DE2757301A1

DE2757301A1 - Vorrichtung zur umwandlung von strahlung in elektrische energie und verfahren zur herstellung der vorrichtung

Info

Publication number: DE2757301A1
Application number: DE19772757301
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr Ing Frey; Karl Dr Radler
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1977-12-22
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1979-07-05

Description

Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlung in elektrische
Energie und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlung in elektrische Energie, bestehend aus einer Reihenanordnung von strahlungsempfindlichen Halbleiterelementen, die als dünne Schichten unmittelbar auf einer biegsamen Folie angeordnet und mit Anschlußkontakten zweier Polaritäten für die elektrische Reihenschaltung der Halbleiterelemente untereinander versehen sind.
Unter derartigen Vorrichtungen spielen die sogenannten Solarzellen eine hervorragende Rolle. Bei derartigen Zellen zur Energieumwandlung besteht das Problem darin, daß die Abmessungen der einzelnen Zellen ein bestimmtes Maß nicht überschreiten sollen, so daß es erforderlich ist, zur Erzielung einer vorgegebenen Spannung eine Anzahl von Zellen in Reihe zu schalten, und zur Erzielung einer vorgegebenen Stromstärke mehrere Reihenanordnungen gleicher Potentialdifferenz parallel zu schalten. Zur Zeit betragen die maximalen Abmessungen einer Zelle etwa 100 mm x 100 mm. Eine Vielzahl dieser Zellen wird im allgemeinen zu einem Paneel zusammengesetzt, wobei die Maximalgröße eines Paneels z.Zt. bei etwa 1 m2 liegt. Eine Vielzahl derartiger Paneele wird wiederrum zu einem System zusammengesetzt, wobei Systemgröße augenblicklich zwischen etwa 100 und 200 m2 liegt. Bei einer typischerweise erreichten Leistung von etwa 50 W/m2 für terrestrische Anwendungen sind derzeit Systemleistungen bis zu einer Größenordnung von 10 kW üblich. Aufgrund der derzeitigen Fertigungs- methoden von Paneelen und Systemen liegen die Gestehungsksoten bei etwa 15 US/Dollar pro Watt bzw. 750 US/Dollar pro m2. Damit sind im Hinblick auf die erzeilbare Leistung hohe Investitionskosten verbunden, die sich erst nach langer störungsfreier Betriebsdauer amortisieren lassen. Als Endziel wäre etwa ein Zehntel der vorstehend genannten Beträge anzustreben.
Die Notwendigkeit zur Größenbeschränkung der einzelnen Zellen liegen in einer sinnvollen Begrenzung der Stromstärke, die von einer Zelle geliefert werden soll.
Die aufgrund des Wirkungsmechanismus lichtempfindlicher Schichten freigesetzten Ladungsträger haben das Bestreben, nach extrem kurzer Zeit im Schichtmaterial zu rekombinieren, falls sie nicht zu den Anschlußkontakten gelangen. Die Maximalgröße der Zellen wird also durch die Notwendigkeit beschränkt, die Weglänge zwischen dem Entstehungsort der Elektronen und den Abnahmeelektroden relativ klein zu halten. Es müssen sich also Energieumwandlungsschichten und Elektroden möglichst häufig abwechseln, d.h. eine Vielzahl von einzelnen Zellen muß mit entsprechender Polarität der Kontakte und Zwischenkontakte entweder miteinander verbunden werden, oder es muß durch eine komplizierte Maskentechnologie dafür Sorge getragen werden, daß abwechselnd Energieumwandlungsschichten und Kontaktschichten erzeugt werden.
Ein Solarelement, bei dem durch eine komplizierte Maskentechnologie eine Reihenanordnung mehrerer Solarzellen auf einem starren Substrat erzeugt wird, ist durch die DT-OS 1564935 bekannt. Hierbei bleibt jedoch das Problem bestehen, mehrere solcher Solarzellen in Reihen- und Parallelschaltung miteinander zu verbinden, wobei gleichzeitig auch eine mechanische Unterstützung der Solarelemente durchgeführt werden muß. Derartige Solarelemente sind in Herstel- lung und Verarbeitung kostspielig und haben außerdem ein hohes Gewicht.
Durch die US-PS 3837924 ist es außerdem bekannt, einzelne, starre Solarzellen dadurch in Reihe zu schalten, daß man diese durch Z-förmig abgewinkelte Kontaktbleche miteinander verbindet, wobei der obere Pol der einen Solarzelle jeweils mit dem unteren Pol der benachbarten Solarzelle durch Löten etc. verbunden wird. Die gesamte Anordnung wird dabei unter Zwischenschaltung eines dauerelastischen Klebers auf einem in Zellenbauweise ausgeführten Träger befestigt. Auch diese bekannte Anordnung ist aufwendig in der Herstellung und in der Verarbeitung und führt zu einem großen Gesamtgewicht je Flächeneinheit der aktiven Schichten. Hinzu kommt, daß der relative Oberflächenanteil der aktiven Schichten an der Gesamtfläche aufgrund der angegebenen Kontaktanordnung verhältnismäßig klein ist und bei dem dargestellten Ausführungsbeispielbei ca. 80% liegt.
Durch die DT-PS 1807818 ist es weiterhin bekannt, die mechanische Halterung und die elektrische Verbindung einzelner Solarzellen dadurch zu vereinfachen, daß in einer einseitig leitfähigen Kunststoffolie nach einem bestimmten Muster U-förmige Ausstanzungen vorgenommen werden. Von den dadurch gebildeten Zungen wird jede zweite auf die gegenüberliegende Seite der Folie geklappt, so daß die herausgestanzten Zungen zusammen mit dem stehengebliebenen Teil der Folie Z-förmige Kontakte bilden, zwischen die starre Solarzellen eingesetzt und mit der leitfähigen Beschichtung der Folie verbunden werden. Auch hierbei bleibt die Notwendigkeit bestehen, herkömmliche, starre Solarzellen mit einem Folien-Träger zu verbinden. Auch diese Anordnung ist aufwendig in Herstellung und Verarbeitung.
Schließlich ist es durch die DT-OS 2415187 auch bereits bekannt, auf einer endlosen Folie eine gleichfalls endlose Halbleiterbatterie zur Sonnenergiegewinnung dadurch herzustellen, daß Kontaktschichten, aktive Schichten und Isolierschichten nach einen Vakuum- Beschichtungsverfahren unter Einschluß von Atzverfahren auf eine in Querrichtung besonders profilierte Folie aufgebracht werden.
Die Folie besitzt zu diesem Zweck auf mindestens einer Seite ein Linienrastervon V-förmigen Rillen erheblicher Tiefe, die im Zusammenhang mit einer speziellen, räumlichen Folienführung und der Ausrichtung der unterschiedlichen Dampfstrahlen dafür sorgen, daß eine Selbstabschattung eintritt, d.h., daß Teile der profilierten Oberfläche nicht vom Dampf erreicht werden, während sich auf den übrigen Oberflächenteilen Dampf kondensiert. Auf diese Weise soll die Verwendung besonderer Masken unnötig werden.
Das bekannte Verfahren setzt jedoch eine speziell geformte Folie von erheblicher Stärke voraus, da die Rillentiefe wegen des geforderten Abschattungseffektes groß sein muß.
Dennoch muß am Rillengrund eine Restfolienstärke aus Festigkeitsgründen erhalten bleiben. Das spezielle Folienprofil bedingt infolgedessen einen hohen Materialverbrauch, verbunden mit hohem Gewicht pro Flächeneinheit. Der Abstand zwischen den einzelnen Rillen darf außerdem nicht zu groß sein, weil ansonsten die weiter oben beschriebene Rekombination der Ladungsträger eintritt. Der durch die Rillen angestrebte Abschattungseffekt ist jedoch aufgrund unvermeidbar diffuser Dampfstrahlen, endlicher Abmessungen der Dampfquellen und eines Haftkoeffizienten, der stets unterhalb 1 liegt, nur sehr unvollkommen. Es läßt sich infolgedessen nicht vermeiden, daß Dampfpartikel auch auf solchen Flächen kondensieren, die durch den Abschattungseffekt geschützt werden sollten. Die Folge ist ein erheblich verschlechterter Wirkungsgrad. Ein Messen der Strom-Spannungskennlinie eines einzelnen Elements ist nicht möglich, da sich die Nachbarelemente galvanisch nicht trennen lassen. Bei einer Fertigungskontrolle läßt sich infolgedessen nur ein Mittelwert über größere Flächen erhalten. Die Fehlersuche wird auf diese Weise erschwert und der Ausschuß vergrößert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der die einzelnen Halbleiterelemente die qualitativen Eigenschaften der bekannten Halbleiterelemente haben und die sich dennoch durch eine einfache Herstellmöglichkeit bei praktisch beliebig veränderbaren Längen- und Breitenabmessungen sowie durch eine große Zuverlässigkeit im Betrieb auszeichnen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß mindestens ein in sich geschlossenes Halbleiterelement zwischen zwei elektrisch leitenden, die Anschlußkontakte bildenden, biegsamen Folien eingeschlossen ist, von denen die eine mindestens teilweise für die Strahlung durchlässig ist, daß die Folie der einen Polarität nach der einen Seite und die Folie nach der anderen Polarität nach der entgegengesetzten Seite des Halbleiterelements einen überstehenden Fortsatz aufweist, und daß die Fortsätze unterschiedlicher Polaritäten jeweils zweier benachbarter Halbleiterelemente miteinander formschlüssig verbunden sind.
Eine solche Vorrichtung zeichnet sich durch eine Vielzahl von Vorteilen aus: Zunächst ist es durch die Anordnung der aktiven Halbleiterelemente zwischen zwei elektrisch leitenden Folien möglich, die Halbleiterelemente durch eines der üblichen Dünnschichtverfahren kontinuierlich auf eine der beiden Folien aufzubringen, die in diesem Fall als Substrat dient. Als Dünnschichtverfahren kommen Vakuumaufdampfverfahren, Kathodenzerstäubungsverfahren, pyrolytische Verfahren, epitaktische Verfahren, chemische Dampfabscheidungsverfahren, Sprühverfahren und galvanische Verfahren infrage. Als Substrat wird hierbei zweckmäßigerweise diejenige Folie verwendet, die nicht mindestens teilweise für die Strahlung durchlässig ist. Die zweite, biegsame und elektrisch leitende Folie wird dann nachträglich, gegebenenfalls noch unter Zwischenschaltung einer besonderen Kontaktierungsschicht auf die Halbleiterlemente aufgebracht, wobei die elektrische Leitfähigkeit zweckmäßig örtlich so begrenzt ist, daß die angegebene Reihenschaltung zwar möglich ist, daß aber dennoch die einzelnen, während ihrer Herstellung hintereinander angeordneten Halbleiterelemente elektrisch voneinander getrennt sind, so daß eine elektrische Kontrollmessung jedes einzelnen Halbleiterelements während der Fertigung möglich ist. Auf Einzelheiten dieser Maßnahme wird im Zusammenhang mit der Detailbeschreibung noch näher eingegangen.
Als Material für die elektrisch leitenden, biegsamen Folien kommen entweder dünne Metallfolien aus Stahl, Kupfer oder Aluminium infrage, oder Kunststoffolien, die entweder durchgehend oder nach Art einer Musterung örtlich metallisiert sind. Es ist dabei besonders zweckmäßig, für die zuerst eingesetzte, als Substrat verwendete Folie eine reine Metallfolie zu verwenden, die auch für den meist notwendigen Temperprozeß der aktiven Halbleiterschicht die notwendige Temperaturbeständigkeit besitzt, während die nachträglich aufgebrachte Folie eine Kunststoffolie mit örtlich aufgebrachter Leitfähigkeitsschicht ist. Die zuletzt genannte Folie kann zur Erzeugung der Strahlendurchlässigkeit entweder mit ausgestanzten Fenstern versehen sein, die bei der Vereinigung der Folien auf den Halbleiterelementen zu liegen kommen, oder es kann ein durchsichtiges Folienmaterial wie beispielsweise Polymethylmetacrylat verwendet werden, das insbesondere gegen Sonnenstrahlung gut durchlässig ist. In diesem Falle besteht ein Fenster lediglich in der leitfähigen Beschichtung zur Kontaktierung des jeweiliges Halbleiterlements.
Die Halbleiterelemente mit den nach verschiedenen Seiten überstehenden Fortsätzen der jeweiligen Folie lassen sich nun aufgrund ihrer Biegsamkeit unter Beachtung der entsprechenden Polarität formschlüssig miteinander verbinden, wobei hierunter jede Fertigungsmaßnahme zu verstehen ist, bei der die eine Folie in die andere unter Herstellung eines elektrischen Kontaktes ineinander eingreift. Eine besonders wirksame und zuverlässige formschlüssige Verbindung ist eine Falzverbindung, wie sie beispielsweise von Längsnähten von Konservendosen bekannt ist. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz der leitenden Folie eines Halbleiterelements in Form eines "U" gebogen ist, daß der Fortsatz der leitenden Folie anderer Polarität des benachbarten Halbleiterelements abgewinkelt und in das U eingreifend ausgebildet ist, und daß die benachbarten Halbleiterelemente im wesentlichen in einer Ebene liegen.
Durch die ausschließliche Verwendung von zwei elektrisch leitenden Folien, auch als Substrat für die aktiven Halbleiterelemente, unterscheiden sich Vorrichtung und Herstellverfahren grundsätzlich von den bekannten Vorrichtungen und Verfahren. So ist eine kontinuierliche Herstellung auch der Halbleiterelemente in Durchlaufverfahren ausgehend von billigem Ausgangsmaterial möglich, was beispielsweise bei starren Substraten ausscheidet. Dennoch ist eine beliebige Reihenschaltung einer Vielzahl von Halbleiterelementen möglich, ohne daß es hierzu komplizierter Verbindungsmittel bedarf.
Für die Verbindung von Halbleiterbatterien gemäß der DT-OS 2415187 sind beispielsweise spezielle, komplizierte Verbindungsstücke erforderlich, die mit federnden Kontaktstreifen ausgerüstet sind. So-dann läßt sich ohne komplizierte Substratführung und Dampfstrahlausrichtung ein einwandfreier Schichtaufbau auf relativ dünnen Folien erreichen, so daß sich die fertigen Paneele durch geringes Gewicht auszeichnen.
Schließlich läßt sich jedes einzelne Halbleiterelement bereits bei der Fertigung meßtechnisch überwachen, wobei etwaiger Ausschuß frühzeitig erkannt und durch entsprechendes Ablängen der einzelnen Folienstreifen auf ein Minimum reduziert werden kann. Durch das Ablängen einzelner Streifen und das nachträgliche Zusammenfügen derartiger Streifen in Reihenanordnung läßt sich eine Sortierung der einzelnen Elemente oder Streifen nach ihren optisch-elektrischen Eigenschaften durchführen, d.h. es werden Vorratsstapel mit Streifen gleicher Kennlinien gebildet, wobei lediglich die Streifen eines Vorratsstapels miteinander vereinigt werden.
Auf diese Weise läßt sich eine große Homogenität der Eigenschaften der einzelnen Halbleiterelemente innerhalb eines Paneels erreichen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor. Ein Ausführungsbeispiel des Herstellverfahrens und die damit hergestellten Vorrichtungen sowie weitere Einzelheiten und Vorteile seien nachfolgend anhand der Figuren 1 - 9 näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung des Herstellverfahrens bis zur Erzeugung der einzelnen Streifen, die nachfolgend formschlüssig miteinander verbunden werden (Figuren 5 bis 9), Fig. 2 + 3 Draufsichten auf Zwischenprodukte in unterschiedlichen Stadien der Fertigstellung, Fig. 4 eine Draufsicht auf ein fertiges Zwischenprodukt in Form eines abgelängten Streifens mit mehreren Halbleiterelementen, der nachfolgend mit weiteren Streifen gleicher Größe und Beschaffenheit elektrisch in Reihe geschaltet werden kann, ~ Fig. 5 + 6 eine elektrische Reihenschaltung von vier Streifen gemäß Fig. 4 nach deren formschlüssiger Verbindung, Fig. 7 - 9 Querschnitte durch ein Element bzw. durch eine Reihenschaltung von Elementen in unterschiedlichen Stadien der Herstellung in vergrößertem Maßstab entlang den Linien Vil-Vil in Fig. 4 und IX-IX in Fig. 5.
In Figur 1 ist eine Vorratsrolle 10 aus einer elektrisch leitenden Folie 11 dargestellt, die aus Metall (Stahl, Aluminium, Kupfer) besteht und eine solche Dicke bzw. Materialeigenschaften hat, daß sie durch Kanten bzw. Falzen leicht plastisch verformbar ist. Diese Folie wird durch eine nur schematisch angedeutete Beschichtungsanlage 12 geleitet, in der mehrere Behandlungsstationen 13-18 zusammengefaßt sind. In der Vorbehandlungsstation 13 wird eine Reinigung der Folie 11 durch einen Glimmvorgang durchgeführt. In der Vorbeschichtungsstation 14 wird die Folie durch einen Kathodenzerstäubungsvorgang mit einer dünnen, elektrisch leitenden Schicht eines Haftvermittlers (z.B. Zink von 5 nm Dicke) beschichtet, die zur Vorbereitung eines guten elektrischen Kontaktes für die nachfolgend aufzubringenden lichtelektrisch wirksamen Schichten dient. Die Folie 11 wird hierbei ganzflächig mit dem Haftvermittler überzogen.
In einer Beschichtungsstation 15 wird eine erste Schicht 23 des lichtelektrisch wirksamen Obergangs aufgestäubt, und zwar nicht ganzflächig, sondern unter Anwendung der Maskentechnologie in Feldern von 100 mm x 100 mm. Das grundsätzliche Aussehen der teilbeschichteten Folie 11 ist anhand von Fig. 2 dargestellt. Zwischen den Feldern 19 verbleiben freie Flächen 20 von etwa 5 mm Breite, und die Felder 19 schließen auf einer Seite mit einer Kante 21 der Folie 11 ab, während an der gegenüber liegenden Kante 22 ein Abstand "D" von etwa 15 mm eingehalten wird (die Darstellung in den Figuren 3 bis 6 ist nicht maßstäblich zu werten). Die 1. Schicht 23 des lichtelektrisch wirksamen Obergangs ist in Figur 7 dargestellt. Sie besteht aus Cadmiumsufid (CdS) und hat eine Dicke von etwa 1000 nm.
In einer Beschichtungsstation 16 (Fig. 1) wird die 2.
Schicht 24 (Fig. 7) des lichtelektrisch wirksamen Obergangs aufgestäubt, und zwar unter Verwendung geringfügig kleinerer Masken mit einer Feldgröße von etwa 99 mm x 99 mm. Die Schicht 24 besteht aus Cu2 xS und hat eine Dicke von 200 nm, wobei die Positionierung der 1. und der 2. Schicht so vorgenommen wird, daß keine Verbindung zwischen der 2. Schicht und der leitenden Folie 11 besteht.
In einer Nachbehandlungsstation 17 wird das in den Beschichtungsstationen 15 und 16 aufgebrachte Schichtsystem einer Temperaturbehandlung unterzogen und beispielsweise eine Minute bei 200 0C getempert und nachfolgend wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Die 1. Schicht 23 und die 2.
Schicht 24 bilden zusammen ein Halbleiterelement 25 (Figuren 3 und 7), welches bei Einwirkung elektromagnetischer Strahlung (Licht) eine elektrische Spannung erzeugt. Es sind selbstverständlich auch andere Schichtmaterialien für den lichtelektrisch wirksamen Obergang v^rwendbar. Es ist lediglich die Forderung zu stellen, daß sie durch Verfahren der Dünnschichttechnik aufgebaut werden können und einen lichtelektrisch wirksamen p-n-Obergang oder einen Schottky-Obergang bilden. Einzelheiten von Vorrichtungen zur Herstellung solcher Schichten und Herstellverfahren für lichtelektrisch wirksame Obergänge sind Stand der Technik, so daß aufweitere Ausführungen hierzu verzichtet werden kann.
In einer Kontakt- Behandlungsstation 18 werden anschließend mindestens teilweise lichtdurchlässige Deckkontakte 26 er- zeugt, welche die elektrische Verbindung mit einer anschließend noch darüber anzuordnenden elektrisch leitenden Folie herstellen sollen. Die Deckkontakte 26 haben zweckmäßig die Gestalt eines Liniengitters, dessen Gesamtausdehnung der Oberfläche der 2. Schicht 24 des Halbleiterelements 25 entspricht, wobei jedoch der Deckkontakt nicht mit der 1. Schicht 23 in elektrisch leitende Verbindung kommen darf. Das Gitter der Deckkontakte 26 erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zu den Kanten 21 und 22 und verdeckt nicht mehr als etwa 5 % des Querschnitts des Halbleiterelement 25. Aussehen und Lage der Deckkontakte 26 sind in Figur 2 für 2 Halbleiterelemente dargestellt; die Anordnung gilt jedoch sinngemäß für sämtliche Halbleiterelemente 25.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, erfolgt die Herstellung des Halbleiterelements einschließlich aller Vor- und Nachbehandlungen auf vollkontinuierliche Weise, d.h. am Ausgang 27 der Beschichtungsanlage 12 liegt ein endloser Streifen der beschichteten Folie 11 vor, dessen Aussehen Figur 2 entspricht.
In Figur 1 ist eine weitere Vorratsrolle 28 dargestellt, von der eine elektrisch isolierende Klebefolie 29 abgezogen wird, welche an die beschichtete Folie 11a so herangeführt und mit dieser vereinigt wird, daß die Klebefolie nach dem Aufbringen und Umbiegen entlang der Kante 21 verläuft und hierbei die Unterseite der Folie 11 mindestens teilweise und die Stirnkante der 1. Schicht 23 vollständig überdeckt, wie dies in Figur 7 dargestellt ist. Auf die Funktion der Klebefolie 29 wird nachstehend noch näher eingegangen.
In Figur 1 ist eine weitere Vorratsrolle 30 dargestellt, von der eine elektrisch leitende Folie 31 abgezogen wird.
Die Folie 31 kann gleichfalls eine Metallfolie sein; es ist jedoch besonders zweckmäßig eine mit leitfähigen Teilbelägen aus Metall bestehende Isolierstoffolie zu verwenden, bei der die Teilbeläge mit dem Rastermaß der Felder 19 Ubereinstimmen und voneinander elektrisch isoliert sind.
Es wurde bereits weiter oben ausgeführt, daß eine solche Unterteilung in einzelne Leitfähigkeitsbereiche der Folie die Möglichkeit eröffnet, jedes einzelne der Halbleiterelemente 25 nach der Fertigstellung, aber noch während des kontinuierlichen Herstellverfahrens durchzumessen. Dies kann beispielsweise durch Kontaktrollen erfolgen, zwischen denen der endlose Streifen mit den Halbleiterelementen gemäß Figur 7 hindurchläuft. Das Aussehen einer solchen, beispielsweise aus Polyacrylat bestehenden Folie 31 ist in Figur 3 dargestellt. Die elektrisch leitfähigen Teilbeläge 32 bestehen aus einem Kontaktgitter 33, welches mit den Deckkontakten 26 der Folie 11 kongruent ist, sowie aus einer Anschlußfahne 34, welche mit sämtlichen Linien des Kontaktgitters elektrisch leitend verbunden ist. Die Folie 31 kann hierbei gleichfalls eine Klebefolie sein, auf die die Teilbeläge 32 aufgeklebt sind, so daß an den Stellen, an denen eine elektrische Leitfähigkeit gegeben ist, qleichzeitig die Klebewirkung der Folie 31 nach außen hin aufgehoben ist. Die Folie 31 besitzt Kanten 36 und 37, zu denen das Kontaktgitter 33 gleichfalls senkrecht verläuft. Die Teilbeläge 32 bestehen aus O,01mm. dicken, vergoldeten Netzstrukturen aus Kupfer.
In einer Vereinigungsstation 31 werden die Folien 11 bzw.
11 a und 31 kontinuierlich so miteinander vereinigt, daß die Deckkontakte 26 (Fig. 2) mit den Kontaktgittern 33 (Fig. 3) absolut zur Deckung kommen, wobei die Folien in seitlicher Richtung so positioniert werden, daß die Kante 21 der Folie 11 mit der in Figur 3 gestrichelt dargestellten Linie 39 zur Deckung kommt. Hierbei kommt die Kante 37 der Folie 31 mit der Figur 2 gestrichelt dargestellten Linie 40 zur Deckung, so daß von beiden Folien 11 und 31 der jeweils außerhalb der Deckkontakte 26 bzw. der Kontaktgitter 33 und jenseits der gestrichelten Linien 39 und 40 liegenden.#ei# nach verschiedenen Seiten übersteht und solgenannte Fortsätze 41 und 42 bildet, die zusammen mit dem Halbleiterelement 25 im Querschnitt die Form eines "Z" bilden. Das Aussehen der bisher fertiggestellten Anordnung ist in Figur 7 dargestellt. Aus Filgur 7 nicht ersichtlich ist die zwischen der Folie 11 und der 1. Schicht 23 angeordnete Haftvermittlerschicht. Gleichfalls nicht gesondert dargestellt ist der auf der Folie 31 angeordnete Teilbelag; vielmehr ist die Folie 31 als Ganzes als leitfähige Folie dargestellt. Es ist dabei noch zusätzlich möglich, auf die Folie 31 noch eine zusätzliche, lichtdurchlässige, isolierende Schutzfolie 43 aufzu bringen, welche über die Kante 37 bis zur Folie 11 heruntergezogen ist.
Es ist natürlich möglich, entweder auf die Deckkontakte 26 oder auf die Kontaktgitter 33 zu verzichten. Bei Verzicht auf die Kontaktgitter 33 muß auf andere Weise dafür Sorge getragen werden, daß die Abschlußfahnen 34 mit den Deckkontakten 26 in elektrisch leitende Verbindung gebracht werden. Auf keinen Fall dürfen die biegsamen Folien 11 und 31 mittels etwaiger gegenüberliegender leitfähiger Flächen miteinander in Berührung kommen. Dies käme ungünstigstenfalls für die freien Flächen 21 infrage.
Das durch Vereinigung der Gegenstände gemäß Figur 2 und 3 hergestellte, zunächst noch endlose Band von Halbleiterelementen von einem Querschnitt gemäß Figur 7 ist im Hinblick auf jedes Halbleiterelement voll funktionsfähig.
Dieser Teil des Bandes ist in Figur 1 mit 11b bezeichnet.
Es läuft zwischen Kontaktrollen 44 und 45 hindurch, die mit einer Auswerteschaltung 46 und einem Anzeigegerät 47 verbunden sind. Auf diese Weise ist eine Kontrolle während der kontinuierlichen Herstellung möglich; es kann eine Auswahl von Hand vorgenommen oder maschinelle Sortiereinrichtung eingesetzt werden, welche die einzelnen Halbleiterelemente nach ihren optisch-elektrischen Eigenschaften sortiert. Das zunächst noch endlose Band tritt in eine Schneideeinrichtung 48 ein, in der es in gleich lange Streifen 49 von vorbestimmter Länge zerlegt wird. Es versteht sich, daß der Trennschnitt in die Mitte der freien Flächen 20 zwischen den Halbleiterelementen 25 gelegt wird.
Ein solcher abgelängter Streifen 49 ist in Figur 4 dargestellt. Eine Vielzahl solcher Streifen 49 a bis 49 d ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Die Streifen sind parallel zueinander und bündig ausgerichtet und über formschlüssige Verbindungen 50 an ihren Nahtstellen miteinander verbunden. Lediglich die Fortsätze 41 und 42 des jeweils letzten Streifens werden freigelassen.
Die einzelnen Schritte des Verfahrens, die zu dem Gegenstand nach den Figuren 5 und 6 führen, sind anhand der Figuren 7 bis 9 dargestellt. Ausgehend von Figur 7 wird der Fortsatz 41 der Folie 11 nach unten abgekantet und in Form "U" wieder nach oben gebogen. Gleichfalls ausgehend von Figur 7 wird der gegenüberliegende Fortsatz 42 senkrecht nach unten abgewinkelt. Hierbei entfaltet die um die Kante 21 herumgelegte Klebefolie 29 ihre besondere Wirkung; sie verhindert, daß die Folie 31 bzw. deren leitfähiger Teilbelag mit der Folie 11 oder mit der 1. Schicht 23 in Berührung kommt, was zu einem Kurzschluß des Halbleiterelements 25 führen würde. Gemäß Figur 8 werden nun die Fortsätze 42 in die U-förmig gebogenen Fortsätze 41 des jeweils benachbarten Halbleiterelements eingeführt, wobei die Abbiegungen so getroffen sind, daß die Halbleiterelemente 25 jeweils in einer Ebene liegen. Die gemäß Figur 8 vorbereiteten Fortsätze 41 bzw. 42 werden nunmehr gemäß Figur 9 ineinander eingerollt, so daß die formschlüssigen Verbindungen 50 entstehen.
Im Regelfall werden von dem Endlosband Teillängen abgetrennt, die sich beispielsweise über 10 Halbleiterelemente 25 erstrekken. Eine Vielzahl solcher Streifen 49 wird gemäß den Figuren 4 bis 9 zu einem mattenähnlichen Gebilde verbunden, bei dem die Halbleiterelemente eines Streifens parallel und diejenigen benachbarter Streifen in Serie geschaltet sind. Die Verarbeitung tung der Streifen erfolgt zweckmäßigerweise nur bis zu Matten von endlicher Länge, d.h. 1 - 2 m. Die Folien 11 und 31 können zweckmäßig mit einer Breite von 115 mm eingesetzt werden; es ist jedoch möglich, Folien mit einem Vielfachen dieser Breite einzusetzen und mit mehreren parallelen Reihen von Halbleiterelementen zu versehen, die nachfolgend in Längsrichtung getrennt werden, so daß Folienstreifen gemäß den Figuren 2 bzw. 3 gebildet werden. Diese können auf die bereits beschriebene Weise verarbeitet werden.
Diese Matten können gegebenenfalls durch nachfolgende Arbeitsschritte (Einfassung) zu mechanisch stabilen und wetterfesten Sonnengeneratoren verarbeitet werden. Die Vorderkante des ersten Sonnenzellenstreifens und die Hinterkante des letzten Streifens einer Matte dienen hierbei als elektrische Kontakte der ganzen Matte.
Durch die hermetische Einbettung der lichtelektrisch wirksamen Schichten zwischen der Substratfolie und der transparenten Deckfolie nach dem beschriebenen Verfahren sind die Matten geeignet für Zwischenlagerung, ohne daß eine chemische Degradation oder eine mechanische Verletzung der Dünnschicht-Sonnenzelle befürchtet werden muß.

Claims

ANSPROCHE Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlung in elektrische Energie, bestehend aus einer Reihenanordnung von strahlungsempfindlichen Halbleiterelementen, die als dünne Schichten unmittelbar auf einer biegsamen Folie angeordnet und mit Anschlußkontakten zweier Polaritäten für die elektrische Reihenschaltung der Halbleiterelemente untereinander versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein in sich geschlossenes Halbleiterelement (25) zwischen zwei; elektrisch leitenden, die Anschlußkontakte bildenden biegsamen Folien (11,31) eingeschlossen ist, von denen die eine mindestens teilweise für die Strahlung durchlässig ist, daß die Folie (11) der einen Polarität nach der einen Seite und die Folie (31) der anderen Polarität nach der entgegengesetzten Seite des Halbleiterelements einen überstehenden Fortsatz (41,42) aufweist, und daß die Fortsätze unterschiedlicher Polaritäten jeweils zweier benachbarter Halbleiterelemente (25) miteinander formschlüssig verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung eine Falzverbindung ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination aus leitender Folie (11) und Halbleiterelement (25) an der dem Fortsatz (41) der gleichen Folie abgekehrten Kante (21) mit einem bis über die Folie (11) reichenden Isolierstoffüberzug (29) versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der leitenden Folien (11,31) auf der Außenseite mit einem Isolierstoffüberzug (43) versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (41) der leitenden Folie (11) eines Halbleiterelements (25) in Form eines "U" gebogen ist, daß der Fortsatz (42) der leitenden Folie (31) anderer Polarität des benachbarten Halbleiterelements (25) 25)abgewinkelt und in das "U" eingreifend ausgebildet ist, und daß die benachbarten Halbleiterelemente im wesentlichen in einer Ebene liegen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlendurchlässigkeit der einen leitenden Folie (31) durch einen fensterförmigen Ausschnitt gebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterelemente hintereinander und parallel zu den Fortsätzen zwischen zwei leitenden Folien angeordnet sind.
8. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf einer elektrisch leitenden Folie hintereinander eine Mehrzahl von Halbleiterelementen durch ein bekanntes Dünnschichtverfahren aufbringt, daß man auf die oberste Komponente der Halbleiterelemente eine elektrisch leitende, mindestens teilweise für die Strahlung durchlässige weitere Folie aufbringt, daß man die Folien-Halbleiter-Kombination nach Maßgabe der Breite der Gesamtanordnung in einzelne Streifen zerlegt und daß man die einzelnen Streifen durch eine formschlüssige Verbindung der über stehenden Fortsätze elektrisch in Reihe schaltet.