DE112009002289T5 - Dünnfilm-Natriumspezies-Sperrschicht-Verfahren und eine Struktur für eine Dünnfilm-Photovoltaikzelle auf CIGS-Basis - Google Patents

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    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle enthält das Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats, das eine Oberflächenregion und eine Konzentration von Natriumoxid von höher als etwa 10 Gewichts-% umfasst, und das Behandeln der Oberflächenregion mit einem oder mehreren Reinigungsprozessen unter Verwendung einer Spülung aus entionisiertem Wasser, um Oberflächenverunreinigungen mit einer Teilchengröße von größer als drei Mikron zu entfernen. Das Verfahren enthält des Weiteren das Ausbilden einer Sperrschicht über der Oberflächenregion, das Ausbilden einer ersten Molybdänschicht in einer Zugbeanspruchungskonfiguration über der Sperrschicht, und das Ausbilden einer zweiten Molybdänschicht in Druckbeanspruchungskonfiguration unter Verwendung eines zweiten Prozesses über der ersten Molybdänschicht. Außerdem enthält das Verfahren das Strukturieren der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht zum Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht und das Ausbilden einer Schicht aus Photovoltaikmaterial über der unteren Elektrodenschicht. Darüber hinaus enthält das Verfahren das Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterialien.

Description

  • QUERVERWEISE ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/101,645, eingereicht am 30. September 2008, mit dem Titel „DÜNNFILM-NATRIUMSPEZIES-SPERRSCHICHT-VERFAHREN UND EINE STRUKTUR FÜR EINE DÜNNFILM-PHOTOVOLTAIKZELLE AUF CIGS-BASIS” vom Erfinder Robert D. Wieting, die gemeinsam an den Rechtsnachfolger abgetreten wurden und für alle Zwecke durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen sind.
  • ERKLÄRUNG ZU RECHTEN AN ERFINDUNGEN, DIE IM RAHMEN VON MIT ÖFFENTLICHEN MITTELN DES BUNDES FINANZIERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG HERVORGEBRACHT WURDEN
    • NICHT ZUTREFFEND
  • VERWEIS AUF EINE „SEQUENZAUFLISTUNG”, EINE TABELLE ODER EINEN COMPUTERPROGRAMMLISTUNGS-ANHANG, DIE AUF EINER COMPACT-DISK EINGEREICHT WERDEN
    • NICHT ZUTREFFEND
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Photovoltaikmaterialien und Herstellungsverfahren. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung von Dünnfilm-Solarzellen bereit. Lediglich als Beispiel beschreiben das hier besprochene Verfahren und die hier besprochene Struktur die Herstellung von Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelementen auf Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Basis. Es versteht sich, dass die Erfindung auch andere Konfigurationen haben kann.
  • Seit Menschengedenken wird nach Wegen gesucht sich die Kräfte der Natur dienstbar zu machen. Energie existiert in unterschiedlicher Form, zum Beispiel als petrochemische Energie, hydroelektrische Energie, Kern-, Wind-, Biomasse- und Solarenergie und in primitiveren Formen wie zum Beispiel Holz und Kohle. Im Verlauf des vergangenen Jahrhunderts hat sich die moderne Zivilisation auf petrochemische Energie als wichtigen Energieträger gestützt. Zu petrochemischer Energie gehören Gas und Öl. Zum Gas zählen leichtere Formen wie zum Beispiel Butan und Propan, die üblicherweise zum Beheizen von Wohnungen und als Brennstoff zum Kochen verwendet werden. Zum Gas zählen des Weiteren Benzin, Diesel und Turbinentreibstoff, die üblicherweise für Transportzwecke verwendet werden. Schwerere Formen von petrochemischer Energie können an einigen Orten ebenfalls zum Beheizen von Wohnungen verwendet werden. Leider sind die Vorräte an petrochemischen Brennstoffen begrenzt und im Wesentlichen durch die auf der Erde verfügbaren Mengen festgelegt. Dazu kommt, dass immer mehr Menschen immer mehr Produkte auf Erdölbasis nutzen, so dass Erdöl sich zu einer knapper werdenden Ressource entwickelt, die eines Tages zwangsläufig erschöpft sein wird.
  • Seit einigen Jahren entwickelt sich eine Nachfrage nach umweltfreundlichen und erneuerbaren Energiequellen. Ein Beispiel einer sauberen Energiequelle ist hydroelektrische Energie. Hydroelektrische Energie gewinnt man durch Stromgeneratoren, die durch das strömende Wasser angetrieben werden, das aus Dämmen wie zum Beispiel dem Hoover-Damm in Nevada kommt. Der erzeugte Strom dient der Elektrizitätsversorgung eines großen Teils der Stadt Los Angeles in Kalifornien. Saubere und erneuerbare Energiequellen sind außerdem Wind, Wellen, Biomasse und dergleichen. Das heißt, Windkraftwerke wandeln Windenergie in nützlichere Energieformen wie zum Beispiel Elektrizität um. Eine weitere Form von sauberer Energie ist Solarenergie. Spezielle Einzelheiten zur Solarenergie finden sich im vorliegenden Abschnitt „Allgemeiner Stand der Technik” und insbesondere weiter unten.
  • Die Solarenergietechnologie wandelt allgemein elektromagnetische Strahlung von der Sonne in andere nützliche Energieformen um. Zu diesen anderen Energieformen gehören Wärmeenergie und elektrischer Strom. Für Elektrizitätsanwendungen werden oft Solarzellen verwendet. Obgleich Solarenergie umweltfreundlich ist und sich bereits bis zu einem bestimmten Punkt bewährt hat, sind noch zahlreiche Hindernisse zu überwinden, bevor sie auf der ganzen Welt zum breiten Einsatz kommen. kann. Zum Beispiel verwendet ein Solarzellentyp kristalline Materialien, die aus Halbleitermaterialblöcken gewonnen werden. Diese kristallinen Materialien können zur Fertigung optoelektronischer Bauelemente, zum Beispiel Photovoltaik- und Photodioden-Bauelemente, verwendet werden, die elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom umwandeln. Jedoch sind kristalline Materialien oft teuer und in großen Mengen schwierig herzustellen. Außerdem haben Bauelemente aus solchen kristallinen Materialien oft einen niedrigen Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung. Andere Arten von Solarzellen verwenden „Dünnfilm”-Technologie zum Ausbilden eines Dünnfilms aus lichtempfindlichem Material, der zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in elektrischen Strom verwendet werden soll. Ähnliche Beschränkungen existieren bei der Verwendung von Dünnfilm-Technologie zur Herstellung von Solarzellen. Das heißt, der Wirkungsgrad ist oft schlecht. Außerdem ist die Zuverlässigkeit des Films oft schlecht und kann nicht über längere Zeit in herkömmlichen Umweltanwendungen verwendet werden. Oft lassen sich Dünnfilme nur schwer mechanisch miteinander integrieren. Des Weiteren gestaltete sich die Integration von Elektrodenschichten, natriumhaltigen Glassubstraten und überlagernden Absorberschichten ebenfalls problematisch. Diese und andere Beschränkungen dieser herkömmlichen Technologien finden sich in der gesamten vorliegenden Spezifikation und insbesondere weiter unten.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Photovoltaikmaterialien und Herstellungsverfahren. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung von Dünnfilm-Solarzellen bereit. Lediglich als Beispiel beschreiben das hier besprochene Verfahren und die hier besprochene Struktur die Herstellung von Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelementen auf Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Basis. Es versteht sich, dass die Erfindung auch andere Konfigurationen haben kann.
  • In einer konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle bereit. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats, das eine Oberflächenregion. und eine Konzentration von Natriumoxid von höher als etwa 10 Gewichtsprozent umfasst. Das Verfahren enthält des Weiteren das Behandeln der Oberflächenregion mit einem oder mehreren Reinigungsprozessen unter Verwendung einer Spülung aus entionisiertem Wasser, um Oberflächenverunreinigungen mit einer Teilchengröße von größer als drei Mikron zu entfernen. Außerdem enthält das Verfahren einen Prozess des Ausbildens einer Sperrschicht über der Oberflächenregion. Die Sperrschicht ist dadurch gekennzeichnet, dass sie das Natrium innerhalb des Natron-Kalk-Glas-Substrats hält. Das Verfahren enthält des Weiteren einen ersten Prozess des Ausbildens einer ersten Molybdänschicht über der Sperrschicht. Die erste Molybdänschicht hat eine erste Dicke und befindet sich in einer Zugbeanspruchungskonfiguration. Das Verfahren enthält des Weiteren einen zweiten Prozess des Ausbildens einer zweiten Molybdänschicht über der ersten Molybdänschicht. Die zweite Molybdänschicht hat eine zweite Dicke, die größer ist als die erste Dicke, und befindet sich in einer Druckbeanspruchungskonfiguration. Des Weiteren enthält das Verfahren das Strukturieren der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht zum Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht. Darüber hinaus enthält das Verfahren das Ausbilden einer Schicht aus Photovoltaikmaterial über der unteren Elektrodenschicht und das Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterialien.
  • In einer weiteren konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle bereit. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats, das eine Oberflächenregion und eine Konzentration von Natriumoxid von höher als etwa 10 Gewichtsprozent umfasst. Das Verfahren enthält des Weiteren das Ausbilden einer Sperrschicht über der Oberflächenregion. Die Sperrschicht ist dadurch gekennzeichnet, dass sie das Natrium innerhalb des Natron-Kalk-Glas-Substrats hält. Außerdem enthält das Verfahren das Ausbilden einer ersten Molybdänschicht unter Verwendung eines ersten Prozesses über der Sperrschicht. Die erste Molybdänschicht hat eine erste Dicke und befindet sich in einer Zugbeanspruchungskonfiguration. Das Verfahren enthält des Weiteren das Ausbilden einer zweiten Molybdänschicht unter Verwendung eines zweiten Prozesses über der ersten Molybdänschicht. Die zweite Molybdänschicht hat eine zweite Dicke, die größer ist als die erste Dicke, und befindet sich in einer Druckbeanspruchungskonfiguration. Des Weiteren enthält das Verfahren das Strukturieren der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht zum Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht. Darüber hinaus enthält das Verfahren das Ausbilden eines Absorbermaterials, das eine Kupferspezies, eine Galliumspezies, eine Indiumspezies und eine Selenspezies umfasst, über der unteren Elektrodenschicht und das Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über dem Absorbermaterial.
  • In einer alternativen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement bereit. Das Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement enthält ein Natron-Kalk-Glas-Substrat, das eine Oberflächenregion und eine Konzentration von Natriumoxid von höher als etwa 10 Gewichtsprozent umfasst. Das Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement enthält des Weiteren eine Sperrschicht über der Oberflächenregion, um das Natrium innerhalb des Natron-Kalk-Glas-Substrats zu halten. Außerdem enthält das Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement eine untere Elektrodenschicht, die eine erste Molybdänschicht über der Sperrschicht und eine zweite Molybdänschicht über der ersten Molybdänschicht umfasst. Die erste Molybdänschicht hat eine erste Dicke und befindet sich in einer Zugbeanspruchungskonfiguration, und die zweite Molybdänschicht hat eine zweite Dicke, die größer ist als die erste Dicke, und befindet sich in einer Druckbeanspruchungskonfiguration. Des Weiteren enthält das Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement ein Absorbermaterial, das eine Kupferspezies, eine Indiumspezies, eine Galliumspezies und eine Selenspezies umfasst, über der unteren Elektrodenschicht und eine erste Zinkoxidschicht über dem Absorbermaterial.
  • In bestimmten konkreten Ausführungsformen ist die photovoltaische Absorberschicht ein Kupfer-Indium-Diselenid-Verbindungs-Halbleiterfilm in einer Chalkopyritstruktur oder ein Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Material. In einigen anderen Ausführungsformen ist die Absorberschicht von einer Fensterschicht mit breitem Bandabstand oder verschiedenen Dotierungen bedeckt. Die Fensterschicht kann Cadmiumsulfid (CdS), ein Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO), Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO) oder etwas anderes sein. In weiteren Ausführungsformen kann die erste Zinkoxidschicht, die als die obere Elektrodenschicht des Dünnfilm-Solarzellen-Bauelements dient, ausgebildet werden, nachdem eine zweite Zinkoxidschicht über der Absorberschicht ausgebildet wurde. Insbesondere hat die zweite Zinkoxidschicht einen höheren spezifischen Widerstand als die erste Zinkoxidschicht.
  • Durch die Anwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lassen sich viele Vorteile realisieren. Insbesondere dient eine dünne Sperrschicht als wichtige Diffusionssperrschicht zum Halten der natriumtragenden Spezies innerhalb des Natron-Kalk-Glas-Substrats, das zum Ausbilden einer Dünnfilm-Photovoltaikzelle verwendet wird. Die Sperrschicht verhindert, dass unkontrolliertes überschüssiges Natrium mit der Molybdänelektrodenschicht reagiert oder dass während des Ausbildens eines Films aus Kupfer-Indium-Diselenid in einer Chalkopyritstruktur mit großen Korngrößen eine Filmkornverschlechterung verursacht wird, um einen hohen Wirkungsgrad der Dünnfilm-Solarzellen zu erreichen. Ausführungsformen der Erfindung enthalten außerdem das Ausbilden einer zweischichtigen Molybdänelektrodenschicht mit spezifischer geschichteter Druck- und Zugbeanspruchung und Dickensteuerung durch eine Prozesssteuerung. Dementsprechend eignet sich die zweischichtige Elektrodenschicht besonders für eine Laserstrukturierung zum Ausbilden einer gewünschten unteren Elektrodenschicht zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle. Natürlich sind auch andere Varianten, Modifizierungen und Alternativen möglich.
  • Diese und weitere Vorteile können in der gesamten vorliegenden Spezifikation und insbesondere weiter unten beschrieben werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 2–7, 7A–7E, und 8–12 sind Schaubilder, die ein Verfahren veranschaulichen, das eine Reihe von Schritten zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst; und
  • 13 und 14 sind getestete IV-Kennlinien von Dünnfilm-Solarmodulen, die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Photovoltaikmaterialien und Herstellungsverfahren. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung von Dünnfilm-Solarzellen bereit. Lediglich als Beispiel beschreiben das hier besprochene Verfahren und die hier besprochene Struktur die Herstellung von Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelementen auf Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Basis. Es versteht sich, dass die Erfindung auch andere Konfigurationen haben kann.
  • 1 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Das Verfahren 1000 enthält die folgenden Prozesse:
    • 1. Prozess 1010 zum Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats mit eine Oberflächenregion;
    • 2. Prozess 1020 zum Behandeln der Oberflächenregion;
    • 3. Prozess 1030 zum Ausbilden einer Sperrschicht über der Oberflächenregion;
    • 4. Prozess 1040 zum Ausbilden einer ersten Molybdänschicht unter Verwendung eines ersten Prozesses über der Sperrschicht;
    • 5. Prozess 1050 zum Ausbilden einer zweiten Molybdänschicht unter Verwendung eines zweiten Prozesses über der ersten Molybdänschicht;
    • 6. Prozess 1060 zum Strukturieren der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht zum Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht;
    • 7. Prozess 1070 zum Ausbilden einer Schicht aus Photovoltaikmaterial über der unteren Elektrodenschicht;
    • 8. Prozess 1080 zum Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial;
    • 9. Prozess 1090 zum Ausführen anderer Schritte.
  • Die obige Abfolge von Prozessen stellt ein Verfahren zum Verwenden einer Dünnfilm-Sperrschichtstruktur in Prozessen zur Herstellung von Dünnfilm-Solarzellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereit. Das Verfahren wird auf die Dünnfilm-Photovoltaikzelle auf Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Basis angewendet. Es können noch andere Alternativen bereitgestellt werden, wobei Prozesse hinzugefügt werden, ein oder mehrere Prozesse weggelassen werden oder ein oder mehrere Prozesse in einer anderen Abfolge ausgeführt werden, ohne den Schutzbereich der Ansprüche der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann das Ausbilden der Schicht aus Photovoltaikmaterial das Ausbilden einer mehrschichtigen Struktur enthalten, woran viele Prozesse beteiligt sind, einschließlich Abscheiden, Tempern, Ätzen, Strukturieren, Dotieren und so weiter. In einem weiteren Beispiel kann das Ausbilden der ersten Zinkoxidschicht ausgeführt werden, nachdem eine zweite Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial ausgebildet wurde, wobei die zweite Zinkoxidschicht andere elektrische Eigenschaften aufweist als die erste Zinkoxidschicht. Weitere Einzelheiten des Verfahrens finden sich in der gesamten vorliegenden Spezifikation und insbesondere weiter unten.
  • Bei Prozess 1010 wird ein Natron-Kalk-Glas-Substrat bereitgestellt. Dieser Prozess kann visuell durch 2 veranschaulicht werden. 2 ist ein vereinfachtes Diagramm, das ein Natron-Kalk-Glas-Substrat veranschaulicht, das zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie gezeigt, wird das Natron-Kalk-Glas-Substrat 100, das eine Oberflächenregion 101 enthält, bereitgestellt. In einer Ausführungsform enthält das Natron-Kalk-Glas Alkali-Ionen, zum Beispiel mehr als 10 Gewichts-% Natriumoxid, oder etwa 15 Gewichts-% Natrium. Es ist bekannt, dass alkalihaltige Glassubstrate zu den am häufigsten verwendeten, kostengünstigsten Float-Fensterglassorten gehören, die auch weithin zum Herstellen von Dünnfilm-Solarzellen zu geringen Kosten verwendet werden. Ein wichtiger Grund für die Wahl von Natron-Kalk-Glas abseits der wirtschaftlichen Erwägungen ist die Nutzung seines Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 9,5 ppm/K bei ca. 25–600°C, der sehr gut zu den darauf ausgebildeten wirkungsgradstarken Dünnfilm-Photovoltaikmaterialien passt. Daneben ist ein weiterer Grund für die Verwendung des Natron-Kalk-Glas-Substrats die Ausnutzung eines positiven Einflusses der Alkali-Ionen (z. B. oder einfach natriumtragenden Spezies) auf das Kornwachstum während des Ausbildens der Dünnfilm-Photovoltaikmaterialien. Zum Beispiel können aus polykristallinen Verbindungen bestehende Halbleiter-Chalkopyrit-Dünnfilme aus CuIn(Ga)Se2- oder CuInSe2-Materialien auf Natron-Kalk-Glas-Substraten mit grober Korngröße von 1 Mikron oder größer ausgebildet werden, so dass ein hoher Zellenstrom mit diesen Photovoltaikfilmen gesammelt werden kann, wobei der Lichtumwandlungswirkungsgrad 17% oder mehr beträgt. Bei einigen handelsüblichen Natron-Kalk-Glas-Substraten ist ein bestimmter Metall- oder Oxid-Dünnfilm auf die Oberflächenregion aufgetragen. Auf einigen Natron-Kalk-Glas-Substraten, die für diesen Zweck verwendet werden, befindet sich keine derartige Dünnfilmbeschichtung.
  • Bei Prozess 1020 wird eine Oberflächenbehandlung an der Oberflächenregion des Natron-Kalk-Glas-Substrats ausgeführt. Wie in 3 gezeigt, wird die Oberflächenregion 101 des Natron-Kalk-Glas-Substrats 100 dem Behandlungsprozess 150 unterzogen. In einer Ausführungsform ist der Behandlungsprozess 150 ein Waschprozess, der durch Eintauchen in eine fluidische Umgebung oder einfaches Spülen mit entionisiertem Wasser mit einem spezifischen Widerstand zwischen 0,05 und 1 Megaohm-cm und einem kontrollierten PH-Wert oberhalb 6,0 bis 7,0 ausgeführt wird. In einem Beispiel können die Natron-Kalk-Glas-Substrate 15 bis 30 Minuten lang unter Ultraschallzyklen in Isopropylalkohol behandelt, in entionisiertem Wasser gewaschen und schließlich durch Abblasen mit trockenem Stickstoff getrocknet werden. Der Waschprozess 150 reinigt die Oberflächenregion 101 im Wesentlichen durch Entfernen von Oberflächenverunreinigungen, Fetten, Schmutz, Staub und sonstigen Teilchen mit Größen von mehr als drei Mikron.
  • Beim nächsten Prozess (1030) enthält das Verfahren das Ausbilden einer Sperrschicht über der Oberflächenregion. Dieser Prozess kann durch 4 visuell veranschaulicht werden. 4 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine Sperrschicht veranschaulicht, die über der Oberflächenregion des Natron-Kalk-Glas-Substrats ausgebildet ist, das zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie zuvor schon erwähnt, profitiert das Kornwachstum der Photovoltaikmaterialien auf dem Natron-Kalk-Glas-Substrat von den darin enthaltenen natriumtragenden Spezies. Es ist jedoch bekannt, dass eine übermäßige Zufuhr von natriumtragenden Spezies aus dem Natron-Kalk-Glas-Substrat eine Verschlechterung der kristallografischen Kornstruktur und eine entsprechende Reduzierung von Zellenstrom, Leerlaufspannung oder Kurzschlussstromdichte sowie anderer Eigenschaften, die für Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad wichtig sind, verursachen würde. Besonders während des Photovoltaik-Dünnfilm-Ausbildungsprozesses auf einem erwärmten Substrat würden die natriumtragenden Spezies im Inneren des Substrats rasch unkontrolliert in die Filme über dem Substrat diffundieren. In einem Beispiel wird, anstatt das Natron-Kalk-Glas-Substrat durch ein nichtnatriumtragendes Substrat zu ersetzen, eine Sperrschicht über der Oberflächenregion des Natron-Kalk-Glas-Substrats hinzugefügt, um die natriumtragenden Spezies innerhalb des Substrats zu halten oder wenigstens zu verhindern, dass sie während des Ausbildens von Dünnfilm-Solarzellen durch die Oberflächenregion diffundiert. Wie in 4 gezeigt, wird eine dünne Sperrschicht 200 nach einem Behandlungsprozess über der Oberflächenregion 101 ausgebildet.
  • Die Sperrschicht 200 ist eine Siliziumdioxidschicht, die unter Verwendung eines Sputterprozesses abgeschieden wird. Zum Beispiel kann ein Wechselstrom-Sputterprozess in einer mit einem Silizium- oder Silizium-Aluminium-Zielfeld ausgestatteten Kammer in einer Umgebung, in die Sauerstoffgas mit einer kontrollierten Strömungsrate eingeleitet wird, ausgeführt werden. In einer Implementierung kann Argongas zur Unterstützung des Sputterprozesses mit ungefähr einer geeigneten Strömungsrate zugeführt werden. In anderen Implementierungen können Gleichstrom-Sputtern, Elektronenstrahlverdampfung, thermische oder chemische Abscheidung, Sol-Gel-Verfahren oder andere geeignete Techniken verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Wechselstrom-Sputterprozess ausgeführt, indem das Natron-Kalk-Glas-Substrat 100 in eine Vakuumkammer mit einem Druck von etwa 10–6 Millitorr geladen wird. Die Substrattemperatur entspricht Raumtemperatur. In einer konkreten Ausführungsform beträgt die Dicke der dünnen Sperrschicht 200 etwa 200 Ångström und mehr. In einer weiteren konkreten Ausführungsform beträgt die Dicke der Sperrschicht 200 etwa 500 Ångström und mehr. In bestimmten Ausführungsformen können auch Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titannitrid, Siliziumnitrid, Titanoxid oder Zirkonoxid oder eine bestimmte Kombination der oben genannten Materialien als Material für die dünne Sperrschicht 200 verwendet werden. Zum Beispiel kann die Sperrschicht 200 durch Sputtern von einem Aluminium-dotierten Siliziumziel aus gebildet werden. Das Abscheiden erfolgt in einem Argongas-Sauerstoffgasgemisch. Es kann ein etwa 200 bis 500 Ångström dicker Film abgeschieden werden, der ein Gemisch aus SiO2 und Al2O3.
  • In einer alternativen Ausführungsform können andere Materialien wie Titanoxid, SiONx, Aluminium-Zinkoxid oder eine zweischichtige Filmstruktur für die Sperrschicht 200 verwendet werden. Zum Beispiel kann eine zweischichtige Sperrschicht unter Verwendung des folgenden Prozesses abgeschieden werden. Eine erste Schicht wird durch Sputtern auf einem Ziel, das Aluminium-dotiertes Silizium enthält, abgeschieden. Danach wird eine zweite Schicht unter Verwendung eines reinen Siliziumziels abgeschieden. Das Trägergas kann ein Gemisch aus Argon und Sauerstoff sein. Die Gesamtdicke der zweischichtigen Sperrschicht kann im Bereich von 200 bis 2000 Ångström liegen.
  • Wie in 1 dargestellt, enthält das Verfahren des Weiteren einen Prozess (1040) des Ausbildens einer ersten Molybdänschicht über der Sperrschicht. Dieser Prozess kann visuell durch 5 veranschaulicht werden. 5 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine erste Molybdänschicht veranschaulicht, die über der Sperrschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie gezeigt, wird die erste Molybdänschicht 305 unter Verwendung eines ersten Prozesses über der Sperrschicht 200 ausgebildet. In einer Ausführungsform ist die erste Molybdänschicht Teil eines zweischichtigen Films, der in einem ersten Teil eines vollständigen Metallabscheidungsprozesses ausgebildet wird. Der erste Prozess ist ein Niederdruck-Molybdänsputterprozess, der in einem Abteil mit einem Druck von etwa 1 bis 5 Millitorr ausgeführt wird, was zu der ersten Molybdänschicht 305 mit einer Dicke von etwa 200 Ångström bis 700 Ångström führt. In einer Implementierung kann sich dieses Sputterabteil zum Ausbilden der ersten Molybdänschicht 305 in einer einzelnen Kammer, aber in einem anderen Abteil als dem zum Ausbilden der Sperrschicht 200 befinden. In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Prozess dafür ausgelegt, die erste Molybdänschicht bereitzustellen, die als ein Film gekennzeichnet ist, der im Wesentlichen einer Zugbeanspruchung unterliegt. Abgesehen von der Niederdruckbedingung, kann die erste Molybdänschicht 305 in zusätzlicher Abhängigkeit von der Sputterleistung und der Substrattemperatur unter Zugbeanspruchung im Bereich von 300 MPa bis 1000 MPa über der Sperrschicht 200 ausgebildet werden. Natürlich können je nach Ausführungsform auch andere Belastungswerte verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zugbeanspruchung innerhalb der ersten Molybdänschicht 305 so konfiguriert, dass ein Entfernen der ersten Molybdänschicht 305 mittels Laserablation zum Strukturieren von einem darunterliegenden transparenten Substrat 100 aus (mit einer Sperrschicht 200) möglich ist. Die Zugbeanspruchung des übrigen Abschnitts der ersten Molybdänschicht 305 hilft, dass der übrige Abschnitt fest an dem Substrat 100 mit der darüberliegenden Sperrschicht 200 anhaftet. Weitere Beschreibungen zu der funktionalen Wirkung der ersten Molybdänschicht 305 während eines Strukturierungsprozesses zum Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht finden sich in späteren Absätzen der Spezifikation. Natürlich sind auch andere Varianten, Modifizierungen und Alternativen möglich.
  • In einem anschließenden Prozess (1050) enthält das Verfahren 1000 das Ausbilden einer zweiten Molybdänschicht auf der ersten Molybdänschicht. Dieser Prozess kann visuell durch 6 veranschaulicht werden. 6 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine zweite Molybdänschicht veranschaulicht, die über der ersten Molybdänschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie gezeigt, ist eine zweischichtige Struktur mit der zweiten Molybdänschicht 308 über der ersten Molybdänschicht 305 ausgebildet. Insbesondere wird die zweite Molybdänschicht 308 in einem zweiten Prozess, oder einem zweiten Teil eines vollständigen Metallabscheidungsprozesses, ausgebildet. Der zweite Prozess ist ein Molybdänsputterprozess mit relativ hohem Druck, der in einem Abteil mit einem Druck zwischen 10 Millitorr und 20 Millitorr ausgeführt wird, was zu der zweiten Molybdänschicht 308 mit einer Dicke von etwa 2000 Ångström bis 7000 Ångström führt. Je nach dem Druck und in zusätzlicher Abhängigkeit von der Sputterleistung und der Temperatur wird die zweite Molybdänschicht 308 unter Druckbeanspruchung im Bereich von neutraler Beanspruchung bis –200 MPa über der ersten Molybdänschicht 305 ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckbeanspruchung innerhalb der zweiten Molybdänschicht 308 so konfiguriert, dass eine Selbstreparatur von Filmrissen oder Dünnrandhohlräumen innerhalb der ersten Molybdänschicht 305 um die Strukturen, die während des Laserablationsstrukturierungsprozesses ausgebildet werden, ermöglicht wird. Weitere Einzelheiten zur funktionalen Wirkung der zweiten Molybdän-Druckbeanspruchungsschicht über einer ersten Molybdän-Zugbeanspruchungsschicht finden sich in späteren Absätzen der Spezifikation.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann der Zweischichtelektrodenprozess unter Verwendung der folgenden optionalen Bedingungen ausgeführt werden. Zum Beispiel kann der Prozess 1040 zum Ausbilden der ersten Molybdänschicht bei einem geringen Druck von etwa 1–5 mtorr und einer geringeren Sputterleistung von etwa 1–4 kW ausgeführt werden. Der anschließende Prozess (1050) zum Ausbilden der zweiten Molybdänschicht verwendet hohen Druck von etwa 10–20 mtorr in Kombination mit hoher Sputterleistung von etwa 12–18 kW. Die Dicke jeder Schicht kann der oben beschriebenen ähnlich sein. Es können auch andere Optionen der Bearbeitungsbedingungen verwendet werden. Zum Beispiel kann der Druck der Kammer für beide Sputterprozesse konstant gehalten werden. Aber die Sputterleistung kann auf einen niedrigen Wert von 1–4 kW für die erste Molybdänschicht eingestellt werden und kann auf einen hohen Wert von etwa 12–18 kW für die zweite Molybdänschicht angehoben werden. Natürlich sind auch andere Varianten, Modifizierungen und Alternativen möglich. Zum Beispiel kann die erste Schicht bei geringer Leistung, aber relativ hohem Druck, und die zweite Schicht bei hoher Leistung, aber relativ geringem Druck abgeschieden werden. Die Beanspruchungscharakteristik der zweischichtigen Filmstruktur wird modifiziert, aber die erste Schicht ist immer noch in der Zugbeanspruchungskonfiguration, und die zweite Schicht ist in der Druckbeanspruchungskonfigurationq. Alternativ kann die erste Molybdänschicht durch ein anderes Material wie zum Beispiel Titan ersetzt werden. Die Dicke der Titanschicht beträgt etwa 300 Ångström. Des Weiteren kann eine Titan-Unterschicht hinzugefügt werden, bevor die erste Molybdänschicht ausgebildet wird.
  • Wir kehren zu 1 zurück, wo das Verfahren einen Prozess (1060) zum Strukturieren der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht zum Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht enthält. Dieser Prozess kann visuell durch 7 veranschaulicht werden. 7 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine untere Elektrodenschicht veranschaulicht, die mit einer Strukturierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie schematisch gezeigt, ist eine Strukturierung 310 als ein Durchkontakt mit einer Tiefe ausgebildet, die durch die erste Molybdänschicht 305 und die zweite Molybdänschicht 308 hindurchreicht. Hier ist die Strukturierung 310 vereinfacht als eine rechteckige Form mit einer Breite und einer Tiefe dargestellt, während je nach Anwendungszweck auch andere, kompliziertere Formen ausgebildet oder verwendet werden können. In einer Implementierung ist der Strukturierungsprozess 1060 ein Prozess, der eine elektromagnetische Strahlung 350 zum Ausbilden der Strukturierung 310 durch steuerbares Entfernen eines bestimmten Betrages der zweiten Molybdänschicht und der ersten Molybdänschicht von der Sperrschicht 200 über dem Substrat 100 verwendet. Insbesondere kann die elektromagnetische Strahlung 350 ein Laserstrahl sein, der von einer Laserquelle auf der Basis eines gütegeschalteten Nd:YAG-Infrarotlasers erzeugt wird. Ein anderer Laser mit ähnlichem Medium oder ein frequenzverdoppelter grüner Laser können ebenfalls verwendet werden. In einem Beispiel kann unter einem Strahlpunkt der Laserstrahlung 350 ein Abschnitt der zweiten Molybdänschicht 308 und der ersten Molybdänschicht 305 entfernt werden. In Abhängigkeit von der Strahlpunktgröße und den Bewegungspfaden des Abtaststrahls kann die Strukturierung 310 eine Breite von etwa 20 bis 50 Mikron haben.
  • 7A bis 7E sind Schaubilder, die eine funktionale Wirkung der zweischichtigen Elektrodenschicht zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Diese Schaubilder sind lediglich Beispiele, die nicht dafür vorgesehen sind, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie in 7A gezeigt, veranschaulicht eine Seitenansicht des Films eine erste Molybdän-Zugbeanspruchungsschicht 305, die von einer zweiten Molybdän-Druckbeanspruchungsschicht 308 bedeckt ist, die wiederum auf einer Sperrschicht 200 über dem Substrat 100 ausgebildet ist. Die Zugbeanspruchung in der ersten Molybdänschicht 305 verursacht eine Schrumpfungstendenz in dem Film, während die Druckbeanspruchung in der zweiten Molybdänschicht 308 eine Ausdehnungstendenz in dem Film verursacht. Während des Strukturierungsprozesses, wie in 7B gezeigt, injiziert ein Laserstrahl 350, der von oberhalb der zweiten Molybdänschicht 308 abgestrahlt wird, Energie in den zweischichtigen Molybdänfilm. Da die erste Molybdänschicht 305 unter dem Laserstrahl 350 die injizierte Energie (mindestens teilweise) absorbiert, hilft die vorhandene Zugbeanspruchung, den Film (unter dem Strahl) zu schrumpfen, um einen gelösten Abschnitt 3105 der ersten Molybdänschicht 305 zu bilden. Wie in 7C gezeigt, wird der gelöste Abschnitt 3105 von der darunterliegenden Sperrschicht 200 ablösbar. Wenn genügend Energie, die durch den Laserstrahl injiziert wird, in den gelösten Abschnitt 3105 der ersten Molybdänschicht 305 und den darüberliegenden Abschnitt 3108 der zweiten Molybdänschicht 308 übertragen wird, so können die Materialien innerhalb der Abschnitte 3105 und 3108 von der Sperrschicht 200 entfernt werden, wie durch den Pfeil angedeutet, um eine Strukturierung 310 zu bilden.
  • 7D zeigt eine Draufsicht auf die gebildete Strukturierung 310, wobei speziell eine wahrscheinliche Struktur innerhalb einer Ebene in der ersten Molybdänschicht 305 gezeigt wird. Aufgrund der vorhandenen Zugbeanspruchung neigt der übrige Abschnitt der ersten Molybdänschicht 305, welche die Strukturierung 310 umgibt, immer noch zum Schrumpfen, was zur Entstehung verschiedener Risse oder Hohlräume 3115 nahe den Rändern der Strukturierung 310 führen kann. Die Ränder des übrigen Abschnitts der ersten Molybdänschicht 305 nahe jenen Rissen oder Hohlräumen 3115 können sich sogar teilweise abschälen, so dass, wenn sie nicht repariert werden, Nebenschlüsse oder andere Qualitätsminderungen für anschließende Schichten verursacht werden können. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten einen Selbstreparaturmechanismus unter Verwendung der zweiten Molybdän-Druckbeanspruchungsschicht 308 über der ersten Molybdänschicht 305 während des Strukturierungsprozesses zum Ausbilden der unteren Elektrodenschicht. Insbesondere führt die Druckbeanspruchung in dem übrigen Abschnitt der zweiten Molybdänschicht 308 um die Strukturierung 310 herum zu der Tendenz, sich im selben Moment auszudehnen, in dem die erste Molybdänschicht 305 dazu neigt, jene Risse 3115 entstehen zu lassen. Wie in 7E, einer Draufsicht auf dieselbe Strukturierung 310, die von der zweiten Molybdänschicht 308 umgeben ist, gezeigt, sind praktisch keine Risse um den Rand der Strukturierung und an anderer Stelle zu sehen. Oder anders ausgedrückt: Alle Risse, die in der ersten Molybdänschicht 305 entstehen, werden praktisch durch die Ausdehnung der zweiten Molybdänschicht 308 repariert oder ausgefüllt. Die restliche Abschnitt der ersten Molybdänschicht 305, der durch den entsprechenden übrigen Abschnitt der zweiten Molybdänschicht 308 bedeckt wird, befindet sich immer noch in Zugbeanspruchung, die hilft, den Film fest auf der Sperrschicht 200 zu halten. Darum reduzieren die besondere zweischichtige Struktur der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht und die entsprechende Zug- und Druckbeanspruchungskonfiguration erfolgreich Filmrisse während des Strukturierungsprozesses, der zum Entstehen einer unteren Elektrodenschicht für die später herzustellende Dünnfilm-Solarzelle führt. In einem Beispiel ist die durch den Prozess 1060 gebildete Strukturierung im Wesentlichen frei von zufälligen Hohlräumen, Rissen und Bermen mit Größen von weniger als 0,1 Mikron.
  • In einer konkreten Ausführungsform kann, wenn das Natron-Kalk-Glas als eine oberste Schicht verwendet wird, die strukturierte Elektrodenschicht 300, welche die erste Molybdänschicht und die zweite Molybdänschicht enthält, als eine obere Elektrodenschicht für eine oberste Solarzelle dienen. Insbesondere muss die obere Elektrodenschicht optisch transparent sein. Für eine Molybdänschicht mit einer Dicke von etwa 0,5 Mikron oder weniger ist sie für sichtbares Licht optisch transparent. In anderen Beispielen kann ein transparentes, leitfähiges Oxid als das Material für die obere Elektrodenschicht verwendet werden. Natürlich sind auch andere Varianten, Modifizierungen und Alternativen möglich.
  • Im nächsten Prozess (1070) wird eine Schicht aus Photovoltaikmaterial über der unteren Elektrodenschicht hergestellt. Dieser Prozess kann visuell durch 8 veranschaulicht werden. 8 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine Schicht aus Photovoltaikmaterial veranschaulicht, die über der unteren Elektrodenschicht zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle auf Natron-Kalk-Glas gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie gezeigt, ist die Schicht aus Photovoltaikmaterial 400 auf die untere Elektrodenschicht 300 aufgebracht. In einer Ausführungsform ist die Schicht aus Photovoltaikmaterial eine Mehrschichtstruktur, die durch eine Reihe von Dünnfilmabscheidungs-, Temperbehandlungs-, Ätzbehandlungs-, mechanischen oder Laserstrukturierungs-, Dotierungs- oder Implantations- und anderen geeigneten Prozessen gebildet wird. Zum Beispiel kann die Schicht aus Photovoltaikmaterial 400 durch einen Sputterprozess unter Verwendung eines Kupfer-Galliumlegierungsziels und eines Indiumziels mit einer atomischen Reinheit von bis zu 99% gebildet werden. Der Sputterprozess enthält mehrere Schritte, wobei bei jedem Schritt überwiegend ein einziger Materialtyp (entweder Kupfer oder Indium) abgeschieden wird, die in einem separaten Abteil innerhalb einer einzelnen Kammer bei einer Temperatur von etwa 500 Grad Celsius ausgeführt werden. In einer konkreten Ausführungsform kann ein leitfähiges Material in die Strukturierung 310 gefüllt werden, um eine Zwischenverbindungsstruktur 311 innerhalb der unteren Elektrodenschicht 300 vor oder während des Ausbildens der Schicht aus Photovoltaikmaterial 400 zu bilden. Je nach Anwendungszweck kann der Sputterprozess durch andere Techniken ersetzt werden, einschließlich Vakuumverdampfung, Plattierung, chemische Dampfabscheidung oder chemische Badabscheidung.
  • In einer weiteren konkreten Ausführungsform schließt sich ein Prozess des Aufbeschichtens von natriumtragenden Spezies an den Sputterprozess an oder wird im Wesentlichen zeitgleich mit ihm ausgeführt, um eine gewünschte Menge natriumtragender Spezies oder anderer Alkali-Ionen in die Filme einzubringen. Anschließend können die zuvor abgeschiedenen Kupfer-Indium-Materialien (oder Kupfer-Indium-Gallium-Materialien) sowie die gewünschte Menge natriumtragender Spezies durch einen thermischen Prozess in einer speziellen Umgebung, die Selenid (oder in einer bestimmten Ausführungsform Sulfid) in fluidischer Phase enthält, behandelt werden, was zu einem Selenisierungsprozess führt, um einen Film aus einer Kupfer-Indium-(Gallium)-Diselenid-Verbindung mit Kristallkörnern im Wesentlichen in einer Chalkopyritstruktur zu bilden. In einer bestimmten Ausführungsform wird der Film aus Kupfer-Indium-(Gallium)-Diselenid (CIS oder CIGS) in einer Chalkopyritstruktur zu einer photovoltaischen Absorberschicht zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle. In einer konkreten Ausführungsform wird während des mehrschrittigen Aufsputterns und des anschließenden thermischen Prozesses dank der (bei Prozess 1030 ausgebildeten) Sperrschicht 200 der Natriumgehalt des Natron-Kalk-Glas-Substrats 100 bei erhöhten Bearbeitungstemperaturen im Wesentlichen innerhalb des Substrat gehalten. Darum gewährleistet das Verfahren 1000 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass keine unkontrollierten natriumtragenden Spezies in die Filme, die oberhalb der Oberflächenregion des Natron-Kalk-Glas-Substrats ausgebildet sind, diffundieren. Diese Sperrschicht 200 verhindert vorteilhafterweise außerdem, dass überschüssiges Natrium eine reaktive Beschädigung der unteren Elektrodenschicht 300 aus Molybdänmaterial verursacht.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann das Photovoltaikmaterial in der Mehrschichtstruktur funktional mindestens eine Absorberschicht und eine Fensterschicht über der Absorberschicht enthalten, die als Basis-Solarzellenelemente für das Sammeln von Sonnenlicht und seine Umwandlung in Elektrizität dienen. Wie in 9 in einem Beispiel gezeigt, kann die Absorberschicht 405 der Dünnfilm in einer Chalkopyritstruktur sein und aus einem Kupfer-Indium-(Gallium)-Diselenid (CIS oder CIGS)-Verbindungsmaterial bestehen. In einem weiteren Beispiel kann die Absorberschicht 405 ein Kupfer-Indium-Gallium-Disulfid-Verbindungs-Halbleitermaterial oder ein Kupfer-Indium-Disulfid-Verbindungs-Halbleitermaterial sein. Die Absorberschicht 405 ist in der Regel durch einen oder mehrere Dotierungsprozesse als ein p-Typ-Halbleiter gekennzeichnet. In der Regel gehören zu den Akzeptordotanden vom p-Typ Bor- oder Aluminiumionen. In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann die oben erwähnte Absorberschicht 405 durch Sputtern, Plattierung, Verdampfung und andere geeignete Abscheidungsverfahren sowie Selenisierung oder Sulfurierung und einen oder mehrere thermische Prozesse hergestellt werden. Obgleich das oben Dargelegte allgemein anhand einer konkreten Struktur für CIS- und/oder CIGS-Dünnfilmzellen beschrieben wurde, können auch andere konkrete CIS- und/oder CIGS-Konfigurationen verwendet werden, wie zum Beispiel jene, die in US-Patent Nr. 4,612,411 und US-Patent Nr. 4,611,091 beschrieben sind, die hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden, ohne von der Erfindung, die durch die weiter unten folgenden Ansprüche beschrieben wird, abzuweichen.
  • Wie in 9 gezeigt, befindet sich über der Absorberschicht 405 eine Fensterschicht 408, die als ein Halbleiter mit breitem Bandabstand und einer photovoltaischen Anschlussstelle gekennzeichnet ist. In einem Beispiel kann die Fensterschicht aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt sein, die aus einem Cadmiumsulfid (CdS), einem Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO), Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO) oder anderen besteht, und kann mit Verunreinigungen für Leitfähigkeit, z. B. vom Typ, dotiert dotiert sein. Sputter-, Vakuumverdampfungs- und chemische Badabscheidungs(CBD)-Techniken sind für das Ausbilden der Fensterschicht weit verbreitet. Insbesondere CBD ist ein kostengünstiges und leicht zu handhabendes Verfahren für die großflächige Herstellung einer dünnen Fensterschicht bei Temperaturen nahe Raumtemperatur, wobei eine steuerbare chemische Reaktion in einer wässrigen Lösung, in der sich die verschiedenen Recktanten befinden, stattfindet. In einem weiteren Beispiel werden Indiumspezies als das Dotierungselement verwendet, um die Herausbildung der n+-Typ-Halbleitereigenschaften zu veranlassen. In einer konkreten Ausführungsform ist die durch die obigen Prozesse entstandene Absorberschicht 405 etwa 1 bis 10 Mikron dick, kann aber auch andere Abmessungen haben. Die Fensterschicht 408 ist gewöhnlich dünner als die Absorberschicht 405. In einer Implementierung kann eine Fensterschicht 408 aus CdS-Material, die durch ein CBD-Verfahren hergestellt wurde, eine Dicke im Bereich von etwa 200 bis 500 Nanometern haben. Natürlich sind auch andere Varianten, Alternativen und Modifizierungen möglich.
  • Kehren wir zu 1 zurück, wo das Verfahren des Weiteren einen Prozess (1080) des Ausbildens einer ersten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial enthält. Dieser Prozess kann visuell durch 10 veranschaulicht werden. 10 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine erste Zinkoxidschicht veranschaulicht, die über der Schicht aus Photovoltaikmaterial zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle auf Natron-Kalk-Glas gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie gezeigt, liegt die erste Zinkoxidschicht 500 über der Schicht aus Photovoltaikmaterial 400, die in dem vorangegangenen Prozess (1070) ausgebildet wurde. Zum Beispiel enthält die erste Zinkoxidschicht 500 eine Zwischenverbindungsstruktur 511, die durch einen Strukturierungsprozess ausgebildet werden kann, der nach dem Prozess 1080 ausgeführt wird. Funktionsseitig dient die erste Zinkoxidschicht 500 als eine obere (oder vordere) Elektrodenschicht für die Dünnfilm-Solarzelle, die auf dem Natron-Kalk-Glas-Substrat ausgebildet wird. In einer konkreten Ausführungsform kann die erste Zinkoxidschicht 500 zweckmäßig als n-Typ dotiert sein, um sie elektrisch leitfähig zu machen. Die n-Typ-Dotierung ist durch das Einleiten von Bor, Aluminium, Indium oder überschüssigem Zink möglich. Normalerweise ist das Zinkoxid als ein sogenanntes transparentes leitendes Oxid(TCO)-Material optisch transparent und wird oft in Dünnfilm-Solarbauelementen verwendet. Andere Materialien, zum Beispiel Indium-Zinn-Oxid(ITO) und Fluor-dotiertes Zinnoxid (TFO), können ebenfalls verwendet werden. In einer bestimmten Ausführungsform wird die erste Zinkoxidschicht unter Verwendung einer metallorganischen chemischen Dampfabscheidungs(MOCVD)-Technik innerhalb eines diskontinuierlichen Systems ausgebildet. Die durch MOCVD gebildete erste Zinkoxidschicht ist eine grobe Schicht, die das einfallende Licht streuen kann, wodurch der Wirkungsgrad von Solarzellen gesteigert wird.
  • In einer konkreten Ausführungsform wird die erste Zinkoxidschicht über der Fensterschicht ausgebildet, die sich über der Kupfer-Indium-Diselenid-Absorberschicht des Photovoltaikmaterials befindet. In einem Beispiel ist die Fensterschicht 408 eine Cadmiumsulfidschicht, die unter Verwendung der CBD-Technik gebildet wird. Die Cadmiumsulfidschicht kann nach dem Ausbilden der Kupfer-Indium-Diselenid-Absorberschicht oder der Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Absorberschicht abgeschieden werden.
  • 11 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine zweite Zinkoxidschicht veranschaulicht, die über der Schicht aus Photovoltaikmaterial gebildet wird, bevor die erste Zinkoxidschicht gebildet wird, gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Wie gezeigt, ist die zweite Zinkoxidschicht 505 zwischen der ersten Zinkoxidschicht 500 und der Schicht aus Photovoltaikmaterial 400 angeordnet. In einer konkreten Ausführungsform hat die zweite Zinkoxidschicht 505 einen höheren spezifischen Widerstand als die erste Zinkoxidschicht 500. Wie in 1 dargestellt, enthält das Verfahren das Ausführen weiterer Prozesse (1090). In einer Ausführungsform ist das Ausbilden einer zweiten Zinkoxidschicht ein optionaler Prozess 1090.
  • 12 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine oder mehrere Schichten veranschaulicht, die gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung gebildet werden. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Als Erstes bildet eine Schichtstruktur aus dem Natron-Kalk-Glas-Substrat 100, der Sperrschicht 200, der ersten Elektrodenschicht 300, der Schicht aus Photovoltaikmaterial 400 und der ersten Zinkoxidschicht (oder der zweiten Elektrodenschicht) eine Grundstruktur zur Herstellung einer ersten Dünnfilm-Solarzelle. Dann können, wie in 12 gezeigt, eine oder mehrere Schichten 600 über der Oberseite der ersten Dünnfilm-Solarzelle, d. h. über der ersten Zinkoxidschicht 500 der obigen Schichtstruktur, angeordnet (oder montiert) werden. Die hinzugefügte eine oder hinzugefügten mehreren Schichten 600 können einfach eine zweite Dünnfilm-Solarzelle sein, die durch ähnliche Verfahren gebildet wird, während einer Natron-Kalk-Glas-Oberschicht verwendet wird. Zum Beispiel stellen die eine oder mehreren Schichten 600 eine andere Kupfer-Indium-Diselenid-Schicht dar, die zwischen transparenten Elektrodenschichten mit zweckmäßig strukturierten Zwischenverbindungsstrukturen angeordnet sind, um eine Photovoltaikzellenstruktur zu bilden. In bestimmten Ausführungsformen können die anderen Prozesse 1090 das Bilden der zweiten Solarzelle, welche die eine oder mehreren Schichten 600 enthält, und das Verbinden der zweiten Dünnfilm-Solarzelle mit der ersten Dünnfilm-Solarzelle, um ein Modul mit mehreren Anschlussstellen zu bilden, beinhalten.
  • 13 und 14 sind getestete IV-Kennlinien von Dünnfilm-Solarmodulen, die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden. 13 zeigt eine IV-Kennlinie eines Dünnfilm-Solarmoduls von 20 cm × 20 cm, das auf einem Natron-Kalk-Glas-Substrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Genauer gesagt, hat die Solarzelle eine zweischichtige Elektrode, die auf einer Sperrschicht über dem Glassubstrat gebildet ist. In diesem Beispiel kann die Sperrschicht eine der angesprochenen sein, kann aber auch andere Konfigurationen haben. Die zweischichtige Elektrode umfasst gemäß diesem Beispiel eine erste Molybdän(Mo)-Schicht in Zugbeanspruchungskonfiguration und eine zweite Molybdänschicht in Druckbeanspruchung über der ersten Mo-Schicht. Die erste Mo-Schicht wird durch Sputtern eines Mo-Ziels bei geringem Druck von etwa 2 mtorr und geringer Leistung von 1–4 kW gebildet. Die zweite Mo-Schicht wird durch Sputtern eines Mo-Ziels bei hohem Druck von etwa 20 mtorr und hoher Leistung von 12–18 kW gebildet. Wie in 13 zu sehen, beträgt der Kurzschlussstrom Isc des Moduls etwa 0,35 A, und die Offenkreisspannung Voc beträgt etwa 13,91 Volt. In diesem Beispiel beträgt der Modulwirkungsgrad etwa 11%. Natürlich sind auch andere Varianten, Modifizierungen und Alternativen möglich.
  • Alternativ zeigt 14 eine IV-Kennlinie eines anderen Dünnfilm-Solarmoduls von 20 cm × 20 cm, das auf einem Natron-Kalk-Glas-Substrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Diese Zelle hat einen Mo-Zweischichtelektrodenfilm, der über einer Sperrschicht auf dem Substrat liegt. In diesem Beispiel kann die Sperrschicht eine der angesprochenen sein, kann aber auch andere Konfigurationen haben. Die Prozessbedingung für diese Zweischicht-Mo-Elektrode ist ein konstanter Druck für beide Schichten der zweischichtigen Struktur, aber die erste Mo-Schicht wird mit einer geringeren Leistung hergestellt, und die zweite Mo-Schicht wird mit einer höheren Leistung hergestellt. Wie in 14 zu sehen, wird der Kurzschluss des Moduls mit 0,34 A gemessen, und die Offenkreisspannung des Moduls beträgt etwa 14 V. Der Modulwirkungsgrad beträgt etwa 10,5%. Natürlich sind auch andere Varianten, Modifizierungen und Alternativen möglich.
  • Obgleich das Obige gemäß konkreten Ausführungsformen veranschaulicht wurde, sind auch andere Modifizierungen, Alternativen und Varianten möglich. Es versteht sich, dass die im vorliegenden Text beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und dass dem Fachmann vor diesem Hintergrund verschiedene Modifizierungen oder Änderungen einfallen, die alle unter den Geist und Geltungsbereich dieser Anmeldung und unter den Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 4611091 [0033]

Claims (36)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats, das eine Oberflächenregion und eine Konzentration von Natriumoxid von höher als etwa 10 Gewichtsprozent umfasst; Behandeln der Oberflächenregion mit einem oder mehreren Reinigungsprozessen unter Verwendung einer Spülung aus entionisiertem Wasser, um Oberflächenverunreinigungen mit einer Teilchengröße von größer als drei Mikron zu entfernen; Ausbilden einer Sperrschicht über der Oberflächenregion, wobei die Sperrschicht dadurch gekennzeichnet ist, dass sie das Natrium innerhalb des Natron-Kalk-Glas-Substrats hält; Ausbilden einer ersten Molybdänschicht unter Verwendung eines ersten Prozesses, wobei die erste Molybdänschicht eine erste Dicke hat und eine Zugbeanspruchungskonfiguration aufweist, über der Sperrschicht; Ausbilden einer zweiten Molybdänschicht unter Verwendung eines zweiten Prozesses, wobei die zweite Molybdänschicht eine zweite Dicke hat, die größer ist als die erste Dicke, und eine Druckbeanspruchungskonfiguration aufweist, über der ersten Molybdänschicht; Strukturieren der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht zum Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht; Ausbilden einer Schicht aus Photovoltaikmaterial über der unteren Elektrodenschicht; und Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterialien.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Dicke etwa 2000 Ågström bis 7000 Ångström und etwa das 10-fache der ersten Dicke beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Prozess das Verwenden einer Sputtertechnik bei einem Druck zwischen 1 Millitorr und 5 Millitorr umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Prozess das Verwenden einer Sputtertechnik bei einem Druck zwischen 10 Millitorr und 20 Millitorr umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Prozess das Verwenden einer Sputterleistung im Bereich von 1 bis 4 kW umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Prozess das Verwenden einer Sputterleistung im Bereich von 12 bis 18 kW umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Strukturieren der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht eine Laserablation durch die erste Molybdänschicht und die zweite Molybdänschicht hindurch umfasst, um eine Strukturierung mit einer Breite von etwa 25 bis 50 Mikron zu bilden, die im Wesentlichen frei von zufälligen Hohlräumen, Rissen und Bermen mit Größen von kleiner als 0,1 Mikron ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden der Sperrschicht das Verwenden einer Wechselstrom-Sputtertechnik auf einem Silizium- oder Silizium-Aluminium-Zielfeldmaterial unter Verwendung einer einzelnen Kammer umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sperrschicht ein Siliziumdioxidmaterial, das mit Aluminiumoxidmaterial gemischt ist, umfasst und eine Dicke von etwa 200 Ångström und mehr aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sperrschicht eine Doppelschicht aus Silizium-Aluminiumoxidmaterial und Siliziumdioxidmaterial mit einer Gesamtdicke im Bereich von 200 Ångström bis 2000 Ångström umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden der Schicht aus Photovoltaikmaterial das Ausbilden einer Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Absorberschicht über der unteren Elektrodenschicht und das Ausbilden einer Fensterschicht über der Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Absorberschicht umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Ausbilden einer zweiten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterialien vor dem Ausbilden der ersten Zinkoxidschicht umfasst, wobei die erste Zinkoxidschicht einen niedrigeren spezifischen Widerstand aufweist als die zweite Zinkoxidschicht.
  13. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats, das eine Oberflächenregion und eine Konzentration von Natriumoxid von höher als etwa 10 Gewichtsprozent umfasst; Ausbilden einer Sperrschicht über der Oberflächenregion, wobei die Sperrschicht dadurch gekennzeichnet ist, dass sie das Natrium innerhalb des Natron-Kalk-Glas-Substrats hält; Ausbilden einer ersten Molybdänschicht unter Verwendung eines ersten Prozesses, wobei die erste Molybdänschicht eine erste Dicke hat und eine Zugbeanspruchungskonfiguration aufweist, über der Sperrschicht; Ausbilden einer zweiten Molybdänschicht unter Verwendung eines zweiten Prozesses, wobei die zweite Molybdänschicht eine zweite Dicke hat, die größer ist als die erste Dicke, und eine Druckbeanspruchungskonfiguration aufweist, über der ersten Molybdänschicht; Strukturieren der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht zum Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht; Ausbilden eines Absorbermaterials, das eine Kupferspezies, eine Galliumspezies, eine Indiumspezies und eine Selenspezies umfasst, über der unteren Elektrodenschicht; und Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über dem Absorbermaterial.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Natron-Kalk-Glas-Substrat eine Konzentration von Natriumoxid von etwa 15 Gewichtsprozent umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste Dicke etwa 200 Ångström bis 700 Ångström beträgt und die zweite Dicke etwa das 10-fache der ersten Dicke beträgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der erste Prozess das Verwenden einer Sputtertechnik mit einem Druck von etwa 2 Millitorr und mit einer Leistung im Bereich von 1 bis 4 kW umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der zweite Prozess das Verwenden einer Sputtertechnik mit einem Druck von etwa 20 Millitorr und mit einer Leistung im Bereich von 12 bis 18 kW umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Strukturieren der ersten Molybdänschicht und der zweiten Molybdänschicht eine Laserablation durch die erste Molybdänschicht und die zweite Molybdänschicht hindurch umfasst, um eine Strukturierung mit einer Breite von etwa 25 bis 50 Mikron zu bilden, die im Wesentlichen frei von zufälligen Hohlräumen, Rissen und Bermen mit Größen von kleiner als 0,1 Mikron ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ausbilden der Sperrschicht das Verwenden einer Wechselstrom-Sputtertechnik auf einem Zielfeld umfasst, das mit Aluminiummaterial dotiertes Silizium umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ausbilden der Sperrschicht und das Ausbilden der unteren Elektrodenschicht innerhalb derselben Vakuumkammer, aber in einem getrennten Abteil ausgeführt werden können.
  21. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Sperrschicht ein Siliziumdioxidmaterial mit einer Dicke von etwa 200 Ångström und mehr umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Sperrschicht eine zweischichtige Struktur aus Aluminiumoxidmaterial und Siliziumdioxidmaterial mit einer Gesamtdicke im Bereich von 200 Ångström bis 2000 Ångström umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Absorbermaterial eine Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Absorberschicht über der unteren Elektrodenschicht ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 13, das des Weiteren das Ausbilden einer zweiten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterialien vor dem Ausbilden der ersten Zinkoxidschicht umfasst, wobei die erste Zinkoxidschicht einen niedrigeren spezifischen Widerstand aufweist als die zweite Zinkoxidschicht.
  25. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement, das Folgendes umfasst: ein Natron-Kalk-Glas-Substrat, das eine Oberflächenregion und eine Konzentration von Natriumoxid von höher als etwa 10 Gewichtsprozent umfasst; eine Sperrschicht über der Oberflächenregion, wobei die Sperrschicht dadurch gekennzeichnet ist, dass sie das Natrium innerhalb des Natron-Kalk-Glas-Substrats hält; eine untere Elektrodenschicht, die eine erste Molybdänschicht über der Sperrschicht und eine zweite Molybdänschicht über der ersten Molybdänschicht umfasst, wobei die erste Molybdänschicht eine erste Dicke hat und eine Zugbeanspruchungskonfiguration aufweist, wobei die zweite Molybdänschicht eine zweite Dicke hat, die größer ist als die erste Dicke, und eine Druckbeanspruchungskonfiguration aufweist; ein Absorbermaterial, das eine Kupferspezies, eine Indiumspezies, eine Galliumspezies und eine Selenspezies umfasst, über der unteren Elektrodenschicht; und eine erste Zinkoxidschicht über dem Absorbermaterial.
  26. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei die zweite Dicke etwa 2000 Ångström bis 7000 Ångström und etwa das 10-fache der ersten Dicke beträgt.
  27. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei die erste Molybdänschicht unter Verwendung einer Sputtertechnik bei einem Druck im Bereich von 1 bis 5 Millitorr und einer Leistung im Bereich von 1 bis 4 kW ausgebildet wird.
  28. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei die erste Molybdänschicht unter Verwendung einer Sputtertechnik ausgebildet wird, bei der das Molybdänatom durch einen Wabenkollimator abgeschieden wird.
  29. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei die erste Molybdänschicht unter Verwendung einer Sputtertechnik ausgebildet wird, bei der Sauerstoffgas als Verunreinigung zusätzlich zu Argongas hinzugegeben wird.
  30. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei die zweite Molybdänschicht unter Verwendung einer Sputtertechnik bei einem Druck von etwa 20 Millitorr und einer Leistung im Bereich von 12 bis 18 kW ausgebildet wird.
  31. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei die untere Elektrodenschicht eine laserablatierte Strukturierung umfasst, die durch die erste Molybdänschicht und die zweite Molybdänschicht hindurch reicht und eine Breite von etwa 25 bis 50 Mikron aufweist und die im Wesentlichen frei von zufälligen Hohlräumen, Rissen und Bermen mit Größen von kleiner als 0,1 Mikron ist.
  32. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei die Sperrschicht ein Siliziumdioxidmaterial mit einer Dicke von etwa 200 Ångström und mehr umfasst.
  33. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei die Sperrschicht eine Doppelschicht aus Aluminiumoxidmaterial und Siliziumdioxidmaterial mit einer Gesamtdicke im Bereich von 200 Ångström bis 2000 Ångström umfasst.
  34. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei das Absorbermaterial eine chalkopyritstrukturierte Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Absorberschicht umfasst.
  35. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, wobei das Absorbermaterial Natriumspezies umfasst.
  36. Dünnfilm-Solarzellen-Bauelement nach Anspruch 25, das des Weiteren eine zweite Zinkoxidschicht umfasst, die zwischen der Absorberschicht und der ersten Zinkoxidschicht gebildet ist, wobei die zweite Zinkoxidschicht einen höheren spezifischen Widerstand aufweist als die erste Zinkoxidschicht.
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