicht angeordnet und insbesondere direkt, d.h. ohne dazwischen angeordnete Schichten, auf das Substrat aufgetragen. Die aktive Schicht ist wiederum insbesondere direkt auf die untere Elektrode aufgetragen. Auf die aktive Schicht ist dann insbesondere direkt die obere Elektrode aufgetragen. Das Halbleitermodul ist insgesamt flächig ausgebildet und weist grundsätzlich eine bestimmte Modullänge und eine bestimmte Modulbreite auf. Dabei ist das Halbleitermodul nicht zwingend rechteckig ausgebildet, sondern weist vorzugsweise eine von einem Rechteck abweichende Form auf.
Das Halbleitermodul ist ein organisches Halbleitermodul. Als solches weist das Halbleitermodul eine aktive Schicht auf, welche aus einem oder mehreren organischen Materialien gefertigt ist, also ein organisches Halbleitermaterial enthält. Das Substrat, auf welches die aktive Schicht und die Elektroden aufgetragen sind, ist insbesondere aus einem Kunststoff hergestellt, z.B. PET. Das organische Halbleitermodul zeichnet sich durch eine besonders hohe Biegeflexibilität aus. Das organische Halbleitermodul wird zudem vorzugsweise in einem Rollendruckverfahren hergestellt, bei welchem zumindest die aktive Schicht und zweckmäßigerweise auch die Elektroden jeweils mittels eines Druckverfahrens aufgedruckt werden. Zusätzlich enthält die aktive Schicht insbesondere zwei Ladungssperrschichten (Englisch: charge blocking layer), welche auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Halbleitermaterials angeordnet sind.
Die untere Elektrode weist eine Schicht aus einem transparenten, leitfähigen Material auf, vorzugsweise aus ITO, mit einer Dicke z.B. zwischen 100nm und 1000nm. Die Schicht aus dem transparenten, leitfähigen Material wird auch als Transparenzschicht der unteren Elektrode bezeichnet und kurz als untere Transparenzschicht. Die untere Transparenzschicht weist beispielsweise einen Flächenwiderstand von 10 Ohm/sq, d.h. 10 Ohm pro Quadrat auf. Die untere Transparenzschicht dient als Elektrode und ist entsprechend homogen ausgebildet, um Ladungen, welche in der aktiven Schicht generiert werden, großflächig und effizient aufzusammeln oder abzugeben.
Unter einer „homogenen“ Schicht wird allgemein eine Schicht verstanden, welche generell durchgängig ausgebildet ist, d.h. durchgängig über die Zellen, wobei die Schicht im Bereich zwischen unterschiedlichen Zellen unterbrochen sein kann, insbesondere aufgrund einer Segmentierung des Halbleitermoduls in mehrere Zellen. Oberhalb, unterhalb oder innerhalb einer einzelnen Zelle ist eine homogene Schicht aber durchgängig und überdeckt oder durchläuft die gesamte Zelle unterbrechungsfrei. Demgegenüber wird unter einer „inhomogenen“ Schicht allgemein eine Schicht verstanden, welche im Bereich innerhalb einer Zelle unterbrochen ist oder welche gerade nicht oberhalb, unterhalb oder innerhalb einer einzelnen Zelle durchgängig ausgebildet ist. Eine homogene Schicht weist dann bezüglich einer einzelnen Zelle eine Bedeckung von insbesondere 100% auf, wohingegen eine inhomogene Schicht und insbesondere die untere Leitstruktur eine lediglich teilweise Bedeckung aufweist, vorzugsweise eine Bedeckung von höchstens 50%, besonders bevorzugt von höchstens 10%. Schichten aus einem transparenten Material sind vorzugsweise homogen, Schichten aus einem opaken Material sind vorzugsweise inhomogen, um möglichst weite Bereiche des Halbleiterbauteils für Licht zugänglich zu machen. Die aktive Schicht ist zweckmäßigerweise homogen, obwohl diese bei einem Photovoltaikelement absorbierend wirkt und damit prinzipbedingt höchstens teiltransparent ist.
Die untere Leitstruktur ist im Gegensatz zur unteren Transparenzschicht nicht homogen ausgebildet, sondern inhomogen und ist also strukturiert und bedeckt die untere Elektrode lediglich teilweise, bildet also insofern eine Schicht mit inhomogener Leitfähigkeit. Die untere Leitstruktur stellt insgesamt eine Erweiterung der im Vergleich schlechter leitfähigen unteren Transparenzschicht dar. Die untere Transparenzschicht und die untere Leitstruktur bilden also gemeinsam die untere Elektrode, welche entsprechend mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet ist. Die untere Leitstruktur ist insbesondere aus einem nicht-transparenten Material hergestellt, insbesondere aus einem Metall, vorzugsweise aus Silber. Die untere Leitstruktur ist auch im Vergleich zur unteren Transparenzschicht insbesondere dicker ausgebildet, also selbst gerade nicht transparent. Ein Eindringen von Licht wird vielmehr durch die lediglich teilweise Bedeckung erzielt.
Die obere Elektrode weist ebenfalls eine Transparenzschicht auf, welche entsprechend auch als obere Transparenzschicht bezeichnet wird. Die Transparenzschicht ist auf die aktive Schicht insbesondere direkt aufgetragen und besteht aus einem transparenten, leitfähigen Material, vorzugsweise aus PEDOT, welches ein leitfähiger Kunststoff ist und welches im Vergleich zu ITO typischerweise einen um eine Größenordnung größeren Flächenwiderstand aufweist, beispielsweise 100 Ohm/sq. Die Transparenzschicht dient als obere Zellelektrode und ist entsprechend homogen ausgebildet, um Ladungen, welche in der aktiven Schicht generiert werden, großflächig und effizient aufzusammeln oder abzugeben.
Insbesondere ist die obere Elektrode ebenfalls mehrteilig und insbesondere zweiteilig ausgebildet, mit einer oberen Transparenzschicht wie zuvor beschrieben und zusätzlich mit einer Leitstruktur, genauer einer oberen Leitstruktur. Die obere Leitstruktur ist direkt auf die obere Transparenzschicht aufgetragen und besteht aus einem nicht-transparenten, d.h. opaken, leitfähigen Material, mit einer Leitfähigkeit, welche größer ist als die Leitfähigkeit des Materials der Transparenzschicht und insbesondere auch größer als die Leitfähigkeit der unteren Transparenzschicht. Die obere Leitstruktur besteht insbesondere aus einem Metall, bevorzugt aus Silber. Da das Material der oberen Leitstruktur opak ist, ist diese zweckmäßigerweise inhomogen ausgebildet. Vorzugsweise sind die obere Leitstruktur und die untere Leitstruktur aus dem gleichen Material hergestellt.
Das Halbleitermodul weist insbesondere auch zwei Terminals auf, welche jeweils auch als Sammelschiene (Englisch: bus bar) bezeichnet werden. Eines der Terminals dient als Pluspol, das andere Terminal dient als Minuspol. Die Terminals dienen dem Stromtransport über längere Strecken von wenigen Zentimetern bis hin zu mehreren Metern und sind daher aus einem möglichst gut leitenden Material gefertigt, vorzugsweise aus einem Metall, besonders bevorzugt aus Silber. Vorzugsweise sind die Terminals und die untere Leitstruktur sowie insbesondere auch die obere Leitstruktur aus dem gleichen Material hergestellt. Die Terminals weisen insbesondere eine Terminalbreite im Bereich von 1mm bis 10mm auf und erstrecken sich entlang des Halbleitermoduls über eine Terminallänge, welche beispielsweise zwischen 0,01m und 2m beträgt. Je nach konkreter Form und Ausgestaltung des Halbleitermoduls können diese Abmessungen jedoch auch Werte außerhalb des jeweils angegebenen Bereichs aufweisen.
Bei der Herstellung des Halbleitermoduls werden die Terminals und zumindest eine der beiden Leitstrukturen, vorzugsweise beide Leitstrukturen zweckmäßigerweise gemeinsam, d.h. in einem einzelnen Verfahrensschritt ausgebildet, insbesondere aufgedruckt. Eines der Terminals ist mit der oberen Elektrode, speziell der oberen Leitstruktur verbunden, das andere Terminal ist mit der unteren Elektrode, speziell der unteren Leitstruktur verbunden. Zur Verbindung dieses anderen Terminal mit der unteren Elektrode werden insbesondere die dazwischenliegende aktive Schicht und die Transparenzschicht durchbrochen und ein Durchbruch hergestellt, z.B. mittels eines Laserschneidverfahrens, und das Material des Terminals dringt durch den Durchbruch hindurch bis zur unteren Elektrode, speziell deren Transparenzschicht, und kontaktiert diese.
Die Elektroden und die aktive Schicht sind jeweils insbesondere segmentiert, sodass das Halbleitermodul mehrere Zellen aufweist, welche jeweils einen Teilbereich der aktiven Schicht enthalten, welcher von einer oberen Zellelektrode und einer unteren Zellelektrode eingefasst ist. Die Zellelektroden sind dabei jeweils Teilbereiche einer jeweiligen der beiden Elektroden. Die Segmentierung erfolgt bei der Herstellung des Halbleitermoduls zweckmäßigerweise durch einen oder mehrere und vorzugsweise alle der nachfolgend beschriebenen drei Segmentierungsschritte. In einem ersten Segmentierungsschritt, in welchem eine sogenannte P1-Segmentierung erzeugt wird, wird die untere Elektrode, speziell die untere Transparenzschicht, durchbrochen, wodurch die unteren Zellelektroden ausgebildet werden. Dies erfolgt nach dem Auftragen der unteren Transparenzschicht und vor dem Auftragen der oberen Elektrode und insbesondere vor der Fertigstellung der aktiven Schicht, d.h. insbesondere vor dem Auftragen des organischen Halbleitermaterials. Eine gegebenenfalls vorhandene untere Ladungssperrschicht wird hierbei insbesondere ebenfalls durchtrennt. In einem zweiten Segmentierungsschritt, in welchem eine sogenannte P2-Segmentierung bezeichnet wird, werden die aktive Schicht und die Transparenzschicht durchbrochen, um einen Durchbruch bis zur unteren Elektrode, speziell bis zur unteren Transparenzschicht hin zu erzeugen. Dies erfolgt nach dem Auftragen der unteren Transparenzschicht, der aktiven Schicht und der oberen Transparenzschicht. In einem dritten Segmentierungsschritt, in welchem eine sogenannte P3-Segmentierung erzeugt wird, wird die obere Transparenzschicht durchbrochen, insbesondere lediglich die obere Transparenzschicht. Die obere Leitstruktur wird zweckmäßigerweise danach aufgetragen, wobei diejenigen Bereiche ausgelassen werden, welche eine P3-Segmentierung aufweisen. Alle drei Segmentierungsschritte werden vorzugsweise mittels eines Laserschneidverfahrens durchgeführt. Die Ausbildung einzelner Zellen des Halbleitermoduls erfolgt insbesondere maßgeblich durch die P1- und die P3-Segmentierung, welche die beiden Transparenzschichten segmentieren und dadurch die einzelnen Zellelektroden ausbilden. Insbesondere ist die P2-Segmentierung dann strenggenommen keine Segmentierung in dem Sinne, dass durch diese eine Unterteilung in Zellen erfolgt, vielmehr wird besonders im Zusammenhang mit der Ausbildung einer Durchkontaktierung durch die P2-Segmentierung vorrangig die aktive Schicht strukturiert.
Der Erfindung liegt zunächst die Beobachtung zugrunde, dass bei einem besonders großen Halbleitermodul aufgrund der Beschränkung der Zellbreite eine Vielzahl an Zellen ausgebildet werden muss, um den elektrischen Widerstand und somit die ohmschen Verluste möglichst gering zu halten. Diese Zellen müssen dann aber miteinander verschaltet werden. Eine einfache Serienschaltung aller Zellen führt aber aufgrund der großen Gesamtgröße zu einer entsprechend großen Spannung. Eine einzelne Zelle erzeugt typischerweise eine Spannung von etwa 0,5V. Bei einer Maximalbreite in der Größenordnung von 1cm wäre ein Halbleitermodul für niedrige Spannungen z.B. von 5V auf Abmessungen in der Größenordnung von 10cm beschränkt. Ein größeres Halbleitermodul ist demnach unter Vorgabe einer bestimmten Spannung nicht durch eine einfache Serienschaltung der Zellen realisierbar. Beispielsweise soll ein Halbleitermodul eine Länge von 0,5m aufweisen und die Anschlüsse an die beiden Terminals sollen auf derselben Seite angeordnet sein, sodass sich effektiv eine Länge von 1m ergibt, entlang welcher die Zellen angeordnet sind. Unter Beachtung der zweiten Designregel sind dann etwa 100 Zellen notwendig, welche in einer Serienschaltung eine Spannung weit über 5V liefern würden. Zweckmäßigerweise wird anstatt einer reinen Serienschaltung eine Parallelschaltung verwendet oder eine Kombination von Serien- und Parallelschaltung. Durch eine Serienschaltung wird die Spannung des Halbleitermoduls eingestellt. Durch eine Parallelschaltung wird dann der Strom eingestellt. Damit ist aber noch nicht das Problem der konkreten Segmentierung des Halbleitermoduls und der Anordnung der Zellen für eine beliebige Form gelöst. Das Problem der möglichst gleichgroßen Zellgröße besteht außerdem auf höherer Ebene weiterhin bezüglich seriell verschalteten Gruppen von parallel verschalteten Zellen.
Die genannten Probleme bestehen nicht nur allgemein bei besonders großen Halbleitermodulen, sondern vor Allem bei Halbleitermodulen mit einer besonders außergewöhnlichen Form, d.h. einer Form, welche von einem einfachen Rechteck abweicht und welche z.B. der Form eines bestimmten Gegenstands entspricht, beispielsweise der Form eines Pflanzenblatts. Bei einer solchen außergewöhnlichen Form sollen die Zellen eine möglichst große Fläche abdecken, um einen möglichst hohen Füllfaktor zu erhalten. Die Form lässt dabei aber keine einfache Bedeckung mit gleichgroßen und einfach geformten, z.B. rechteckigen Zellen zu. Auch die erste Designregel kann daher nicht ohne Weiteres eingehalten werden, insbesondere da die P2-Segmentierung durch die obere Elektrode bedeckt wird und die Position der P2-Segmentierung nicht beliebig ist, sondern vorzugsweise durch das Design des Halbleitermoduls, insbesondere durch ein vorgegebenes Modulmotiv bestimmt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass besonders die geringe Leitfähigkeit der unteren Elektrode die Zellbreite begrenzt. Die obere Elektrode weist hingegen insbesondere aufgrund der zusätzlichen oberen Leitstruktur insgesamt eine vergleichsweise gute Leitfähigkeit auf. Ein Kernaspekt der Erfindung besteht nun insbesondere darin, die geringe Leitfähigkeit der unteren Elektrode durch eine zusätzliche untere Leitstruktur zu verbessern, welche aus einem leitfähigen Material mit möglichst guter Leitfähigkeit hergestellt ist, insbesondere mit einer größeren Leitfähigkeit als das Material der unteren Elektrode, vorzugsweise aus Silber oder alternativ aus einem anderen Metall oder einer Kombination von Metallen. Die zusätzliche untere Leitstruktur wird auch kurz als untere Leitstruktur bezeichnet oder als Zusatzstruktur. Insbesondere wird die untere Leitstruktur aus einem nicht-transparenten Material hergestellt, im Gegensatz zum transparenten Material der unteren Elektrode. Die untere Leitstruktur wird vorteilhafterweise aus dem gleichen Material hergestellt wie die obere Leitstruktur und insbesondere auch wie die Terminals. Die untere Leitstruktur ist direkt auf die untere Elektrode aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt, und somit mit dieser elektrisch kontaktiert.
Ein wesentlicher Vorteil der unteren Leitstruktur besteht insbesondere darin, dass die Beschränkung der Zellbreite, welche sich vorrangig aus der Leitfähigkeit der unteren Elektrode ergibt, aufgehoben wird, wodurch deutlich größere Zellen realisierbar sind. Dadurch ist insgesamt die tatsächliche Designfreiheit des Halbleitermoduls deutlich verbessert, denn die theoretisch besonders große Designfreiheit bei organischen Halbleitermodulen ist nicht mehr durch die Maximalbreite für die Zellen eingeschränkt ist, sondern kann voll ausgeschöpft werden.
Dabei ergibt sich die untere Leitstruktur gerade nicht lediglich aus einer Übertragung des Konzepts der oberen Leitstruktur auf die untere Elektrode, denn herstellungstechnisch ergeben sich im Zusammenhang mit der unteren Leitstruktur spezielle Probleme. Die Verwendung von schlecht leitfähigem PEDOT wird vorteilhaft durch die obere Leitstruktur ermöglicht, welche einfach oben aufgetragen wird, wohingegen bei der unteren Transparenzschicht aufgrund der schlechten Zugänglichkeit ein erhöhter Aufwand zur Erhöhung der Leitfähigkeit durch eine spezielle Materialkombination vorgenommen wird. Während die obere Leitstruktur als insbesondere abschließende Schicht der Schichtstruktur einfach obenauf aufgetragen wird, muss eine untere Leitstruktur in die Schichtstruktur integriert werden und der Herstellungsprozess unter Umständen angepasst werden. Durch die zusätzliche untere Leitstruktur wird entsprechend eine Verwendung anderer Materialien für die untere Transparenzschicht ermöglicht. In einer geeigneten Ausgestaltung ist dann die untere Transparenzschicht aus PEDOT gefertigt. Als Material ist aber auch insbesondere ITO weiterhin geeignet. In einer geeigneten Ausgestaltung wird die untere Transparenzschicht nachträglich strukturiert, oder segmentiert, d.h. nach dem Auftragen der aktiven Schicht.
Zusammenfassend weist das Halbleitermodul als wesentliches Element eine untere Leitstruktur auf, welche mit der unteren Transparenzschicht elektrisch verbunden ist, wodurch eine untere Elektrode mit verbesserter Leitfähigkeit, insbesondere mit geringerem Flächenwiderstand ausgebildet ist, sodass die Beschränkung der Zellbreite auf eine Maximalbreite vorteilhaft aufgehoben ist. Die Verwendung einer oberen Leitstruktur, welche auf die obere Transparenzschicht aufgetragen ist, ist zwar nicht zwingend, jedoch vorteilhaft, sodass dann entsprechend auch eine obere Elektrode mit verbesserter Leitfähigkeit gebildet ist, um auch eine mögliche Beschränkung der Zellbreite durch die obere Transparenzschicht zu vermeiden.
Die untere Leitstruktur ist zweckmäßigerweise in die aktive Schicht eingebettet. Hierzu muss die aktive Schicht modifiziert werden, um freie Stellen zu schaffen, an welchen dann die untere Leitstruktur eingebettet wird. Die aktive Schicht ist durch die untere Leitstruktur unterbrochen, vorzugsweise sind alle Schichten der aktiven Schicht durch die untere Leitstruktur unterbrochen, ähnlich wie bei einer P2-Segmentierung. Die Einbettung der unteren Leitstruktur in die aktive Schicht führt zu einer minimalen Veränderung der Schichtstruktur, insbesondere wird eine Verdickung vermieden. Da im Gegensatz zur Ausgestaltung der oberen Leitstruktur die konkrete Ausgestaltung der unteren Leitstruktur auch die Ausgestaltung der aktiven Schicht beeinflusst, entspricht die konkrete Form der oberen Leitstruktur auch typischerweise nicht derjenigen der unteren Leitstruktur. Die Form der oberen Leitstruktur ist also nicht ohne Weiteres übernehmbar.
Die untere Leitstruktur erstreckt sich von der Oberseite bis zur unteren Transparenzschicht und durchdringt dabei die obere Transparenzschicht und die aktive Schicht. Mit anderen Worten: die untere Leitstruktur ist mit der unteren Transparenzschicht kontaktiert und ist von der Oberseite her zugänglich und sichtbar. Dies hat insbesondere den besonderen Vorteil, dass die untere Leitstruktur besonders einfach mit einem der Terminals vereinbar ist, welche beide üblicherweise auf der Oberseite ausgebildet werden. Zudem ist die Herstellung des Halbleitermoduls erheblich vereinfacht. Bei der Herstellung des Halbleitermoduls wird die untere Leitstruktur auf die untere Transparenzschicht aufgebracht, entweder vor dem Auftragen der aktiven Schicht, vorzugsweise jedoch danach, sodass die untere Leitschicht gemeinsam mit der oberen Leitschicht oder den Terminals oder beidem gemeinsam in einem einzelnen Prozessschritt aufgetragen werden kann. Anstatt dann nach der unteren Transparenzschicht und vor der aktiven Schicht die untere Leitstruktur in einem separaten Prozessschritt aufzutragen, wird die untere Leitschicht in einem ohnehin schon vorhandenen Prozessschritt aufgetragen, wobei die aktive Schicht und die obere Transparenzschicht, welche zuvor aufgetragen wurden, nachträglich durchtrennt werden, um die untere Transparenzschicht zugänglich zu machen und das Material der unteren Leitstruktur in den Schichtverbund zu integrieren.
Besonders bevorzugt ist - wie zuvor angedeutet - eine Ausgestaltung, bei welcher die untere Leitstruktur erst nach der aktiven Schicht ausgebildet wird, sodass die aktive Schicht durchbrochen ist und die untere Leitstruktur durch die aktive Schicht hindurchreicht. Mit anderen Worten: auf die untere Transparenzschicht wird zunächst die aktive Schicht insbesondere durchgängig aufgetragen, d.h. lokal entfernt und die untere Elektrode freigelegt, und erst danach wird die aktive Schicht lokal durchbrochen und dann die untere Leitstruktur ausgebildet und in die aktive Schicht eingebettet. Diese Reihenfolge weist insbesondere den Vorteil auf, dass das Herstellungsverfahren für das Halbleitermodul besonders einfach ist, denn der bisherige Prozessschritt zur Ausbildung der aktiven Schicht auf der unteren Transparenzschicht wird beibehalten. Dabei wird die aktive Schicht insbesondere zunächst flächig aufgetragen und erst nachfolgend segmentiert, um die Zellen auszubilden und nunmehr auch die untere Leitstruktur einzubetten.
Die untere Leitstruktur wird vorteilhafterweise in demselben Prozessschritt wie die Terminals und insbesondere auch die obere Leitstruktur ausgebildet. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird nach dem Auftragen der oberen Transparenzschicht die untere Leitstruktur ausgebildet, indem die aktive Schicht und die obere Transparenzschicht zuerst mittels einer P2-Segmentierung durchbrochen werden und danach ein leitendes Material aufgetragen wird, welches durch die Transparenzschicht und die aktive Schicht hindurchdringt, sodass die untere Leitstruktur sozusagen zumindest eine Barriere oder Wand aus einem leitendem Material bildet, welche von der Oberfläche bis zur unteren Transparenzschicht reicht.
Die Ausbildung der unteren Leitstruktur von der Oberseite bis zur unteren Transparenzschicht führt insbesondere aufgrund der P2-Segmentierung zu einer zweckmäßigen Segmentierung des Halbleitermoduls und zur Ausbildung jeweils einer Zelle auf beiden Seiten der Wand aus leitendem Material. In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Halbleitermodul mehrere Zellen auf und die untere Leitstruktur segmentiert die aktive Schicht, wodurch dann die Zellen ausgebildet sind. Die Herstellung der unteren Leitstruktur dient also auch zur Ausbildung der Zellen. Die Vorbereitung für die Ausbildung der unteren Leitstruktur ist vorteilhaft in den ohnehin zur Segmentierung des Halbleitermoduls vorhandenen Prozessschritt integriert und das Herstellungsverfahren muss somit nicht grundsätzlich verändert werden. Insbesondere wird an anderer Stelle, an welcher keine P2-Segmentierung durchgeführt wird, wird ebenfalls ein leitendes Material aufgetragen, welches dann die obere Leitstruktur bildet. Diese ist mit der oberen Transparenzschicht verbunden.
Bei einem Halbleitermodul mit einer oberen Leitstruktur ist diese vorzugsweise als eine Fingerstruktur ausgebildet, wie weiter unten beschrieben. Grundsätzlich geeignet ist jedoch auch eine Alternative, bei welcher die obere Leitstruktur gitterartig ausgebildet ist, also als Gitterstruktur, d.h. als Anordnung zweier Gruppen von Linien aus leitendem Material, wobei die Linien einer Gruppe zueinander parallel sind und die Linien der anderen Gruppe kreuzen. Grundsätzlich ist eine solche Gitterstruktur auch für die untere Leitstruktur geeignet. Hierfür müsste die untere Leitstruktur allerdings vor der aktiven Schicht aufgetragen werden. Bei einer eingebetteten unteren Leitstruktur, welche die aktive Schicht vollständig durchbricht, würde eine bloße Übernahme der Gitterstruktur allerdings zu einer entsprechenden gitterartigen Segmentierung der aktiven Schicht führen und dadurch die Funktionalität des Halbleitermoduls an sich kompromittieren, da entsprechend viele kleine Zellen und auch entsprechend viel Totraum erzeugt würde. Eine gitterartige untere Leitstruktur wird demnach zweckmäßigerweise vor der aktiven Schicht aufgetragen.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher das Halbleitermodul mehrere Zellen aufweist, welche nebeneinander angeordnet sind, und bei welcher die untere Leitstruktur als eine Fingerstruktur ausgebildet ist, mit mehreren Fingern, welche jeweils langgestreckt ausgebildet sind und welche jeweils zwischen zwei zueinander benachbarten Zellen verlaufen. Insbesondere gegenüber einer Gitterstruktur, aber auch allgemein, zeichnet sich eine Fingerstruktur insbesondere dadurch aus, dass diese wenigstens einen Finger aufweist, welcher generell langgestreckt ist und eine Fingerlänge aufweist, welche deutlich größer ist als eine Fingerbreite. Die Fingerbreite beträgt vorzugsweise zwischen 0,1mm und 1mm. Die Fingerlänge beträgt vorzugsweise zwischen 1cm und 20cm. Je nach Größe des Halbleitermoduls und vor Allem je nach Design können sich hiervon abweichende Abmessungen ergeben. Bei mehreren Fingern kreuzen sich diese im Gegensatz zu einer Gitterstruktur gerade nicht zwangsläufig. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass die untere Leitstruktur insgesamt und speziell deren Finger an die konkreten Gegebenheiten, d.h. das konkrete Design des Halbleitermoduls anpassbar sind und auch angepasst werden. Bevorzugt werden die Finger und allgemein die untere Leitstruktur auch als Designelement verwendet und folgen einem optisch ansprechenden Verlauf.
Um einen Kurzschluss der unteren Leitstruktur mit der oberen Elektrode zu verhindern, wird die unteren Leitstruktur mit einer P3-Segmentierung umrandet, genauer gesagt wird zweckmäßigerweise jeweils beidseitig der Finger eine P3-Segmentierung durchgeführt und die obere Transparenzschicht durchtrennt. Demnach weist die obere Elektrode eine obere Transparenzschicht auf, welche aus einem transparenten und leitfähigen Material gefertigt ist, und die untere Leitstruktur ist durch eine P2-Segmentierung ausgebildet, welche die obere Transparenzschicht und die aktive Schicht durchtrennt, und weiterhin ist die untere Leitstruktur von einer P3-Segmentierung umrandet, welche die obere Transparenzschicht durchdringt, jedoch nicht die untere Transparenzschicht, d.h. die untere Transparenzschicht bleibt im Bereich der P3-Segmentierung intakt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Submodul ausgebildet, welches durch die untere Leitstruktur in mehrere Zellen segmentiert ist, welche miteinander parallel verschaltet sind. Mit anderen Worten: die untere Leitstruktur trennt die Zellen voneinander. Die Ausbildung der unteren Leitstruktur von der Oberseite bis zur unteren Transparenzschicht und insbesondere mittels einer P2-Segmentierung führt zu einer Segmentierung des Halbleitermoduls und zur Ausbildung jeweils einer Zelle auf beiden Seiten eines jeweiligen Fingers. Durch eine zusätzliche P3-Segmentierung, vorzugsweise wie oben beschrieben, sind diese beiden Zellen insbesondere prinzipbedingt miteinander parallel verschaltet. Durch die Ausbildung der unteren Leitstruktur wird also eine Parallelschaltung erzeugt, für welche die erste Designregel nicht gilt, denn die Zellgröße bestimmt lediglich den Strom, welchen die Zelle erzeugt, nicht aber deren Spannung.
Ein wesentlicher Vorteil der unteren Leitstruktur, insbesondere in Kombination mit einer oberen Leitstruktur, besteht demnach insbesondere darin, dass zusätzlich zur Aufhebung der zweiten Designregel auch die erste Designregel umgangen werden kann. Die Zellgröße muss innerhalb einer Gruppe von parallel verschalteten Zellen, d.h. innerhalb einer Parallelschaltung nicht zwingend ähnlich oder gleich sein, sodass die tatsächliche Designfreiheit weiter vergrößert ist. Das Halbleitermodul kann also in Zellen unterschiedlicher Größe segmentiert werden. Mehrere Zellen von möglicherweise unterschiedlicher Größe werden dann parallel miteinander zu einem Submodul verschaltet.
Zur Erzielung einer bestimmten Spannung werden dann zweckmäßigerweise mehrere Submodule seriell miteinander verschaltet, wobei die Submodule geeigneterweise gleich oder zumindest ähnlich groß sind. Die Anforderung einer möglichst gleichen Zellgröße ist jedoch aufgehoben und gilt nunmehr lediglich entsprechend für die deutlich flexibler gestaltbaren Submodule.
Alternativ oder zusätzlich weist das Halbleitermodul zumindest ein Terminal auf und es sind zumindest zwei Submodule ausgebildet, welche mittels des Terminals seriell verschaltet sind, indem das Terminal einem mäanderförmigen Verlauf folgt. Analog ist auch ein mäanderförmiger Verlauf zweier Terminals geeignet. Bei dem mäanderförmigen Verlauf verläuft das Terminal nacheinander über die Submodule und realisiert auf diese Weise eine Serienschaltung. Vorteilhafterweise wird der mäanderförmige Verlauf des Terminals in das Design und die optische Erscheinung des Halbleitermoduls mit einbezogen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest zwei Submodule ausgebildet, welche mittels einer Durchkontaktierung miteinander seriell verschaltet sind. Die Durchkontaktierung ist vorzugsweise wie weiter oben bereits beschrieben ausgebildet, insbesondere durchdringt die Durchkontaktierung die aktive Schicht und verbindet die Zellelektroden der Zellen der benachbarten Submodule derart, dass die oberen Zellelektroden des einen Submoduls mit den unteren Zellelektroden des anderen Submoduls verbunden sind. Insbesondere weist die Durchkontaktierung hierzu auf der Oberseite einen Längssteg auf, welcher mit den oberen Zellelektroden des einen Submoduls verbunden ist. Die Durchkontaktierung ist aus einem leitenden Material gefertigt, insbesondere aus einem Metall, vorzugsweise aus Silber. Vorzugsweise ist die Durchkontaktierung aus dem gleichen Material gefertigt wie die untere Leitstruktur, die obere Leitstruktur oder die Terminals. Vorzugsweise ist die Durchkontaktierung in demselben Prozessschritt ausgebildet, wie die untere Leitstruktur, die obere Leitstruktur oder die Terminals.
Zur Ausbildung einer Durchkontaktierung oder auch mehrerer Durchkontaktierungen werden zweckmäßigerweise die oben beschriebenen drei Segmentierungsschritte in nebeneinanderliegenden Bereichen ausgeführt. Dabei wird eine P2-Segmentierung, in diesem Zusammenhang auch als P2-Durchbrechung bezeichnet, räumlich zwischen einer P1-Segmentierung und einer P3-Segmentierung erzeugt, sodass eine Durchbrechung in der aktiven Schicht zwischen einer Durchbrechung in der unteren Elektrode einerseits und einer Durchbrechung der oberen Elektrode andererseits ausgebildet ist. Auf einer Seite der P2-Segmentierung wird also eine P1-Segmentierung ausgeführt, auf der anderen Seite eine P3-Segmentierung. Beim Auftragen eines leitenden Materials, speziell beim Auftragen der oberen Leitstruktur, dringt dann dass leitende Material in die Durchbrechung ein und bildet eine Wand, ähnlich wie bei den oben beschriebenen Fingern der unteren Leistruktur. Das leitende Material kontaktiert dann die untere Zellelektrode der einen Zelle mit der oberen Zellelektrode der anderen Zelle, sodass eine Serienschaltung hergestellt wird. Analoges gilt für Submodule oder eine Kombination von Submodulen und Zellen.
Bei einem Halbleitermodul mit einer oberen Leitstruktur ist diese vorzugsweise als Fingerstruktur ausgebildet, insbesondere analog zur oben beschriebenen Fingerstruktur im Zusammenhang mit der unteren Leitstruktur. Im Gegensatz zur unteren Leitstruktur durchdringen die Finger der oberen Leitstruktur jedoch nicht die obere Transparenzschicht und auch nicht die aktive Schicht und auch sonst keine Schicht des Schichtverbunds, sondern sind lediglich obenauf auf der oberen Transparenzschicht, also an der Oberfläche des Halbleitermoduls angeordnet. Unterhalb der oberen Leitstruktur bleibt die aktive Schicht demnach intakt, sodass durch die obere Leitstruktur kein Totraum erzeugt wird und der Füllfaktor insgesamt verbessert ist. Im Gegensatz zur weiter oben beschriebenen Gitterstruktur weist die Fingerstruktur mehrere Linien auf, welche sich gerade nicht gitterartig kreuzen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung, bei welcher die obere Elektrode eine obere Leitstruktur aufweist, sind die obere Leitstruktur und die untere Leitstruktur jeweils als eine Fingerstruktur ausgebildet, mit einer Anzahl an Fingern, welche kammartig angeordnet sind und ineinandergreifen. Mit anderen Worten: die Finger der oberen Leitstruktur und die Finger der unteren Leitstruktur sind auf der Oberseite miteinander verzahnt angeordnet. Die jeweiligen Ausbildungen der beiden Leitstrukturen jeweils als Fingerstruktur sind grundsätzlich voneinander unabhängig, werden jedoch zweckmäßigerweise kombiniert, sodass dann beide Leitstrukturen als Fingerstrukturen ausgebildet sind und sich ein Muster ergibt, bei welchem die Finger der beiden Fingerstrukturen über die Gesamtfläche des Halbleitermoduls insbesondere abwechselnd angeordnet sind und ineinandergreifen. Dadurch wird die Bedeckung weiter reduziert und mehr Licht kann in die aktive Schicht gelangen. Die Finger sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet. Bei einem Halbleitermodul mit seriell verschalteten Zellen oder Submodulen oder beidem sind die Finger vorzugsweise senkrecht zu einem Längssteg einer Durchkontaktierung, welche zur seriellen Verschaltung dient, ausgerichtet. Die genaue Anordnung der Finger relativ zueinander und relativ zu den Terminals und der Längsrichtung des Halbleitermoduls kann jedoch vorteilhaft von einer solch strikt senkrechten oder parallelen Anordnung abweichen. Die beiden Fingerstrukturen bilden also gemeinsam eine Kammstruktur. Allgemein wird eine solche Anordnung, bei welcher beide Elektroden jeweils eine Transparenzschicht und eine Fingerstruktur aufweisen, auch als verschränktes Elektrodenlayout bezeichnet (Englisch: interdigitated electrode layout). Dies wird maßgeblich insbesondere durch die Flexibilität bei der Herstellung des Halbleitermoduls ermöglicht. Beide Leiterstrukturen können somit bedarfsgerecht an jedwede Form oder Geometrie angepasst werden, um eine optimale Flächennutzung, d.h. einen optimalen Füllfaktor, bei gleichzeitig besonders hoher Effizienz zu erzielen.
Auf der Oberseite bilden beide Leitstrukturen zusammen insbesondere ein von oben her sichtbares Muster, welches zweckmäßigerweise auch das Design des Halbleitermoduls bestimmt. In einer geeigneten Ausgestaltung beginnen beide Leitstrukturen auf der Oberseite und oberhalb der oberen Transparenzschicht. Die untere Leitstruktur erstreckt sich in Richtung der Unterseite bis zur unteren Transparenzschicht, die obere Leitstruktur ist lediglich oberflächlich ausgebildet. Von der Oberseite her betrachtet ergibt sich somit ein flächiges Bild, bei welchem beide Leitstrukturen auf gleicher Höhe liegen.
Bei einem Halbleitermodul mit zwei Terminals ist ein erstes Terminal vorzugsweise mit der unteren Leitstruktur und somit mit der unteren Elektrode verbunden und ein zweites Terminal ist mit der oberen Leitstruktur und somit mit der oberen Elektrode verbunden. Dabei erstrecken sich die Terminals jeweils in Längsrichtung und die Leitstrukturen erstrecken sich jeweils von einem der Terminals ausgehend und seitlich von diesem weg. Die Leitstrukturen erscheinen somit als eine Verzweigung oder Verästelung des jeweiligen Terminals.
Das Halbleitermodul weist eine Gesamtfläche auf. In einer bevorzugten Ausgestaltung bedeckt die untere Leitstruktur höchstens 20%, vorzugsweise höchstens 3% der Gesamtfläche. Besonders geeignet ist eine Ausgestaltung, bei welcher beide Leiterstrukturen zusammengenommen höchstens 20%, vorzugsweise höchstens 3% der Gesamtfläche bedecken. Dadurch wird Totraum weitestgehend vermieden und eine hohe Effizienz sichergestellt, d.h. bei einem Photovoltaikmodul insbesondere eine hohe Energieerzeugung pro Fläche.
Die oben beschriebenen Konzepte ermöglichen einen deutlich größeren Spielraum beim Design des Halbleitermoduls, sodass sich auch ausgefallene Sonderformen insbesondere unter zusätzlicher Angabe hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften ergeben. Trotz eventueller Vorgaben hinsichtlich Spannung und Strom des Halbleitermoduls sind aufgrund der speziellen Strukturierung und der speziellen Elektroden beliebige Geometrien und Formen realisierbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Halbleitermodul in der Form eines Pflanzenblatts ausgebildet, d.h. in der Form eines Blatts einer Pflanze. Dadurch wird die optische Erscheinung des Halbleitermoduls verbessert und ein besonders vorteilhafter ästhetischer Effekt erzielt. Vorzugsweise weist dabei das Halbleitermodul eine Gesamtfläche auf, welche zu wenigstens 93% aus Zellen besteht, d.h. die aktive Schicht ist auf wenigstens 90% der Gesamtfläche ausgebildet, d.h. das Halbleitermodul weist einen Füllfaktor von wenigstens 93% auf. Dabei ist die Form nicht auf diejenige eines bestimmten Pflanzenblatts beschränkt. Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Halbleitermoduls besteht ja vielmehr gerade darin, dass eine Vielzahl von Formen, d.h. eine Vielzahl an unterschiedlichen Außenkonturen des Photovoltaikelements realisierbar ist. Bei einem Halbleitermodul in der Form eines Pflanzenblatts ist vorzugsweise ein Blattstiel ausgebildet, an welchen sich in Längsrichtung eine Blattfläche anschließt, welche mit Zellen bestückt ist. Der Blattstiel selbst weist insbesondere keine Zellen auf, vorzugsweise aber Anschlusspunkte des Halbleitermoduls. Die Anschlusspunkte sind vorzugsweise mit den Terminals verbunden oder besonders bevorzugt ein Teil der Terminals. Die Blattfläche erstreckt sich in Längsrichtung und ist generell nicht rechteckig, sondern weist typischerweise eine gezackte oder ausgebuchtete Umrandung auf. Die gesamte Blattfläche ist aufgrund der beschriebenen Konzepte optimal ausgenutzt und mit Zellen besetzt, trotz einer insbesondere großen Länge des Pflanzenblatts, d.h. des Halbleitermoduls. Zugleich ist vorteilhaft eine bestimmte geforderte Spannung des Pflanzenblatts einstellbar und auch eingestellt. Außerdem ist insbesondere aufgrund des beschriebenen und bevorzugten verschränkten Elektrodenlayouts ein Design erzielt, welches dem eines Pflanzenblatts besonders nah kommt oder sogar entspricht. Die Elektroden, genauer die beiden Leitstrukturen und insbesondere deren Finger bilden hierbei Nerven des Pflanzenblatts nach, sodass eine besonders natürliche Anmutung und Erscheinung erzeugt wird.
Das Verfahren dient zur Herstellung eines Halbleitermoduls, insbesondere eines Photovoltaikmoduls. Das Halbleitermodul ist als organisches Halbleitermodul ausgebildet ist, d.h. es wird ein organisches Halbleitermodul hergestellt. Das Halbleitermodul weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Auf der Unterseite ist ein Substrat angeordnet, auf welches eine untere Transparenzschicht aufgebracht ist. Das Substrat mit insbesondere durchgängig, d.h. lückenlos aufgebrachter unterer Transparenzschicht wird vorzugsweise als Halbzeug für das Verfahren bereitgestellt. Auf die untere Transparenzschicht ist oder wird eine aktive Schicht aufgebracht, auf welche wiederum eine obere Elektrode aufgebracht ist oder wird. Die untere Transparenzschicht ist oder wird aus einem transparenten und leitfähigen Material hergestellt. Im Rahmen des Verfahrens wird eine untere Leitstruktur ausgebildet, welche gemeinsam mit der unteren Transparenzschicht eine untere Elektrode bildet, d.h. es wird eine zweiteilige untere Elektrode ausgebildet. Dabei wird die untere Leitstruktur auf die untere Transparenzschicht aufgetragen und die untere Transparenzschicht wird von der unteren Leitstruktur lediglich teilweise bedeckt. Die untere Leitstruktur wird aus einem Material hergestellt, welches eine größere Leitfähigkeit aufweist als das Material der unteren Transparenzschicht. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den obigen Ausführungen.
Wesentlich an dem Verfahren ist insbesondere die Ausbildung der unteren Leitstruktur. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird ein Halbzeug bereitgestellt, welches das Substrat, die untere Transparenzschicht, die aktive Schicht und die obere Transparenzschicht aufweist. Bei diesem Halbzeug werden dann die untere Leitstruktur und zusätzlich eine obere Leitstruktur gemeinsam in einem einzelnen Prozessschritt ausgebildet. Hierbei wird obere Leitstruktur auf der oberen Transparenzschicht ausgebildet und bildet mit dieser die obere Elektrode. Dazu wird insbesondere von der Oberseite her, d.h. von oben, ein leitendes Material aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt. Das Material ist insbesondere nichttransparent. Das Material ist vorzugsweise ein Metall, besonders bevorzugt Silber. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden gleichzeitig mit den beiden Leitstrukturen auch zwei Terminals ausgebildet, insbesondere aus dem gleichen Material und in demselben Prozessschritt.
Vorzugsweise wird vor dem Aufbringen der aktiven Schicht eine P1-Segmentierung ausgebildet, welche in dem fertigen Halbleitermodul entlang eines der Terminals verläuft und dieses von der unteren Elektrode trennt. Dieses Terminal wird in diesem Zusammenhang auch als erstes Terminal bezeichnet und ist dann insbesondere mit der oberen Leitstruktur verbunden. Das andere Terminal, welches in diesem Zusammenhang auch als zweites Terminal bezeichnet wird, ist mit der unteren Leitstruktur verbunden. Um dieses zweite Terminal von der oberen Elektrode zu trennen, wird eine P1-Segmentierung ausgebildet, welche beim fertigen Halbleitermodul sowohl entlang des zweiten Terminals als auch entlang der unteren Leitstruktur ausgebildet ist und bei einer Fingerstruktur entsprechend dem Verlauf der Finger folgt. Dabei sind insbesondere diejenigen Stellen ausgelassen, an welchen das zweite Terminal und die untere Leitstruktur miteinander verbunden sind. Zwischen der unteren Leitstruktur und dem ersten Terminal ist zweckmäßigerweise ein Zellschnitt ausgebildet, um diese beiden voneinander zu trennen. Der Zellschnitt ist insbesondere entlang von Teilen der oben erwähnten P1-Segmentierung entlang des ersten Terminals ausgebildet und überlappt insofern mit diesem. Zur Herstellung der unteren Leitstruktur wird eine P2-Segmentierung ausgebildet und zwar vor dem Aufbringen des hierzu erforderlichen leitenden Materials und zweckmäßigerweise genau dort, wo die untere Leitstruktur ausgebildet werden soll.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch und ausschnittsweise:

1a ein herkömmliches Halbleitermodul in einer Draufsicht,
1b das Halbleitermodul aus 1a in ersten Querschnittansicht,
2 ein erfindungsgemäßes Halbleitermodul in einer Draufsicht,
3 das Halbleitermodul aus 2 in einer ersten Querschnittansicht,
4 das Halbleitermodul aus 2 in einer zweiten Querschnittansicht,
5 das Halbleitermodul aus 2 in einer dritten Querschnittansicht,
6 eine Variante des Halbleitermoduls in einer Draufsicht, und
7 eine weitere Variante des Halbleitermoduls in einer Draufsicht.

In 1a ist ein herkömmliches Halbleitermodul 2 gezeigt. Dieses weist zwei Terminals 4 auf, welche sich in einer Längsrichtung L erstrecken. Senkrecht hierzu, d.h. in einer Querrichtung Q sind mehrere, hier vier Zellen 6 ausgebildet, welche miteinander in Serie geschaltet sind. Jeweils zwei benachbarte Zellen 6 sind mittels einer Durchkontaktierung 8 seriell verschaltet. Dies ist 1b näher gezeigt, welche eine Querschnittansicht des Halbleitermoduls 2 entlang der Querrichtung Q zeigt. Deutlich erkennbar ist die Schichtstruktur des Halbleitermoduls 2, mit einem Substrat 10, welches auf einer Unterseite U angeordnet ist, und mit einer unteren Transparenzschicht 12 und einer oberen Transparenzschicht 14, zwischen welchen eine aktive Schicht 16 angeordnet ist. Die Transparenzschichten 12, 14 sind jeweils als homogene Schichten aus einem transparenten und leitfähigen Material hergestellt. Die aktive Schicht 16 besteht aus einem organischen Halbleitermaterial 18 sowie aus zwei Ladungssperrschichten 20. Eine Durchkontaktierung 8 wird durch drei Segmentierungsschritte hergestellt. Ein erster Segmentierungsschritt erzeugt eine P1-Segmentierung P1, ein zweiter Segmentierungsschritt erzeugt eine P2-Segmentierung P2 und ein dritter Segmentierungsschritt erzeugt eine P3-Segmentierung P3. Bei der P1-Segmentierung wird zunächst die untere Transparenzschicht 12 durchbrochen. Diese bildet zugleich eine untere Elektrode 22, sodass durch die P1-Segmentierung die untere Elektrode 22 in mehrere untere Zellelektroden 24 segmentiert wird. Bei der P2-Segmentierung werden die aktive Schicht 16 und die obere Transparenzschicht 14 durchbrochen und segmentiert, um mehrere Zellen 6 auszubilden. Bei der P3-Segmentierung wird die obere Transparenzschicht 14 durchtrennt, um auf einer Oberseite O des Halbleitermoduls 2 eine obere Elektrode 26 mit mehreren oberen Zellelektroden 28 auszubilden, indem zusätzlich eine obere Leitstruktur 30 aufgetragen wird. Die obere Leitstruktur 30 ist aus einem leitenden Material gefertigt und mit der oberen Transparenzschicht 14 verbunden. Die obere Leitstruktur 30 überdeckt die P2-Segmentierung, sodass Material der oberen Leitstruktur 30 durch die aktive Schicht 16 hindurchreicht und die obere Elektrode 30 mit der unteren Elektrode 22 verbindet. Die P3-Segmentierung verhindert einen Kurzschluss auf der Oberseite O.
Aufgrund der schlechten Leitfähigkeit der Transparenzschichten 12, 14 ist die Zellbreite ZB auf einen Maximalwert von etwa 10mm beschränkt. Die Zellbreite ZB wird in Querrichtung Q gemessen. Breitere Halbleitermodule 2 können daher nicht ohne Weiteres durch eine einfache Serienschaltung von Zellen 6 realisiert werden, ohne entweder aufgrund eines hohen Flächenwiderstands entsprechend hohe Verluste in Kauf zu nehmen oder eine entsprechend hohe Spannung. Abseits von diesen Problemen sind auch nicht-rechteckige Geometrien oder Formen problematisch, da hierbei nicht ohne Weiteres Zellen 6 mit gleicher Zellgröße ausgebildet werden können. Diese Probleme werden durch die nachfolgend beschriebenen Halbleitermodule 2 gelöst oder umgangen.
In 2 ist ein Halbleitermodul 2 gezeigt, welches einen deutlich größeren Designfreiheitsgrad aufweist als das Halbleitermodul 2 der 1a, 1b. In den 3, 4 und 5 ist jeweils eine Querschnittansicht entlang der in 2 angedeuteten Schnittlinien A-A', B-B' und C-C' dargestellt. Das Halbleitermodul 2 in 2 weist ebenfalls zwei Terminals 4 auf, welche sich in Längsrichtung L erstrecken, sowie mehrere, hier drei Zellen 6, welche in Querrichtung Q zwischen den Terminals 4 angeordnet sind. Wie 3, 4 und 5 zeigen weist das Halbleitermodul 2 grundsätzlich einen Schichtaufbau wie in 1b gezeigt auf. Das Halbleitermodul 2 der 2 ist allerdings auf andere Weise segmentiert worden, d.h. die P1-, P2- und P3-Segmentierung sind unterschiedlich ausgeführt und angeordnet. Zudem ist zusätzlich eine untere Leitstruktur 32 ausgebildet, welche aus dem gleichen Material besteht wie die obere Leitstruktur 30 und auch mit dieser zusammen aufgetragen wird. Wie aus 2 deutlich erkennbar ist, weisen die beiden Leitstrukturen 30, 32 jeweils eine Fingerstruktur auf, mit einer Anzahl an Fingern 34, welche ineinandergreifend oder verzahnt angeordnet sind. Die Finger 34 verlaufen parallel zueinander und in Querrichtung Q und bilden eine Kammstruktur. Die Finger 34 sind vorliegend in Längsrichtung L abwechselnd angeordnet in, wie aus 3 deutlich wird, welche einen Schnitt entlang der Längsrichtung L zeigt. Dies ist jedoch nicht zwingend und in einer Variante folgen mehrere Finger 34 derselben Leitstruktur 30, 32 in Längsrichtung L aufeinander. Wesentlich ist, dass aufgrund der speziellen Leitstrukturen 30, 32 die Zellbreite ZB nicht mehr beschränkt ist, da die Leitstrukturen 30, 32 eine lokal erhöhte Leitfähigkeit bereitstellen und die Ladungen nicht über weite Strecken über die Transparenzschichten 12, 14 geführt werden müssen.
Die 4 und 5 zeigen jeweils einen Schnitt entlang der Querrichtung Q und zwar an verschiedenen Längspositionen. In 4 ist ein Finger 34 der unteren Leitstruktur 32 im Querschnitt gezeigt. Zur Herstellung werden die aktive Schicht 16 und die obere Transparenzschicht 14 mittels einer P2-Segmentierung durchtrennt und der dabei entstehende Freiraum wird von der Oberseite O aus mit leitendem Material gefüllt. Dadurch entsteht ähnlich wie bei einer Durchkontaktierung 8 eine Wand aus leitendem Material, welches die untere Transparenzschicht 12 kontaktiert, allerdings gerade nicht mit der oberen Elektrode 26 verbunden ist, sondern von dieser getrennt ist. Die Trennung erfolgt durch zwei P3-Segmentierungen, welche beidseitig des Fingers 34 ausgebildet sind, wie 3 zeigt. Dadurch wird ein Kurzschluss zwischen der unteren Leitstruktur 32 und der oberen Elektrode 26 verhindert. Die untere Leitstruktur 32 dient also der Kontaktierung mit der unteren Transparenzschicht 12 von der Oberseite O her. Wie 3 ebenfalls zeigt, sind die Finger 34 beider Leitstrukturen 30, 32 in derselben Schicht auf der Oberseite O des Halbleitermoduls 2 angeordnet und somit auch von oben her zugänglich und sichtbar. Während die obere Leitstruktur 30 jedoch wie auch in 5 erkennbar lediglich auf der Oberseite O ausgebildet ist, reicht die untere Leitstruktur 32 durch die aktive Schicht 16 hindurch bis zu unteren Transparenzschicht 12. Im Ergebnis bildet die untere Leitstruktur 32 dann zusammen mit der unteren Transparenzschicht 12 die untere Elektrode 16 und die obere Leitstruktur 30 bildet mit der oberen Transparenzschicht 14 die obere Elektrode 26.
Wie 2 zeigt, sind die Leitstrukturen 30, 32 jeweils mit einem der Terminals 4 verbunden. Die untere Leitstruktur 32 ist dann mit einem der Terminals 4 verbunden und von dem anderen Terminal 4 durch einen Zellschnitt C getrennt, welcher auch als C-Segmentierung bezeichnet wird und welcher alle Schichten bis auf das Substrat 10 durchtrennt, wie in 4 gezeigt. Die Ausbildung der oberen Leitstruktur 30 erfordert keinen derart großen Eingriff die Schichtstruktur, wie 5 zeigt. Die obere Leitstruktur 30 ist mit einem der Terminals 4 verbunden und durch eine P3-Segmentierung von dem anderen Terminal 4 getrennt. Zusätzlich ist auf der Seite desjenigen Terminals 4, welches mit der oberen Leitstruktur 30 verbunden ist, eine P1-Segmentierung ausgebildet, um die untere Transparenzschicht 12 zu durchtrennen.
Die in 2 gezeigte Draufsicht zeigt zudem übersichtlich die genaue Ausgestaltung der drei Segmentierungsschritte P1, P2, P3. Demnach sind die Finger 34 der unteren Leitstruktur 32 und das mit diesen verbundene Terminal 4 durch eine P3-Segmentierung eingerahmt und dadurch von der oberen Elektrode 26. Lediglich an der dem Terminal 4 abgewandten Seite sind die Finger 34 nicht lediglich durch eine P1-Segmentierung, sondern durch einen Zellschnitt C vom anderen Terminal 4 getrennt. Die obere Leitstruktur 30 ist dagegen mit dem anderen Terminal 4 verbunden, welches von der unteren Elektrode 16 durch eine P1-Segmentierung getrennt ist, welche in Längsrichtung L durchgängig ausgebildet ist. Endseitig der Finger 34 trennt dann die P3-Segmentierung die obere Leitstruktur 30 vom Terminal 4 für die untere Leitstruktur 32.
Die P2-Segmentierung zur Herstellung der unteren Leitstruktur 32 führt zu einer Zellsegmentierung und somit zur Ausbildung mehrerer Zellen 6, welche in Längsrichtung L voneinander getrennt sind. Demgegenüber führt die Ausbildung der oberen Leitschicht 30 jedoch nicht zu einer Zellsegmentierung, vielmehr liegen die Finger 34 jeweils obenauf und erstrecken sich in Querrichtung Q über eine jeweilige Zelle 6.
In 6 ist eine Variante des Halbleitermoduls 2 gezeigt, welches nun nicht rechteckig geformt ist, sondern dreieckig. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich insbesondere das Problem unterschiedlich großer Zellen 6. Aufgrund der Dreiecksform ist es nicht ohne Weiteres möglich, alle Zellen 6 in ungefähr derselben Breite auszubilden. Durch die spezielle Ausgestaltung mit Leitstrukturen 30, 32 wird dieses Problem jedoch umgangen, da die Leitstrukturen 30, 32 hier eine Parallelschaltung der Zellen 6 ermöglichen, in welchem Fall die Zellbreite ZB nicht mehr von Bedeutung ist. Im Ergebnis bilden die Leitstrukturen 30, 32 eine Kammstruktur, welche als Muster den Nerven eines Pflanzenblatts entspricht.
7 zeigt ein weiteres Halbleitermodul 2, welches grundsätzlich ähnlich demjenigen aus den 2 bis 5 ausgebildet ist, jedoch eine Serienschaltung aus mehreren Submodulen 36 aufweist. Jedes der Submodule 36 weist mehrere Zellen 6 auf, welche wie in 2 gezeigt parallel miteinander verschaltet sind. Innerhalb eines einzelnen Submoduls 36 können die Zellen 6 unterschiedliche Zellgrößen aufweisen, ohne dass dies negative Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften hätte. Mehrere Submodule 36 sind dann zur Erzeugung einer bestimmten Spannung wie in 7 gezeigt in Serie geschaltet und vorliegend in Querrichtung angeordnet. Ein zusätzlicher Längssteg 38 verbindet hierbei die oberen Zellelektroden 28 des einen Submoduls 36 mit den unteren Zellelektroden 24 des anderen Submoduls 36. Hierzu ist der Längssteg 38 als Durchkontaktierung wie in 2 gezeigt ausgebildet, also mittels einer P2-Segmentierung hergestellt und verbindet dann die Finger 34 der unteren Leitstruktur 32 des einen Submoduls 36 mit den Fingern 34 der oberen Leitstruktur 30 des anderen Submoduls 36. Grundsätzlich entspricht das Halbleitermodul 2 somit einer Aneinanderreihung zweier Halbleitermodule 2 wie in 2 gezeigt, welche mit überlappenden Terminals 4 in Querrichtung Q nebeneinander angeordnet sind.
Die Ausführungsbeispiele der 2 bis 7 sind zur besseren Anschaulichkeit sehr einfach gewählt, sodass insgesamt ein Halbleitermodul 2 gezeigt ist, bei welchem die Zellen 6 nicht mehr lediglich seriell verschaltet sind, sondern zusätzlich oder stattdessen parallel. Dadurch werden die eingangs genannten Probleme der beschränkten Zellbreite ZB, der möglichst gleichen Zellgröße und der Einschränkung bei der Einstellung der elektrischen Eigenschaften umgangen. Dabei kommt es auf eine Parallelschaltung allein nicht an. Vielmehr ist die spezielle Gestaltung der unteren Leitstruktur 32 für einen erhöhten Gestaltungsspielraum hinsichtlich der Form des Halbleitermoduls 2 verantwortlich. Dies ergibt sich bei der Übertragung des vorstehend beschriebenen Prinzips auf Halbleitermodule 2 mit deutlich größeren Abmessungen z.B. im Bereich von 1m oder mehr oder mit deutlich komplizierteren Formen, z.B. in Form eines Pflanzenblatts.
Bezugszeichenliste

2: Halbleitermodul
4: Terminal
6: Zelle
8: Durchkontaktierung
10: Substrat
12: untere Transparenzschicht
14: obere Transparenzschicht
16: aktive Schicht
18: organisches Halbleitermaterial
20: Ladungssperrschicht
22: untere Elektrode
24: untere Zellelektrode
26: obere Elektrode
28: obere Zellelektrode
30: obere Leitstruktur
32: untere Leitstruktur
34: Finger
36: Submodul
38: Längssteg
C: Zellschnitt, C-Segmentierung
L: Längsrichtung
O: Oberseite
P1: P1-Segmentierung
P2: P2-Segmentierung
P3: P3-Segmentierung
Q: Querrichtung
U: Unterseite
ZB: Zellbreite

Claims

Halbleitermodul (2), welches als organisches Halbleitermodul (2) ausgebildet ist, mit einer Oberseite (O) und mit einer Unterseite (U), - wobei auf der Unterseite (U) ein Substrat (10) angeordnet ist, - wobei auf das Substrat (10) eine untere Elektrode (22) aufgebracht ist, auf welche eine aktive Schicht (16) aufgebracht ist, auf welche wiederum eine obere Elektrode (26) aufgebracht ist, - wobei die obere Elektrode (26) eine obere Transparenzschicht (14) aufweist, welche aus einem transparenten und leitfähigen Material gefertigt ist, - wobei die untere Elektrode (22) eine untere Transparenzschicht (12) aufweist, welche aus einem transparenten und leitfähigen Material hergestellt ist, - wobei die untere Elektrode (22) weiterhin eine untere Leitstruktur (32) aufweist, welche auf die untere Transparenzschicht (12) aufgetragen ist und diese lediglich teilweise bedeckt und welche aus einem Material hergestellt ist, welches eine größere Leitfähigkeit aufweist als das Material der unteren Transparenzschicht (12) - wobei die untere Leitstruktur (32) durch eine P2-Segmentierung (P2) ausgebildet ist, welche die obere Transparenzschicht (14) und die aktive Schicht (16) durchtrennt, - wobei die untere Leitstruktur (32) von einer P3-Segmentierung (P3) umrandet ist, welche die obere Transparenzschicht (14) durchdringt, jedoch nicht die untere Transparenzschicht (12), - wobei die untere Leitstruktur (32) sich von der Oberseite (O) bis zur unteren Transparenzschicht (12) erstreckt und dabei die obere Transparenzschicht (14) und die aktive Schicht (16) durchdringt.
Halbleitermodul (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die untere Leitstruktur (32) in die aktive Schicht (16) eingebettet ist.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses mehrere Zellen (6) aufweist und wobei die untere Leitstruktur (32) die aktive Schicht (16) segmentiert und dadurch die Zellen (6) ausbildet.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses mehrere Zellen (6) aufweist, welche nebeneinander angeordnet sind, und wobei die untere Leitstruktur (32) als eine Fingerstruktur ausgebildet ist, mit mehreren Fingern (34), welche jeweils langgestreckt ausgebildet sind und welche jeweils zwischen zwei zueinander benachbarten Zellen (6) verlaufen.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Submodul (36) ausgebildet ist, welches durch die untere Leitstruktur (32) in mehrere Zellen (6) segmentiert ist, welche miteinander parallel verschaltet sind.
Halbleitermodul nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest zwei Submodule ausgebildet sind, welche mittels einer Durchkontaktierung miteinander seriell verschaltet sind.
Halbleitermodul nach Anspruch 5 oder 6, wobei dieses zumindest ein Terminal (4) aufweist und wobei zumindest zwei Submodule ausgebildet sind, welche mittels des Terminals (4) seriell verschaltet sind, indem das Terminal (4) einem mäanderförmigen Verlauf folgt.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die obere Elektrode (26) eine obere Leitstruktur (30) aufweist und wobei die obere Leitstruktur (30) und die untere Leitstruktur (32) jeweils als eine Fingerstruktur ausgebildet sind, mit einer Anzahl an Fingern (34), welche kammartig angeordnet sind und ineinandergreifen.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses zwei Terminals (4) aufweist, wobei ein erstes Terminal (4) mit der unteren Leitstruktur (32) verbunden ist, wobei ein zweites Terminal (4) mit einer oberen Leitstruktur (30) der oberen Elektrode (26) verbunden ist, und wobei sich die Terminals (4) jeweils in Längsrichtung (L) erstrecken und wobei die Leitstrukturen (30, 32) sich jeweils von einem der Terminals (4) ausgehend und seitlich von diesem weg erstrecken.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses eine Gesamtfläche aufweist und die untere Leitstruktur (32) höchstens 20% der Gesamtfläche bedeckt.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses in der Form eines Pflanzenblatts ausgebildet ist.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses ein Photovoltaikmodul ist.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches als organisches Halbleitermodul (2) ausgebildet ist, mit einer Oberseite (O) und mit einer Unterseite (U), - wobei auf der Unterseite (U) ein Substrat (10) angeordnet ist, - wobei auf das Substrat (10) eine untere Transparenzschicht (12) aufgebracht ist, auf welche eine aktive Schicht (16) aufgebracht ist, auf welche wiederum eine obere Elektrode (26) aufgebracht ist, - wobei die obere Elektrode (26) eine obere Transparenzschicht (14) aufweist, welche aus einem transparenten und leitfähigen Material gefertigt ist, - wobei die untere Transparenzschicht (12) aus einem transparenten und leitfähigen Material hergestellt ist, - wobei eine untere Leitstruktur (32) ausgebildet wird, welche gemeinsam mit der unteren Transparenzschicht (12) eine untere Elektrode (22) bildet, - wobei die untere Leitstruktur (32) auf die untere Transparenzschicht (12) aufgetragen wird und diese lediglich teilweise bedeckt und welche aus einem Material hergestellt wird, welches eine größere Leitfähigkeit aufweist als das Material der unteren Transparenzschicht (12), - wobei die untere Leitstruktur (32) durch eine P2-Segmentierung (P2) ausgebildet wird, welche die obere Transparenzschicht (14) und die aktive Schicht (16) durchtrennt, - wobei die untere Leitstruktur (32) von einer P3-Segmentierung (P3) umrandet wird, welche die obere Transparenzschicht (14) durchdringt, jedoch nicht die untere Transparenzschicht (12), - wobei die untere Leitstruktur (32) sich von der Oberseite (O) bis zur unteren Transparenzschicht (12) erstreckt und dabei die obere Transparenzschicht (14) und die aktive Schicht (16) durchdringt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Halbzeug bereitgestellt wird, welches das Substrat (10), die untere Transparenzschicht (12), die aktive Schicht (16) und eine obere Transparenzschicht (14) aufweist, wobei die obere Transparenzschicht (14) auf die aktive Schicht (16) aufgebracht ist, wobei bei dem Halbzeug die untere Leitstruktur (32) und zusätzlich eine obere Leitstruktur (30) gemeinsam in einem einzelnen Prozessschritt ausgebildet werden, wobei die obere Leitstruktur (30) auf der oberen Transparenzschicht (14) ausgebildet wird und mit dieser die obere Elektrode (26) bildet.