DE102020126436B4 - Method for manufacturing a metal-halide perovskite solar moduleClaim 4: obvious error corrected (claims 2 or 3 instead of claims 3 or 4) - Google Patents

Method for manufacturing a metal-halide perovskite solar moduleClaim 4: obvious error corrected (claims 2 or 3 instead of claims 3 or 4) Download PDF

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Markus Fenske
Janardan Dagar
Bert Stegemann
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (1) mit mehreren Metall-Halid Perowskit Solarzellen (100, 100'), bei dem eine Perowskit-Schicht so erzeugt wird, dass im Bereich (24) der zweiten Ausnehmung (P2) vor oder während dem Erzeugen der zweiten Ausnehmung (P2) weniger Blei, lod und/oder Brom vorhanden ist, als außerhalb des Bereichs (24) der zweiten Ausnehmung (P2) in der Perowskit-Schicht, so dass beim Erzeugen der zweiten Ausnehmung (P2) die Bildung von Reaktionsprodukten aufweisend Bleiiodid und/oder Bleibromid reduziert ist. Weiterhin bezieht sich der Erfindung auf ein Solarmodul mit erhöhter Energieumwandlungseffizienz.The invention relates to a method for producing a solar module (1) with a plurality of metal-halide perovskite solar cells (100, 100'), in which a perovskite layer is produced in such a way that in the area (24) of the second recess (P2) Before or during the creation of the second recess (P2), less lead, iodine and/or bromine is present in the perovskite layer than outside the region (24) of the second recess (P2), so that when the second recess (P2 ) the formation of reaction products containing lead iodide and/or lead bromide is reduced. Furthermore, the invention relates to a solar module with increased energy conversion efficiency.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines insbesondere monolithischverschalteten Metall-Halid Perowskit Solarmoduls gemäß Anspruch 1.The invention relates to a method for producing a particularly monolithically connected metal-halide perovskite solar module according to claim 1.

Perowskit Solarmodule sind aus dem Stand der Technik bekannt. Perowskit Solarmodule zeichnen sich durch eine Absorberschicht- die Perowskit-Schicht - aus, die eine Perowskit-Kristallstruktur ausbildet und in dem die Ladungsträger des Solarmoduls erzeugt werden. Die Perowskit-Schicht, mit der allgemeinen Summenformel ABX3, weist als Bestandteil A beispielsweise Methylammonium (MA), Cäsium (Cs) und/oder Formamidinium (FA) auf, während der Bestandteil B häufig durch Blei (Pb) gegeben ist. X ist beispielsweise lod (I), Brom (Br) und/oder Chlor (Cl) oder eine Mischung dieser Elemente.Perovskite solar modules are known from the prior art. Perovskite solar modules are characterized by an absorber layer - the perovskite layer - which forms a perovskite crystal structure and in which the charge carriers of the solar module are generated. The perovskite layer, with the general empirical formula ABX 3 , has, for example, methylammonium (MA), cesium (Cs) and/or formamidinium (FA) as component A, while component B is often lead (Pb). X is, for example, iodine (I), bromine (Br) and/or chlorine (Cl) or a mixture of these elements.

Ein Perowskit Solarmodul ist typischer Weise auf einem transparenten Substrat, wie Glas, aufgebaut. Auf dem Substrat ist sodann eine Frontkontaktschicht angeordnet, die aus einem transparenten elektrischen Leitermaterial (TCO, transparent conductive oxide), wie beispielsweise ITO besteht. Auf der Frontkontaktschicht ist dann ein Perowskit-Schichtsystem angeordnet, das eine Elektronentransport- (ETLenglisch: electron transport layer), eine Lochtransport- (HTL - englisch: hole transport layer), sowie die Perowskit Schicht umfasst. Die Perowskit Schicht ist dabei zwischen dem ETL und dem HTL aufgenommen. Wenn der ETL auf der Frontkontaktschicht angeordnet ist, handelt es sich um ein sogenanntes N-I-P Perowskit-Schichtsystem, während wenn der HTL auf der Frontkontaktschicht angeordnet ist, spricht man von einem P-I-N Perowskit-Schichtsystem.A perovskite solar module is typically built on a transparent substrate such as glass. A front contact layer is then arranged on the substrate, which consists of a transparent electrical conductor material (TCO, transparent conductive oxide), such as, for example, ITO. A perovskite layer system is then arranged on the front contact layer, which comprises an electron transport layer (ETL), a hole transport layer (HTL), and the perovskite layer. The perovskite layer is included between the ETL and the HTL. If the ETL is arranged on the front contact layer, it is a so-called N-I-P perovskite layer system, while if the HTL is arranged on the front contact layer, one speaks of a P-I-N perovskite layer system.

Auf dem Perowskit-Schichtsystem ist schließlich die Rückkontaktschicht angeordnet. Die Rückkontaktschicht weist beispielsweise Silber, Gold, TCO und/oder Kupfer auf.Finally, the rear contact layer is arranged on the perovskite layer system. The rear contact layer has silver, gold, TCO and/or copper, for example.

Damit eine effiziente Energiegewinnung mit einem solchen Solarmodul möglich ist, müssen die Schichten des Perowskit Solarmoduls elektrisch entsprechend verbunden bzw. isoliert werden, so dass eine korrekte elektrische Verschaltung des Solarmoduls erreicht wird.So that efficient energy generation is possible with such a solar module, the layers of the perovskite solar module must be electrically connected or insulated accordingly, so that correct electrical wiring of the solar module is achieved.

Diese elektrische Kontaktierung und Isolierung der Schichten erfolgt durch Schnitte - (engl.: scribes) - die eine aufgetragene Schicht entlang einer Richtung in der Schicht durchtrennen. Eine durchtrennte Schicht ist, solange nicht mit leitendem Material verfüllt, zunächst oder dauerhaft nicht mehr durchgängig leitend. Perowskit Solarmodule weisen eine Vielzahl solcher Schnitte auf, wobei pro Solarzelle, jeweils mindestens drei Schnitte notwendig sind. In einem ersten Schnitt (P1) wird die Frontkontaktschicht elektrisch durchtrennt, bevor das Perowskit-Schichtsystem aufgetragen wird. In diese von der vom ersten Schnitt erzeugten Ausnehmung in der Frontkontaktschicht fließt die Lösung mit den Perowskit-Schichtsystem-ausbildenden Bestandteilen bzw. zunächst die ETL oder HTL-Schicht des Schichtsystem, je nach Ausführung..This electrical contacting and insulation of the layers is done by cuts - (English: scribes) - which cut through an applied layer along one direction in the layer. A severed layer is no longer continuously conductive as long as it is not filled with conductive material. Perovskite solar modules have a large number of such cuts, with at least three cuts being necessary for each solar cell. In a first cut (P1), the front contact layer is electrically severed before the perovskite layer system is applied. The solution with the components that form the perovskite layer system or initially the ETL or HTL layer of the layer system, depending on the design, flows into this recess in the front contact layer created by the first cut.

Sobald das Perowskit-Schichtsystem aufgetragen ist, wird auch in diesem im Wesentlichen parallel zum ersten Schnitt versetzt ein zweiter Schnitt (P2) durchgeführt, der eine Ausnehmung erzeugt, die nur das Perowskit-Schichtsystem vollständig durchtrennt.As soon as the perovskite layer system has been applied, a second cut (P2) is also carried out in this essentially parallel to the first cut, which creates a recess that completely separates only the perovskite layer system.

Danach wird die Rückkontaktschicht aufgetragen. Dabei fließt die Lösung, mit den Rückkontaktschicht ausbildenden Bestandteilen in den zweiten Schnitt, so dass eine elektrische Kontaktierung der Frontkontaktschicht einer ersten Solarzelle mit der Rückkontaktschicht der benachbarten zweiten Solarzelle erreicht wird.Then the back contact layer is applied. The solution, with the components forming the back contact layer, flows into the second cut, so that electrical contacting of the front contact layer of a first solar cell with the back contact layer of the adjacent second solar cell is achieved.

Ein dritter Schnitt (P3) durchtrennt sodann die Rückkontaktschicht und das Perowskit-Schichtsystem. Der dritte Schnitt wird in gleicher Richtung wie P2 von P1, parallel versetzt zu P2 vorgenommen, so dass eine Serienschaltung der Solarzellen erreicht wird.A third cut (P3) then cuts through the rear contact layer and the perovskite layer system. The third cut is made in the same direction as P2 from P1, offset parallel to P2, so that the solar cells are connected in series.

Die Schnitte, und besonders der zweite Schnitt werden idealerweise zumeist mittels einem Laser-Ablationsverfahrens durchgeführt, bei dem mit einem Laser die Schicht lokal abgetragen (ablatiert) wird. Bei diesem Prozess entstehen jedoch aufgrund des thermischen Energieeintrags im zweiten Schnitt Reaktionsprodukte aus der Perowskit-Schicht. Ein häufig auftretendes Reaktionsprodukt ist dabei Bleiiodid (Pbl2) und/oder Bleibromid (PbBr2), das sich in der Ausnehmung auf der Rückkontaktschicht ablagert. Diese Ablagerung von Reaktionsprodukten auf der Frontkontaktschicht im Falle des zweiten Schnitts, führt aber zu einer Ausbildung eines elektrischen Kontaktwiderstands zwischen der Frontkontaktschicht und der Rückkontaktschicht nach Verfüllung der durch den Schnitt erzeugten Ausnehmung, was eine elektrische Barriere für die Ladungsträger darstellt und zu unerwünschten elektrischen Verlusten und somit zu einer Reduktion der Effizienz des Solarmoduls führt.The cuts, and especially the second cut, are ideally carried out mostly by means of a laser ablation process, in which the layer is locally removed (ablated) with a laser. In this process, however, reaction products form from the perovskite layer due to the thermal energy input in the second cut. A frequently occurring reaction product is lead iodide (Pbl 2 ) and/or lead bromide (PbBr 2 ), which is deposited in the recess on the back contact layer. However, this deposition of reaction products on the front contact layer in the case of the second cut leads to the formation of an electrical contact resistance between the front contact layer and the rear contact layer after the recess created by the cut has been filled, which represents an electrical barrier for the charge carriers and leads to undesirable electrical losses and thus leading to a reduction in the efficiency of the solar module.

In dem Aufsatz 1 von C. Schultz et al. (Ablation mechanisms of nanosecond and picosecond laser scribing for meta! halide perovskite module interconnection - An experimental and numerical analysis, Solar Energy, Vol. 189, 2020, S.410-418) ist der Einfluss verschiedener Laserpulslängen (ps, ns) bei der Ablation einer bleihaltigen Perowskitschicht zur Bildung eines Schnitts auf die Bildung von unerwünschten Reaktionsprodukten und deren Art untersucht. Der Studie zufolge ist ein ps-Laser zu bevorzugen, da hierdurch schärfere Kanten in dem zu erzeugenden Schnitt zu erzielen sind und weniger Reaktionsprodukte entstehen.In Paper 1 by C. Schultz et al. (Ablation mechanisms of nanosecond and picosecond laser scribing for meta! halide perovskite module interconnection - An experimental and numerical analysis, Solar Energy, Vol. 189, 2020, p.410-418) is the influence of different laser pulse lengths (ps, ns) in the Ablation of a leaded perovskite layer for the formation of a cut examined for the formation of undesirable reaction products and their nature. According to the study, a ps-laser is to be preferred, as this results in sharper edges in the cut to be made and fewer reaction products are produced.

In der US 2020 / 0 294 728 A1 ist ein Perowskit-Solarmodul offenbart, in dem es ebenfalls einen Schnitt (P2) zur elektrischen Kontaktierung einer Solarzelle im Modul gibt. In einer Ausführungsform ist der Schnitt so geführt, dass dieser eine Elektronenleitschicht, die zwischen einem Perowskit-Schichtsystem und der Frontkontaktschicht angeordnet ist, vollständig mit umfasst. Dies wird als vorteilhaft dargestellt, da dadurch die Rück- und die Frontkontaktschicht direkt miteinander in elektrischem Kontakt stehen, gegenüber einem nicht vollendeten Schnitt durch die Elektronenleitschicht, der Material der Elektronenleitschicht zurücklässt, welches den elektrischen Kontakt verschlechtert. Der Schnitt (P2) ist dabei mit dem Material der Frontkontaktschicht aufgefüllt.In the U.S. 2020/0 294 728 A1 discloses a perovskite solar module in which there is also a cut (P2) for making electrical contact with a solar cell in the module. In one embodiment, the cut is made in such a way that it also completely encompasses an electron-conducting layer, which is arranged between a perovskite layer system and the front contact layer. This is shown to be advantageous as it puts the rear and front contact layers in direct electrical contact with each other, as opposed to an incomplete cut through the electron-conductive layer leaving electron-conductive layer material which degrades the electrical contact. The cut (P2) is filled with the material of the front contact layer.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine verbesserte Kontaktierung der Frontkontaktschicht mit der Rückkontaktschicht erreicht werden kann.The object of the invention is therefore to provide a method with which improved contacting of the front contact layer with the rear contact layer can be achieved.

Das erfindungsgemäße Problem wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Halid Perowskit Solarmoduls gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.The problem according to the invention is solved by a method for producing a metal-halide perovskite solar module according to claim 1 . Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent claims and are described below.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines insbesondere monolithischen Solarmoduls mit mehreren Metall-Halid Perowskit Solarzellen, weist zumindest die folgenden Schritte auf:

  • - Zur Verfügung stellen eines transparenten Substrates mit einer Substratfläche, wie Glas, auf dem auf einer ersten Seite der Substratfläche eine transparente elektrisch leitende Frontkontaktschicht angeordnet ist oder wird, wobei entlang einer ersten Erstreckungsrichtung, die sich entlang der Substratfläche erstreckt, eine erste elektrisch isolierende Ausnehmung (P1) in der Frontkontaktschicht durch einen Schnitt erzeugt wird, welche die Frontkontaktschicht durchtrennt, insbesondere so, dass entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung, die senkrecht zur ersten Erstreckungsrichtung entlang der Substratfläche verläuft, ein Stromfluss in der Frontkontaktschicht elektrisch unterbrochen würde,
  • - Aufbringen eines insbesondere N-I-P oder P-I-N Perowskit-Schichtsystems, wobei das Perowskit-Schichtsystem zumindest eine Elektronentransportschicht, eine Lochtransportschicht und eine zwischen der Elektronentransportschicht und der Lochtransportschicht angeordnete bleihaltige Perowskit-Schicht umfasst,
  • - Erzeugen einer zur ersten Ausnehmung insbesondere entlang der zweiten Erstreckungsrichtung im Wesentlichen zur ersten Erstreckungsrichtung parallel versetzten zweiten elektrisch isolierenden Ausnehmung (P2) in dem Perowskit-Schichtsystem, die sich entlang der ersten Erstreckungsrichtung des Substrates erstreckt und das Perowskit-Schichtsystem durchtrennt, insbesondere so dass ein Stromfluss im Perowskit-Schichtsystem entlang der zweiten Erstreckungsrichtung elektrisch unterbrochen würde, wobei die zweite Ausnehmung durch ein Ablationsverfahren, insbesondere durch ein licht-basiertes Ablationsverfahren wie ein Laserablationsverfahren erzeugt wird,
  • - Aufbringen einer elektrisch leitenden Rückkontaktschicht auf das durchtrennte Perowskit-Schichtsystem, insbesondere so, dass die Frontkontaktschicht mit der Rückkontaktschicht in der zweiten Ausnehmung elektrische verbunden wird,
  • - Erzeugen einer zur zweiten Ausnehmung insbesondere entlang der zweiten Erstreckungsrichtung im Wesentlichen zur ersten Erstreckungsrichtung parallel versetzten dritten elektrisch isolierenden Ausnehmung (P3), die sich entlang der ersten Erstreckungsrichtung des Substrates erstreckt, wobei die dritte Ausnehmung sowohl die Rückkontaktschicht als auch das Perowskit-Schichtsystem durchtrennt, insbesondere so, dass ein Stromfluss in dem Perowskit-Schichtsystem und der Rückkontaktschicht entlang der zweiten Erstreckungsrichtung unterbrochen würde.
The method according to the invention for producing an in particular monolithic solar module with several metal-halide perovskite solar cells has at least the following steps:
  • - Providing a transparent substrate with a substrate surface, such as glass, on which a transparent electrically conductive front contact layer is or will be arranged on a first side of the substrate surface, a first electrically insulating recess being provided along a first direction of extension, which extends along the substrate surface (P1) is produced in the front contact layer by a cut, which cuts through the front contact layer, in particular in such a way that a current flow in the front contact layer would be electrically interrupted along a second direction of extension, which runs perpendicular to the first direction of extension along the substrate surface,
  • - Application of an in particular NIP or PIN perovskite layer system, the perovskite layer system comprising at least one electron transport layer, one hole transport layer and a lead-containing perovskite layer arranged between the electron transport layer and the hole transport layer,
  • - Creating a second electrically insulating recess (P2) in the perovskite layer system, which is offset relative to the first recess, in particular along the second direction of extent, essentially parallel to the first direction of extent, which recess extends along the first direction of extent of the substrate and cuts through the perovskite layer system, in particular such that a current flow in the perovskite layer system would be electrically interrupted along the second direction of extension, the second recess being produced by an ablation method, in particular by a light-based ablation method such as a laser ablation method,
  • - Application of an electrically conductive rear contact layer to the severed perovskite layer system, in particular in such a way that the front contact layer is electrically connected to the rear contact layer in the second recess,
  • - Generating a third electrically insulating recess (P3) offset parallel to the second recess, in particular along the second direction of extent, essentially parallel to the first direction of extent, which extends along the first direction of extent of the substrate, the third recess separating both the back contact layer and the perovskite layer system , In particular in such a way that a current flow in the perovskite layer system and the rear contact layer would be interrupted along the second direction of extent.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Perowskit-Schicht so erzeugt wird, dass die Perowskit-Schicht im Bereich der zweiten Ausnehmung vor dem Erzeugen der zweiten Ausnehmung weniger Blei, lod und/oder Brom aufweist, als außerhalb des Bereichs der zweiten Ausnehmung in der Perowskit-Schicht, so dass beim Erzeugen der zweiten Ausnehmung die Bildung von Reaktionsprodukten aufweisend Bleiiodid und/oder Bleibromid reduziert ist.According to the invention, the perovskite layer is produced in such a way that the perovskite layer has less lead, iodine and/or bromine in the area of the second recess before the second recess is produced than outside the area of the second recess in the perovskite -Layer, so that the formation of reaction products comprising lead iodide and / or lead bromide is reduced when generating the second recess.

Der Ausdruck Bleiiodid bezieht sich insbesondere auf die Verbindung Blei(II)-lodid, also Pbl2. Unstöchiometrische Verbindungen sind jedoch mit umfasst.The term lead iodide refers in particular to the compound lead (II) iodide, ie Pbl 2 . However, non-stoichiometric compounds are also included.

Der Ausdruck Bleibromid bezieht sich insbesondere auf die Verbindung Blei(II)-Bromid, also PbBr2. Unstöchiometrische Verbindungen sind jedoch mit umfasst.The term lead bromide specifically refers to the compound lead(II) bromide, i.e PbBr 2 . However, non-stoichiometric compounds are also included.

Anhand der Substratfläche kann ein Koordinatensystem definiert werden, dessen x- und y-Achse in der Substratfläche verläuft (auch wenn diese gekrümmt sein sollte). Die z-Achse zeigt demnach orthogonal von der Substratfläche weg.A coordinate system can be defined on the basis of the substrate surface, the x- and y-axes of which run in the substrate surface (even if this should be curved). Accordingly, the z-axis points orthogonally away from the substrate surface.

Der ersten Erstreckungsrichtung kann demnach beispielsweise die Richtung der y-Achse zugeordnet werden. Demgemäß entspräche die zweite Erstreckungsrichtung der Richtung der x-Achse.Accordingly, for example, the direction of the y-axis can be assigned to the first direction of extension. Accordingly, the second direction of extent would correspond to the direction of the x-axis.

Die erste Ausnehmung kann mittels eines Lasers durch ein Laserablationsverfahren erzeugt werden. Die erste Ausnehmung verläuft im Wesentlichen geradlinig und durchtrennt die Frontkontaktschicht vollständig, so dass kein Stromfluss über die erste Ausnehmung hinweg erfolgt.The first recess can be produced by means of a laser using a laser ablation method. The first cutout runs essentially in a straight line and cuts through the front contact layer completely, so that no current flow takes place across the first cutout.

Das zur Verfügung stellen des Substrats mit der Frontkontaktschicht kann durch vorgefertigte Komponenten erfolgen oder aber durch Aufbringen der Frontkontaktschicht auf das Substrat.The substrate with the front contact layer can be provided by prefabricated components or by applying the front contact layer to the substrate.

Die Frontkontaktschicht besteht beispielsweise aus ITO (Indiumzinnoxid, CAS Nr: 50926-11-9), welches im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 800 nm eine vergleichsweise hohe, d.h. zwischen 80% und 90% Transmission, Transparenz aufweist. Allgemein besteht die Frontkontaktschicht aus einem TCO.The front contact layer consists, for example, of ITO (indium tin oxide, CAS No: 50926-11-9), which has a comparatively high transparency in the wavelength range between 400 nm and 800 nm, i.e. between 80% and 90% transmission. In general, the front contact layer consists of a TCO.

Das Aufbringen von Schichten kann in einem nasschemischen Prozess erfolgen. Insbesondere eignen sich sogenannte blade-coating oder slot-die Verfahren.Layers can be applied in a wet-chemical process. So-called blade coating or slot processes are particularly suitable.

Die Elektronentransportschicht besteht aus oder umfasst beispielsweise Titandioxid (TiO2) und/oder [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (CAS-Nr 160848-21-5; 160848-22-6) auch als PCBM-C60 bekannt, auf.The electron transport layer consists of or includes, for example, titanium dioxide (TiO 2 ) and/or [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (CAS No. 160848-21-5; 160848-22-6), also known as PCBM-C60 known, on.

Die Lochtransportschicht besteht aus oder umfasst beispielsweise Nickeloxid oder spiro-OMeTAD (Cas-Nr: 207739-72-8).The hole transport layer consists of or includes, for example, nickel oxide or spiro-OMeTAD (Cas No: 207739-72-8).

Die Perowskit-Schicht wird insbesondere mittels einer wässrigen Lösung umfassend Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95 Pb(I0.83Br0.17)3) erzeugt, wobei auch andere Verhältnis möglich sind mit MA = Methylammonium und FA Formamidinium.The perovskite layer is produced in particular by means of an aqueous solution comprising Cs 0.05 (FA 0.83 MA 0.17 ) 0.95 Pb(I 0.83 Br 0.17 ) 3 ), other ratios with MA=methylammonium and FA=formamidinium being also possible.

Die Perowskit-Schicht bildet eine Perowskitstruktur aus und ist dazu eingerichtet, mit Hilfe einfallenden Lichts Ladungsträger in Form von Elektron-Loch-Paaren zu trennen.The perovskite layer forms a perovskite structure and is designed to separate charge carriers in the form of electron-hole pairs with the help of incident light.

Insbesondere ist in dem Bereich der zweiten Ausnehmung (P2) vor Erzeugen der zweiten Ausnehmung die Perowskitstruktur, je nach Konzentration des Perowskit-ausbildenden Materials nicht durchgängig oder nur in lokalen Kondensationsbereichen ausgebildet.In particular, in the region of the second recess (P2) before the second recess is produced, the perovskite structure is not formed continuously or is only formed in local condensation regions, depending on the concentration of the perovskite-forming material.

Die zweite Ausnehmung (P2) trennt erfindungsgemäß zunächst das Perowskit-Schichtsystem vollständig und erstreckt sich insbesondere teilweise oder vollständig bis zu der Frontkontaktschicht ohne diese zu durchtrennen.According to the invention, the second recess (P2) initially completely separates the perovskite layer system and in particular extends partially or completely to the front contact layer without severing it.

Die zweite Ausnehmung wird beispielsweise mit einem ns- oder ps-gepulsten Laser durch Ablation erzeugt.The second recess is produced, for example, by ablation using an ns or ps pulsed laser.

Die zweite Ausnehmung weist dabei insbesondere ein Breite im Bereich von 5 µm bis 200 µm, insbesondere zwischen 25 µm und 60 µm, insbesondere zwischen 30 µm und 50 µm auf.The width of the second recess is in particular in the range from 5 μm to 200 μm, in particular between 25 μm and 60 μm, in particular between 30 μm and 50 μm.

Dabei können durch Zersetzen des Perowskit-Schichtsystems, wie bereits beschrieben, die Reaktionsprodukte (Debris) Pbl2 und PbBr2 entstehen, sofern ausreichend Blei, lod und/oder Brom vorhanden ist. Diese Reaktionsprodukte stellen eine elektrische Barriere für die getrennten Ladungsträger zwischen der Front- und Rückkontaktschicht dar, so dass hier der Stromfluss zwischen Rückkontakt und Frontkontakt behindert wird. Dies führt in einem fertigen Solarmodul zu massiven elektrischen Verlusten (Spannung) was zu deutlichen Einbußen der Effizienz führt, da die Kontaktierung der Front mit der Rückkontaktschicht durch einen erhöhten Kontaktwiderstand zu Verlusten im Stromtransport führt.As already described, the reaction products (debris) Pbl 2 and PbBr 2 can result from decomposition of the perovskite layer system, provided that sufficient lead, iodine and/or bromine is present. These reaction products represent an electrical barrier for the separated charge carriers between the front and rear contact layer, so that the flow of current between the rear contact and the front contact is impeded here. This leads to massive electrical losses (voltage) in a finished solar module, which leads to significant losses in efficiency, since contacting the front with the rear contact layer leads to losses in current transport due to increased contact resistance.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, den Blei-, lod und/oder Bromgehalt im Bereich der zweiten Ausnehmung von vorneherein zu mindern, so dass die Entstehung von bleihaltigen und elektrisch schlechtleitenden Reaktionsprodukten aufgrund von fehlendem Blei, lod und/oder Brom reduziert ist.According to the invention, the lead, iodine and/or bromine content in the area of the second recess is reduced from the outset, so that the formation of lead-containing and electrically poorly conducting reaction products due to a lack of lead, iodine and/or bromine is reduced.

Dabei kann beispielsweise auch nur der Bleigehalt gemindert sein, um die Bildung von Reaktionsprodukten zu vermindern, während hingegen der lod- und Brom Gehalt gleich hoch ist.In this case, for example, only the lead content can be reduced in order to reduce the formation of reaction products, while the iodine and bromine content is equally high.

Umgekehrt kann beispielsweise auch nur der lod- und der Bromgehalt gemindert sein, um die Bildung von Reaktionsprodukten zu vermindern, während hingegen der Bleigehalt gleich hoch ist.Conversely, for example, only the iodine and bromine content can be reduced in order to reduce the formation of reaction products, while the lead content is the same.

Alternativ können auch sowohl der Bleigehalt als auch der lod- und Bromgehalt gemindert sein, um die Bildung von Reaktionsprodukten zu vermindern.Alternatively, the lead content as well as the iodine and bromine content can also be reduced in order to reduce the formation of reaction products.

Die Auslegung des Ausdrucks „Blei, lod und/oder Brom“ bezieht sich insbesondere auf die folgenden kombinatorischen Möglichkeiten auch in den folgenden Ausführungsformen:

  • - Blei und lod und/oder Brom;
  • - Nur Blei;
  • - Nur lod und/oder Brom.
The interpretation of the term "lead, iodine and/or bromine" refers in particular to the following combinatorial possibilities also in the following embodiments:
  • - lead and iodine and/or bromine;
  • - Lead only;
  • - Iodine and/or bromine only.

Dadurch wird eine verbesserte Kontaktierung der Front- und Rückkontaktschicht erreicht, da weniger nicht-leitende Verunreinigungen in der zweiten Ausnehmung vorhanden sind.This achieves improved contacting of the front and rear contact layers, since there are fewer non-conductive impurities in the second recess.

Nach Aufbringen der Rückkontaktschicht wird die dritte Ausnehmung erzeugt.After the rear contact layer has been applied, the third recess is produced.

Insbesondere ist die dritte Ausnehmung entlang der zweiten Erstreckungsrichtung weiter von der ersten Ausnehmung entfernt als die zweite Ausnehmung von der ersten Ausnehmung entfernt ist. Durch diese Anordnung der Ausnehmungen ist ein kurzschlussfreier Stromfluss und eine monolithische Verschaltung der Solarzellen auf dem Solarmodul gewährleistet.In particular, the third recess is further away from the first recess along the second direction of extension than the second recess is away from the first recess. This arrangement of the recesses ensures a short-circuit-free current flow and a monolithic interconnection of the solar cells on the solar module.

Die erste, zwei und die dritte Ausnehmung werden so ausgeführt, dass sich die Ausnehmungen auf dem Solarmodul nicht kreuzen und insbesondere im Wesentlichen parallel zu einander verlaufen..The first, two and third recesses are designed in such a way that the recesses on the solar module do not cross and in particular run essentially parallel to one another.

Die erste und die dritte Ausnehmung weisen dabei insbesondere ein Breite im Bereich von 5 µm bis 200 µm, insbesondere zwischen 25 µm und 60 µm, insbesondere zwischen 30 µm und 50 µm auf.The width of the first and third recesses is in particular in the range from 5 μm to 200 μm, in particular between 25 μm and 60 μm, in particular between 30 μm and 50 μm.

Das Solarmodul umfasst insbesondere eine Vielzahl von ersten, zweiten und dritten Ausnehmungen, die in gleicher Abfolge auf dem Solarmodul erzeugt und angeordnet sind.In particular, the solar module comprises a multiplicity of first, second and third recesses which are produced and arranged in the same sequence on the solar module.

In den Abkürzungen „N-I-P“ und „P-I-N“ stehen N und P für Elektronen bzw. Löcher und bezeichnen dadurch die Art der Überschussladungsträger. I steht für intrinsisch, d.h. die Schicht hat weder Elektronen noch Löcher durch Dotierung im Überschuss, sondern frei bewegliche Ladungsträger.In the abbreviations "N-I-P" and "P-I-N", N and P stand for electrons and holes, respectively, and thus designate the type of excess charge carrier. I stands for intrinsic, i.e. the layer has neither electrons nor holes due to doping in excess, but free charge carriers.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wird die Perowskit-Schicht durch Aufbringen einer ersten, insbesondere wässrigen Lösung, aufweisend eine vorbestimmte Menge oder Konzentration an Blei, lod und/oder Brom erzeugt. Die Perowskit-Schicht wird dabei in dem Bereich, in dem die zweite Ausnehmung erzeugt wird, anstelle oder zusätzlich zur der ersten Lösung, durch eine zweite insbesondere wässrige Lösung aufgebracht, die weniger Blei, lod und/oder Brom als die erste Lösung aufweist. Dies erfolgt insbesondere so, dass im Bereich der zweiten Ausnehmung die Perowskit-Schicht, insbesondere vor Erzeugen der zweiten Ausnehmung, weniger Blei, lod und/oder Brom aufweist, als außerhalb des Bereichs der zweiten Ausnehmung in der Perowskit-Schicht.According to a further embodiment of the invention, the perovskite layer is produced by applying a first, in particular aqueous solution, having a predetermined amount or concentration of lead, iodine and/or bromine. In this case, the perovskite layer is applied in the area in which the second recess is produced, instead of or in addition to the first solution, by a second, in particular aqueous, solution which contains less lead, iodine and/or bromine than the first solution. This is done in particular in such a way that the perovskite layer has less lead, iodine and/or bromine in the area of the second recess, in particular before the second recess is created, than outside the area of the second recess in the perovskite layer.

Im Bereich der zweiten Ausnehmung kann es durch den Einsatz der zweiten Lösung passieren, dass die Perowskitstruktur nicht vollständig über den Bereich der Ausnehmung kristallisiert, sondern, dass sich lediglich Kondensationsbereiche mit einer Perowskitstruktur bilden. Ziel ist es insbesondere, dass jenseits des Bereichs der zweiten Ausnehmung die Perowskitstruktur möglichst monolithisch fortgesetzt wird, auch wenn diese im Bereich der zweiten Ausnehmung ggf. stark fragmentiert vorliegt.In the area of the second recess, the use of the second solution can result in the perovskite structure not crystallizing completely over the area of the recess, but only in condensation areas with a perovskite structure. The aim is in particular that the perovskite structure is continued as monolithically as possible beyond the region of the second recess, even if this is possibly present in a highly fragmented manner in the region of the second recess.

Wenn die erste Lösung mittels einer ersten Aufbringvorrichtung aufgetragen wird, kann für die zweite Lösung eine zweite Aufbringvorrichtung vorgesehen sein, die in dem Bereich an dem die zweite Ausnehmung erzeugt werden soll, die zweite Lösung aufbringt, während die erste Aufbringvorrichtung die erste Lösung um und insbesondere auch in dem besagten Bereich aufbringt.If the first solution is applied by means of a first application device, a second application device can be provided for the second solution, which applies the second solution in the area where the second recess is to be created, while the first application device applies the first solution around and in particular also in the said area.

Solche Aufbringvorrichtungen können beispielsweise Schlitzdüsenvorrichtungen sein, die entlang der zweiten Erstreckungsrichtung bewegt werden. Dabei kann eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei unabhängig voneinander bewegliche Schlitzdüsenvorrichtungen aufweisen, die mittels einer Steuereinheit gesteuert werden. Dabei ist die erste Schlitzdüsenvorrichtung dazu eingerichtet, die erste Lösung aufzubringen und die zweite Schlitzdüsenvorrichtung ist dazu eingerichtet, die zweite Lösung aufzubringen.Such application devices can be slot nozzle devices, for example, which are moved along the second direction of extension. A system for carrying out the method according to the invention can have two slotted nozzle devices that can be moved independently of one another and are controlled by a control unit. The first slot nozzle device is set up to apply the first solution and the second slot nozzle device is set up to apply the second solution.

Die erste Lösung umfasst insbesondere [Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95] Pb(I0.83Br0.17)3). Andere Mischungsverhältnisse der ersten Lösung sind ebenso gut möglich und vorgesehen.In particular, the first solution comprises [Cs 0.05 (FA 0.83 MA 0.17 ) 0.95 ] Pb(I 0.83 Br 0.17 ) 3 ). Other mixing ratios of the first solution are also possible and provided.

Durch den Einsatz einer zweiten Lösung anstelle oder zusätzlich zur ersten Lösung kann der Bleigehalt im Bereich der zweiten Ausnehmung mit einfachen Mitteln reduziert werden.By using a second solution instead of or in addition to the first solution, the lead content in the area of the second recess can be reduced with simple means.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist die zweite Lösung eine mit einem Lösungsmittel der ersten Lösung verdünnte Lösung der ersten Lösung. Das Lösungsmittel kann dabei Wasser sein.According to a further embodiment of the invention, the second solution is a solution of the first solution diluted with a solvent of the first solution. The solvent can be water.

Dadurch ist es möglich durch einfache Zugabe des Lösungsmittels die zweite Lösung herzustellen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Lösungsmittel während des Herstellungsprozess der ersten Lösung beigemischt wird. So kann das Verfahren mit lediglich einer Aufbringvorrichtung durchgeführt werden, die eine steuerbare Lösungsmittelzufuhr Einrichtung aufweist.This makes it possible to produce the second solution simply by adding the solvent. This is particularly advantageous if the solvent is added to the first solution during the manufacturing process. The method can thus be carried out with just one application device which has a controllable solvent supply device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, enthält die zweite Lösung kein Blei, lod und/oder Brom.According to a further embodiment of the invention, the second solution does not contain any lead, iodine and/or bromine.

Die zweite Lösung kann beispielsweise Perowskit-Struktur ausbildende Bestandteile aufweisen, die kein Blei, lod und/oder Brom enthalten, und deren Reaktionsprodukte besser elektrisch leiten als die Reaktionsprodukte der ersten Lösung.The second solution can, for example, have components which form a perovskite structure and contain no lead, iodine and/or bromine and whose reaction products are better electrical conductors than the reaction products of the first solution.

Gemäß einer Variante dieser Ausführungsform der Erfindung, enthält die zweite Lösung kein Blei.According to a variant of this embodiment of the invention, the second solution does not contain lead.

Gemäß einer weiteren Variante dieser Ausführungsform der Erfindung, enthält die zweite Lösung kein lod und kein Brom.According to another variant of this embodiment of the invention, the second solution contains no iodine and no bromine.

Die zweite Lösung kann beispielsweise Perowskit-Struktur ausbildende Bestandteile aufweisen, die kein lod und/oder Brom enthalten, und deren Reaktionsprodukte, beispielsweise Bleioxid besser elektrisch leiten als die Reaktionsprodukte der ersten Lösung.The second solution can, for example, have components which form a perovskite structure and contain no iodine and/or bromine, and whose reaction products, for example lead oxide, are better electrical conductors than the reaction products of the first solution.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, umfasst die Perowskit-Schicht ein ABX3-System, das eine Perowskitstruktur ausbildet.According to a further embodiment of the invention, the perovskite layer comprises an ABX 3 system that forms a perovskite structure.

Das ABX3-System bezieht sich dabei auf die Summenformel der Zusammensetzung der Perowskit-Schicht.The ABX 3 system refers to the molecular formula of the composition of the perovskite layer.

Die A Komponente umfasst beispielsweise Methylamonium (MA) und/oder Formamidinium (FA), insbesondere in gebrochen-stöchiometrischen Mischungsverhältnissen. Die B Komponente umfasst beispielsweise Blei (Pb). Die X Komponente setzt sich aus lod (I), Brom (Br) und/oder Chlor (Cl) oder einer insbesondere gebrochen-stöchiometrischen Mischung dieser Elemente zusammen.The A component includes, for example, methylammonium (MA) and/or formamidinium (FA), in particular in fractional stoichiometric mixing ratios. The B component includes, for example, lead (Pb). The X component is made up of iodine (I), bromine (Br) and/or chlorine (Cl) or, in particular, a fractional stoichiometric mixture of these elements.

Insbesondere umfasst die erste Lösung ein ABX3 Gemisch mit verschiedenen stöchiometrischen Anteilen von A, B und X. Beispielsweise enthält die erste Lösung MAPbl3 und/oder MAPbBr.In particular, the first solution comprises an ABX 3 mixture with different stoichiometric proportions of A, B and X. For example, the first solution contains MAPbl 3 and/or MAPbBr.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, werden die erste, zweite und/oder die dritte Ausnehmung durch ein licht-basiertes Ablationsverfahren, wie beispielsweise ein Laserablationsverfahren erzeugt.According to a further embodiment of the invention, the first, second and/or the third recess are produced by a light-based ablation method, such as a laser ablation method.

Dazu werden insbesondere ps - bis ns-Laserpulse verwendet, um die Ausnehmungen zu erzeugen.In particular, ps to ns laser pulses are used for this purpose in order to produce the recesses.

Alternative Wege, die Ausnehmungen zu erzeugen, sind beispielsweise rein mechanische Verfahren.Alternative ways of producing the recesses are, for example, purely mechanical methods.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wird die dritte Ausnehmung durch ein Ablationsverfahren, insbesondere durch ein licht-basiertes, wie ein Laserablationsverfahren erzeugt, und die Perowskit-Schicht wird so erzeugt, dass die Perowskit-Schicht im Bereich der dritten Ausnehmung insbesondere vor dem Erzeugen der dritten Ausnehmung mehr Blei aufweist, als außerhalb des Bereichs der zweiten und dritten Ausnehmung in der Perowskit-Schicht.According to a further embodiment of the invention, the third recess is produced by an ablation process, in particular by a light-based method such as a laser ablation process, and the perovskite layer is produced in such a way that the perovskite layer in the region of the third recess is in particular before it is produced of the third recess has more lead than outside the area of the second and third recesses in the perovskite layer.

Dadurch entstehen beim Erzeugen der dritten Ausnehmung (P3) vermehrt die Reaktionsprodukte Bleiiodid und/oder Bleibromid. Das überschüssige Blei passiviert elektronische Defekte sowie Korngrenzen. Dadurch wird erreicht, dass an den Kanten der dritten Ausnehmung, die Rekombination von Ladungsträgern minimiert wird, wodurch eine bessere Effizienz der Solarzellen des Solarmoduls erreicht wird.As a result, when the third recess (P3) is created, the reaction products lead iodide and/or lead bromide are increasingly formed. The excess lead passivates electronic defects and grain boundaries. The result of this is that the recombination of charge carriers is minimized at the edges of the third recess, as a result of which better efficiency of the solar cells of the solar module is achieved.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wird die Perowskit-Schicht durch Aufbringen der ersten Lösung in dem Bereich entlang dessen die dritten Ausnehmung (P3) erzeugt wird, durch eine dritte Lösung aufgebracht, welche anstelle oder zusätzlich zur der ersten Lösung eingesetzt wird, und die mehr Blei als die erste Lösung aufweist. Dies erfolgt insbesondere so, dass im Bereich der dritten Ausnehmung die Perowskit-Schicht insbesondere vor Erzeugen der dritten Ausnehmung mehr Blei aufweist, als außerhalb des Bereichs der zweiten und der dritten Ausnehmung.According to another embodiment of the invention, the perovskite layer is applied by applying the first solution in the area along which the third recess (P3) is created, by a third solution, which is used instead of or in addition to the first solution, and the has more lead than the first solution. This is done in particular in such a way that the perovskite layer has more lead in the region of the third recess, in particular before the third recess is produced, than outside the region of the second and third recesses.

Wenn die erste Lösung mittels einer ersten Aufbringvorrichtung aufgetragen wird, kann für die dritte Lösung eine dritte Aufbringvorrichtung vorgesehen sein, die in dem Bereich an dem die dritte Ausnehmung (P3) erzeugt werden soll, die dritte Lösung aufbringt, während die erste Aufbringvorrichtung die erste Lösung um und insbesondere auch in dem besagten Bereich aufbringt.If the first solution is applied by means of a first application device, a third application device can be provided for the third solution, which applies the third solution in the area where the third recess (P3) is to be created, while the first application device applies the first solution around and in particular also in said area.

Eine solche Aufbringvorrichtung kann beispielsweise eine Schlitzdüsenvorrichtung sein, die entlang der zweiten Erstreckungsrichtung bewegt wird. Dabei kann eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei oder mehr unabhängig voneinander bewegliche Schlitzdüsenvorrichtungen aufweisen, die mittels einer Steuereinheit gesteuert werden. Dabei ist die erste Schlitzdüsenvorrichtung dazu eingerichtet, die erste Lösung aufzubringen und eine dritte Schlitzdüsenvorrichtung ist dazu eingerichtet, die dritte Lösung aufzubringen. Weiterhin kann eine zweite Schlitzdüsenvorrichtung dazu vorgesehen sein, die zweite Lösung aufzubringen.Such an application device can be, for example, a slit nozzle device that is moved along the second direction of extension. A system for carrying out the method according to the invention can have two or more slot nozzle devices that can be moved independently of one another and are controlled by a control unit. The first slot nozzle device is set up to apply the first solution and a third slot nozzle device is set up to apply the third solution. Furthermore, a second slot nozzle device can be provided to apply the second solution.

Durch den Einsatz einer dritten Lösung anstelle oder zusätzlich zur ersten Lösung kann der Bleigehalt im Bereich der dritten Ausnehmung mit einfachen Mitteln erhöht werden.By using a third solution instead of or in addition to the first solution, the Lead content can be increased in the third recess with simple means.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist die dritte Lösung eine höher-konzentrierte Ausführung der ersten Lösung.According to another embodiment of the invention, the third solution is a more concentrated version of the first solution.

Demnach weist die dritte Lösung insbesondere eine höhere Konzentration an Perowskitstruktur-ausbildenden Bestandteilen auf.Accordingly, the third solution has in particular a higher concentration of perovskite structure-forming components.

Insbesondere weist die dritte Lösung eine höhere Konzentration an [Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95] Pb(I0.83Br0.17)3) auf. Andere stöchiometrische Zusammensetzungen der ersten Lösung sind ebenfalls möglich.In particular, the third solution has a higher concentration of [Cs 0.05 (FA 0.83 MA 0.17 ) 0.95 ] Pb(I 0.83 Br 0.17 ) 3 ). Other stoichiometric compositions of the first solution are also possible.

Insbesondere umfasst die dritte Lösung ein ABX3 Gemisch mit verschiedenen stöchiometrischen Anteilen von A, B und X. Beispielsweise enthält die erste Lösung MAPbl3 und/oder MAPbBr.In particular, the third solution comprises an ABX 3 mixture with different stoichiometric proportions of A, B and X. For example, the first solution contains MAPbl 3 and/or MAPbBr.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wird zumindest die Perowskit-Schicht mit einem additiven Verfahren hergestellt.According to a further embodiment of the invention, at least the perovskite layer is produced using an additive method.

Ergänzend können auch weitere Schichten, wie die Rückkontaktschicht, die Frontkontaktschicht, das Perowskitschicht-System mittels des additiven Verfahrens erzeugt werden.In addition, other layers such as the rear contact layer, the front contact layer, the perovskite layer system can also be produced using the additive method.

Als additives Verfahren kommt beispielsweise ein pulver-basiertes additives Verfahren in Frage, bei dem die Perowskit-Schicht beispielsweise durch eine 3D-Sinterverfahren erzeugt wird.A powder-based additive method, for example, comes into consideration as an additive method, in which the perovskite layer is produced, for example, by a 3D sintering method.

Insbesondere umfasst ein für die additiven Fertigung der Perowskit-Schicht verwendetes Pulver oder Substrat ein ABX3 Gemisch mit verschiedenen stöchiometrischen Anteilen von A, B und X. Beispielsweise enthält das Pulver oder Substrat MAPbl3 und/oder MAPbBr.In particular, a powder or substrate used for the additive manufacturing of the perovskite layer comprises an ABX 3 mixture with different stoichiometric proportions of A, B and X. For example, the powder or substrate contains MAPbl 3 and/or MAPbBr.

Das erfindungsgemäße Problem wird weiterhin auch durch ein Metall-Halid Perowskit-Solarmodul, gelöst, wobei das Solarmodul zumindest die folgenden Komponenten aufweist:

  • - ein transparentes Substrat mit einer Substratfläche, wie Glass, auf dem auf einer ersten Seite der Substratfläche eine transparente, elektrischleitende Frontkontaktschicht angeordnet ist, wobei die Frontkontaktschicht entlang einer ersten Erstreckungsrichtung, die sich entlang der Substratfläche erstreckt, eine erste elektrisch isolierende Ausnehmung aufweist, welche die Frontkontaktschicht entlang der ersten Erstreckungsrichtung durchtrennt, insbesondere so, dass entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung, die senkrecht zur ersten Erstreckungsrichtung entlang der Substratfläche verläuft, ein Stromfluss in der Frontkontaktschicht unterbrochen ist,
  • - ein insbesondere N-I-P oder ein P-I-N Perowskit-Schichtsystem, wobei das Perowskit-Schichtsystem zumindest eine Elektronentransportschicht, eine Lochtransportschicht und eine zwischen der Elektronentransportschicht und der Lochtransportschicht angeordnete bleihaltige Perowskit-Schicht umfasst,
  • - eine zur ersten Ausnehmung insbesondere entlang der zweiten Erstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel versetzte zweite elektrisch isolierenden Ausnehmung (P2), die sich entlang der ersten Erstreckungsrichtung des Substrates erstreckt und das Perowskit-Schichtsystem entlang der ersten Erstreckungsrichtung durchtrennt, insbesondere so, dass die zweite Ausnehmung einen elektrischen Stromfluss entlang der zweiten Erstreckungsrichtung in dem Perowskit-Schichtsystem unterbricht,
  • - eine elektrisch leitende Rückkontaktschicht, die auf dem durchtrennten Perowskit-Schichtsystem angeordnet ist, wobei die Frontkontaktschicht mit der Rückkontaktschicht insbesondere nur im Bereich der zweiten Ausnehmung elektrisch verbunden ist,
  • - eine zur zweiten Ausnehmung insbesondere entlang der zweiten Erstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel versetzte dritte elektrisch isolierende Ausnehmung (P3), die sich entlang der ersten Erstreckungsrichtung des Substrates erstreckt und die Rückkontaktschicht und das Perowskit-Schichtsystem durchtrennt, insbesondere so, dass die dritte Ausnehmung einen elektrischen Stromfluss entlang der zweiten Erstreckungsrichtung in dem Perowskit-Schichtsystem und der Rückkontaktschicht unterbricht,
wobei die Perowskit-Schicht in einem Bereich der zweiten Ausnehmung in der Perowskit-Schicht eine geringere lod- und/oder Bromkonzentration aufweist, als außerhalb des Bereichs um die zweite Ausnehmung in der Perowskit-Schicht, so dass in der zweiten Ausnehmung eine verbesserte Kontaktierung der Rückkontaktschicht mit der Frontkontaktschicht vorliegt, insbesondere durch die nicht erzeugten nicht-leitenden Reaktionsprodukte, wie Bleiiodid und Bleibromid im Bereich der zweiten Ausnehmung.The problem according to the invention is also solved by a metal-halide perovskite solar module, the solar module having at least the following components:
  • - a transparent substrate with a substrate surface, such as glass, on which a transparent, electrically conductive front contact layer is arranged on a first side of the substrate surface, the front contact layer having a first electrically insulating recess along a first direction of extension, which extends along the substrate surface, which the front contact layer is severed along the first direction of extent, in particular in such a way that a current flow in the front contact layer is interrupted along a second direction of extent, which runs perpendicular to the first direction of extent along the substrate surface,
  • - an in particular NIP or a PIN perovskite layer system, wherein the perovskite layer system comprises at least one electron transport layer, one hole transport layer and a lead-containing perovskite layer arranged between the electron transport layer and the hole transport layer,
  • - a second electrically insulating recess (P2) offset essentially parallel to the first recess, in particular along the second direction of extent, which extends along the first direction of extent of the substrate and cuts through the perovskite layer system along the first direction of extent, in particular in such a way that the second recess has a interrupts electrical current flow along the second direction of extension in the perovskite layer system,
  • - an electrically conductive rear contact layer, which is arranged on the severed perovskite layer system, the front contact layer being electrically connected to the rear contact layer, in particular only in the area of the second recess,
  • - a third electrically insulating recess (P3) offset essentially parallel to the second recess, in particular along the second direction of extent, which extends along the first direction of extent of the substrate and cuts through the back contact layer and the perovskite layer system, in particular in such a way that the third recess has an electrical interrupts current flow along the second direction of extension in the perovskite layer system and the back contact layer,
wherein the perovskite layer has a lower iodine and/or bromine concentration in a region of the second recess in the perovskite layer than outside the region around the second recess in the perovskite layer, so that in the second recess improved contacting of the Back contact layer is present with the front contact layer, in particular by the non-conductive reaction products not generated, such as lead iodide and lead bromide in the region of the second recess.

Das Solarmodul weist demnach in dem Bereich der zweiten Ausnehmung und insbesondere an den Rändern um die zweite Ausnehmung eine verringerte Konzentration an lod und/oder Brom auf, insbesondere im Vergleich mit Bereichen der Perowskit-Schicht, die weiter entfernt, als insbesondere mehr als 10 µm bis 50 µm angeordnet sind. Dies ist auf eine herstellungsbedingte Toleranz zurückzuführen. Lateral versetzt zu der zweiten Ausnehmung kann sich daher die verringerte lod- und/oder Bromkonzentration jenseits der zweiten Ausnehmung in einem begrenzten Bereich fortsetzen, bevor die Konzentration sich auf einen Mittelwert normalisiert.The solar module accordingly has a reduced concentration of iodine and/or bromine in the area of the second recess and in particular at the edges around the second recess, in particular in comparison with areas of the perovskite layer which are further away than in particular more than 10 μm are arranged up to 50 µm. This is due to a manufacturing tolerance. Laterally offset to the second recess therefore, the reduced iodine and/or bromine concentration can continue beyond the second recess in a limited area before the concentration normalizes to an average value.

Insbesondere kann die Bleikonzentration im Bereich der dritten Ausnehmung gleich hoch sein wie außerhalb des Bereichs in der Perowskit Schicht.In particular, the lead concentration in the area of the third recess can be the same as outside the area in the perovskite layer.

Der Bereich außerhalb des Bereichs um die zweite Ausnehmung ist insbesondere mehr als 10 µm entfernt von der zweiten Ausnehmung.The area outside the area around the second recess is in particular more than 10 μm away from the second recess.

Die Herstellung eines solchen Solarmoduls kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen.Such a solar module can be produced using the method according to the invention.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, weist die Perowskit-Schicht in einem Bereich um die dritte Ausnehmung in der Perowskit-Schicht mehr Blei auf, als außerhalb des Bereichs um die dritte Ausnehmung in der Perowskit-Schicht.According to a further embodiment of the invention, the perovskite layer has more lead in a region around the third recess in the perovskite layer than outside the region around the third recess in the perovskite layer.

Definitionen, Merkmale und Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren offenbart wurden können in analoger Weise auf das Solarmodul übertragen werden und umgekehrt.Definitions, features and embodiments that were disclosed in connection with the manufacturing method can be transferred in an analogous manner to the solar module and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

  • 1A+B eine schematische 3D Ansicht eines Ausschnitts eines Solarmoduls;
  • 2 eine schematische Darstellung des Herstellungsprozesses mit zwei Schlitzdüsen; und
  • 3 ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Further features and advantages of the invention are explained below with reference to the figure description of exemplary embodiments. Show it:
  • 1A +B a schematic 3D view of a section of a solar module;
  • 2 a schematic representation of the manufacturing process with two slot nozzles; and
  • 3 a schematic flow chart of the manufacturing method according to the invention.

In 1A und 1B sind ein schematischer Aufbau eines Ausschnitts eines Perowskit Solarmoduls in Form einer 3D- bzw. 2D Ansicht dargestellt. Das Solarmodul 1 weist eine Vielzahl an Schichten 10, 11, 12, 13 auf, die in einem nasschemischen Prozess aufeinander aufgebaut werden. Alternativ kann hierfür auch ein additives Verfahren verwendet werden.In 1A and 1B shows a schematic structure of a section of a perovskite solar module in the form of a 3D or 2D view. The solar module 1 has a multiplicity of layers 10, 11, 12, 13 which are built up one on top of the other in a wet-chemical process. Alternatively, an additive method can also be used for this.

Ein Koordinatensystem zeigt die Substratfläche entlang der x- und y- Achse an. Die z-Achse erstreckt sich senkrecht zur x- und y-Achse in Richtung der Schichten 10, 11, 12, 13 des Solarmoduls 1.A coordinate system indicates the substrate area along the x and y axis. The z-axis extends perpendicularly to the x- and y-axis in the direction of the layers 10, 11, 12, 13 of the solar module 1.

Alle Schichten 10,11, 12, 13 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu der durch die x- und y-Achse aufgespannten Ebene.All layers 10, 11, 12, 13 extend essentially parallel to the plane spanned by the x and y axes.

Die y-Achse wird im Folgenden auch als erste Erstreckungsrichtung E1 und die x-Achse als zweite Erstreckungsrichtung E2 bezeichnet.The y-axis is also referred to below as the first direction of extent E1 and the x-axis as the second direction of extent E2.

Das Solarmodul 1 umfasst eine Vielzahl an Solarzellen 100, die durch eine wiederholte Anordnung des in 1A und 1B ausschnittsweise gezeigten Bereichs entstehen. Insbesondere markiert eine dritte Ausnehmung P3 die Trennung zwischen zwei benachbarten Solarzellen 100, 100', die in dem dargestellten Solarmodul 1 in Reihe geschaltet sind.The solar module 1 comprises a multiplicity of solar cells 100, which are formed by a repeated arrangement of the in 1A and 1B partially shown area arise. In particular, a third recess P3 marks the separation between two adjacent solar cells 100, 100', which are connected in series in the solar module 1 shown.

Das Solarmodul 1 ist auf einem Substrat 10, hier Glas aufgebaut. Das Substrat 10 stellt eine stabile Auflage für die nachfolgenden Schichten dar und ist entlang der x-und y-Achse planar und eben. Entlang der z-Achse erstreckt sich das Substrat 10 entlang einer Substratdicke, die typischer Weise kleiner als eine Substrattiefe (entlang der y-Achse) und Substratlänge (entlang der x-Achse) ist (breiter als hoch). Auf dem Glas 10 ist die Frontkontaktschicht 11 auf einer ersten Seite 10-1 angeordnet. In diesem Fall besteht die Frontkontaktschicht 11 aus ITO, das in einer Schichtdicke (entlang der z-Achse) im sub-Mikrometerbereich vorliegt, hier 120 nm. In die ITO Schicht 11 wird mittels eines Laser-Ablationsverfahrens eine erste Ausnehmung P1 eingebracht, die die Frontkontaktschicht 11 vollständig und gerade parallel zur y-Achse bis auf das Substrat 10 durchtrennt, so dass ein elektrischer Strom nicht innerhalb der Frontkontaktschicht 11 durch die erste Ausnehmung P1 fließen kann.The solar module 1 is built on a substrate 10, here glass. The substrate 10 provides a stable support for subsequent layers and is planar and planar along the x and y axes. Along the z-axis, the substrate 10 extends along a substrate thickness that is typically less than a substrate depth (along the y-axis) and substrate length (along the x-axis) (wider than it is tall). The front contact layer 11 is arranged on the glass 10 on a first side 10-1. In this case, the front contact layer 11 consists of ITO, which is present in a layer thickness (along the z-axis) in the sub-micron range, here 120 nm Front contact layer 11 is completely severed and straight parallel to the y-axis down to the substrate 10, so that an electric current cannot flow through the first recess P1 within the front contact layer 11.

Der Stromfluss bzw. die Ladungsträgererzeugung wird in 1A und 1B hier durch Pfeile 200, 201 in der jeweiligen Schicht 11, 12, 13 dargestellt.The flow of current or the generation of charge carriers is 1A and 1B shown here by arrows 200, 201 in the respective layer 11, 12, 13.

Sodann wird im nächsten Verfahrensschritt ein bleihaltiges Perowskit-Schichtsystem 12 auf die Frontkontaktschicht aufgebracht. Das Perowskit-Schichtsystem 12 weist eine Elektronentransportschicht (nicht dargestellt) auf, hier SnO2FMO in einer Schichtdicke von 22 nm, eine darauf angeordnete Perowskit-Schicht (nicht dargestellt) in einer Schichtdicke von 650 nm und eine Lochtransportschicht (nicht dargestellt) in einer Schichtdicke von 180 nm.Then, in the next method step, a perovskite layer system 12 containing lead is applied to the front contact layer. The perovskite layer system 12 has an electron transport layer (not shown), here SnO 2 FMO with a layer thickness of 22 nm, a perovskite layer (not shown) arranged thereon with a layer thickness of 650 nm and a hole transport layer (not shown) in one layer thickness of 180 nm.

Die Perowskit-Schicht wird durch eine erste Lösung 21 im Zuge eines nasschemischen Herstellungsverfahrens auf die Frontkontaktschicht 11 aufgebracht. Im Allgemeinen wird die erste Lösung 21 ein ABX3 Gemisch mit unterschiedlichen stöchiometrischen Zusammensetzungen der Komponenten, die jeweils für A, B und X verwendet werden, aufweisen. Die erste Lösung 21 weist beispielsweise eine erste Konzentration an MAPbl3 und/oder MAPbBr, insbesondere an [Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.951 Pb(I0.83Br0.17)3), auf.The perovskite layer is applied to the front contact layer 11 using a first solution 21 in the course of a wet-chemical production process. In general, the first solution 21 will comprise an ABX 3 mixture with different stoichiometric compositions of the components used for A, B and X, respectively. The first solution 21 has, for example, a first concentration of MAPbl 3 and/or MAPbBr, especially special to [Cs 0.05 (FA 0.83 MA 0.17 ) 0.951 Pb(I 0.83 Br 0.17 ) 3 ).

Alternativ zum nasschemischen Herstellungsverfahren kann man auch ein additives Verfahren verwenden, bei dem die Schichten in einem additiven Fertigungsverfahren aufgetragen werden. Dazu wäre keine erste Lösung notwendig, sondern die Produkte könnten als Feststoff, z.B. in Pulverform, vorliegen. Auch hier kann ein ABX3 Gemisch eingesetzt werden, das unterschiedlichenstöchiometrische Zusammensetzungen der Komponenten, die jeweils für A, B und X verwendet werden, aufweist.As an alternative to the wet-chemical manufacturing process, an additive process can also be used, in which the layers are applied in an additive manufacturing process. No first solution would be necessary for this, but the products could be present as a solid, for example in powder form. Again, an ABX 3 mixture having different stoichiometric compositions of the components used for A, B and X, respectively, can be used.

Das Perowskit-Schichtsystem 12 füllt die erste Ausnehmung P1 auf. In dem Perowskit-Schichtsystem 12 können die Ladungsträger durch Lichteinstrahlung erzeugt werden. Die ist schematisch durch die entlang der z-Achse weisenden Pfeile 201 angedeutet.The perovskite layer system 12 fills up the first recess P1. In the perovskite layer system 12, the charge carriers can be generated by incident light. This is indicated schematically by the arrows 201 pointing along the z-axis.

Die Erfindung sieht nun vor, dass an der Stelle, an der in einem späteren Verfahrensschritt eine zweite Ausnehmung P2 hergestellt wird, die Perowskit-Schicht so hergestellt oder aufgebracht wird, dass dort weniger (im Vergleich zu umgebenden Bereichen in der Perowskit-Schicht) oder kein Blei und/oder weniger oder kein lod und/oder Brom vorhanden ist. Alternativ oder kumulativ, kann auch eine zweite Lösung 22 verwendet werden, die weniger oder kein Blei bzw. und/oder lod und/oder weniger oder kein Brom aufweist.The invention now provides that at the point at which a second recess P2 is produced in a later process step, the perovskite layer is produced or applied in such a way that there is less (compared to the surrounding areas in the perovskite layer) or no lead and/or less or no iodine and/or bromine is present. Alternatively or cumulatively, a second solution 22 can also be used which has less or no lead and/or iodine and/or less or no bromine.

Dies geschieht ebenfalls im Zuge des nasschemischen Herstellungsverfahrens mit einer zweiten Lösung 22, die in diesem Fall anstelle der ersten Lösung 21 in diesem Bereich aufgebracht wird. Die zweite Lösung 22 hat hier beispielsweise eine 2 bis 10-fach geringere Konzentration der Perowskit-ausbildenden Substanz MAPbl3 und/oder MAPbBr, wie beispielsweise [Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95] Pb(I0.83Br0.17)3).This is also done in the course of the wet-chemical manufacturing process with a second solution 22, which in this case is applied in this area instead of the first solution 21. The second solution 22 here has, for example, a 2 to 10-fold lower concentration of the perovskite-forming substance MAPbl 3 and/or MAPbBr, such as [Cs 0.05 (FA 0.83 MA 0.17 ) 0.95 ] Pb(I 0.83 Br 0.17 ) 3 ).

Dadurch kann es passieren, dass keine vollständige oder nur eine fragmentierte Perowskitkristallstruktur im Bereich der zweiten Ausnehmung P2 entsteht. Dies ist allerdings nur von geringer Bedeutung. Da in diesem Bereich, wie erwähnt, die zweite Ausnehmung P2 erzeugt wird.As a result, it can happen that no complete perovskite crystal structure or only a fragmented perovskite crystal structure is formed in the area of the second recess P2. However, this is only of minor importance. Since, as mentioned, the second recess P2 is produced in this area.

Im nächsten Schritt wird mittels eines Laser Ablationsverfahrens die zweite Ausnehmung P2 in das Perowskit-Schichtsystem 12 eingebracht, die parallel zur ersten Ausnehmung P1 aber entlang der x-Achse versetzt verläuft.In the next step, the second recess P2 is introduced into the perovskite layer system 12 by means of a laser ablation method, which recess runs parallel to the first recess P1 but offset along the x-axis.

Die zweite Ausnehmung P2 durchtrennt das Perowskit-Schichtsystem 12 entlang der y-Achse vollständig.The second recess P2 completely separates the perovskite layer system 12 along the y-axis.

Typischer Weise wird zum Herstellen der zweiten Ausnehmung P2 ein ps-gepulster Laser verwendet. Aufgrund des Energieeintrags durch den Laser, bildet sich in der zweiten Ausnehmung P2 - sofern dort Blei, lod und/oder Brom vorhanden ist, Bleiiodid (Pbl2) und/oder Bleibromid (PbBr2). Diese Reaktionsprodukte der Laserablation wirken einer guten Kontaktausbildung zwischen Frontkontaktschicht 11 und Rückkontaktschicht 13 entgegen, da die Reaktionsprodukte einen vergleichsweise hohen Ohm'schen Kontaktwiderstand erzeugen. Dies mindert die Effizienz des Solarmoduls 1.A ps-pulsed laser is typically used to produce the second recess P2. Because of the energy input by the laser, lead iodide (Pbl 2 ) and/or lead bromide (PbBr 2 ) is formed in the second recess P2—if lead, iodine and/or bromine is present there. These reaction products of the laser ablation counteract good contact formation between the front contact layer 11 and the rear contact layer 13, since the reaction products produce a comparatively high ohmic contact resistance. This reduces the efficiency of the solar module 1.

Da aber erfindungsgemäß im Bereich der zweiten Ausnehmung P2 weniger Blei, lod und/oder Brom als in der Umgebung der zweiten Ausnehmung P2 aufgebracht wurde, entstehen beim Schritt der Laserablation diese Reaktionsprodukte nur zu einem deutlich geringeren Anteil oder gar nicht, so dass im Gegensatz zu herkömmlichen Perowskit Solarmodulen die Kontaktierung der Frontkontaktschicht 11 mit der Rückkontaktschicht 13 verbessert ist, was zu einem effizienteren Solarmodul 1 führt.However, since, according to the invention, less lead, iodine and/or bromine was applied in the area of the second recess P2 than in the area surrounding the second recess P2, these reaction products are only produced in a significantly lower proportion or not at all during the laser ablation step, so that in contrast to conventional perovskite solar modules, the contacting of the front contact layer 11 with the rear contact layer 13 is improved, which leads to a more efficient solar module 1.

In einem optionalen Verfahrensschritt wird die Perowskit-Schicht in einem Bereich, in dem später die dritte Ausnehmung P3 geformt wird, mit einer dritten Lösung hergestellt. Diese dritte Lösung weist eine 2 bis 50-fach höhere Konzentration der Perowskit-ausbildenden Substanz MAPbl3 und/oder MAPbBr, wie beispielsweise [Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95] Pb(I0.83Br0.17)3) auf.In an optional method step, the perovskite layer is produced with a third solution in an area in which the third recess P3 will later be formed. This third solution has a 2 to 50-fold higher concentration of the perovskite-forming substance MAPbl 3 and/or MAPbBr, such as [Cs 0.05 (FA 0.83 MA 0.17 ) 0.95 ] Pb(I 0.83 Br 0.17 ) 3 ).

Im Herstellungsverfahren wird nach dem Herstellen der zweiten Ausnehmung P2 die Rückkontaktschicht 13, beispielsweise mit einer Dicke von 120 nm, aufgebacht. Diese weist typischer Weise Gold und/oder Silber auf, kann aber auch aus anderen leitenden Materialien gefertigt werden. Die Rückkontaktschicht 13 kontaktiert wie bereits erwähnt in der zweiten Ausnehmung P2 die Frontkontaktschicht 11. So dass an dieser Stelle der Stromfluss 200 von der Rückkontaktschicht 13 auf die Frontkontaktschicht 11 wechselt.In the production process, after the production of the second recess P2, the rear contact layer 13 is applied, for example with a thickness of 120 nm. This typically comprises gold and/or silver, but can also be made of other conductive materials. As already mentioned, the rear contact layer 13 makes contact with the front contact layer 11 in the second recess P2. So that the current flow 200 changes from the rear contact layer 13 to the front contact layer 11 at this point.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird die dritte Ausnehmung P3 ebenfalls mittels eines Laserablationsverfahrens, hier mit einem ns-gepulsten Laser, eingebracht, da durch ns-Pulse eine bessere Abtragungseffizienz erreicht wird.In a further method step, the third recess P3 is also introduced by means of a laser ablation method, here with an ns-pulsed laser, since better ablation efficiency is achieved with ns-pulses.

Sofern die dritte Lösung im Bereich der dritten Ausnehmung verwendet wurde, um die Perowskit-Schicht herzustellen, bilden sich in der dritten Ausnehmung P3 vermehrt Reaktionsprodukte, wie beispielsweise Pbl2. Diese Pbl2 kann Defekte an den Kanten der dritten Ausnehmung P3 sättigen, so dass an der dritten Ausnehmung P3 einerseits eine gute Isolation zur benachbarten Solarzelle 100' erreicht wird und zum anderen eine Rekombination von Ladungsträgern reduziert wird.If the third solution was used in the region of the third recess in order to produce the perovskite layer, more reaction products, such as Pbl 2 , form in the third recess P3. This Pbl 2 can saturate defects at the edges of the third recess P3, so that on the one hand there is good insulation from the neighboring solar cell 100' at the third recess P3. is achieved and on the other hand a recombination of charge carriers is reduced.

Ein Solarmodul 1, das im Bereich der zweiten Ausnehmung P2 unter Verwendung einer bleiarmen Lösung und optional im Bereich der dritten Ausnehmung P3 unter Verwendung einer bleireichen dritten Lösung gefertigt wurde, zeichnet sich gegenüber herkömmlich gefertigten Solarmodulen, welche die Perowskit-Schicht mit nur einer Lösung mit einer vordefinierten Konzentration herstellen, durch eine verbesserte Effizienz in der Energieumwandlungseffizienz sowie durch geringere dissipative Nebenprozesse aus.A solar module 1, which was manufactured in the area of the second recess P2 using a low-lead solution and optionally in the area of the third recess P3 using a third solution rich in lead, is distinguished from conventionally manufactured solar modules that have the perovskite layer with only one solution produce a predefined concentration, through improved efficiency in energy conversion efficiency and through lower dissipative side processes.

Erfindungswesentlich ist, dass unabhängig von den eingesetzten Verfahren zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens, im Bereich der zweiten Ausnehmung P2 zunächst ein bleiarmer Bereich hergestellt, der insbesondere 2 bis 50 mal weniger Blei, lod und/oder Brom enthält als die umgebenden Bereiche der Perowskit-Schicht.It is essential to the invention that, regardless of the method used to implement the method according to the invention, a low-lead area is first produced in the area of the second recess P2, which in particular contains 2 to 50 times less lead, iodine and/or bromine than the surrounding areas of the perovskite layer .

Dabei müssen nicht zwingend zwei Lösungen 21, 22 eingesetzt werden, sofern sich dieses Ziel auch mit anderen Mitteln erreichen lässt.In this case, two solutions 21, 22 do not necessarily have to be used if this goal can also be achieved by other means.

In 2 ist beispielshaft schematisch eine Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. 2 zeigt ein Schlitzdüsen-Beschichtungsverfahren bzw. eine Anordnung 50 für ein Schlitzdüsen-Beschichtungsverfahren. In 2 ist zu erkennen, wie auf die Frontkontaktschicht 1, die auf dem Substrat 10 angeordnet ist, entlang einer Auftragungsrichtung (angedeutet durch den horizontal weisenden Pfeil 104) mit einer ersten Schlitzdüse 31, welche die erste Lösung 21 des Perowskit-Schicht-ausbildenden Materials enthält, die Perowskit-Schicht des Perowskit-Schichtsystems 12 aufgebracht wird.In 2 shows an example of a schematic implementation of the method according to the invention. 2 shows a slot nozzle coating method or an arrangement 50 for a slot nozzle coating method. In 2 it can be seen how the front contact layer 1, which is arranged on the substrate 10, along an application direction (indicated by the horizontally pointing arrow 104) with a first slot nozzle 31, which contains the first solution 21 of the perovskite layer-forming material, the perovskite layer of the perovskite layer system 12 is applied.

An der Stelle 24 jedoch, an der später die zweite Ausnehmung P2 erzeugt wird, wird mittels einer zweiten Schlitzdüse 32, die die zweite Lösung 22 enthält, die zweite Lösung 22 aufgebracht.However, at the point 24 at which the second recess P2 is later produced, the second solution 22 is applied by means of a second slotted nozzle 32 which contains the second solution 22 .

Analog kann diese Anordnung auch mit einer dritten Schlitzdüse erweitert werden, die die dritte Lösung an den entsprechenden Stellen aufträgt (nicht dargestellt).Analogously, this arrangement can also be expanded with a third slit nozzle, which applies the third solution to the appropriate points (not shown).

Alternativ kann die zweite Lösung 22 auch lediglich eine Verdünnung der an der Stelle 24 aufgetragenen ersten Lösung 21 erzeugen.

  • D.h. in einer ersten Variante wird beim Erreichen der Stelle 24, die Flüssigkeitszufuhr aus der ersten Schlitzdüse 31 gestoppt, so dass keine erste Lösung an dieser Stelle aufgetragen wird. Bei der zweiten Schlitzdüse 32 wiederum wird die Flüssigkeitsabgabe lediglich an der Stelle 24 bewirkt, so dass die zweite Lösung 22 dort aufgetragen wird.
Alternatively, the second solution 22 can also only produce a dilution of the first solution 21 applied at the point 24 .
  • In a first variant, when point 24 is reached, the liquid supply from the first slotted nozzle 31 is stopped, so that no first solution is applied at this point. In the case of the second slotted nozzle 32, in turn, the liquid is dispensed only at the point 24, so that the second solution 22 is applied there.

In einer zweiten Variante wird die erste Lösung durchgehend aufgetragen, während die zweite Flüssigkeit lediglich eine Verdünnung des Blei-, lod- und/oder Bromgehalts der ersten Flüssigkeit an der Stelle 24 bewirkt.In a second variant, the first solution is applied continuously, while the second liquid merely dilutes the lead, iodine and/or bromine content of the first liquid at point 24 .

3 zeigt den bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. 3 shows the already in connection with the 1 and 2 described schematic sequence of the manufacturing process according to the invention.

Dabei wird in einem ersten Schritt 301, die Frontkontaktschicht auf dem Substrat hergestellt. Sodann wird die erste Ausnehmung P1 in die Frontkontaktschicht eingebracht 302. Das Perowskit-Schichtsystem 12 wird gemäß den zuvor beschriebenen Variationen des Blei-, lod-_und/oder Bromgehalts hergestellt 303-0, 303-1, 303-2. Im nächsten Schritt 304 wird die zweite Ausnehmung P2 mittels eines Laserablationsverfahrens erzeugt, wobei durch veränderte Zusammensetzung der Perowskit Schicht an der Stelle 24 an der die zweite Ausnehmung P2 erzeugt wird, weniger schlechtleitende, thermische Reaktionsprodukte entstehen.In this case, in a first step 301, the front contact layer is produced on the substrate. The first recess P1 is then introduced into the front contact layer 302. The perovskite layer system 12 is produced 303-0, 303-1, 303-2 according to the previously described variations of the lead, iodine and/or bromine content. In the next step 304, the second recess P2 is produced by means of a laser ablation method, less poorly conducting thermal reaction products being produced as a result of the changed composition of the perovskite layer at the point 24 at which the second recess P2 is produced.

Sodann wird die Rückkontaktschicht 13 hergestellt 305 und die dritte Ausnehmung P3 wird erzeugt 306.Then the rear contact layer 13 is produced 305 and the third recess P3 is produced 306.

In weiteren üblichen Prozessschritten kann eine Schutzschicht auf die Rückkontaktschicht aufgetragen werden.In further customary process steps, a protective layer can be applied to the rear contact layer.

Ein so hergestelltes Solarmodul weist eine verbesserte Effizienz hinsichtlich der Energieumwandlungseffizienz gegenüber dem Stand der Technik auf.A solar module produced in this way has improved efficiency in terms of energy conversion efficiency compared to the prior art.

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (1) mit mehreren Metall-Halid Perowskit Solarzellen (100, 100'), umfassend die Schritte: - Zur Verfügung stellen eines transparenten Substrates (10) mit einer Substratfläche, auf dem auf einer ersten Seite (10-1) der Substratfläche eine transparente elektrisch leitende Frontkontaktschicht (11) angeordnet ist, wobei entlang einer ersten Erstreckungsrichtung (E1), die sich entlang der Substratfläche erstreckt, eine erste elektrisch isolierende Ausnehmung (P1) in der Frontkontaktschicht (11) erzeugt wird, welche die Frontkontaktschicht (11) durchtrennt, - Aufbringen eines Perowskit-Schichtsystems (12), wobei das Perowskit-Schichtsystem (12) zumindest eine Elektronentransportschicht, eine Lochtransportschicht und eine zwischen der Elektronentransportschicht und der Lochtransportschicht angeordnete bleihaltige Perowskit-Schicht umfasst, - Erzeugen einer zur ersten Ausnehmung (P1) versetzten zweiten elektrisch isolierenden Ausnehmung (P2) in dem Perowskit-Schichtsystem (12), die sich entlang der ersten Erstreckungsrichtung (E1) des Substrates (10) erstreckt und das Perowskit-Schichtsystem (12) durchtrennt, wobei die zweite Ausnehmung (P2) durch ein Ablationsverfahren erzeugt wird, - Aufbringen einer elektrisch leitenden Rückkontaktschicht (13) auf das durchtrennte Perowskit-Schichtsystem (12), - Erzeugen einer zur zweiten Ausnehmung (P2) versetzten dritten elektrisch isolierenden Ausnehmung (P3), die sich entlang der ersten Erstreckungsrichtung (E1) des Substrates (10) erstreckt, wobei die dritte Ausnehmung (P3) sowohl die Rückkontaktschicht (13) als auch das Perowskit-Schichtsystem (12) durchtrennt, und wobei die Perowskit-Schicht erzeugt wird, indem im Bereich (24) der zweiten Ausnehmung (P2) vor dem Erzeugen der zweiten Ausnehmung (P2) weniger Blei, lod und/oder Brom vorhanden ist, als außerhalb des Bereichs (24) der zweiten Ausnehmung (P2) in der Perowskit-Schicht, so dass beim Erzeugen der zweiten Ausnehmung (P2) die Bildung von Reaktionsprodukten aufweisend Bleiiodid und/oder Bleibromid reduziert ist.Method for producing a solar module (1) with a plurality of metal-halide perovskite solar cells (100, 100'), comprising the steps: - providing a transparent substrate (10) with a substrate surface on which on a first side (10-1 ) a transparent electrically conductive front contact layer (11) is arranged on the substrate surface, a first electrically insulating recess (P1) being produced in the front contact layer (11) along a first extension direction (E1), which extends along the substrate surface, which is the front contact layer (11) severed, - applying a perovskite layer system (12), the perovskite layer system (12) having at least one electron transport layer, one hole transport layer and one between the electron transport layer and the hole-transport layer, - producing a second electrically insulating recess (P2) offset from the first recess (P1) in the perovskite layer system (12), which extends along the first direction of extent (E1) of the substrate (10 ) extends and the perovskite layer system (12) is severed, the second recess (P2) being produced by an ablation process, - application of an electrically conductive rear contact layer (13) to the severed perovskite layer system (12), - generation of a second recess (P2) offset third electrically insulating recess (P3), which extends along the first extension direction (E1) of the substrate (10), the third recess (P3) covering both the rear contact layer (13) and the perovskite layer system (12) severed, and wherein the perovskite layer is produced by in the area (24) of the second recess (P2) before the production of the second recess g (P2) less lead, iodine and/or bromine is present than outside the region (24) of the second recess (P2) in the perovskite layer, so that when the second recess (P2) is created, reaction products containing lead iodide are formed and/or lead bromide is reduced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Perowskit-Schicht durch Aufbringen einer ersten Lösung (21) erzeugt wird, und wobei die Perowskit-Schicht im Bereich (24) entlang dessen die zweite Ausnehmung (P2) erzeugt wird, anstelle oder zusätzlich zu der ersten Lösung (21), durch eine zweite Lösung (22) aufgebracht wird, die weniger Blei, lod und/oder Brom als die erste Lösung (21) aufweist, so dass im Bereich (24) der zweiten Ausnehmung (P2) die Perowskit-Schicht vor Erzeugen der zweiten Ausnehmung (P2) weniger Blei aufweist, als außerhalb des Bereichs (24) der zweiten Ausnehmung (P2).procedure after claim 1 , characterized in that the perovskite layer is produced by applying a first solution (21), and wherein the perovskite layer is produced in the region (24) along which the second recess (P2) instead of or in addition to the first solution ( 21) is applied by a second solution (22) which has less lead, iodine and/or bromine than the first solution (21), so that the perovskite layer is generated in the region (24) of the second recess (P2). of the second recess (P2) has less lead than outside the region (24) of the second recess (P2). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lösung (22) eine mit einem Lösungsmittel der ersten Lösung (21) verdünnte Lösung der ersten Lösung (21) ist.procedure after claim 2 , characterized in that the second solution (22) is a solution of the first solution (21) diluted with a solvent of the first solution (21). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lösung (22) kein Blei, lod und/oder Brom enthält.Procedure according to one of claims 2 or 3 , characterized in that the second solution (22) contains no lead, iodine and/or bromine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Perowskit-Schicht ein ABX3-System umfasst, wobei A ein Methylammonium und/oder ein Formamidinium umfasst, B Blei ist und X lod und/oder Brom umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the perovskite layer comprises an ABX3 system, where A comprises a methylammonium and/or a formamidinium, B is lead and X comprises iodine and/or bromine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Ausnehmung (P3) durch ein Laserablationsverfahren erzeugt wird, und wobei die Perowskit-Schicht erzeugt wird, in dem die Perowskit-Schicht im Bereich der dritten Ausnehmung (P3) vor dem Erzeugen der dritten Ausnehmung (P3) mehr Blei aufweist, als außerhalb des Bereichs (24) der zweiten und dritten Ausnehmung (P2, P3).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the third recess (P3) is produced by a laser ablation process, and wherein the perovskite layer is produced in which the perovskite layer in the region of the third recess (P3) before producing the third recess (P3) has more lead than outside the region (24) of the second and third recesses (P2, P3). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Perowskit-Schicht im Bereich entlang dessen die dritten Ausnehmung (P3) erzeugt wird, anstelle oder zusätzlich zu der ersten Lösung (21), durch eine dritte Lösung aufgebracht wird, die mehr Blei als die erste Lösung (21) aufweist, so, dass im Bereich der dritten Ausnehmung (P3) die Perowskit-Schicht vor Erzeugen der dritten Ausnehmung (P3) mehr Blei aufweist, als außerhalb des Bereichs der zweiten und der dritten Ausnehmung (P2, P3).procedure after claim 6 , characterized in that the perovskite layer is applied in the region along which the third recess (P3) is produced, instead of or in addition to the first solution (21), by a third solution which contains more lead than the first solution (21) has, so that in the region of the third recess (P3) the perovskite layer has more lead before the third recess (P3) is produced than outside the region of the second and the third recess (P2, P3). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Lösung eine höher-konzentrierte Ausführung der ersten Lösung (21) ist.procedure after claim 7 , characterized in that the third solution is a more highly concentrated version of the first solution (21). Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Perowskit-Schicht mit einem additiven Verfahren hergestellt wird.Procedure according to one of Claims 1 , 5 or 6 , characterized in that at least the perovskite layer is produced with an additive method.
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SCHULTZ, C. [et al.]: Ablation mechanisms of nanosecond and picosecond laser scribing for metal halide perovskite module interconnection – An experimental and numerical analysis . In: Solar Energy, Vol. 189, 2020, S.410-418.

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