DE102020209167A1

DE102020209167A1 - Dünnschichtsolarmodul mit serieller Zellverschaltung und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102020209167A1
Application number: DE102020209167.6A
Authority: DE
Inventors: Georg Voorwinden; Dirk Kaltenmark; Joachim Müller; Hans-Peter Kurz; Philipp Köder; César Omar Ramírez Quiroz
Original assignee: Nice Solar Energy GmbH
Current assignee: Nice Solar Energy GmbH
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2022-01-27

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dünnschichtsolarmodul mit einem Solarzellenarray (1), das eine Mehrzahl von Solarzellen (2) mit einem Schichtaufbau beinhaltet, der eine Rückkontaktschicht (3), eine Frontkontaktschicht (4) und eine Absorberschicht (5) zwischen der Rückkontaktschicht und der Frontkontaktschicht umfasst, und mit einer elektrischen Verbindungsstruktur zur elektrisch seriellen Verbindung nebeneinander angeordneter Solarzellen (21, 22), wobei die Verbindungsstruktur die Rückkontaktschicht einer ersten Solarzelle (21) auf einer absorberschichtzugewandten Seite (3a) kontaktiert und die Frontkontaktschicht einer in einer Reihenschaltungsrichtung (RS) an die erste Solarzelle angrenzenden zweiten Solarzelle (22) auf einer absorberschichtabgewandten Seite (4b) kontaktiert, sowie auf ein zugehöriges Herstellungsverfahren.Erfindungsgemäß erstreckt sich ein Trenngraben (6) durchgehend durch die Frontkontaktschicht, die Absorberschicht und die Rückkontaktschicht hindurch und separiert die erste und die zweite Solarzelle voneinander. Die erste Solarzelle weist mindestens eine Kontaktöffnung (7) auf, die sich jeweils durch die Frontkontaktschicht und die Absorberschicht bis zur Rückkontaktschicht erstreckt. Die elektrische Verbindungsstruktur weist mindestens ein sich über den Trenngraben hinweg erstreckendes elektrisches Verbindungselement (8) auf, das einerseits die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle auf der absorberschichtabgewandten Seite kontaktiert und sich andererseits in die Kontaktöffnung der ersten Solarzelle hinein erstreckt und dort die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle auf der absorberschichtzugewandten Seite kontaktiert, wobei das elektrische Verbindungselement in der Kontaktöffnung gegenüber der Absorberschicht und der Frontkontaktschicht der ersten Solarzelle elektrisch isoliert ist und sich, wenn die Kontaktöffnung mit lateralem Abstand zum Trenngraben angeordnet ist, in einem Bereich (15) zwischen der Kontaktöffnung und dem Trenngraben elektrisch isoliert von der Frontkontaktschicht der ersten Solarzelle über dieser erstreckt.Verwendung in der Dünnschichtsolarzellentechnologie.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dünnschichtsolarmodul mit einem Solarzellenarray, das eine Mehrzahl von Solarzellen mit einem Schichtaufbau beinhaltet, der eine Rückkontaktschicht, eine Frontkontaktschicht und eine Absorberschicht zwischen der Rückkontaktschicht und der Frontkontaktschicht umfasst, und einer elektrischen Verbindungsstruktur zur elektrisch seriellen Verbindung nebeneinander angeordneter Solarzellen, wobei die Verbindungsstruktur die Rückkontaktschicht einer ersten Solarzelle auf einer absorberschichtzugewandten Seite kontaktiert und die Frontkontaktschicht einer in einer Reihenschaltungsrichtung an die erste Solarzelle angrenzenden zweiten Solarzelle auf einer absorberschichtabgewandten Seite kontaktiert.
Derartige Dünnschichtsolarmodule sind in vielerlei Ausführungsarten bekannt. Die Absorberschicht fungiert als photovoltaisch aktive Schicht, die Frontkontaktschicht und die Rückkontaktschicht dienen als elektrische Anschlüsse für den Transport der in der Absorberschicht durch den photovoltaischen Effekt erzeugten und getrennten elektrischen Ladungen. Zusätzlich zu diesen drei Schichten umfasst der Schichtaufbau meist noch eine oder mehrere weitere Schichten, wie eine Pufferschicht, eine Barrierenschicht etc., die vorliegend nicht von Interesse sind und daher nicht eigens erwähnt werden. Das Solarzellenarray ist meist in einer monolithischen Form realisiert.
Mit der Frontkontaktschicht und der Rückkontaktschicht sind vorliegend sowohl die eigentliche, ganzflächig an die Absorberschicht angrenzende Frontkontaktschichtlage bzw. Rückkontaktschichtlage als auch etwaige zusätzliche elektrische Kontaktstrukturen gemeint, die auf der Frontkontaktschichtlage bzw. der Rückkontaktschichtlage an deren der Absorberschicht abgewandten Seite herkömmlicherweise vorgesehen sein können, um die elektrische Anbindung des Solarzellenarrays nach außen zu begünstigen. Mit Frontkontaktschicht ist hierbei wie üblich diejenige der beiden elektrischen Kontaktschichten gemeint, die sich auf der Lichteinfallseite des Solarmoduls bzw. Solarzellenarrays befindet, d.h. dem Lichteinfall zugewandt ist. Aus diesem Grund besteht die Frontkontaktschichtlage typischerweise aus einem möglichst gut elektrisch leitenden, hoch lichttransparenten Material, meist ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxidmaterial, und auf diese Frontkontaktschichtlage ist eine sogenannte Kontaktgridstruktur bzw. Kontaktgitterstruktur mit Kontaktfingern aus einem elektrisch hoch leitfähigen, jedoch lichtundurchlässigen Metallmaterial aufgebracht. Die Kontaktgridstruktur soll durch ihren niedrigen ohmschen Widerstand für einen möglichst ungehinderten und über die Fläche des Solarzellenarrays hinweg gleichmäßigen Ladungs- bzw. Stromtransport sorgen und dabei die nutzbare Lichteinfallsfläche für die Absorberschicht möglichst wenig reduzieren.
Mittels der elektrischen Verbindungsstruktur sind nebeneinander angeordnete Solarzellen des Solarzellenarrays elektrisch seriell verbunden, d.h. elektrisch in Reihe geschaltet. Durch entsprechende Gestaltung der elektrischen Verbindungsstruktur können eine beliebige Anzahl der im Solarzellenarray vorhandenen Solarzellen, bis hin zu allen Solarzellen des Arrays, elektrisch seriell verschaltet sein. Dabei können in entsprechenden Ausführungen eines Dünnschichtsolarmoduls oftmals Blöcke von dergestalt seriell verschalteten Zellen eines Arrays oder zweier getrennter Arrays ihrerseits elektrisch parallel geschaltet sein.
Hierzu sind insbesondere integrierte Ausführungen der elektrischen Verbindungsstruktur bekannt, bei denen die Rückkontaktschicht einer jeweiligen Solarzelle mit der Frontkontaktschicht einer benachbarten Solarzelle mittels einer Verbindungs- bzw. Kontaktschichtstruktur verbunden wird, die während der Bildung des Solarzellenarrays durch entsprechende Schichtbildungs- und Schichtstrukturierungsprozesse gebildet wird. Meist wird diese Verbindungsstruktur herkömmlich gleichzeitig mit der Frontkontaktschicht und unter Verwendung des für die Frontkontaktschicht verwendeten Schichtmaterials gebildet oder direkt auf diese aufgebracht, wobei dann ein betreffender Bereich der Frontkontaktschicht der rückseitig kontaktierten Solarzelle mit deren Rückkontaktschicht kurzgeschlossen ist und vom eigentlich aktiv bleibenden übrigen Teil der Frontkontaktschicht dieser Solarzelle durch die Strukturierung elektrisch getrennt wird. Zur Herstellung dieser integrierten elektrischen Verbindungsstruktur zur seriellen Verschaltung der Solarzellen ist beispielsweise die sogenannte P1-P2-P3-Strukturierungstechnik geläufig, wie sie unter anderem in der Patentschrift DE 199 34 560 B4 und in dem Lehrbuch „Handbook of Photovoltaic Science and Engineering“, 2.
Auflage, Seiten 585 bis 587, ISBN 978-0-470-72169-8 beschrieben ist. Hierbei werden durch P1-Linien die Rückkontaktschicht, durch P2-Linien die Absorberschicht und durch P3-Linien die Frontkontaktschicht jeweils geeignet strukturiert. Es sind auch zahlreiche Sonderformen dieser Verschaltungstechnik bekannt, siehe z.B. das in der Patentschrift DE 199 34 560 B4 offenbarte Photovoltaikmodul.
Für die P1-P2-P3-Strukturierungstechnik sind verschiedentlich verfahrensvereinfachende Varianten vorgeschlagen worden, um die Anzahl erforderlicher Herstellungsschritte und insbesondere Depositions- und/oder Strukturierungsschritte möglichst gering zu halten, beispielsweise ein sogenanntes Post-Absorber-Formation-Verfahren und ein Post-Device-Fabrication-Verfahren, wie im Zeitschriftenaufsatz C. Fredric et al., Results of Recent CuInSe₂ Module Investigations, IEEE PVSC 1993, Seite 437 vergleichend angegeben. Diese Verfahrensvarianten verwenden eine Isolationsschichtstruktur, die u.a. die zellenseparierenden Trenngräben füllt, wobei Verbindungsbrücken zur seriellen Zellenverbindung über die Isolationsschichtstruktur in den Trenngräben hinweg aus Frontkontaktschichtmaterial oder einem weiteren elektrisch leitfähigen Schichtmaterial gebildet werden.
Im Zeitschriftenaufsatz S. Haas et al., Innovative Series Connection Concept for Thin-Film Solar Modules, Proceedings of the 26^th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, S. 2375 wird eine modifizierte P1-P2-P3-Strukturierungstechnik mit punktförmigen statt linienförmigen P2-Strukturen vorgeschlagen, die sich durch die Absorberschicht hindurch zur Rückkontaktschicht erstrecken und mit Frontkontaktschichtmaterial gefüllt sind, das sich stegförmig über einen zellenseparierenden Trenngraben erstreckt, der sich mit Ausnahme dieser Stegbereiche durch die Frontkontaktschicht, die Absorberschicht und die Rückkontaktschicht hindurch erstreckt und die P1-Linie bereitstellt. Die P3-Linie ist außerhalb dieser Stegbereiche ebenfalls vom Trenngraben gebildet, im Stegbereich umgeht sie U-förmig die P2-Punktstruktur und den Stegbereich und erstreckt sich durch die Frontkontaktschicht und die Absorberschicht hindurch.
Eine grundsätzliche Problemstellung von Dünnschichtsolarmodulen der eingangs genannten Art besteht darin, durch die Strukturierungsmaßnahmen für die elektrische Anbindung der Frontkontaktschicht und der Rückkontaktschicht nach außen und für die Serienverschaltung der Solarzellen so wenig wie möglich photovoltaisch aktive Fläche, d.h. Totfläche, zu verlieren.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Dünnschichtsolarmoduls der eingangs genannten Art, das sich mit vergleichsweise geringem Aufwand fertigen lässt und nur relativ wenig Totfläche für die Serienverschaltung der Solarzellen erfordert, und eines vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung eines solchen Dünnschichtsolarmoduls zugrunde.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Dünnschichtsolarmoduls mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmodul erstreckt sich ein Trenngraben durchgehend durch die Frontkontaktschicht, die Absorberschicht und die Rückkontaktschicht hindurch und separiert die erste und die zweite Solarzelle voneinander. Die erste Solarzelle weist mindestens eine Kontaktöffnung auf, die sich jeweils durch die Frontkontaktschicht und die Absorberschicht bis zur Rückkontaktschicht erstreckt. Die Kontaktöffnung kann mit lateralem Abstand zum Trenngraben angeordnet sein oder alternativ direkt an diesen angrenzen bzw. mit diesem lateral überlappen. Die elektrische Verbindungsstruktur weist mindestens ein sich über den Trenngraben hinweg erstreckendes elektrisches Verbindungselement auf, das einerseits die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle auf der absorberschichtabgewandten Seite kontaktiert und sich andererseits in die Kontaktöffnung der ersten Solarzelle hinein erstreckt und dort die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle auf der absorberschichtzugewandten Seite kontaktiert, wobei das elektrische Verbindungselement in der Kontaktöffnung gegenüber der Absorberschicht und der Frontkontaktschicht der ersten Solarzelle elektrisch isoliert ist und sich, wenn die Kontaktöffnung mit lateralem Abstand zum Trenngraben angeordnet ist, in einem Bereich zwischen der Kontaktöffnung und dem Trenngraben elektrisch isoliert von der Frontkontaktschicht der ersten Solarzelle über dieser erstreckt.
Die Erfindung ermöglicht somit vorteilhaft die Bereitstellung eines Dünnschichtsolarmoduls, das mit einer einzigen Linienstrukturierung des Schichtaufbaus aus Rückkontaktschicht, Absorberschicht und Frontkontaktschicht, einschließlich etwaiger zusätzlicher Zwischenschichten bzw. benachbarter Schichten wie Barriere- oder Pufferschichten, auskommt, nämlich zur Bildung des Trenngrabens zwischen je zwei benachbarten und seriell zu verschaltenden Solarzellen.
Die Kontaktierung der Rückkontaktschicht durch das elektrische Verbindungselement über die Kontaktöffnung erfordert in der Regel keine linienförmige Öffnung der Frontkontaktschicht und der Absorberschicht, vielmehr genügt entsprechend der Natur einer Kontaktöffnung eine quasi punktuelle statt linienförmige Öffnung der Frontkontaktschicht und der Absorberschicht zur Freilegung der Rückkontaktschicht in einem entsprechenden punktuellen Bereich nach Art eines Kontaktflecks bzw. einer Durchkontaktöffnung, d.h. einer sich durch die betreffenden Schichten hindurch erstreckenden Öffnung zur Bildung eines Durchkontakts in dieser Öffnung, die daher auch als Öffnung für einen Kontaktdurchgang oder als Kontaktdurchgangsöffnung bezeichnet werden kann. Ein weiterer, damit verbundener Vorteil des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls besteht darin, dass nicht der gesamte Frontkontaktschichtbereich der zweiten Solarzelle zwischen dem Trenngraben und einer davon beabstandeten Kontaktierungslinie zur Kontaktierung der Rückkontaktschicht verloren geht, sondern nur der Frontkontaktschichtbereich, der für die Kontaktöffnung entfernt wird, und eventuell noch der Bereich, über dem sich das elektrische Verbindungselement von der Kontaktöffnung bis zum Trenngraben erstreckt, wenn dies nicht lichttransparent ausgeführt ist. Damit wird die Totfläche im Vergleich zu einer konventionellen P1-P2-P3-Strukturierungstechnik signifikant verringert. Beispielsweise lässt sich die Totfläche auf nur noch zwischen etwa 15% und 20% der Totfläche reduzieren, wie sie bei herkömmlichen Dünnschichtsolarmodulen mit P1-P2-P3-Strukturierungstechnik zur Serienverschaltung der Solarzellen üblich ist. Konkret lässt sich in entsprechenden Ausführungen die Totfläche z.B. auf weniger als 1% der Modulfläche begrenzen. Für ein optimales Stromtransportverhalten des elektrischen Verbindungselements ist es in der Regel günstig, wenn es über seine Längserstreckung hinweg von der Kontaktstelle mit der Rückkontaktschicht bis zur Kontaktstelle mit der Frontkontaktschicht der benachbarten Solarzelle einen im Wesentlichen konstanten stromtragenden Querschnitt aufweist oder dieser über dessen besagte Längserstreckung hinweg allenfalls um maximal den Faktor hundert, bevorzugter maximal den Faktor zehn, variiert.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine maximale Abmessung einer Kontaktfläche des Verbindungselements mit der Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in der Kontaktöffnung kleiner als das Zehnfache eines lateralen Abstands der Kontaktöffnung zu einer Kontaktstelle des Verbindungselements mit der Fronkontaktschicht der zweiten Solarzelle und/oder kleiner als ein Fünfzigstel einer Gesamtlänge des Trenngrabens, insbesondere kleiner als ein Tausendstel und vorzugsweise kleiner als ein Zwanzigtausendstel der Gesamtlänge des Trenngrabens, wobei die Gesamtlänge des Trenngrabens typischerweise im Bereich zwischen 1cm und 6m liegt. Dies bedeutet eine quasi punktuelle Kontaktierung der Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in der Kontaktöffnung durch das elektrische Verbindungselement, was weitergehend zur Erzielung einer geringen Totfläche beiträgt. Je nach Bedarf kann sich das elektrische Verbindungselement im Bereich seiner Kontaktfläche zur Rückkontaktschicht mit einer gewissen, geringen Länge lateral, d.h. parallel zur Rückkontaktschichtebene bzw. zur Ebene des Schichtaufbaus, erstrecken, oder es führt alternativ direkt parallel zur Längsrichtung der Kontaktöffnung von der Rückkontaktschicht weg bzw. auf diese zu. Dabei verläuft die Längsachse der Kontaktöffnung vorzugsweise senkrecht zur Ebenenrichtung des Schichtaufbaus und damit auch der Rückkontaktschicht, d.h. in Ebenennormalenrichtung des Schichtaufbaus, alternativ schräg dazu.
In vorteilhaften Ausführungen ist diese maximale Abmessung der Kontaktfläche des Verbindungselements mit der Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in der Kontaktöffnung kleiner als das Fünffache oder kleiner als das Doppelte des lateralen Abstands der Kontaktöffnung zu der Kontaktstelle des Verbindungselements mit der Fronkontaktschicht der zweiten Solarzelle. In weitergehend vorteilhaften Ausführungen ist diese maximale Abmessung der Kontaktfläche des Verbindungselements mit der Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in der Kontaktöffnung kleiner als dieser laterale Abstand der Kontaktöffnung zu der Kontaktstelle des Verbindungselements mit der Fronkontaktschicht der zweiten Solarzelle, wobei sie in entsprechenden Realisierungen z.B. um mindestens den Faktor drei oder fünf oder sieben oder zehn kleiner sein kann als der besagte laterale Abstand.
In alternativen Ausführungen kann für entsprechende Anwendungen vorgesehen sein, die maximale Abmessung der Kontaktfläche des elektrischen Verbindungselements mit der Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle größer als den lateralen Abstand der Kontaktöffnung zur Kontaktstelle des elektrischen Verbindungselements mit der Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle zu wählen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kontaktiert das elektrische Verbindungselement die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in der Kontaktöffnung an einer ersten Kontaktstelle und die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle an einer zweiten Kontaktstelle, die in einer zur Reihenschaltungsrichtung senkrechten Richtung gegenüber der ersten Kontaktstelle versetzt angeordnet ist. Dieser Versatz der Kontaktstelle des elektrischen Verbindungselements zur Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle gegenüber seiner Kontaktstelle mit der Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in der Kontaktöffnung kann z.B. fertigungstechnisch vorteilhaft dazu genutzt werden, das elektrische Verbindungselement in einem sogenannten In-line-Fertigungsprozess mittels einer Einrichtung anzubringen, die sich bei kontinuierlichem Vorschub des Moduls in einer Längsrichtung, d.h. einer Vorschubrichtung parallel zur Längsrichtung des Trenngrabens, quer dazu bewegt. In alternativen Ausführungen können die beiden Kontaktstellen z.B. auf gleicher Höhe bezüglich der zur Reihenschaltungsrichtung senkrechten Richtung angeordnet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente zur elektrisch seriellen Verbindung der ersten und der zweiten Solarzelle auf, die elektrisch parallel in einer zur Reihenschaltungsrichtung nicht-parallelen Richtung mit Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Maßnahme kann zu einer verbesserten elektrischen Anbindung und Verbindung der seriell verschalteten Solarzellen günstig sein, indem über die mehreren elektrischen Verbindungselemente an mehreren Bereichen über die Ausdehnung der jeweiligen Solarzelle hinweg verteilt eine Stromübertragung bzw. Stromabnahme für die seriell verschalteten Solarzellen ermöglicht wird. Je nach Systemausführung kann alternativ auch nur ein einzelnes elektrisches Verbindungselement zur seriellen Verschaltung der beiden Solarzellen genügen.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente zur elektrisch seriellen Verbindung der ersten und der zweiten Solarzelle auf, wobei mehrere der elektrischen Verbindungselemente die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in einer gleichen ersten Kontaktöffnung kontaktieren und die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle an unterschiedlichen zweiten Kontaktstellen kontaktieren. Diese Maßnahme einer fächerförmigen Anbindung mehrerer elektrischer Verbindungselemente in einer gemeinsamen Kontaktöffnung zur Kontaktierung der Rückkontaktschicht kann in entsprechenden Anwendungen z.B. dazu beitragen, den Stromtransport zwischen der jeweiligen Kontaktstelle der Rückkontaktschicht der einen Solarzelle und der Frontkontaktschicht der anderen Solarzelle auf einen größeren Bereich der Frontkontaktschicht aufzuteilen. Dies lässt sich bei Bedarf z.B. dafür nutzen, für die Frontkontaktschicht ein transparentes leitfähiges Oxidmaterial mit vergleichsweise kleiner Querleitfähigkeit und hoher Transparenz, d.h. Durchlässigkeit hinsichtlich des von der Absorberschicht genutzten Lichts, zu verwenden. In alternativen Ausführungen geht von jeder Kontaktöffnung nur ein einziges elektrisches Verbindungselement ab.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente zur elektrisch seriellen Verbindung der ersten und der zweiten Solarzelle auf, wobei mehrere der elektrischen Verbindungselemente die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle an einer gleichen zweiten Kontaktstelle kontaktieren und die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in unterschiedlichen Kontaktöffnungen kontaktieren. Diese Maßnahme kann beispielsweise dazu genutzt werden, die Kontaktstellen auf der Frontkontaktschicht einerseits und auf der Rückkontaktschicht in den Kontaktöffnungen andererseits in einer Zickzack-Struktur der elektrischen Verbindungselemente miteinander zu verbinden, bei der die von einer jeweiligen Kontaktstelle der Frontkontaktschicht abgehenden elektrischen Verbindungselemente zu unterschiedlichen Kontaktstellen der Rückkontaktschicht in den Kontaktöffnungen und die von einer jeweiligen Kontaktöffnung zur Kontaktierung der Rückkontaktschicht abgehenden elektrischen Verbindungselemente zu verschiedenen Kontaktstellen der Frontkontaktschicht führen. Alternativ geht von jeder Kontaktstelle der Frontkontaktschicht jeweils nur ein einziges elektrisches Verbindungselement ab.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente zur elektrisch seriellen Verbindung der ersten und der zweiten Solarzelle auf, wobei mindestens zwei der elektrischen Verbindungselemente aus einem einteilig gefertigten Verbindungsstück gebildet sind, das die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle mindestens in einer ersten Kontaktöffnung kontaktiert und die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle mindestens an zwei unterschiedlichen zweiten Kontaktstellen kontaktiert und/oder die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle mindestens an zwei unterschiedlichen Kontaktöffnungen kontaktiert und die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle mindestens an einer zweiten Kontaktstelle kontaktiert. Mit dieser Maßnahme kann in entsprechenden Anwendungen der Fertigungsaufwand weitergehend reduziert werden, indem ein einziges Verbindungsstück für die Bildung mehrerer elektrischer Verbindungselemente genutzt wird, vorzugsweise wiederum z.B. zur Bildung einer zickzackförmigen Verbindungsstruktur. In alternativen Ausführungen ist jedes elektrische Verbindungselement einzeln gebildet.
In einer Weiterbildung der Erfindung kontaktiert das elektrische Verbindungselement die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle an mehreren seriell aufeinanderfolgenden zweiten Kontaktstellen. Auch diese Maßnahme lässt sich dafür nutzen, den Stromtransport zwischen einer Kontaktstelle der Rückkontaktschicht der einen Solarzelle einerseits und mehreren voneinander beabstandeten Kontaktstellen der Frontkontaktschicht der anderen Solarzelle andererseits zu bewirken und damit auf einen größeren Bereich der Frontkontaktschicht zu verteilen. Dies begünstigt wiederum beispielsweise die Verwendung eines transparenten leitfähigen Oxidmaterials mit relativ kleiner Querleitfähigkeit und dafür relativ hoher Lichttransparenz für die Frontkontaktschicht. Alternativ kontaktiert das elektrische Verbindungselement die Frontkontaktschicht nur an einer einzigen Kontaktstelle.
In einer Weiterbildung der Erfindung kontaktiert das elektrische Verbindungselement die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle auf einer Frontkontaktgridstruktur. Diese Maßnahme kann das mechanische und elektrische Verbinden für die betreffende Frontkontaktschicht in Vergleich zu einer Kontaktierung des Verbindungselements z.B. auf einem transparenten leitfähigen Oxidmaterial der Frontkontaktschicht verbessern. Oftmals ist eine hohe mechanische Festigkeit der Verbindung zu einem typischerweise metallischen Material der Frontkontaktgridstruktur, insbesondere eine hohe Haftfähigkeit, leichter zu erzielen als zu einem transparenten leitfähigen Oxidmaterial. Auch das Stromübertragungsverhalten kann dadurch in vielen Fällen verbessert werden. Alternativ kontaktiert das elektrische Verbindungselement die Frontkontaktschicht direkt ohne Frontkontaktgridstruktur bzw. außerhalb einer solchen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das elektrische Verbindungselement einteilig mit einer Frontkontaktgridstruktur der Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle gebildet. Dies kann vorteilhaft z.B. fertigungstechnisch dazu genutzt werden, das elektrische Verbindungselement gleichzeitig mit der Frontkontaktgridstruktur in einem gemeinsamen Fertigungsprozess zu bilden.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das elektrische Verbindungselement ein Bonddrahtelement. Dies stellt eine vorteilhafte Möglichkeit der Realisierung des elektrischen Verbindungselements dar. Das Bonddrahtelement kann aus einem an sich bekannten Bonddrahtmaterial bestehen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Bonddrahtelement ein elektrisch leitfähiges Bonddrahtstück und eine dieses umgebende, elektrisch isolierende Umhüllung. Diese Maßnahme beugt in vorteilhafter Weise unbeabsichtigten Kurzschlüssen zwischen dem Bonddrahtstück und der Frontkontaktschicht der betreffenden Solarzelle in der Umgebung der Kontaktöffnung vor. Die Umhüllung kann beispielsweise von einem das Bonddrahtstück eng oder locker umgebenden Hüllschlauch aus elektrisch isolierendem Schlauchmaterial oder einer elektrisch isolierenden Oberflächenbeschichtung des Bonddrahtstücks gebildet sein. In alternativen Ausführungen wird ein Bonddraht ohne elektrisch isolierende Umhüllung verwendet, wenn dies nicht erforderlich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrisch isolierende Umhüllung von einem Hüllschlauch gebildet, der aus einem transparenten Material gebildet ist. Die Verwendung des Hüllschlauchs ist fertigungstechnisch einfach realisierbar und funktionell ausreichend zuverlässig. Durch die Bildung des Hüllschlauchs aus transparentem Material lassen sich entsprechende Lichtverluste vermeiden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrisch isolierende Umhüllung von einem Hüllschlauch gebildet, der in einem Mittenbereich das Bonddrahtstück lose mit radialem Abstand umgibt und an seinen beiden Endbereichen mit je einer Einschnürung abschließt. Die Einschnürung kann z.B. durch einen hierfür an sich bekannten Schrumpfprozess realisiert werden. Der radiale Abstand des Hüllschlauchs im Mittenbereich zum Bonddrahtstück stellt ein entsprechendes Spiel zur Verfügung, mit dem etwaige thermische Spannungen während der Fertigung und im Betrieb des Moduls kompensiert bzw. absorbiert werden können. In alternativen Ausführungen kann auch nur eine Einschnürung an einem der beiden Enden des Schlauches vorgesehen sein. Weiter alternativ kann eine Einschnürung in einem Mittenbereich des Schlauches vorgesehen sein, die eine gewisse Bewegungsfreiheit bzw. Dehnungsfreiheit des Bonddrahtes im Schlauchinneren gestattet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrisch isolierende Umhüllung von einem Hüllschlauch gebildet, der sich in Reihenschaltungsrichtung beidseitig lateral über den Trenngraben hinaus erstreckt. Somit erstreckt sich der Hüllschlauch in diesem Fall beidseits des Trenngrabens sowohl in Richtung Kontaktstelle mit der Frontkontaktschicht der einen Solarzelle als auch in Richtung Kontaktöffnung zur Kontaktierung der Rückkontaktschicht der anderen Solarzelle.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrisch isolierende Umhüllung von einem Hüllschlauch gebildet, der sich in die Kontaktöffnung hinein oder bis zu einem lateralen Abstand zur Kontaktöffnung von weniger als dem Zwanzigfachen seiner Schlauchwanddicke im zugehörigen Schlauchendbereich erstreckt. Es zeigt sich, dass dies eine günstige Dimensionierungsmaßnahme für die Erstreckung des Hüllschlauchs längs des Bonddrahtstücks ist, durch die der Hüllschlauch einerseits zuverlässig vor unerwünschten Kurzschlüssen schützt und andererseits die elektrische Bondkontaktierung zur Frontkontaktschicht der einen Solarzelle bzw. zur Rückkontaktschicht der anderen Solarzelle nicht behindert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrisch isolierende Umhüllung von einem Hüllschlauch gebildet, der sich in die Kontaktöffnung hinein oder bis zu einem lateralen Abstand zur Kontaktöffnung von weniger als dem Fünffachen seiner Schlauchwanddicke im zugehörigen Schlauchendbereich erstreckt. Dies stellt eine weitergehend vorteilhafte Dimensionierungsmaßnahme mit den zuvor genannten Effekten dar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Bonddrahtelement einen mit einem thermoplastischen Material oder Klebstoffmaterial beschichteten Bonddraht. Diese Maßnahme kann vorteilhaft zu einer hohen Haftfestigkeit der Kontaktierung des Bonddrahtelements insbesondere mit der Frontkontaktschicht beitragen, was besonders in Fällen günstig ist, in denen diese Kontaktierung zu einem transparenten leitfähigen Oxidmaterial erfolgt, wenn die Frontkontaktschicht daraus gebildet ist. Durch den Bondvorgang kann das thermoplastische Material bzw. das Klebstoffmaterial aufschmelzen und festigkeitserhöhend in Bereiche zwischen dem im Allgemeinen metallischen Drahtmaterial des Bonddrahtes und dem Frontkontaktschichtmaterial gelangen bzw. sich dort anlagern. Als Rezepturen für das Klebstoffmaterial kommen z.B. lösungsmittelbasierte Rezepturen, mehrkomponentige Rezepturen aus Binder und Härter sowie Rezepturen in Betracht, die unter UV-Licht aushärten. Alternativ kann ein unbeschichteter Bonddraht verwendet werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das elektrische Verbindungselement ein Materialabscheidungselement. Dies stellt eine andere vorteilhafte Möglichkeit der Realisierung des elektrischen Verbindungselements dar. Das Materialabscheidungselement ist ein durch einen Materialabscheidungsprozess gebildetes Element, z.B. ein durch eine Drucktechnik, wie eine Siebdrucktechnik, eine Digitaldrucktechnik etc., durch eine Aufdampftechnik, eine Sputtertechnik, eine Dispensertechnik oder dergleichen gebildetes Element.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Dünnschichtsolarmodul eine elektrische Isolationsschichtstruktur auf, die das Materialabscheidungselement in der Kontaktöffnung umfangsseitig umgibt und es, wenn die Kontaktöffnung mit lateralem Abstand zum Trenngraben angeordnet ist, im Bereich lateral zwischen der Kontaktöffnung und dem Trenngraben gegenüber der darunterliegenden Frontkontaktschicht der ersten Solarzelle elektrisch separiert. In letzterem Fall liegt die Isolationsschichtstruktur in diesem Bereich über der Frontkontaktschicht, und das Materialabscheidungselement liegt über der Isolationsschichtstruktur. Dabei überdeckt das Materialabscheidungselement die Isolationsschichtstruktur bevorzugt nicht vollständig bis zu den Rändern, sondern nur zu einem Anteil von z.B. zwischen 10% und 90%, jeweils bezogen auf eine betreffende lineare Abmessung, wie insbesondere die Breite der Isolationsschichtstruktur bzw. des Materialabscheidungselements quer zur Längserstreckung von der Kontaktöffnung zur benachbarten, zweiten Solarzelle. Mit anderen Worten tritt das Materialabscheidungselement in diesem Fall seitlich an den Rändern entsprechend etwas gegenüber der Isolationsschichtstruktur zurück. Dies trägt dazu bei, etwaigen elektrischen Kurzschlüssen vorzubeugen, die aus einem lateralen Übertreten des Materialabscheidungselements über die darunterliegende Isolationsschichtstruktur in diesem Bereich resultieren könnten. Andererseits wird die Abmessung des Materialabscheidungselements ausreichend groß gehalten, um ein gewünschtes Stromübertragungsvermögen zu erzielen. Bei der alternativen Ausführung, in der die Kontaktöffnung lateral ohne Abstand direkt an den Trenngraben angrenzt bzw. mit dieser lateral überlappt, braucht sich das Materialabscheidungselement nicht über der darunterliegenden Frontkontaktschicht der ersten Solarzelle erstrecken, sondern kann von der Kontaktöffnung direkt über den Trenngraben zur Frontkontaktschicht der benachbarten, zweiten Solarzelle geführt werden, und braucht daher insoweit auch nicht gegenüber dieser elektrisch isoliert werden. Die elektrische Isolationsschichtstruktur wird dann nur zur hülsenförmigen Isolierung des Materialabscheidungselements in der Kontaktöffnung und eventuell zur Flankenisolierung im Trenngraben zur Seite der benachbarten, tweiten Solarzelle hin benötigt, kann aber optional auch in diesem Fall auf einem Bereich der Oberseite der Frontkontaktschicht vorgesehen sein. In jedem Fall sorgt die elektrische Isolationsschichtstruktur in einer fertigungstechnisch und funktionell vorteilhaften Weise dafür, dass das Materialabscheidungselement vor unerwünschten Kurzschlüssen insbesondere zur Frontkontaktschicht derjenigen Solarzelle, deren Rückkontaktschicht das Materialabscheidungselement kontaktiert, geschützt ist. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann sich die elektrische Isolationsschichtstruktur nur in Bereichen angrenzend an das Materialabscheidungselement oder zusätzlich auch in anderen Bereichen befinden, in denen eine elektrische Isolation erwünscht oder benötigt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die elektrische Isolationsschichtstruktur zusätzlich im Trenngraben. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass mit der gleichen elektrischen Isolationsschichtstruktur, die als Kurzschlussschutz für das Materialabscheidungselement dient, der Trenngraben gefüllt werden kann. Es zeigt sich, dass dies in entsprechenden Anwendungen die elektrische Isolation benachbarter Solarzellen durch den Trenngraben vorteilhaft unterstützen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein stromtragender Querschnitt des elektrischen Verbindungselements über seine Längserstreckung von der Kontaktstelle mit der Rückkontaktschicht bis zur Kontaktstelle mit der Frontkontaktschicht der benachbarten Solarzelle im Wesentlichen konstant oder variiert um maximal den Faktor hundert, bevorzugter maximal den Faktor zehn. Dies kann zu einem optimalen Stromübertragungsverhalten des elektrischen Verbindungselements beitragen.
In einer Weiterbildung der Erfindung liegt eine laterale Abmessung des elektrischen Verbindungselements in der Kontaktöffnung im Bereich zwischen 10% und 90% einer lateralen Abmessung der Kontaktöffnung. Dies stellt eine gute Balance zwischen der lateralen Abmessung des elektrischen Verbindungselements einerseits und der lateralen Abmessung des dieses umgebenden Bereichs der Kontaktöffnung dar, in dem sich z.B. die elektrische Isolationsschichtstruktur befinden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich das Materialabscheidungselement über der elektrischen Isolationsschichtstruktur mit lateralem Abstand von einem Rand der elektrischen Isolationsschichtstruktur und überdeckt die elektrische Isolationsschichtstruktur zu einem Anteil zwischen 10% und 90% bezüglich einer gegebenen Erstreckungsrichtung. Dies kann zur Vermeidung von Kurzschlüssen des Materialabscheidungselements mit der darunterliegenden Frontkontaktschicht günstig sein und gleichzeitig eine ausreichende Stromtransportfähigkeit desselben gewährleisten.
In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt das Verhältnis einer lateralen Breite des Trenngrabens zu einer lateralen Wanddicke der elektrischen Isolationsschichtstruktur in der Kontaktöffnung zwischen 100:1 und 1:100, insbesondere zwischen 10:1 und 1:10 und bevorzugter im Wesentlichen 1:1. Dies kann einer guten elektrischen Isolierung jeweils benachbarter Solarzellen förderlich sein.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird zunächst der Schichtaufbau mit der Rückkontaktschicht, der Absorberschicht und der Frontkontaktschicht auf einer Modulunterlage gebildet. Dann wird der Trenngraben durch die Frontkontaktschicht, die Absorberschicht und die Rückkontaktschicht hindurch zur Separation des Schichtaufbaus mindestens in die erste und die zweite Solarzelle gebildet. Anschließend wird die mindestens eine Kontaktöffnung in der ersten Solarzelle durch die Frontkontaktschicht und die Absorberschicht hindurch bis zur Rückkontaktschicht gebildet. Danach wird die elektrische Verbindungsstruktur mit dem mindestens einen elektrischen Verbindungselement gebildet, das sich zwischen der Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle und der Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle über den Trenngraben hinweg und in der Kontaktöffnung erstreckt.
Mit dieser Vorgehensweise lässt sich der Herstellungsaufwand für das Dünnschichtsolarmodul vergleichsweise gering halten, und dieses Herstellungsverfahren ermöglicht die Realisierung eines Dünnschichtsolarmoduls mit besonders geringer Totfläche. Verglichen mit einer herkömmlichen P1-P2-P3-Strukturierung kann erfindungsgemäß die Linienstrukturierung für den Trenngraben die P1- und P3-Linienstrukturierungen ersetzen, und die Strukturierung der wenigstens einen Kontaktöffnung kann die P2-Linienstrukturierung ersetzen.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls mit dem Materialabscheidungselement nach dem Bilden der mindestens einen Kontaktöffnung und vor dem Bilden der elektrischen Verbindungsstruktur die elektrische Isolationsschichtstruktur unter zumindest teilweiser Füllung sowohl des Trenngrabens als auch der Kontaktöffnung gebildet. Gleichzeitig oder anschließend wird eine Durchkontaktöffnung durch die elektrische Isolationsschichtstruktur in der Kontaktöffnung hindurch bereitgestellt. Das gleichzeitige Bereitstellen der Durchkontaktöffnung kann z.B. dadurch erfolgen, dass die jeweilige Kontaktöffnung nicht vollständig, sondern ringförmig mit dem Material der Isolationsschichtstruktur gefüllt wird, so dass die Durchkontaktöffnung im Inneren der Ringform verbleibt. Das sequenzielle Bereitstellen der Durchkontaktöffnung kann z.B. durch Erzeugen der Durchkontaktöffnung in der vollständig mit dem Material der Isolationsschichtstruktur gefüllten Kontaktöffnung mittels eines Laserstrahlbohrprozesses oder eines Fotoätzprozesses erfolgen. In die Durchkontaktöffnung lässt sich dann beim darauffolgenden Bilden der elektrischen Verbindungsstruktur das entsprechende elektrisch leitfähige Material einbringen, z.B. mittels eines Abscheidungsprozesses oder eines Druck- oder Spritzprozesses, wie eines Digitaldruck- bzw. Tintenstrahldruckprozesses oder eines Dispensing-Verfahrens. Falls beim Laserstrahlbohren in der Durchkontaktöffnung Reste oder Ablagerungen, z.B. Pyrolyseprodukte des Isolationsmaterials, zurückbleiben, kann es sein, dass die elektrische Verbindungsstruktur in der Durchkontaktöffnung keinen einsträngigen elektrischen Leiter bildet, sondern eine fraktale Struktur aufweist und/oder die freigelegte Rückkontaktschicht nicht vollflächig kontaktiert, was jedoch nicht stört, solange sie die von ihr allein geforderte elektrische Verbindungsfunktion erfüllt. Damit lässt sich das Dünnschichtsolarmodul in der Variante mit dem oder den Materialabscheidungselementen mit vergleichsweise geringem Aufwand fertigen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Diese und weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend näher beschrieben. Hierbei zeigen:

1 eine ausschnittweise schematische Draufsicht auf ein Dünnschichtsolarmodul mit einem Solarzellenarray mit mehreren elektrisch seriell verbundenen Solarzellen und zugehöriger elektrischer Verbindungsstruktur, hier mit Bonddrahtelementen,
2 eine schematische Längsschnittansicht längs einer Linie II-II in 1,
3 die Ansicht von 1 für eine Variante der elektrischen Verbindungsstruktur,
4 die Ansicht von 2 für die Ausführungsvariante von 3,
5 die Ansicht von 1 für eine weitere Variante der elektrischen Verbindungsstruktur,
6 eine Detailansicht eines Bereichs VI in 3,
7 eine schematische Detailschnittansicht eines Bereichs VII in 5,
8 die Ansicht von 7 für die Variante von 3,
9 eine Ansicht entsprechend 1 für eine weitere Variante der elektrischen Verbindungsstruktur,
10 die Ansicht von 9 für eine weitere Variante der elektrischen Verbindungsstruktur,
11 eine Ansicht entsprechend 1 für eine weitere Variante der elektrischen Verbindungsstruktur,
12 die Ansicht von 11 für eine weitere Variante der elektrischen Verbindungsstruktur,
13 die Ansicht von 11 für eine weitere Variante der elektrischen Verbindungsstruktur,
14 eine mikroskopisch-schematische Längsschnittansicht in einem Bondkontaktpunktbereich XIV in 11,
15 eine Ansicht entsprechend 1 zur Veranschaulichung einer weiteren Variante der elektrischen Verbindungsstruktur, hier mit Materialabscheidungselementen,
16 eine Längsschnittansicht längs einer Linie XVI-XVI in 15,
17 eine ausschnittweise Detailansicht eines Bereichs XVII in 15 für eine Ausführungsvariante,
18 eine ausschnittweise Detailansicht eines Bereichs XVIII in 16 für die Ausführungsvariante von 17,
19 die Ansicht von 16 für eine weitere Ausführungsvariante in einem ersten Fertigungsstadium des Moduls nach Bilden von Trenngräben und Kontaktöffnungen,
20 eine ausschnittweise Ansicht eines Bereichs XX in 15 für die Ausführungsvariante von 19 im ersten Fertigungsstadium,
21 die Ansicht von 19 in einem zweiten Fertigungsstadium nach Bilden einer elektrischen Isolationsschichtstruktur,
22 die Ansicht von 20 im zweiten Fertigungsstadium von 21,
23 die Ansicht von 21 in einem dritten Fertigungsstadium nach Bilden von Durchkontaktöffnungen,
24 die Ansicht von 22 im dritten Fertigungsstadium von 23,
25 die Ansicht von 23 in einem vierten Fertigungsstadium nach Bilden der elektrischen Verbindungsstruktur,
26 die Ansicht von 24 im vierten Fertigungsstadium von 25,
27 eine Ansicht entsprechend 15 für eine Ausführungsvariante mit integrierter Frontkontaktgridstruktur,
28 die Ansicht von 27 für eine Ausführungsvariante der integrierten Frontkontaktgridstruktur,
29 die Ansicht von 27 für eine weitere Ausführungsvariante mit integrierter Frontkontaktgridstruktur,
30 eine ausschnittweise Ansicht von 13 für eine weitere Ausführungsvariante mit Metallabscheidungselementen und integrierter Frontkontaktgridstruktur,
31 die Ansicht von 30 für eine weitere Ausführungsvariante mit Metallabscheidungselementen und integrierter Frontkontaktgridstruktur,
32 die Ansicht von 13 für eine weitere Ausführungsvariante mit Metallabscheidungselementen und integrierter Frontkontaktgridstruktur,
33 die Ansicht von 19 begrenzt auf einen Bereich zweier benachbarter Solarzellen für eine Variante mit lateral direkt an den Trenngraben anschließender Kontaktöffnung,
34 die Ansicht von 20 begrenzt auf den Bereich von 33 für die Variante mit lateral direkt an den Trenngraben anschließender Kontaktöffnung,
35 die Ansicht von 33 im Fertigungsstadium nach Bilden der elektrischen Isolationsschichtstruktur,
36 die Ansicht von 34 im Fertigungsstadium von 35,
37 die Ansicht von 35 im Fertigungsstadium nach Bilden der Durchkontaktöffnungen,
38 die Ansicht von 36 im Fertigungsstadium von 37,
39 die Ansicht von 37 im Fertigungsstadium nach Bilden der elektrischen Verbindungsstruktur,
40 die Ansicht von 38 im Fertigungsstadium von 39,
41 die Ansicht von 36 für eine Variante mit Bilden der elektrischen Isolationsschichtstruktur mit größerer, konstanter lateraler Breite,
42 die Ansicht von 41 im Fertigungsstadium von 38 und
43 die Ansicht von 42 im Fertigungsstadium von 40.

Das in den Figuren in unterschiedlichen erfindungsgemäßen Realisierungen gezeigte Dünnschichtsolarmodul kann von einem beliebigen, dem Fachmann geläufigen Aufbau sein, soweit hierauf im Folgenden nicht näher eingegangen wird, d.h. die Figuren und die nachstehenden Ausführungen befassen sich primär mit den erfindungswesentlichen Merkmalen, Funktionen und Eigenschaften bzw. mit den für das Verständnis der Erfindung hilfreichen Angaben, während im Übrigen das Dünnschichtsolarmodul je nach Bedarf und Anwendungsfall weitere Elemente bzw. Komponenten herkömmlicher Art aufweisen kann, deren Realisierung dem Fachmann bekannt ist, was daher hier keiner weiteren Erläuterungen bedarf.
Das Dünnschichtsolarmodul beinhaltet, wie aus den ausschnittweisen und schematischen Darstellungen in den Figuren ersichtlich, ein Solarzellenarray 1 mit einer Mehrzahl von Solarzellen 2 mit einem Schichtaufbau, der eine Rückkontaktschicht 3, eine Frontkontaktschicht 4 und eine Absorberschicht 5 zwischen der Rückkontaktschicht 3 und der Frontkontaktschicht 4 umfasst, wie dies für herkömmliche Dünnschichtsolarzellen üblich ist. Je nach Anwendungsfall kann der Schichtaufbau eine oder mehrere weitere Schichten herkömmlicher Art beinhalten, wie Pufferschichten, Barriereschichten, Schutzschichten etc., was vorliegend nicht weiter interessiert und weshalb diese hier nicht gezeigt sind. Weiter beinhaltet das Dünnschichtsolarmodul eine elektrische Verbindungsstruktur zur elektrisch seriellen Verbindung nebeneinander angeordneter Solarzellen, z.B. zur elektrisch seriellen Verbindung von drei in den 1 und 2 und einigen weiteren Figuren exemplarisch und ausschnittweise gezeigten Solarzellen 2₁, 2₂, 2₃, wobei die Verbindungsstruktur die Rückkontaktschicht 3 einer ersten Solarzelle 2₁ auf einer absorberschichtzugewandten Seite 3a kontaktiert und die Frontkontaktschicht 4 einer in einer Reihenschaltungsrichtung R_S an die erste Solarzelle angrenzenden zweiten Solarzelle 2₂ auf einer absorberschichtabgewandten Seite 4b kontaktiert, wie ebenfalls beispielsweise aus den 1 und 2 und einigen weiteren Figuren ersichtlich. Mit einer absorberschichtzugewandten Seite 4b kontaktiert die Frontkontaktschicht 4 die Absorberschicht 5 oder ist dieser jedenfalls zugewandt.
Dabei kann die Rückkontaktschicht 3 z.B. wie in den gezeigten Ausführungen in einer üblichen Weise auf einer Modulunterlage 16, d.h. einem Modulsubstratkörper, gebildet sein, wobei sie mit einer absorberschichtabgewandten Seite 3b die Modulunterlage 16 kontaktiert, d.h. mit ihr in Berührkontakt steht, oder dieser jedenfalls zugewandt ist. Die Modulunterlage 16 kann beispielsweise ein Glassubstrat oder ein anderer transparenter oder nicht-transparenter platten- bzw. scheibenförmiger Trägerkörper sein, wie er üblicherweise für Dünnschichtsolarmodule verwendet wird.
Die jeweils nebeneinander angeordneten und elektrisch seriell verbundenen Solarzellen, wie die erste und die zweite Solarzelle 2₁, 2₂, sind voneinander durch einen jeweiligen Trenngraben 6 separiert, der sich durchgehend durch die Frontkontaktschicht 4, die Absorberschicht 5 und die Rückkontaktschicht 3 hindurch erstreckt, wie beispielsweise aus 2 und ähnlichen weiteren Figuren ersichtlich. Der Trenngraben 6 erstreckt sich über eine Gesamtlänge, die typischerweise zwischen 1cm und 6m betragen kann.
Die erste Solarzelle 2₁ weist mindestens eine Kontaktöffnung 7 auf, die sich durch die Frontkontaktschicht 4 und die Absorberschicht 5 hindurch bis zur Rückkontaktschicht 3 erstreckt, wie ebenfalls beispielsweise aus 2 ersichtlich. In entsprechenden Ausführungen ist die Kontaktöffnung 7 mit lateralem Abstand zum Trenngraben 6 angeordnet, wie in den Beispielen der 1 bis 32, in alternativen Ausführungen grenzt sie direkt an den Trenngraben 6 an, wie in den Beispielen der 33 bis 43, wobei sie mit diesem lateral überlappt oder direkt an diesen anschließt.
Die elektrische Verbindungsstruktur beinhaltet mindestens ein sich über den Trenngraben 6 hinweg erstreckendes elektrisches Verbindungselement 8, das einerseits die Frontkontaktschicht 4 der zweiten Solarzelle 2₂ auf der absorberschichtabgewandten Seite 4b kontaktiert und sich andererseits in die Kontaktöffnung 7 der ersten Solarzelle 2₁ hinein erstreckt und dort die Rückkontaktschicht 3 der ersten Solarzelle 2₁ auf der absorberschichtzugewandten Seite 3a kontaktiert. Das elektrische Verbindungselement 8 ist in der Kontaktöffnung 7 gegenüber der Absorberschicht 5 und der Frontkontaktschicht 4 der ersten Solarzelle 2₁ elektrisch isoliert. In Realisierungen, in denen die Kontaktöffnung7 mit lateralem Abstand zum Trenngraben 6 angeordnet ist, erstreckt sich das elektrische Verbindungselement 8 in einem Bereich 15 zwischen der Kontaktöffnung 7 und dem Trenngraben 6 über der Frontkontaktschicht 4 der ersten Solarzelle 2₁, wobei es auch in diesem Bereich von der Frontkontaktschicht 4 der ersten Solarzelle 2₁ elektrisch isoliert ist.
In entsprechenden Ausführungsformen ist eine maximale Abmessung K_L einer Kontaktfläche des elektrischen Verbindungselements 8 mit der Rückkontaktschicht 3 einer jeweiligen Solarzelle, z.B. der ersten Solarzelle 2₁, in der Kontaktöffnung 7 kleiner als das Zwanzigfache eines lateralen Abstands K_A der Kontaktöffnung 7 zu einer Kontaktstelle des elektrischen Verbindungselements 8 mit der Frontkontaktschicht 4 einer seriell verbundenen, benachbarten Solarzelle, z.B. der zweiten Solarzelle 2₂. Die genannte maximale Kontaktflächenabmessung K_L und der genannte laterale Abstand K_A sind stellvertretend in den 4 und 25 explizit angegeben. In dieser Bemessung kommt zum Ausdruck, dass es sich bei der elektrischen Verbindungsstruktur in diesem Fall um eine eher punktförmige als linienförmige elektrische Kontaktierung handelt, d.h. die Kontaktierung zur elektrisch seriellen Verbindung der Solarzellen erfolgt nicht wie in der konventionellen Verbindungstechnik über Kontaktierungslinien, die sich über praktisch die gesamte Länge der jeweiligen Solarzelle quer zur Serienverschaltungsrichtung erstrecken, sondern über in ihrer Konfiguration eher punktförmige Durchkontakte, was folglich auch als Punktverschaltung im Gegensatz zur herkömmlichen Linienverschaltung bezeichnet werden kann. Die Punktform kann z.B. eine Kreis-, Oval- oder Polygonform sein. In entsprechenden Realisierungen beträgt die maximale Kontaktflächen-Abmessung K_L weniger als das Fünffache oder weniger als das Doppelte des besagten Abstands K_A, und in vorteilhaften Ausführungen ist sie höchstens so groß oder auch kleiner als der besagte Abstand K_A, z.B. kleiner als die Hälfte, ein Fünftel oder ein Siebtel des Abstands K_A. Zusätzlich oder alternativ ist diese maximale Abmessung K_L der Kontaktfläche des elektrischen Verbindungselements 8 kleiner als ein Fünfzigstel der Gesamtlänge des Trenngrabens 6, insbesondere kleiner als ein Tausendstel und vorzugsweise kleiner als ein Zwanzigtausendstel der Gesamtlänge des Trenngrabens 6.
In entsprechenden Ausführungsformen kontaktiert das elektrische Verbindungselement 8 die Rückkontaktschicht 3 einer jeweiligen Solarzelle, z.B. der ersten Solarzelle 2₁, in der Kontaktöffnung 7 an einer ersten Kontaktstelle 9 und die Frontkontaktschicht einer seriell verbundenen, benachbarten Solarzelle, z.B. der zweiten Solarzelle 2₂, an einer zweiten Kontaktstelle 10, wobei die zweite Kontaktstelle 10 in einer zur Reihenschaltungsrichtung R_S senkrechten Richtung R_N gegenüber der ersten Kontaktstelle 9 versetzt angeordnet ist. Derartige Realisierungen sind beispielsweise in den 5, 9 und 10 gezeigt. Dieser Versatz kann gegebenenfalls für das Bilden der elektrischen Verbindungsstruktur im Rahmen eines In-Line-Fertigungsprozesses günstig sein.
In entsprechenden Ausführungsformen weist die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente 8 zur elektrisch seriellen Verbindung je zweier Solarzellen auf, z.B. der ersten Solarzelle 2₁ und der zweiten Solarzelle 2₂, wobei die Verbindungselemente 8 in diesem Fall elektrisch parallel in einer zur Reihenschaltungsrichtung R_S nicht-parallelen Richtung R_A mit Abstand voneinander angeordnet sind. Die nicht-parallele Richtung R_A kann senkrecht oder schräg zur Reihenschaltungsrichtung R_S orientiert sein. Sämtliche gezeigten Ausführungsbeispiele sind von diesem Typ, wobei stellvertretend in den 1 und 15 zwei solche parallel versetzt angeordnete elektrische Verbindungselemente 8₁, 8₂ explizit markiert sind. Dieses Anordnen mehrerer elektrischer Verbindungselemente 8 zur elektrisch seriellen Verbindung je zweier Solarzellen kann sich günstig auf den Stromtransport und die Stromverteilung auswirken.
In entsprechenden Ausführungen weist die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente 8 zur elektrisch seriellen Verbindung je zweier Solarzellen, wie der ersten Solarzelle 2₁ und der zweiten Solarzelle 2₂, dergestalt auf, dass mehrere der elektrischen Verbindungselemente die Rückkontaktschicht 3 der ersten Solarzelle 2₁ in einer gleichen ersten Kontaktöffnung 7₁ kontaktieren und die Frontkontaktschicht 4 der zweiten Solarzelle 2₂ an unterschiedlichen zweiten Kontaktstellen 10₁, 10₂ kontaktieren. Ausführungsbeispiele dieses Typs sind in den 9 und 10 veranschaulicht, siehe dort zwei entsprechend markierte elektrische Verbindungselemente 8a und 8b.
In entsprechenden Ausführungen weist die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente 8 zur elektrisch seriellen Verbindung zweier Solarzellen, wie der ersten und der zweiten Solarzelle 2₁, 2₂, dergestalt auf, dass mehrere der elektrischen Verbindungselemente 8 die Frontkontaktschicht 4 der zweiten Solarzelle 2₂ an einer gleichen zweiten Kontaktstelle 10₇ kontaktieren und die Rückkontaktschicht 3 der ersten Solarzelle 2₁ in unterschiedlichen Kontaktöffnungen 7₁, 7₂ kontaktieren, wie dies beim Ausführungsbeispiel der 9 mit diesbezüglichen elektrischen Verbindungselementen 8c und 8d der Fall ist.
In entsprechenden Ausführungen weist die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente 8 zur elektrisch seriellen Verbindung z.B. der ersten und der zweiten Solarzelle 2₁, 2₂ dergestalt auf, dass mindestens zwei elektrische Verbindungselemente 8e, 8f von diesen aus einem einteilig gefertigten Verbindungsstück 8g gebildet sind, das die Rückkontaktschicht 3 der ersten Solarzelle 2₁ mindestens in einer ersten Kontaktöffnung 7₄ kontaktiert und die Frontkontaktschicht 4 der zweiten Solarzelle 2₂ mindestens an zwei unterschiedlichen zweiten Kontaktstellen 10₅, 10₆ kontaktiert, wie dies beim Ausführungsbeispiel von 9 der Fall ist.
In entsprechenden Ausführungen weist die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente 8 zur elektrisch seriellen Verbindung z.B. der ersten oder zweiten Solarzelle 2₁, 2₂ dergestalt auf, dass mindestens zwei elektrische Verbindungselemente 8e, 8f von diesen aus einem einteilig gefertigten Verbindungsstück 8g gebildet sind, das die Rückkontaktschicht 3 der ersten Solarzelle 2₁ mindestens in zwei unterschiedlichen Kontaktöffnungen 7₃, 7₄ kontaktiert und die Frontkontaktschicht 4 der zweiten Solarzelle 2₂ mindestens an einer zweiten Kontaktstelle 10₆ kontaktiert, wie dies ebenfalls beim Ausführungsbeispiel von 9 der Fall ist. Speziell zeigt 9 eine Realisierung, bei der alle gezeigten elektrischen Verbindungselemente 8a bis 8f von dem einteilig gefertigten Verbindungsstück 8g gebildet sind, das sich zickzackförmig in der zur Reihenschaltungsrichtung R_S senkrechten Richtung R_N mehrfach über den Trenngraben 6 hinweg hin und her erstreckt.
In entsprechenden Ausführungen kontaktiert das elektrische Verbindungselement 8 die Frontkontaktschicht 4 der zweiten Solarzelle 2₂ an zwei oder mehr seriell aufeinanderfolgenden zweiten Kontaktstellen 10a, 10b, 10c, wie dies bei den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 und 11 der Fall ist.
In entsprechenden Ausführungen kontaktiert das elektrische Verbindungselement 8 die Frontkontaktschicht 4 der zweiten Solarzelle 2₂ auf einer Frontkontaktgridstruktur 11a. Ausführungsbeispiele dieses Typs zeigen die 12 und 13.
In entsprechenden Ausführungen ist das elektrische Verbindungselement 8 einteilig mit einer Frontkontaktgridstruktur 11b der Frontkontaktschicht 4 der zweiten Solarzelle 2₂ gebildet. Ausführungsbeispiele dieses Typs zeigen die 27 bis 32.
Im Ausführungsbeispiel von 27 ist die Frontkontaktgridstruktur von geradlinigen Streifen gebildet, und die elektrischen Verbindungselemente 8 sind in der Reihenschaltungsrichtung R_S und der dazu senkrechten Richtung R_N jeweils fluchtend in einem zweidimensionalen Feld angeordnet. Die geradlinigen Streifen der Frontkontaktgridstruktur 11b von 27 enden mit Abstand in Reihenschaltungsrichtung R_S vor einem jeweils nächsten elektrischen Verbindungselement 8.
Im Ausführungsbeispiel von 28 sind die elektrischen Verbindungselemente 8 in gleicher Weise angeordnet, die Frontkontaktgridstruktur ist in diesem Fall jedoch durch abgebogen verlaufende und verlängerte Kontaktstreifen gebildet, die sich mit ihren abgebogenen, den elektrischen Verbindungselementen 8 abgewandten Endbereichen jeweils in einen Bereich zwischen zwei in der Richtung R_N senkrecht zur Reihenschaltungsrichtung R_S aufeinanderfolgenden elektrischen Verbindungselementen 8 hinein erstrecken.
Im Ausführungsbeispiel von 29 sind je zwei sich entlang der Richtung R_N bzw. der Reihenrichtung R_A erstreckende Reihen der elektrischen Verbindungselemente 8 jeweils um den halben Abstand der elektrischen Verbindungselemente 8 gegeneinander versetzt im zweidimensionalen Feld angeordnet, und die Frontkontaktgridstruktur 11b ist in diesem Fall durch geradlinige, verlängerte Streifen gebildet, die sich mit ihren den elektrischen Verbindungselementen 8 abgewandten Enden ähnlich wie die abgebogenen Enden der Streifen bei der Frontkontaktgridstruktur 11b von 28 in den Bereich zwischen je zwei in der Richtung R_N aufeinanderfolgenden elektrischen Verbindungselementen 8 hinein erstrecken.
Im Ausführungsbeispiel von 30 beinhaltet die Frontkontaktgridstruktur 11b jeweils ein mit dem zugehörigen elektrischen Verbindungselement 8 einteilig gebildetes, gabelzinkenförmiges Kontaktgridelement.
Beim Ausführungsbeispiel von 31 beinhaltet die Frontkontaktgridstruktur 11b jeweils ein mit dem elektrischen Verbindungselement 8 einteilig gebildetes Kontaktgridelement, das eine dreizackartig aufspreizende Form besitzt.
Beim Ausführungsbeispiel von 32 beinhaltet die Frontkontaktgridstruktur 11b ein Kontaktgridelement mit einer kammartigen Struktur, das einteilig mit der die elektrisch serielle Verbindung zweier benachbarter Solarzellen, wie der ersten und der zweiten Solarzelle 2₁, 2₂, herstellenden Reihe der elektrischen Verbindungselemente 8 gebildet ist und sich in der Richtung R_N senkrecht zur Reihenschaltungsrichtung R_S durchgehend erstreckt.
In entsprechenden Ausführungsformen umfasst das jeweilige elektrische Verbindungselement ein Bonddrahtelement 12. Die 1 bis 14 zeigen Ausführungsbeispiele dieser Art.
In vorteilhaften Ausführungen umfasst das jeweilige Bonddrahtelement 12 ein elektrisch leitfähiges Bonddrahtstück 12a und eine dieses umgebende, elektrisch isolierende Umhüllung 12b, wie dies in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 13 der Fall ist. In entsprechenden Realisierungen ist die elektrisch isolierende Umhüllung 12b, wie bei den gezeigten Beispielen, von einem Hüllschlauch 18 gebildet. Der Hüllschlauch 18 ist vorzugsweise aus einem transparenten Material gebildet.
In den gezeigten Realisierungen umgibt der Hüllschlauch 18 in einem Mittenbereich 18a das Bonddrahtstück 12a lose mit radialem Abstand und schließt an seinen beiden Endbereichen mit je einer Einschnürung 18b, 18c ab. Alternativ ist keine Einschnürung oder nur an einem der beiden Endbereiche eine Einschnürung oder eine Einschnürung im Mittenbereich 18a vorgesehen. In einer weiteren alternativen Realisierung umgibt der Hüllschlauch 18 das Bonddrahtstück 12a eng anliegend, z.B. als ein auf das Bonddrahtstück 12a aufgeschrumpftes Schlauchelement.
In entsprechenden Ausführungen erstreckt sich der Hüllschlauch 18 in der Reihenschaltungsrichtung R_S beidseitig lateral über den Trenngraben 6 hinaus, wie dies bei den gezeigten Beispielen der Fall ist.
In entsprechenden Ausführungen erstreckt sich der Hüllschlauch 18 in die Kontaktöffnung 7 hinein, wie dies bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 7 und 9 bis 13 der Fall ist. Mit anderen Worten erstreckt sich der Hüllschlauch 18 in diesem Fall noch mit einer gewissen, in 7 explizit veranschaulichten Länge H_L in die Kontaktöffnung 7 hinein.
In entsprechenden Ausführungen erstreckt sich der Hüllschlauch 18 bis zu einem lateralen Abstand S_A zur Kontaktöffnung 7, d.h. endet mit diesem Abstand S_A vor der Kontaktöffnung 7, wie beim Ausführungsbeispiel von 8, wobei dieser laterale Abstand S_A zur Kontaktöffnung 7 vorzugsweise weniger als das Zwanzigfache einer Schlauchwanddicke W_D1 des Hüllschlauchs 18 im zugehörigen Schlauchendbereich beträgt, wobei diese Wanddicke W_D1 von einer ebenfalls in 8 angegebenen Wanddicke W_D des Hüllschlauchs 18 in seinem Mittenbereich 18a optional abweichen kann, insbesondere größer sein kann. In speziellen Realisierungen beträgt dieser laterale Abstand S_A zur Kontaktöffnung 7 weniger als das Fünffache der Schlauchwanddicke W_D1 im zugehörigen Schlauchendbereich.
In entsprechenden Ausführungsformen umfasst das Bonddrahtelement 12 einen mit einem thermoplastischen Material oder Klebstoffmaterial 19 beschichteten Bonddraht 12c, wie im Ausführungsbeispiel von 14 realisiert. Das thermoplastische Material bzw. Klebstoffmaterial 19 kann zur Erzielung einer hohen Haftfestigkeit der Kontaktierung des Bonddrahtelements 12, hier speziell des Bonddrahts 12c, mit der Rückkontaktschicht 3 der einen Solarzelle und/oder mit der Frontkontaktschicht 4 der anderen, benachbarten Solarzelle beitragen.
14 zeigt in einer mikroskopischen Darstellung exemplarisch speziell einen Kontaktbereich des mit dem thermoplastischen Material bzw. Klebstoffmaterial 19 beschichteten Bonddrahts 12c zu einer Oberfläche der Frontkontaktschicht 4 an einer der zweiten Kontaktstellen 10b im Ausführungsbeispiel von 11. Wie daraus ersichtlich, wird die zunächst gleichmäßige Beschichtung aus dem thermoplastischen Material bzw. Klebstoffmaterial 19 während des Bondkontaktprozesses an den mechanischen Berührpunkten des Bonddrahts 12c zur Oberfläche der Frontkontaktschicht 4 partiell verdrängt, so dass der Bonddraht 12c direkten, elektrisch leitenden Kontakt zur Frontkontaktschicht 4 erhält und das thermoplastische Material bzw. Klebstoffmaterial 19 Lücken und Zwischenräume zwischen dem Bonddraht 12c und der Oberfläche der Frontkontaktschicht 4 ausfüllen und dadurch die Haftfestigkeit des Bonddrahts 12c an der Frontkontaktschicht 4 verbessern kann. Dies kann besonders bei Verwendung üblicher transparenter, elektrisch leitender Oxidschichten für die Frontkontaktschicht vorteilhaft sein, da dieses Oxidmaterial eher spröde und rau sowie wenig duktil ist.
In vorteilhaften Ausführungsformen umfasst das jeweilige elektrische Verbindungselement ein Materialabscheidungselement 13. Ausführungsbeispiele dieser Art sind in den 15 bis 43 veranschaulicht.
In vorteilhaften Realisierungen beinhaltet das Dünnschichtsolarmodul in diesem Fall, wie in diesen gezeigten Beispielen, eine elektrische Isolationsschichtstruktur 14, die das jeweilige Materialabscheidungselement 13 in der Kontaktöffnung 7 umfangsseitig umgibt und es, wenn die Kontaktöffnung 7 mit lateralem Abstand zum Trenngraben 6 angeordnet ist, im Bereich 15 zwischen der Kontaktöffnung 7 und dem Trenngraben 6 gegenüber der darunterliegenden Frontkontaktschicht 4 der betreffenden Solarzelle, in der sich die Kontaktöffnung 7 befindet, elektrisch separiert.
Das Materialabscheidungselement 13 stellt ein Element aus einem elektrisch leitfähigen Material dar, das durch einen geeigneten herkömmlichen Abscheidungsprozess gebildet wird, sei es durch eine ganzflächige Abscheidung mit anschließender Strukturierung oder durch eine gezielte Abscheidung nur in den Flächenbereichen, in denen das Materialabscheidungselement 13 vorhanden sein soll. Hierfür kann eine beliebige geeignete Technik herkömmlicher Art zum Einsatz kommen, wie eine Drucktechnik, eine Aufdampftechnik, eine Sputtertechnik oder eine Dispensertechnik.
In vorteilhaften Ausführungen befindet sich die elektrische Isolationsschichtstruktur 14, wie in den gezeigten Beispielen, nicht nur in der jeweiligen Kontaktöffnung 7 und ggf. im Bereich 15 zwischen der Kontaktöffnung 7 und dem Trenngraben 6 über der Frontkontaktschicht 4, sondern zusätzlich im Trenngraben 6, d.h. der Trenngraben 6 ist mit dem elektrisch isolierenden Material der Isolationsschichtstruktur 14 gefüllt. Dadurch schützt dieses elektrisch isolierende Material im Trenngraben 6 die dort freiliegenden Bereiche bzw. Randseiten der Rückkontaktschicht 3, der Absorberschicht 5 und der Frontkontaktschicht 4.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen der 15 bis 43 sind die Kontaktöffnungen 7 ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 14 vorzugsweise mit kreisförmigem, optional mit einem anderen Querschnitt gebildet, z.B. einem ovalen oder polygonalen Querschnitt. Im Unterschied zu den Kontaktöffnungen 7 in den Beispielen der 1 bis 14 sind die Kontaktöffnungen 7 in den Beispielen der 15 bis 43 umfangsseitig mit dem Material der Isolationsstruktur 14 und in einem Mittenbereich mit dem elektrisch leitfähigen Material des Materialabscheidungselements 13 gefüllt, wobei sich das elektrisch leitfähige Material als ein Durchkontaktabschnitt 13a des Materialabscheidungselements 13 in der Kontaktöffnung 7 durch eine entsprechende Durchkontaktöffnung 17 in der Isolationsschichtstruktur 14 hindurch erstreckt, wie beispielsweise in den 16, 18, 25 und 39 zu erkennen. Mit dem Durchkontaktabschnitt 13a kontaktiert das Materialabscheidungselement 13 elektrisch die Rückkontaktschicht 3 der betreffenden Solarzelle 2₁, 2₂, 2₃,... an deren absorberschichtzugewandten Seite 3a.
An seiner Oberseite geht der Durchkontaktabschnitt 13a in einen lateralen Überbrückungsabschnitt 13b des Materialabscheidungselements 13 über, mit dem sich das Materialabscheidungselement 13 lateral vom Bereich der Kontaktöffnung 7 über den Bereich 15 zwischen der Kontaktöffnung 7 und dem Trenngraben 6 sowie über den Trenngraben 6 hinweg zur absorberschichtabgewandten Seite 4b der Frontkontaktschicht 4 der jeweils seriell zu verbindenden, benachbarten Solarzelle erstreckt und dort die Frontkontaktschicht 4 elektrisch kontaktiert.
Der Durchkontaktabschnitt 13a und der Überbrückungsabschnitt 13b des jeweiligen Materialabscheidungselements 13 können je nach Bedarf und Anwendungsfall einteilig in einem gleichen Fertigungsprozess oder zweiteilig durch aufeinanderfolgende Abscheidungsprozesse gebildet sein. In den Ausführungsbeispielen der 27 bis 43 geht das jeweilige Metallabscheidungselement 13 mit seinem Überbrückungsabschnitt 13b einteilig gefertigt in die jeweilige Frontkontaktgridstruktur 11b über.
Die Dimensionierung des Moduls und insbesondere seines Solarzellenarrays 1 ist wie üblich gemäß den Erfordernissen im jeweiligen Anwendungsfall gewählt. Dies gilt insbesondere auch für die Komponenten der elektrischen Verbindungsstruktur, speziell auch in Bezug auf die elektrischen Verbindungselemente 8. Einige diesbezügliche Dimensionierungsangaben sind in den 15, 17 und 18 für die Ausführungsvariante mit den Materialabscheidungselementen 13 markiert.
Ein Durchmesser d1 des Durchkontaktabschnitts 13a des Materialabscheidungselements 13 kann z.B. im Bereich zwischen 5 µm und 100 µm, z.B. bei ca. 20 µm, liegen und entspricht im Fall eines kreisrunden Querschnitts des Kontaktabschnitts 13a der oben erwähnten maximalen Abmessung K_L der Kontaktfläche des betreffenden elektrischen Verbindungselements 8 mit der Rückkontaktschicht 3 der zugehörigen Solarzelle in der Kontaktöffnung 7. Eine Abmessung d2 bzw. ein Durchmesser der Kontaktöffnung 7 kann z.B. im Bereich von 15 µm bis 500 µm liegen, z.B. bei ca. 60 µm. In vorteilhaften Ausführungen liegt die Abmessung d1 im Bereich zwischen 10% und 90% der Abmessung d2. Dies gewährleistet einerseits ein ausreichend großes Stromübertragungsvermögen des Durchkontakts und andererseits einen sicheren Kurzschlussschutz zu den angrenzenden Seitenwänden der Absorberschicht 5 und der Frontkontaktschicht 4. Eine laterale Restlänge d3 des Überbrückungsabschnitts 13b des Materialabscheidungselements 13 gemessen ab der Kontaktöffnung 7 kann z.B. im Bereich zwischen 25 µm und 30 mm liegen, z.B. bei ca. 160 µm. Eine lateral über die Isolationsschichtstruktur 14 hinaus ragende Länge d4 des Überbrückungsabschnitts 13b, entlang der das Materialabscheidungselement 13 die Frontkontaktschicht 4 der nächsten Solarzelle kontaktiert, kann in einem weiten Bereich variieren, u.a. auch abhängig davon, ob gleichzeitig eine Frontkontaktgridstruktur mit dem Materialabscheidungselement 13 integriert gebildet ist. Ohne eine solche Frontkontaktgridstruktur kann die Abmessung d4 z.B. im Bereich zwischen 5 µm und 500 µm liegen, z.B. bei ca. 20 µm. Mit einer solchen Frontkontaktgridstruktur sind für die Abmessung d4 Längen bis 30 mm möglich. Der Bereich 15 zwischen dem Trenngraben 6 und der Kontaktöffnung 7 weist eine Breite d5 auf, die beispielsweise zwischen 0 und 200 µm liegen kann, z.B. bei ca. 100 µm. Bis zu einem gewissen Grad kann die Kontaktöffnung 7 mit dem Trenngraben 6 sogar überlappen. Der Trenngraben 6 besitzt eine laterale Breite d6, die z.B. zwischen 5 µm und 250 µm liegen kann, z.B. bei ca. 20 µm. In bevorzugten Realisierungen beträgt das Verhältnis der lateralen Breite d6 des Trenngrabens zu einer lateralen Wanddicke (d2-d1)/2 der elektrischen Isolationsschichtstruktur 14 in der Kontaktöffnung 7 zwischen 100:1 und 1:100, insbesondere zwischen 10:1 und 1:10 und bevorzugter im Wesentlichen 1:1. Die Isolationsschichtstruktur 14 ragt vorzugsweise vom Trenngraben 6 aus lateral auf die Frontkontaktschicht 4 mit einer Abmessung d7 vor, die z.B. im Bereich zwischen 0 und 100 |jm liegt, z.B. bei ca. 20 µm. Im Fall, dass der Trenngraben 6 mit einem mechanischen Stichel gezogen wird, ist die Isolationsschichtstruktur 14 derart gebildet, dass sie auch eventuelle Ausmuschelungen oder andere Anomalitäten des Schichtstapels am Rand des Trenngrabens 6 zuverlässig überdeckt. Die elektrische Isolationsschichtstruktur 14 besitzt in der Umgebung der Kontaktöffnung 7 eine laterale Abmessung d8 in der Reihenrichtung R_A, die beispielsweise zwischen ca. 15 µm und 1000 µm liegen kann, z.B. bei ca. 60 µm. Das Materialabscheidungselement 13 besitzt eine laterale Breite d9 in der zur Reihenschaltungsrichtung R_S nicht-parallelen Reihenrichtung R_A der elektrischen Verbindungselemente 8 bzw. Materialabscheidungselemente 13, die beispielsweise zwischen 5 µm und 400 µm liegen kann, z.B. bei ca. 30 µm. Ein Rasterabstand d10 der Materialabscheidungselemente 13 in der Reihenrichtung R_A kann beispielsweise im Bereich zwischen 100 µm und 3 mm liegen, z.B. bei ca. 500 µm.
Die 15 und 16 einerseits sowie die 17 und 18 andererseits zeigen diesbezüglich zwei Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Bemaßungen der Materialabscheidungselemente 13 und ihrer Umgebung, z.B. mit unterschiedlichem Abstand d5 von Trenngraben 6 und Kontaktöffnung 7 und mit unterschiedlicher lateraler Breite d9 der Materialabscheidungselemente 13 relativ zur lateralen Breite d8 der Isolationsschichtstruktur 14 in der Reihenrichtung R_A.
Nachstehend wird unter spezieller Bezugnahme auf die 19 bis 26 sowie auf die 33 bis 43 auf vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls mit den Materialabscheidungselementen 13 insbesondere im Hinblick auf zu deren Herstellung geeignete Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens näher eingegangen. Dabei beziehen sich die 19 bis 26 auf eine Realisierung, bei der die jeweilige Kontaktöffnung 7 mit lateralem Abstand zum Trenngraben 6 angeordnet ist, während die 33 bis 43 Realisierungen veranschaulichen, bei denen die jeweilige Kontaktöffnung 7 ohne lateralen Abstand direkt anschließend bzw. angrenzend an den Trenngraben 6 oder mit diesem lateral überlappend angeordnet ist. Dabei veranschaulichen die 41 bis 43 eine Variante des in den 33 bis 40 gezeigten Moduls bzw. Verfahrens mit anderer Abscheidungsbreite der elektrischen Isolationsstruktur 14.
Zunächst werden zur Herstellung des betreffenden Dünnschichtsolarmoduls durch hierfür gängige Schichtdespositionsprozesse auf der Modulunterlage 16 nacheinander die Rückkontaktschicht 3, die Absorberschicht 5 und die Frontkontaktschicht 4 jeweils ganzflächig aufgebracht. Dies kann das Aufbringen zusätzlicher Schichten umfassen, z.B. von Puffer- und/oder Passivierungsschichten, wie dem Fachmann an sich bekannt, was hier keiner näheren Erläuterungen bedarf. Anschließend werden in den so vorgefertigten Schichtaufbau die Trenngräben 6 durch die Frontkontaktschicht 4, die Absorberschicht 5 und die Rückkontaktschicht 3 hindurch eingebracht und die Kontaktöffnungen 7 durch die Frontkontaktschicht 4 und die Absorberschicht 5 hindurch bis zur Rückkontaktschicht 3 gebildet.
Das Erzeugen der Trenngräben 6 einerseits und der Kontaktöffnungen 7 andererseits kann je nach Wunsch gleichzeitig in einem gemeinsamen Fertigungsprozess oder sequenziell erfolgen, d.h. zuerst die Trenngräben 6 und danach die Kontaktöffnungen 7 oder umgekehrt. Die Trenngräben 6 strukturieren das Array 1 in die einzelnen Solarzellen 2₁, 2₂, 2₃, ... und können z.B. mechanisch oder mittels Laserstrahl oder mittels eines Ätzprozesses erzeugt werden. Dabei sind auch Mehrschrittverfahren von an sich herkömmlicher Art verwendbar. So können die Trenngräben 6 z.B. dadurch gebildet werden, dass in einem ersten Schritt alle Schichten bis auf die Rückkontaktschicht 3 mechanisch abgetragen werden, z.B. durch einen Stichel-Prozess. Dieser Prozess ist von der konventionellen monolithischen Serienverschaltung von CIGS-Dünnschichtsolarzellen bekannt und wird dort üblicherweise als „P3“-Strukturierungsschritt bezeichnet. Die verbliebene Rückkontaktschicht 3 wird in einem zweiten Schritt z.B. durch einen Laserprozess aufgetrennt. Der Laserstrahl kann von der Schichtseite und/oder im Fall eines optisch ausreichend transparenten Substrats auch durch das Substrat hindurch auf die Rückkontaktschicht 3 einwirken und zu ihrer gezielten Ablösung führen. Je nachdem, welche Breiten und gegenseitige Lage die Schnittlinien der beiden Teilschritte aufweisen, entsteht der jeweilige Trenngraben 6 mit durchgängig fluchtenden Flanken oder mit stufig verlaufenden Flanken. Insbesondere kann abweichend von der in den Figuren gezeigten Form die Breite der Trenngräben 6 im Bereich der Rückkontaktschicht 3 geringer sein als im Bereich der sich anschließenden Absorber- und Frontkontaktschichten 5, 4. Alternativ sind an sich bekannte Verfahren verwendbar, bei denen beide Teilschritte durch Laserprozesse realisiert werden, für die jeweils unterschiedliche, angepasste Laserparameter eingestellt werden, insbesondere hinsichtlich der Laserwellenlänge. Weiter alternativ sind herkömmliche Laserverfahren verwendbar, bei denen zur Trenngrabenbildung der Schichtstapel einschließlich der Rückkontaktschicht in einem einzigen Laser-Durchlauf abgelöst wird. Bei allen diesen Verfahren können die Schichtflanken im Trenngrabenbereich prozessbedingt von der gezeigten idealisierten rechteckigen Darstellung abweichen, z.B. unter Bildung von Ausmuschelungen, Aufschmelzungen, Aufwerfungen, Rissen quer zur Laser-Bewegungsrichtung, schräge Flanken etc., wie an sich aus der Fachliteratur bekannt, worauf verwiesen werden kann.
Die Kontaktöffnungen 7 liegen im entsprechenden Bereich die Rückkontaktschicht 3 auf ihrer absorberschichtzugewandten Seite 3a frei und können z.B. mittels Laserstrahl oder mittels eines Ätzprozesses erzeugt werden. Die 19 und 20 zeigen das Array 1 in diesem Verfahrensstadium für den Fall der lateral vom Trenngraben 6 beabstandeten Kontaktöffnung 7, die 33 und 34 zeigen das Array 1 in diesem Verfahrensstadium für den Fall der lateral an den Trenngraben 6 angrenzenden Kontaktöffnung 7. In letzterem Fall besteht keine laterale Abtrennung zwischen der Kontaktöffnung 7 und dem Trenngraben 6 durch Material der Absorberschicht 5 und der Frontkontaktschicht 4, wie aus 33 im Unterschied zu 19 ersichtlich. Vielmehr bildet die Kontaktöffnung 7 für diese beiden Schichten 4, 5 eine seitliche Ausbuchtung des Trenngrabens 6, wobei sich in Tiefenrichtung die Kontaktöffnung 7 nur bis auf die Rückkontaktschicht 3 erstreckt, während der Trenngraben 6 durch selbige hindurchgeht.
Die 21 und 22 bzw. die 35 und 36 veranschaulichen ein anschließendes Bilden der elektrischen Isolationsschichtstruktur 14 unter vollständiger Füllung sowohl der Trenngräben 6 als auch der Kontaktöffnungen 7. Dies kann je nach Bedarf und Anwendungsfall durch ein ganzflächiges Aufbringen und anschließendes Strukturieren des betreffenden Isolationsschichtmaterials oder durch direktes Aufbringen dieses Materials in der strukturierten Form erfolgen, in letzterem Fall beispielsweise durch einen Druck- oder Spritzprozess bzw. einen Dispenserprozess von an sich bekannter Art. In den Verfahrensvarianten der 19 bis 40 wird die elektrische Isolationsschichtstruktur 14 außerhalb des Bereichs der Kontaktöffnung 7 mit einer lateralen Breite gebildet, mit der sie sich beidseits quer nur vergleichsweise geringfügig über den Trenngraben 6 hinaus erstreckt, wobei sie im Bereich der Kontaktöffnung 7 eine seitliche Ausbauchung bildet, mit der sie die Kontaktöffnung füllt, wie insbesondere aus den Draufsichten der 22 und 36 ersichtlich. In der Verfahrensvariante der 41 bis 43 wird die elektrische Isolationsschichtstruktur 14 mit einer auf ihrer ganzen Länge einheitlichen, größeren Breite gebildet, die ausreicht, im Bereich der Kontaktöffnung selbige zu füllen, wie insbesondere aus 41 im Vergleich zu 36 ersichtlich. Diese Bildung der elektrischen Isolationsschichtstruktur 14 mit durchgehend gleicher lateraler Breite kann diesen Fertigungsschritt und damit die Fertigung des Moduls insgesamt in entsprechenden Anwendungen vereinfachen.
Im Verfahrensstadium der 23 und 24 bzw. der 37 und 38 bzw. der 42 werden dann mittels einer hierfür gängigen Technik die Durchkontaktöffnungen 17 in die Isolationsschichtstruktur 14 im Bereich der jeweiligen Kontaktöffnung 7 derart eingebracht, dass jede Kontaktöffnung 7umfangsseitig vollständig von der Isolationsschichtstruktur 14 umgeben ist und nur die Rückkontaktschicht 3 auf ihrer absorberschichtzugewandten Seite 3a im gewünschten Bereich freiliegt.
In einer alternativen Verfahrensvariante werden die Durchkontaktöffnungen 17 gleichzeitig mit der Bildung der elektrischen Isolationsschichtstruktur 14 gebildet. Dazu wird dann das betreffende Isolationsschichtmaterial in die jeweilige Kontaktöffnung 7 nicht vollflächig bzw. unter Füllung des gesamten Querschnitts derselben eingebracht, sondern ringförmig, so dass im Inneren dieses Materialrings ein Hohlraum verbleibt, der die zugehörige Durchkontaktöffnung 17 bildet. Dies kann z.B. mittels einer entsprechenden Tintenstrahl-Drucktechnik oder Dispensertechnik durchgeführt werden. Im Fall der Dispensertechnik kann z.B. eine herkömmliche Dispenser-Kanüle ringformend geführt werden, oder es wird mittels eines speziellen Dispenser-Setups ein Ring aus Punkten oder Kreissegmenten oder unter Einsatz einer koaxialen Dispenserdüse ein durchgehender Ring herstellt. Bei Bedarf wird dieser Dispensvorgang durch die Zuführung von Blasluft oder eines anderen Blasmediums wie bei entsprechenden Blasfolienverfahren unterstützt, damit in einem mittleren Bereich der Kontaktöffnung 7 ein die Durchkontaktöffnung 17 bildender Leerraum verbleibt.
Anschließend werden im Verfahrensstadium der 25 und 26 bzw. der 39 und 40 bzw. der 43 die Materialabscheidungselemente 13 mit ihrem die jeweilige Durchkontaktöffnung 17 füllenden Durchkontaktabschnitt 13a und ihrem Überbrückungsabschnitt 13b gebildet, wobei diese beiden Abschnitte 13a, 13b vorzugsweise in einem gleichen Fertigungsprozess gebildet werden, alternativ aber auch durch zwei aufeinanderfolgende Materialabscheidungsprozesse gebildet werden können. Zum Bilden der Materialabscheidungselemente 13 kann wiederum ein zur Erzeugung einer derartigen elektrisch leitfähigen Struktur an sich bekannter Fertigungsprozess verwendet werden, z.B. in Form einer ganzflächigen Abscheidung und anschließenden Strukturierung mittels Ätzen oder dergleichen oder alternativ mittels eines Siebdruck-, Digitaldruck- oder Dispenserprozesses. Bevorzugt erstrecken sich die Materialabscheidungselemente 13 über der elektrischen Isolationsschichtstruktur 14 mit lateralem Abstand von einem Rand der elektrischen Isolationsschichtstruktur 14, d.h. sie erstrecken sich nicht ganz bis zum Rand der elektrischen Isolationsschichtstruktur 14, sondern bleiben gegenüber diesem etwas zurück, wie in den 25 und 26 bzw. 39 und 40 für den dort rechten Rand ersichtlich. Dies beugt etwaigen Kurzschlüssen durch Hinaustreten des Materials der Materialabscheidungselemente 13 lateral über den Rand der elektrischen Isolationsschichtstruktur 14 hinaus vor. In bevorzugten Realisierungen überdecken die Materialabscheidungselemente 13 die elektrische Isolationsschichtstruktur 14 zu einem Anteil zwischen 10% und 90% bezüglich einer linearen Abmessung, hier insbesondere ihrer lateralen Erstreckung.
Bei Bedarf kann gleichzeitig mit der Bildung der Materialabscheidungselemente 13 die Frontkontaktgridstruktur 11b gebildet werden, wenn Ausführungsvarianten mit integrierter Frontkontaktgridstruktur 11b hergestellt werden, wie die Ausführungsvarianten der 27 bis 32.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass alternativ zu den Verfahrensschritten gemäß den 21 bis 26 sowie 35 bis 43, die sich auf die Ausführungsvariante mit den Materialabscheidungselementen 13 als elektrische Verbindungselemente 8 beziehen, anschließend an die zu den 19 und 20 geschilderten Verfahrensschritte ein Bondkontaktprozess bzw. Bondverdrahtungsprozess durchgeführt werden kann, um eine der alternativen Modulvarianten mit den Bonddrahtelementen 12 als elektrische Verbindungselemente 8 zu realisieren, wie sie in den 1 bis 14 gezeigt sind.
Wie die gezeigten und oben erläuterten Ausführungsbeispiele deutlich machen, stellt die Erfindung in sehr vorteilhafter Weise ein Dünnschichtsolarmodul zur Verfügung, bei dem nur wenig Totfläche für die Serienverschaltung der Solarzellen verloren geht. Dabei können als elektrische Verbindungselemente insbesondere Bonddrahtelemente oder Materialabscheidungselemente verwendet werden. Zudem stellt die Erfindung ein zugehöriges Herstellungsverfahren zur Verfügung, mit denen sich derartige Dünnschichtsolarmodule mit relativ geringem Aufwand fertigen lassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19934560 B4 [0005, 0006]

Claims

Dünnschichtsolarmodul mit - einem Solarzellenarray (1), das eine Mehrzahl von Solarzellen (2) mit einem Schichtaufbau beinhaltet, der eine Rückkontaktschicht (3), eine Frontkontaktschicht (4) und eine Absorberschicht (5) zwischen der Rückkontaktschicht und der Frontkontaktschicht umfasst, und - einer elektrischen Verbindungsstruktur zur elektrisch seriellen Verbindung nebeneinander angeordneter Solarzellen (2₁, 2₂, ...), wobei die Verbindungsstruktur die Rückkontaktschicht einer ersten Solarzelle (2₁) auf einer absorberschichtzugewandten Seite (3a) kontaktiert und die Frontkontaktschicht einer in einer Reihenschaltungsrichtung (R_S) an die erste Solarzelle angrenzenden zweiten Solarzelle (2₂) auf einer absorberschichtabgewandten Seite (4b) kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass - sich ein Trenngraben (6) durchgehend durch die Frontkontaktschicht (4), die Absorberschicht (5) und die Rückkontaktschicht (3) hindurch erstreckt und die erste und die zweite Solarzelle (2₁, 2₂) voneinander separiert, - die erste Solarzelle (2₁) mindestens eine Kontaktöffnung (7) aufweist, die sich jeweils durch die Frontkontaktschicht (4) und die Absorberschicht (5) hindurch bis zur Rückkontaktschicht (3) erstreckt, und - die elektrische Verbindungsstruktur mindestens ein sich über den Trenngraben hinweg erstreckendes elektrisches Verbindungselement (8) aufweist, das einerseits die Frontkontaktschicht (4) der zweiten Solarzelle (2₂) auf der absorberschichtabgewandten Seite (4b) kontaktiert und sich andererseits in die Kontaktöffnung (7) der ersten Solarzelle hinein erstreckt und dort die Rückkontaktschicht (3) der ersten Solarzelle auf der absorberschichtzugewandten Seite (3a) kontaktiert, wobei das elektrische Verbindungselement in der Kontaktöffnung gegenüber der Absorberschicht und der Frontkontaktschicht der ersten Solarzelle elektrisch isoliert ist und sich, wenn die Kontaktöffnung mit lateralem Abstand zum Trenngraben angeordnet ist, in einem Bereich (15) zwischen der Kontaktöffnung und dem Trenngraben elektrisch isoliert von der Frontkontaktschicht der ersten Solarzelle über dieser erstreckt.
Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Abmessung (K_L) einer Kontaktfläche des elektrischen Verbindungselements mit der Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in der Kontaktöffnung kleiner ist als das Zwanzigfache eines lateralen Abstands (K_A) der Kontaktöffnung zu einer Kontaktstelle des elektrischen Verbindungselements mit der Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle und/oder kleiner ist als ein Fünfzigstel einer Gesamtlänge des Trenngrabens, insbesondere kleiner als ein Tausendstel und bevorzugter kleiner als ein Zwanzigtausendstel der Gesamtlänge des Trenngrabens.
Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Verbindungselement die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in der Kontaktöffnung an einer ersten Kontaktstelle (9) kontaktiert und die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle an einer zweiten Kontaktstelle (10) kontaktiert, die in einer zur Reihenschaltungsrichtung senkrechten Richtung (R_N) gegenüber der ersten Kontaktstelle versetzt angeordnet ist.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente (8₁, 8₂) zur elektrisch seriellen Verbindung der ersten und der zweiten Solarzelle aufweist, die elektrisch parallel in einer zur Reihenschaltungsrichtung nicht-parallelen Richtung (R_A) mit Abstand voneinander angeordnet sind.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass - die elektrische Verbindungsstruktur eine Mehrzahl der elektrischen Verbindungselemente (8) zur elektrisch seriellen Verbindung der ersten und der zweiten Solarzelle aufweist, - wobei mehrere (8a, 8b) der elektrischen Verbindungselemente die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in einer gleichen ersten Kontaktöffnung (7₁) kontaktieren und die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle an unterschiedlichen zweiten Kontaktstellen (10₁, 10₂) kontaktieren und/oder - wobei mehrere (8c, 8d) der elektrischen Verbindungselemente die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle an einer gleichen zweiten Kontaktstelle (10₇) kontaktieren und die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle in unterschiedlichen Kontaktöffnungen (7₁, 7₂) kontaktieren und/oder - wobei mindestens zwei (8e, 8f) der elektrischen Verbindungselemente aus einem einteilig gefertigten Verbindungsstück (8g) gebildet sind, das die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle mindestens in einer ersten Kontaktöffnung (7₄) kontaktiert und die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle mindestens an zwei unterschiedlichen zweiten Kontaktstellen (10₅, 10₆) kontaktiert und/oder die Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle mindestens in zwei unterschiedlichen Kontaktöffnungen (7₃, 7₄) kontaktiert und die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle mindestens an einer zweiten Kontaktstelle (10₆) kontaktiert.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass - das elektrische Verbindungselement die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle an zwei oder mehr seriell aufeinanderfolgenden zweiten Kontaktstellen (10a, 10b, 10c) kontaktiert und/oder - das elektrische Verbindungselement die Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle auf einer Frontkontaktgridstruktur (11a) kontaktiert und/oder - das elektrische Verbindungselement einteilig mit einer Frontkontaktgridstruktur (11b) der Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle gebildet ist.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Verbindungselement ein Bonddrahtelement (12) oder ein Materialabscheidungselement (13) umfasst.
Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Bonddrahtelement ein elektrisch leitfähiges Bonddrahtstück (12a) und eine dieses umgebende, elektrisch isolierende Umhüllung (12b) umfasst.
Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass - die elektrisch isolierende Umhüllung von einem Hüllschlauch (18) gebildet ist, - wobei der Hüllschlauch aus einem transparenten Material gebildet ist und/oder - wobei der Hüllschlauch in einem Mittenbereich (18a) das Bonddrahtstück lose mit radialem Abstand umgibt und an seinen beiden Endbereichen mit je einer Einschnürung (18b, 18c) abschließt und/oder - wobei sich der Hüllschlauch in Reihenschaltungsrichtung beidseitig lateral über den Trenngraben hinaus erstreckt und/oder - wobei sich der Hüllschlauch in die Kontaktöffnung hinein oder bis zu einem lateralen Abstand (S_A) zur Kontaktöffnung von weniger als dem Zwanzigfachen seiner Schlauchwanddicke (W_D1) im zugehörigen Schlauchendbereich, insbesondere von weniger als dem Fünffachen seiner Schlauchwanddicke im zugehörigen Schlauchendbereich, erstreckt.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Bonddrahtelement einen mit einem thermoplastischen Material oder Klebstoffmaterial (16) beschichteten Bonddraht (12c) umfasst.
Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 7, weiter gekennzeichnet durch eine elektrische Isolationsschichtstruktur (14), die das Materialabscheidungselement in der Kontaktöffnung umfangsseitig umgibt und es, wenn die Kontaktöffnung mit lateralem Abstand zum Trenngraben angeordnet ist, im Bereich zwischen der Kontaktöffnung und dem Trenngraben gegenüber der darunterliegenden Frontkontaktschicht der ersten Solarzelle elektrisch separiert.
Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrische Isolationsschichtstruktur (14) zusätzlich im Trenngraben befindet.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, weiter dadurch gekennzeichnet, dass - ein stromtragender Querschnitt des elektrischen Verbindungselements über seine Längserstreckung von der Kontaktstelle mit der Rückkontaktschicht bis zur Kontaktstelle mit der Frontkontaktschicht der benachbarten Solarzelle im Wesentlichen konstant ist oder um maximal den Faktor hundert, bevorzugter maximal den Faktor zehn, variiert und/oder - eine laterale Abmessung (d1) des elektrischen Verbindungselements in der Kontaktöffnung im Bereich zwischen 10% und 90% einer lateralen Abmessung (d2) der Kontaktöffnung liegt und/oder - sich das Materialabscheidungselement über der elektrischen Isolationsschichtstruktur mit lateralem Abstand von einem Rand der elektrischen Isolationsschichtstruktur erstreckt und die elektrische Isolationsschichtstruktur zu einem Anteil zwischen 10% und 90% bezüglich einer gegebenen Erstreckungsrichtung überdeckt und/oder - das Verhältnis einer lateralen Breite (d6) des Trenngrabens zu einer lateralen Wanddicke ((d2-d1)/2) der elektrischen Isolationsschichtstruktur in der Kontaktöffnung zwischen 100:1 und 1:100, insbesondere zwischen 10:1 und 1:10 und bevorzugter im Wesentlichen 1:1, beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit folgenden Schritten: - Bilden des Schichtaufbaus mit der Rückkontaktschicht (3), der Absorberschicht (5) und der Frontkontaktschicht (4) auf einer Modulunterlage (16), - Bilden des Trenngrabens (6) durch die Frontkontaktschicht, die Absorberschicht und die Rückkontaktschicht hindurch zur Separation des Schichtaufbaus mindestens in die erste und die zweite Solarzelle (2₁, 2₂), - Bilden der mindestens einen Kontaktöffnung (7) in der ersten Solarzelle (2₁) durch die Frontkontaktschicht und die Absorberschicht hindurch bis zur Rückkontaktschicht und - Bilden der elektrischen Verbindungsstruktur mit dem mindestens einen elektrischen Verbindungselement (8), das sich zwischen der Frontkontaktschicht der zweiten Solarzelle (2₂) und der Rückkontaktschicht der ersten Solarzelle über den Trenngraben hinweg und in der Kontaktöffnung erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 14 zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls nach Anspruch 11 oder 12, wobei nach dem Bilden der mindestens einen Kontaktöffnung und vor dem Bilden der elektrischen Verbindungsstruktur die elektrische Isolationsschichtstruktur (14) unter teilweiser oder vollständiger Füllung sowohl des Trenngrabens als auch der Kontaktöffnung gebildet wird und eine Durchkontaktöffnung (17) durch die Kontaktöffnung hindurch bereitgestellt wird.