DE2839038C2 - - Google Patents

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Total Energie Developpement New York Ny Us
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Großflächenanordnung aus Photozellen auf einem ge­ meinsamen transparenten und elektrisch isolierenden Substrat. Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 38 80 633 bekannt.
Technologie und Theorie der Herstellung von Sperrschicht- Photozellen, die einfallendes Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln, sind vom Prinzip her allgemein bekannt. Die hauptsächlichen, derzeit untersuchten technischen Schwierigkeiten betreffen die Herstellung solcher Photozellen mit Fertigungskosten, die mit den derzei­ tigen Stromerzeugungsanlagen unter Verwendung von Energieträgern wie Öl, Kohle oder Kernspaltstoffen wett­ bewerbsfähig sind. Es ist augenscheinlich, daß hierzu Massenfertigungsverfahren benötigt werden, mit denen Flächen in der Größenordnung von Quadratkilometern mit derartigen Photozellen bedeckt werden können.
Bei einem aus der US-PS 34 83 038 bekannten Verfahren wird eine polykristalline Cadmiumsulfidschicht durch Maskieren und Vakuumaufdampfen von Cadmiumsulfid auf der Oberfläche eines geeigneten Substrats, das im allgemeinen aus einer flexiblen Kunststoff- oder Metallfolie besteht, und an­ schließendes Vakuumaufdampfen oder Auftragen einer Auf­ schlämmung zur Formung einer Kupfer(I)-Sulfid-Schicht bzw. Kuprosulfidschicht auf dem Cadmiumsulfid unter Bildung des Heteroübergangs ausgebildet. Ersichtlicherweise ist dieses Verfahren zeitraubend und nicht besonders gut für die Massen oder Großserienfertigung von großflächigen Tafelanordnungen geeignet, in denen die Photozellen mit­ einander in Reihe geschaltet sind. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß Kunststoffsubstrate für die Ausbildung der erforderlichen Schichten ein mit niedriger Temperatur arbeitendes Verfahren, wie Vakuumaufdampfen, erfordern, weil der Kunststoff keiner hohen Temperatur ausgesetzt werden kann.
Bei diesem aus der US-PS 34 83 038 bekannten Verfahren werden die auf dem Substrat angeordneten schichtförmigen Photozellen in Reihe geschaltet. Hierzu wird unter jeder der Photozellen ein elektrisch leitender Film angeordnet, der einen den gleichen Flächenbereich wie die Photozelle umfassenden ersten Abschnitt und einen zweiten, sich außer­ halb des Bereichs jeder der Photozellen erstreckenden und der jeweils angrenzenden Photozelle gegenüberliegenden Abschnitt aufweist. Zur gegenseitigen Verbindung der Viel­ zahl der Photozellen zu einer elektrischen Reihenschaltung wird über jeder der Photozellen eine feste leitende Schicht angeordnet, die sich in überdeckendem körperlichen und elektrischen Kontakt mit der Länge des zweiten Ab­ schnitts des elektrisch leitenden Films findet.
Schließlich ist aus der oben bereits erwähnten US-PS 38 80 633 ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen von Photozellen bekannt, bei dem zunächst eine bestimmte Fläche eines Substrats praktisch voll­ ständig mit einem ersten Film aus einem durchsichtigen und elektrisch leitfähigen Material und dann mit einem darüber liegenden zweiten Film aus mindestens einem Halb­ leitermaterial überzogen wird. Hierauf wird eine Deck­ schicht aus einem anderen elektrisch leitfähigen Ma­ terial auf die Photozellen und praktisch über die ge­ samte betreffende Fläche des Substrats aufgebracht. Anschließend werden dann bestimmte Abschnitte des Films selektiv abgetragen oder entfernt, um auf dem Substrat zahlreiche auf Abstand angeordnete Solarzellen auszu­ bilden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß in der Großflächenanordnung die Photozellen auf einfache und zuverlässige Weise in Reihe geschaltet werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale ge­ löst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 7.
Mit der Erfindung wird also ein Verfahren zur Ausbildung einer Großflächenanordnung aus Photozellen in Form einer Vielzahl kleiner Sperrschicht-Photozellen auf einem gemeinsamen durchsichtigen Substrat geschaffen. Dabei werden zunächst schichtweise oder lagenförmig Filme im wesentlichen auf die Gesamtoberfläche des durchsichtigen Substrats aufgebracht. Anschließend werden zur Bildung einer Vielzahl kleinerer Photozellen bestimmte Abschnitte der Filme selektiv abgetragen. Schließlich wird ein leit­ fähiges Material aufgetragen, durch welches die Photozellen zu einer Anordnung bzw. Batterie verbunden werden.
Eine Photozellenbatterie wird so auf einem durchsichtigen, glasartigen Substrat, z. B. aus Glas o. dgl., hergestellt. Auf diese Weise wird eine Hinterwandzellenbatterie ge­ schaffen, die nach einem Spritzverfahren hergestellt werden kann. Das glasartige Substrat erlaubt die Filmformung bei hoher Temperatur, und es ist im Anschluß hieran bei den mechanischen oder chemischen Filmabtragungsverfahren be­ ständig bzw. widerstandsfähig.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 und 1A Schnittansichten einer Photozellentafel,
Fig. 2 und 2A Schnittansichten einer Photozellen­ tafel, auf welcher Filmmaterial zur Bil­ dung mehrerer Photozellen abgetragen worden ist,
Fig. 3 und 3A Schnittansichten der Photozellen­ tafel nach der Vorbereitung für den Auf­ trag eines abdeckenden leitfähigen Über­ zugs,
Fig. 4 und 4A Schnittansichten der Photozellen­ tafel nach dem Auftragen von elektrisch leitenden Schichten,
Fig. 5 und 5A Schnittansichten der Photozellen­ tafel mit in Reihe geschalteten, gegenüber Umgebungseinflüssen abgedichteten Photozellen,
Fig. 6, 6A und 6B Schnittansichten zur Darstellung von Arbeitsgängen zur Herstellung einer Reihen­ verbindung nach einem Abtragverfahren,
Fig. 7, 7A und 7B den Fig. 6 bis 6B ähnelnde Ansich­ ten zur Darstellung der Herstellung der Reihenverbindung mittels eines "Abreißstrei­ fens",
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer fertig­ gestellten Photozellentafel, in welcher die Tiefe der Sperrschichten übertrieben groß darge­ stellt ist, und
Fig. 9 und 9A Schnittansichten der Elektroden­ formen an den Enden der Photozellentafel.
In den Fig. 1 bis 5 ist ein erstes Verfahren zur Herstellung einer zusammenhängenden Solarzellenanordnung dargestellt, bei dem eine negative Elektrodenschicht auf der Gesamtoberfläche einer Tafel ausgebildet und durch selektives Abtragen mit den darüber befindlichen, einen Heteroübergang bilden­ den Filmen zu Elektrodenbereichen geformt wird, die von den benachbarten negativen Elektrodenbereichen elektrisch isoliert sind. Die Fig. 1A bis 5A veranschaulichen ein anderes Verfahren, bei dem die negative Elektrode vor der Ausbildung der Über­ zugsfilme in eine Anzahl getrennter negativer Elektrodenbe­ reiche unterteilt wird.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Substrattafel 10, die mit schichtweise aufgetragenen SnO x , CdS- und Cu x S-Filmen 12, 14 bzw. 22 beschichtet ist. Diese Schichten, die gemeinsam eine großflächige Sperrschicht-Photozelle bzw. Solar­ zelle bilden, werden anfänglich über die gesamte Substrattafel 10 hinweg ausgebildet. In diesem Zustand stellt die gesamte Tafel effektiv eine große Photozelle dar, die elektrische Energie mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke liefert, wenn sie mit entsprechenden Elektroden verbunden wird.
Nachdem die gesamte Tafel mit den Halbleitermaterialien beschichtet worden ist, wird die Photozellentafel sodann auf die in Fig. 2 gezeigte Weise zu einer Vielzahl von Sperr­ schicht-Photozellen umgeformt. Dabei werden der Cu x S-Film 22 und der CdS-Film 14 über einen Teil des SnO x -Films 12 abge­ tragen, um dessen Oberfläche 16 in einem vorbestimmten Muster freizulegen. Speziell wird ein etwa 1 mm breiter Streifen des SnO x -Films freige­ legt. Die Breite dieses freigelegten Streifens wird so gewählt, daß die verschiedenen Isolierfilme sowie die anderen, auf dem SnO x -Film ausgebildeten Materialien, die zur Herstellung der elektrischen Verbindungen nötig sind, von diesem Streifen auf­ genommen werden können. Das Abtragen der Filme 22 und 14 kann zweckmäßig mit Hilfe eines hierfür geeigneten Werkzeugs ge­ schehen, beispielsweise mit einem Rillenstechwerkzeug oder einem rotierenden Schneidwerkzeug, etwa einem Fräser.
Gemäß Fig. 2 muß der SnO x -Film 12 längs des einen Rands des Bereichs entfernt werden, von welchem die darüber­ liegenden Halbleiterfilme 22 und 14 abgetragen worden sind. Der SnO x -Film 12 stellt eine harte, festhaftende Schicht dar, die sich auf mechanischem Wege nicht so leicht entfernen läßt wie die CdS- und Cu x -Filme 14 bzw. 22. Für den vorgesehenen Zweck kann also ein Verfahren angewandt werden, bei dem im wesentlichen ein kleiner Teil dieses Films verdampft wird, so daß die einzelnen Photozelleneinheiten an dieser Verfahrens­ stufe elektrisch voneinander isoliert sind. Für diesen Zweck wird zur Verdampfung des SnO x -Films zwecks Bildung der Rille 13 eine mit niedriger Spannung von typischerweise etwa 20 Volt Gleichstrom arbeitende Sonde verwendet, mit der längs des SnO x -Films ein elektrischer Lichtbogen erzeugt und dadurch das zu entfernende SnO x verdampft wird. Die Abtragung des SnO x -Films kann auch mittels eines stark gebündelten Laserstrahls erfolgen, der so konzentriert ist, daß er eine schmale, abzutragende Fläche des SnO x -Films verdampft. Weiter­ hin kann die Rille 13 im SnO x -Film nach herkömmlichen Maskier- und chemischen Ätzverfahren erfolgen, wie sie üblicherweise für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen angewandt werden. Sobald die verschiedenen, gegeneinander elektrisch isolierten Photozellen ausgebildet worden sind, müssen diese Einheiten sodann zur Bildung der Reihenanordnung bzw. der in Reihe geschalteten Batterie von Photozellen miteinander ver­ bunden werden. Gemäß Fig. 3 müssen die Photozelleneinheiten zur Aufnahme von aufzubringenden Überzugsschichten aus leit­ fähigem Material vorbereitet werden. Zu diesem Zweck werden die freiliegenden Ränder der Halbleiterschichten 14 und 22 zunächst mit geeigneten elektrisch isolierenden Werkstoffen beschichtet. Es hat sich herausgestellt, daß für diesen Zweck die einen Isolierfilm bildenden Werkstoffe benutzt wer­ den können, wie sie beim üblichen Maskiervorgang für die chemische Ätzung angewandt werden. Dabei wird ein erster Iso­ lierfilm 24 längs des Rands der Schichten vorgesehen, welcher sich unmittelbar an den freigelegten SnO x -Streifen 16 anschließt. Ein zweiter Isolierfilm 26 wird auf dem freiliegenden Rand der Halbleiterschicht der benachbarten Photozelleneinheit so aus­ gebildet, daß er die Rille 13 vollständig aus­ füllt. Wie noch näher erläutert werden wird, können die Iso­ lierfilme 24 und 26 aus demselben Material oder erforderlichen­ falls aus verschiedenen Werkstoffen bestehen.
Die Isolierfilme 24 und 26 können aus Materialien bestehen, mit denen die Halbleiterschichten 14 und 22 nicht derart reagieren, daß sich eine Verschlechterung ihrer Halbleitereigenschaften ergibt. Für den vorgesehenen Zweck zufriedenstellend angewandte Werkstoffe sind u. a. sog. Photolacke, Polyvinyl­ chlorid-Filme, Acryllack und Zellulosefilmbildner. Wenn der Isolierfilm 24 später entfernt werden soll, kann er aus Druck­ farben auf Asphaltbasis oder aus abziehbare Filme bildenden Stoffen auf Lösungsmittelbasis hergestellt werden, wie sie in der Druck- und Ätzindustrie allgemein bekannt sind. Das Auftragen dieser Isoliermaterialien erfolgt mittels eines nadelförmigen Schreibröhrchens, das eine so große Öffnung besitzt, daß das Isoliermaterial als Aufschlämmung mit hohem Feststoffgehalt und nur soviel Lösungsmittel, daß die Aufschlämmung durch das Schreibröhrchen zu fließen vermag, aufgebracht werden kann.
Gemäß Fig. 3 wird weiterhin auf der Oberfläche des SnO x -Streifens 16 ein Haftstreifen 28 vorgesehen, um einen bes­ seren elektrischen Kontakt und eine sichere Verbindung zwischen den aufzubringenden leitfähigen Überzugsschichten und der darunterliegenden SnO x -Schicht 12 zu gewährleisten. Die Not­ wendigkeit für den Haftstreifen 28 bestimmt sich durch das tatsächlich auf die Anordnung aufgebrachte Leitermaterial. Mittels einer rotierenden Messingscheibe wird eine kleine Messingmenge durch den Reibungs­ kontakt zwischen dieser und dem freigelegten SnO x -Streifen 16 unmittelbar auf diesem freigelegten Streifen 16 abgelagert, da Messing mit einer aufzutragenden Kupferschicht besonders verträglich ist. Andere Werkstoffe, die sich für die Ausbildung des Haftstreifens 28 eignen, sind Zink, Indium, Kadmium, Zinn und Bronze sowie Legierungen davon.
Gemäß Fig. 4 wird sodann im Vakuum auf die Gesamtoberfläche des Substrats eine erste Leiterschicht 30 aufgedampft, die aus Kupfer bestehen kann, das eine zufriedenstellende Verbindung mit der Cu x S-Schicht 22 und der Haftschicht 28 eingeht. Abschließend kann auf die Kupferschicht 30 eine Bleischicht 32 aufgebracht werden, um einen zusätzlichen elektrischen Strompfad zu bilden und die Kupferschicht 30 vor Oxidation oder möglicher Beschädigung während der Weiterverarbeitung der Photozellen zu schützen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß Kupfer und Blei zur Bildung einer Legierung an der Grenzschicht zwischen diesen beiden Metallen neigen, wenn die Photozelle nach der Herstel­ lung dieser beiden Schichten erwärmt wird. Aus diesem Grund kann an dieser Grenzschicht eine sehr dünne Sperrschicht mit einer Dicke von einigen Å erforderlich sein, um einen unmittel­ baren Kontakt zwischen dem Blei und dem Kupfer zu verhindern. Eine zweckmäßige physikalische Sperrschicht kann aus oxidier­ tem Kupfer, Eisen oder Inconel bestehen.
Die Blei­ schicht dient zum Schutz der Cu x S-Schicht vor Verschlechterung bzw. Zersetzung sowie zur Verlängerung der Betriebslebens­ dauer des Photozellen-Heteroübergangs. Kupfer(I)sulfid ist normalerweise sehr anfällig für eine Zersetzung in Gegenwart von Sauerstoff und Wasser, wobei eine derartige Zersetzung auftreten könnte, wenn die Schicht im Betrieb als umgekehrte Hinterwandzelle der Atmosphäre ausgesetzt wäre. Bisher stehen keine durchsichtigen Leitermaterialien zur Verfügung, mit denen die Kupfer(I)sulfid-Schicht zu ihrem Schutze überzogen werden könnte. Infolgedessen waren bisher gitterartige Elektro­ den-Konfigurationen mit einem weiteren Überzug zur Abdichtung der Zelle erforderlich. Bei der Hinterwand- Photozelle ist keine Bestrahlung der Kupfer(I)sulfid-Schicht erforderlich, so daß eine massive Elektrode verwendet wer­ den kann, die gleichzeitig auch als Abdichtung und als Schutz für die Kupfer(I)sulfid-Schicht dienen kann.
Es hat sich erwiesen, daß mehrlagige Leiterschich­ ten aus Kupfer und Blei zahlreiche Vorteile bieten. Kupfer haftet sehr gut am Kupfer(I)sulfid, und es begünstigt auch die Einhaltung seiner Stöchiometrie. Kupfer allein ist jedoch für Sauerstoff und Wasserdampf bis zu einem gewissen Grad durchlässig. Die Kupferschicht kann daher durch eine zweite, über ihr ausgebildete Schicht aus Blei "versiegelt" werden. Blei stellt ebenfalls einen guten elektrischen Leiter dar, wodurch die Gesamtleitfähigkeit des leitfähigen Überzugs­ materials verbessert und gleichzeitig die Cu x S-Schicht ge­ schützt wird.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer fertigge­ stellten Tafel mit in Reihe geschalteten Photozellen. Dabei stellt ein Teil der elektrisch leitenden Überzugsschichten 30 und 32 einen elektrischen Kontakt mit einem Teil des freigelegten SnO x -Streifens 16 her, wobei dieser elektrische Kontakt durch den Haftstreifen 28 noch verbessert wird. Die leitfähigen Schichten 30 und 32 erstrecken sich sodann über die Cu x S-Schicht 22 der benachbarten Photozelle, wobei sie durch die Isolierschicht 26 an einem Kontakt mit einem anderen Abschnitt der benachbarten Photozelle gehindert wer­ den. Da die SnO x -Schicht die negative Elektrode einer Photo­ zelleneinheit darstellt, während die Cu x S-Schicht den posi­ tiven Abschnitt der benachbarten Einheit darstellt, sind die Photozelleneinheiten auf diese Weise elektrisch in Reihe ge­ schaltet. Gewünschtenfalls kann die schichtweise aufgebaute Oberfläche der Photozellentafel sodann noch mit einer geeigneten Dichtmasse 34 überzogen und dadurch vor schädlichen Umwelt­ einflüssen geschützt werden, wobei die Dichtmasse sich auch über den freigelegten Spaltraum 36 über dem freigelegten SnO x - Streifen 16 erstreckt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, eignet sich das gesamte Verfahren zur Herstellung der in Reihe geschalteten Photozelleneinheiten sehr gut für die Herstellung auf Massenfertigungsbasis. Die Arbeitsgänge der Ausbildung der einzelnen Photozelleneinheiten, des Aufbringens der Iso­ lierstreifen sowie der Anordnung des Haftstreifens können sämtlich mittels einer entsprechenden Maschine in einem einzigen Arbeitsgang über die Oberfläche des beschichteten Substrats hinweg durchgeführt werden. Gewünschtenfalls können mehrere Vorrichtungen verwendet werden, so daß die gesamte Tafel in einem einzigen Arbeitsgang fertiggestellt wird und somit nur ein einziges Mal genau ausgerichtet zu werden braucht. Die anschließenden Arbeitsgänge der Ausbildung der leitfähigen Metallschichten 30 und 32 durch Vakuumaufdampfen lassen sich ohne weiteres auf industrieller Fertigungsbasis durchführen, obgleich sie einen größeren Aufwand bedingen als die für die Herstellung der anderen Filme bzw. Schichten angewandten Spritzverfahren. Wie noch näher erläutert werden wird, ist das selektive Abtragen von Abschnitten der leitfähigen Über­ zugsschichten 30 und 32 zur Fertigstellung der Anordnung nach verschiedenen Verfahren möglich.
Gemäß Fig. 5 ist der Isolierstreifen 24 zusammen mit dem darüber befindlichen Teil der Leiterschichten 30 und 32 abgetragen worden. Dies kann in an sich bekannter Weise unter Verwendung des Isolierfilms 24 (Fig. 4) erfolgen, der sich durch Ultraschallschwingung entfernen bzw. zersetzen läßt, worauf die darüberliegenden Leiterschichten 30 und 32 ihre tragende Unterstützung verlieren und ebenfalls durch die Ultraschallschwingung abgetragen werden. Der Isolierfilm 26 wird dagegen so gewählt, daß er bei der Ultraschallfrequenz, bei welcher der Film 24 entfernt wird, seinen strukturellen Zusammenhang beibehält. Auf diese Weise können ausgewählte Abschnitte der leitfähigen Schichten 30 und 32 zur Herstellung der gewünschten elektrischen Anschlüsse bzw. Verbindungen ent­ fernt werden.
In den Fig. 1A-5A ist eine Substrattafel 10 darge­ stellt, bei welcher die SnO x -Bereiche 12 bereits ausgebildet und elektrisch voneinander isoliert sind. Diese Konfiguration kann sich dann ergeben, wenn eine fehlerhafte Tafel überarbeitet wird oder wenn die CdS-Beschichtung eingeleitet werden soll, nachdem das SnO x bereits entfernt worden ist. Die Entfernung des SnO x zur Bildung der isolierten Elektrodenbereiche kann auf die vorher in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Weise erfolgen. Aufgrund der bei der Herstellung einer Photozellen­ tafel nach dem Aufspritzverfahren angewandten, zunehmend steigen­ den Temperaturen ist es wünschenswert, das SnO x zu entfernen, ohne daß die gesamte Tafel auf Raumtemperatur und anschließend wieder erwärmt zu werden braucht. In diesem Fall wird eine Niederspannung-Sonde ange­ wandt, um die Filmabtragung vor der Ausbildung der CdS-Schicht 14 durchzuführen.
Sobald das gesamte Substrat mit den den Heteroüber­ gang bildenden Filmen, d. h. der CdS-Schicht 14 und der Cu x S- Schicht 22, beschichtet worden ist, werden ausgewählte Ab­ schnitte dieser Filme bzw. Schichten auf die vorher in Ver­ bindung mit Fig. 2 beschriebene Weise abgetragen. Gemäß Fig. 2A erfolgt die Abtragung der Filme 22 und 14 über den vorher abgetragenen Bereich des SnO x -Films 12, so daß ein kleiner Anteil des CdS-Films 20 in dem Isolierspalt zurück­ bleibt, der sich praktisch längs des Rands des Abtragungs­ bereichs erstreckt.
Gemäß den Fig. 1A und 2A ist also der Spalt 13 mit einem Teil des CdS-Films 20 ausgefüllt. Dies ist dann der Fall, wenn der SnO x -Film vor der Formung der Halbleiterfilme entfernt wird, um eine mögliche Beschädigung der darüberliegen­ den Halbleitermaterialien durch die bei der Filmverdampfung entstehende Wärme zu vermeiden. Das den Spalt 13 ausfüllende CdS-Material 20 erhält ein anderes Kristallgefüge als die CdS-Mikrokristalle, die sich unmittelbar an der SnO x -Schicht bilden. Es wird angenommen, daß das CdS-Material 20 im Spalt 13 einen wesentlich höheren spezifischen Widerstand besitzt als der CdS-Film 14, so daß es eine Isolierung zwischen be­ nachbarten Bereichen des SnO x -Films 12 herstellt. Infolge­ dessen kann das CdS-Material 20 beim Abtragen der überziehen­ den Halbleiterbereiche 22 und 14 einfach im Spalt 13 belassen werden.
Die Fig. 3A, 4A und 5A veranschaulichen die Arbeitsgänge der Ausbildung der Isolierfilme 24 und 26, der Aufbringung der Haftschicht 28, der Ausbildung der Leiterschichten 30 und 32 und der anschließenden Abtra­ gung von bestimmten Abschnitten der Leiterschichten zur Her­ stellung der gewünschten elektrischen Verbindung. Diese Arbeits­ gänge werden auf dieselbe Weise durchgeführt, wie sie in Ver­ bindung mit den Fig. 3 bis 5 beschrieben worden ist, worauf die so gebildete Photozellenanordnung für die Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt werden kann.
Vorstehend wurde nur das derzeit bevorzugte Ver­ fahren zur Abtragung der leitfähigen Überzugsschichten bzw. -filme beschrieben, um dabei die einzelnen Photozellen von­ einander zu trennen und gleichzeitig die eingegliederten elektrischen Reihenverbindungen zur Bildung der zusammenge­ schalteten Anordnung herzustellen. Ein anderes Verfahren, das anstelle des mit Ultraschall arbeitenden Verfahrens zur Ab­ tragung einer Isolierschicht und der darüberliegenden Leiter­ schichten angewandt werden kann, ist in den Fig. 6, 6A und 6B veranschaulicht. Gemäß Fig. 6 sind nach der Herstellung der Photozellentafel bestimmte Abschnitte der SnO x -Schicht 12 und der darüberliegenden Filme bzw. Schichten 14 und 22 zur Bildung einer Vielzahl einzelner Photozellen auf dem Substrat 10 abgetragen worden. Die Isolierfilme 24 und 26 werden auf die vorher in Verbindung mit Fig. 3 beschriebene Weise aufgebracht, nur mit dem Unterschied, daß mittels des Auftragstifes ein größeres Volumen des Isolierfilmmaterials 24 aufgetragen wird, so daß der Isolierstreifen 24 eine wesentlich größere Höhe erhält als der Isolierstreifen 26. Der Höhenunterschied zwischen den Isolierstreifen 24 und 26 sollte dabei so gewählt sein, daß die Oberseite des Isolier­ streifens 24 nach dem Auftragen der Leiterschichten 32 und 30 gemäß Fig. 6A höher liegt als die Oberseite des Isolierstrei­ fens 26. Hierauf kann dann die Oberseite des Isolierstreifens 24 zur Entfernung der diesen überziehenden Leiterschichten 32 und 30 abgestochen werden, ohne daß die Leiterschichten 32 und 30 an anderen Stellen der Photozellentafel abgetragen werden. Auf diese Weise wird gemäß Fig. 6B ein Isolierbereich 42 ausgebildet, in welchem der Oberteil des Isolierstreifens 24 entfernt worden ist, wodurch wiederum die Reihenverbindung zwischen den benachbarten Photozellen hergestellt wird. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die gewünschte Zellenverbindung einfach dadurch hergestellt werden kann, daß die fertiggestellte Tafel unter einer passenden Schneid­ kante hindurchgeführt wird.
Gemäß Fig. 7, 7A und 7B ist noch ein anderes Verfahren zur Abtragung der Leiterschichten 30 und 32 zwecks Herstellung der Reihenverbindungen dargestellt. Bei diesem Verfahren werden wiederum auf die in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschriebene Weise mehrere Photozellen aus SnO x -Schicht 12, CdS-Schicht 14 und Cu x S-Schicht 22 auf dem Substrat 10 ausgebildet. Gemäß Fig. 7 werden sodann Isolierstreifen 24 und 26 vorgesehen. Zusätzlich wird auf der Oberseite des Isolierstreifens 24 ein "Aufreißstreifen" 44 vorgesehen, der aus einem Metalldraht oder einem beliebigen anderen Material bestehen kann, das eine für das Aufbrechen der dünnen Leiter­ schichten auf noch zu beschreibende Weise ausreichende Zugfe­ stigkeit besitzt. Gemäß Fig. 7A werden die Leiterschichten 30 und 32 wiederum über die Gesamtoberfläche der Substrattafel 10 und auch über dem Aufreißstreifen 44 angeordnet. Der Aufreiß­ streifen 44 erstreckt sich dabei über die Ränder des Substrats 10 hinaus, so daß er nach oben und am Isolierstreifen 24 ent­ lang gezogen werden kann, um dabei die überziehenden Leiter­ schichten 30 und 32 aufzubrechen und die Photozelleneinheiten unter Herstellung der Reihenverbindung gegeneinander zu isolie­ ren (vergl. Fig. 7B). Fig. 7B veranschaulicht einen Isolierbe­ reich 46, in welchem der Isolierstreifen 24 entfernt worden ist, doch kann das Isoliermaterial 24 gewünschtenfalls auch an Ort und Stelle belassen werden.
In Fig. 8 ist ein Teil einer fertiggestellten Photozellentafel 50 dargestellt, wobei mit 52 die Substrattafel aus einem durch­ sichtigen, glasartigen Werkstoff, z. B. Glas, bezeichnet ist. Auf dem Glassubstrat 52 sind in Hinterwandkonfiguration Photo­ zellen 54 angeordnet. Der positive Anschluß ist mit der Bezugs­ ziffer 60, der negative Anschluß mit der Bezugsziffer 62 versehen.
Diese Anordnung eignet sich besonders für die Herstellung der anfänglichen großflächigen Photozelle nach Aufspritzverfahren. Die einzelnen Filme oder Schichten auf dem Glassubstrat werden dabei aufeinanderfolgend und bei fortschreitend niedrigeren Temperaturen ausgebildet. In diesem Fall braucht das Glassub­ strat also nur einmal auf eine hohe Temperatur erwärmt zu wer­ den, um dann auf zunehmend niedrigere Temperaturen abgekühlt zu werden. Durch den Fortfall der Notwendigkeit für eine wiederhol­ te Erwärmung und Abkühlung des Glases in vorbestimmten Graden zur Vermeidung der Entstehung übermäßiger Spannungen wird Fer­ tigungszeit eingespart. Das Glas ist zudem wärmebeständig, so daß es den vergleichsweise hohen Temperaturen zu widerstehen vermag, bei denen die Zinnoxid- und Cadmiumsulfidfilme herge­ stellt werden.
Ein Glassubstrat eignet sich auch besonders gut für die Umformung der großflächigen Photozelle in kleinere Zelleneinheiten. Aufgrund des starren bzw. harten Trägers für die überzugsfilme kann ein spanabhebendes Schneidwerkzeug für die Filmabtragung eingesetzt werden. Aufgrund der Wärme­ beständigkeit des Glases kann außerdem das Zinnoxid durch Verdampfung abgetragen werden. Außerdem vermag das Glas erforderlichenfalls der chemischen Behandlung zu widerstehen, die für die Abtragung des Zinnoxids durch Ätzung erforderlich ist.
Bei der Herstellung der vollständigen Photozellen­ tafel können sich verschiedene Prüfvorgänge als wünschens­ wert erweisen. Insbesondere ist es vorteilhaft, den Widerstand zwischen benachbarten Photozellen nach der Abtragung der SnO x -Schicht zu prüfen, um dadurch sicherzustellen, daß die Abtragung zufriedenstellend erfolgt ist und die Photozellen­ einheiten elektrisch voneinander isoliert sind. Ein besonderes Merkmal der Hinterwandkonstruktion besteht darin, daß jede Photozelle nach Fertigstellung der Anordnung einzeln geprüft werden kann, um dabei eine etwa vorhandene schadhafte Zelle genau bestimmen zu können. Weiterhin muß die Spannung der Photozellentafel nach dem Trennen der leitenden Überzugs­ schichten geprüft werden um festzustellen, ob die angestrebte Reihenverbindung tatsächlich hergestellt worden ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß nicht dargestellte Seitenstreifen der Substrattafel 52, die senkrecht zu den Photozellen verlau­ fen, üblicherweise nach der Ausbildung der Photozellentafeln abgetrennt werden, um diejenigen Abschnitte zu entfernen, die aufgrund unvollständiger Abtragung der leitfähigen Überzugs­ schichten möglicherweise noch elektrisch miteinander verbun­ den sind.
In den Fig. 9 und 9A sind speziell die Anschluß­ bereiche der fertigen Photozellentafel 50 veranschaulicht, wobei der positive Anschluß 60 in Fig. 9 und der negative Anschluß 62 in Fig. 9A dargestellt sind. Bei positivem An­ schluß 60 gemäß Fig. 9 wird ein Leiter an der Leiterschicht 32 und über der Cu x S-Schicht 22 angeordnet. In einfachster Ausführungsform wird als Leiter 61 ein Lötmittelwulst, z.B. in Form einer Zinn/Blei-Legierung, über den Leiterschichten 32 und 30 angeordnet. Das Volumen des den Leiterstreifen 61 bildenden Lötmetalls sollte dabei so gewählt werden, daß die Stromdichten in diesem Leiterstreifen zur weitgehenden Ausschaltung von Widerstandserwärmung und Energieverlusten auf einem zulässig niedrigen Pegel verbleiben. Das die Leiter­ schicht kontaktierende Material wird unter Berücksichtigung einer betrieblichen Funktion gewählt, die mit der Leiterschicht vereinbar ist und minimale Kontaktverluste gewährleistet. Sodann können am Anschluß- bzw. Leiterstreifen 61 durch Löten, Anklemmen oder dergleichen Außenanschlüsse zur Herstellung einer zweckmäßigen elektrischen Verbindung hergestellt werden.
Gemäß Fig. 9A wird ein Anschlußstreifen 63 zur Bildung einer negativen Elektrode in Kontakt mit einem freige­ legten Abschnitt 36 der SnO x -Schicht geformt. Der Anschluß­ streifen 63 kann wiederum, wie erwähnt, mit Hilfe eines ge­ eigneten leitfähigen Materials, wie Indiumlot, hergestellt werden. Zur Verhinderung eines Kurzschlusses muß der Leiter­ streifen 63 außer Kontakt mit den Halbleiterfilmen 14 und 22 erhalten werden. Diese Isolierung bzw. Trennung kann einfach dadurch erreicht werden, daß die freiliegende Fläche 36 des SnO x -Films breit genug ausgebildet wird, um den Anschluß­ streifen 63 mit einem entsprechenden Abstand von den Halb­ leiterschichten aufzunehmen. Wahlweise kann längs der frei­ liegenden Flächen der Halbleiter- und Leiterüberzugsschichten ein Isolierstreifen vorgesehen werden, wie er vorher in Ver­ bindung mit den Arbeitsgängen zur Herstellung der Reihenver­ bindung erläutert worden ist.
Zur Ausbildung der Anschlußstreifen 61 und 63 stehen verschiedene geeignete Werkstoffe zur Verfügung, und diese Anschlußstreifen können nicht nur durch einen Lötvorgang, sondern auch in der Weise hergestellt werden, daß geeignete Anschlußstreifen 61 und 63 physikalisch auf die betreffenden Bereiche der fertiggestellten Photo­ zellentafel 52 aufgepreßt werden. Wesentlich ist dabei nur, daß der positive Anschluß 60 mit einer Cu x S-Schicht und der negative Anschluß 62 mit einer SnO x -Schicht in Kontakt steht und von den über der SnO x -Schicht befindlichen Filmen bzw. Schichten isoliert ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Großflächenanordnung aus Photozellen auf einem gemeinsamen transparenten und elektrisch isolierenden Substrat,
  • - bei dem auf die Substratoberfläche ein erster Film (12) aus transparentem und elektrisch leitendem Material und ein darüberliegender zweiter Film (14, 22) aus wenigstens einem halbleitenden Material aufgebracht werden,
  • - bei dem Bereiche der aufgebrachten Filme zur Bildung einer Vielzahl von Photozellen, die in gegenseitigem Abstand voneinander auf dem Substrat angeordnet sind, selektiv entfernt werden,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß nach dem selektiven Entfernen der aufgebrachten Filme jede der Photozellen eine freigelegte Ober­ fläche des ersten Films (12) aufweist, die vom ersten Film der benachbarten Photozelle getrennt ist,
  • - und daß nachfolgend folgende Verfahrensschritte aus­ geführt werden:
    • - Aufbringen eines ersten isolierenden Materials (24) entlang eines Kantenbereichs der zweiten Filme (14, 22) angrenzend an die freigelegte Oberfläche des ersten Films (12) und eines zweiten isolierenden Materials (26) auf die gegenüberliegenden Kantenbereiche des ersten und des zweiten Films (12; 14, 22),
    • -Aufbringen eines dritten Films (30, 32) aus elektrisch leitendem Material in Überdeckung mit der Vielzahl von Photozellen, der die freigelegten Oberflächen des ersten Films (12) kontaktiert, und
    • - anschließendes zumindest teilweises Entfernen des ersten isolierenden Materials (24) von den Photo­ zellen zur Auftrennung des dritten Films (30, 32) in eine Vielzahl von in gegenseitigem Abstand angeordne­ ten elektrisch leitenden Filmen, wobei jeder dieser Filme elektrisch die obere Oberfläche des zweiten Films (14, 22) einer Photozelle und den ersten Film (12) einer benachbarten Photozelle kontaktiert, der­ art daß eine Reihenschaltung der Photozellen gebil­ det wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selektive Entfernen von Bereichen des ersten Films (12) zur Bildung elektrisch isolierter Flächen dieses Films auf dem Substrat (10) vor dem Aufbringen des zweiten Films (14, 22) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche des zweiten Films (14, 22), die an den Stel­ len, an denen der erste Film (12) entfernt wurde, das Substrat (10) bedecken, und angrenzende Bereiche selek­ tiv entfernt werden, um freigelegte Bereiche des ersten Films (12) zu erhalten.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum selektiven Entfernen der aufgebrachten Filme zuerst ein Teil des zweiten Films (14, 22) zum Freilegen eines Teils des ersten Films (12) entfernt wird und daß anschließend ein Teil des freigelegten ersten Films (12) selektiv entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf das erste isolierende Material ein Trennmaterial (44) aufgebracht wird, das teilweise abziehbar ist und das nach dem Aufbringen des dritten Films in dessen Auftrennung entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste isolierende Material mit größerer Dicke als das zweite Material aufgebracht wird und daß nach dem Aufbringen des dritten Films zu dessen Auftrennung das erste isolierende Material teilweise abgestochen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein ausgewähltes Material (28) auf die freigelegten Bereiche des ersten Films (12) zur Ver­ stärkung der Haftung zwischen dem ersten (12) und dem dritten (30, 32) Film aufgebracht wird.
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