DE3604917C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten
Verbandes in Reihe geschalteter Dünnschicht-Solarzellen, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der JP-60-2 11 906 (A) bekannt. Bei diesem
Verfahren werden auf einem Substrat eine erste Elektrodenschicht,
eine amorphe Siliziumschicht sowie eine zweite Elektrodenschicht jeweils
großflächig nacheinander abgeschieden. Die Strukturierung zur Bildung
separater Solarzellen erfolgt erst danach. Dazu werden entlang paralleler
Linien Gräben eingebracht, welche durch alle drei genannten Schichten
hindurchreichen, und zwar bis zum Substrat herab. Diese Gräben können
mit chemischen, physikalischen oder mechanischen Maßnahmen erzeugt
werden. Die Verschaltung der separierten Solarzellen wird dadurch erreicht,
daß gewisse Bereiche der ersten Elektrodenschicht seitlich
herausgeführt sind, welche dann durch Aufbringen separater leitender
Streifen mit den zweiten Elektrodenschichten der jeweils benachbarten
Solarzellen verbunden werden. Der so hergestellte Solarzellenverband benötigt
also einen gewissen Flächenanteil, welcher für die Lichteinstrahlung
und die Elektrizitätserzeugung ungenutzt bleiben muß, da dort die
herausgeführten Bereiche der ersten Elektrodenschicht Platz beanspruchen.
Weiterhin ist aus der
DE-OS 28 39 038 ein Verfahren bekannt, bei dem es sich um die
Herstellung einer Reihenschaltungsanordnung von Sperrschicht-Photozellen
handelt, wobei auf einem aus Glas bestehenden
Substrat zunächst eine erste Elektrodenschicht
und anschließend eine photoempfindliche
Schicht
aufgebracht werden.
Zum Zwecke der Separierung einzelner Solarzellen sowie
zur Vorbereitung der elektrischen Reihenverschaltung
derselben werden dann vorbestimmte Schichtbereiche der
photoempfindlichen Schicht sowie der darunterliegenden
ersten Elektrodenschicht entfernt.
Die entfernten Schichtbereiche
der photoempfindlichen Schicht sind wesentlich
breiter als die aus der darunterliegenden Elektrodenschicht
zu entfernenden Bereiche, wobei letztere nicht
in der Mitte der Schichtlücken der photoempfindlichen
Schicht liegt, sondern zu einem Rand hin verschoben. In
einem nächsten Verfahrensschritt werden jeweils zu
beiden Seiten der in der photoempfindlichen Schicht
vorhandenen Schichtlücken Isoliermassen aufgetragen,
wobei die einen dieser beiden Isoliermassen in die
relativ schmalen Schichtlücken der Elektrodenschicht
hineinreichen. Zwischen beiden Isoliermassen wird dann
auf der freiliegenden Oberfläche der Elektrodenschicht
ein Klebemittel aufgebracht, und anschließend wird über
die gesamte Oberfläche der so entstandenen Struktur
eine zweite, aus Kupfer bestehende Elektrodenschicht
aufgedampft. Schließlich werden durch Anwendung von
Ultraschall im Bereich der einen Isoliermassen, welche
nicht in die Lücken der ersten Elektrodenschicht
hineinreichen, diese Isoliermassen mit der darüber
liegenden Kupferschicht abgesprengt, so daß nunmehr
eine Struktur entsteht, in welcher durch die ver
bleibende Kupferschicht jeweils die erste Elektroden
schicht einer Solarzelle mit der Oberseite der photo
empfindlichen Schicht der benachbarten Solarzelle
elektrisch leitend verbunden ist.
Insgesamt ist dieses bekannte Herstellungsverfahren
relativ aufwendig. Die erforderlichen großflächigen
Abscheideprozesse müssen nach dem Aufbringen der
zweiten, nämlich der photoempfindlichen Schicht, unter
brochen werden, um zunächst nur die bereits aufgebrach
ten Schichten zu strukturieren sowie in die dadurch
entstehenden Schichtlücken jeweils ein Klebemittel und
zwei Isoliermassen einzubringen, welche auch noch aus
verschiedenen Materialien zu wählen sind, da nur eine
der Massen bei der späteren Anwendung von Ultraschall
ansprechen soll. Erst hiernach wird die dritte Schicht,
nämlich die zweite Elektrodenschicht großflächig auf
gebracht, die nun aber auch die eigentlich überflüssige
eine Isoliermasse bedeckt, welche daher durch Anwendung
von Ultraschall zusammen mit dem darüberliegenden
Bereich der zweiten Elektrodenschicht abgesprengt
werden muß. Erst hierdurch erfolgt die Strukturierung
der zweiten Elektrodenschicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen,
welches
eine hohe Flächennutzung
zur Elektrizitätserzeugung ermöglicht und
insgesamt verfahrenstechnisch möglichst wenig
aufwendig und daher möglichst wirtschaftlich durch
führbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Abbildungen näher erläutert. Die Fig. 1
bis 5 verdeutlichen den Herstellungsprozeß anhand von
fünf Schichtstrukturen, welche sich im Laufe des Her
stellungsprozesses als Zwischenstufe bzw. Endprodukt
ergeben.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Her
stellung eines integrierten Dünnschicht-Solarzellen
verbandes in Reihenschaltung, bei welchem die photo
empfindliche Schicht 4 aus amorphem Silizium, die erste
Elektrodenschicht 3 aus einem transparenten, leitenden
Oxid, beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO), und die
zweite Elektrodenschicht 5 aus einer dünnen Metall
schicht, beispielsweise aus Aluminium, Nickel, Silber,
Gold oder Titan, aus Einzelelementen oder Mischungen,
etwa Aluminium und Silizium, besteht. Die erste
Elektrodenschicht 3 ist auf einem Glassubstrat 2 auf
gebracht. Die Fig. 1 zeigt als Teilquerschnitt eine
Zwischenstufe im Herstellungsverfahren nach der groß
flächigen, unmittelbar nacheinander erfolgenden Ab
scheidung der drei Schichten 3, 4 und 5 im Vakuum.
Selbstverständlich ist die photoempfindliche Schicht,
hier aus amorphem Silizium bestehend, zum Zwecke der
Erzeugung unter Lichteinfall sowie Trennung der dabei
erzeugten Ladungsträger auf übliche Weise aus Unter
schichten aufgebaut, beispielsweise gemäß einer pin-
oder auch nur einer pn-Struktur. Diese Unterschichten
können nacheinander beispielsweise durch bekannte
Glimmentladungsverfahren aus einer silanhaltigen Atmo
sphäre abgeschieden werden. Auch zur Abscheidung der
aus einem transparenten leitenden Oxid bestehenden
ersten Elektrodenschicht 3 sowie der aus einer dünnen
Metallschicht bestehenden zweiten Elektrodenschicht 5
können bekannte Vakuumabscheidungsverfahren genutzt
werden, beispielsweise Vakuumaufdampfen oder Sputtern.
Als nächste Verfahrensschritte werden zum Zwecke der
Strukturierung der zweiten Elektrodenschicht 5 sowie
der darunterliegenden photoempfindlichen Schicht 4 vor
bestimmte Bereiche 6 bzw. 7 entfernt. Dies kann zweck
mäßig durch Ätzen, beispielsweise unter Anwendung von
Siebdruckverfahren, erfolgen. Hierbei ist vorteil
hafterweise darauf zu achten, daß der zu entfernende
Schichtbereich 6 der zweiten Elektrodenschicht 5 etwas
breiter ist als derjenige (7) der darunterliegenden
photoempfindlichen, amorphen Siliziumschicht 4, so daß
die Ränder 8 der verbleibenden Bereiche der photo
empfindlichen Schicht 4 über die Ränder 9 der ver
bleibenden Bereiche der zweiten Elektrodenschicht 5
etwas hinausragen. Hierdurch kann vermieden werden, daß
durch nicht immer zu vermeidende Unsauberkeiten
Material von den Rändern der zweiten Elektrodenschicht
5 in unkontrollierbarer Weise an Randbereichen der
photoempfindlichen Schicht 4 bis zur ersten Elektroden
schicht 3 herabreicht, wodurch die entsprechende Solar
zelle praktisch kurzgeschlossen wäre. Als weitere prak
tisch anwendbare Verfahren zur nacheinander erfolgenden
Strukturierung der beiden oberen Schichten kommen für
das Aufbringen des Ätzmittels Tampondruckverfahren oder
das Aufsprühen mittels Nadeldosiersystemen in Frage.
Auch kann durch entsprechende Auswahl des Ätzmediums
erreicht werden, daß mit nur einem einzigen Ätzmittel
die Bereiche 6, 7 abgetragen werden können. Es muß dabei
nur gewährleistet sein, daß die zweite Elektroden
schicht 5 etwas stärker angeätzt wird als die photo
empfindliche Schicht 4, damit Ränder 8 entstehen, die
über die Ränder 9 der verbleibenden Bereiche der
zweiten Elektrodenschicht 5 etwas hinausragen. Ein
weiteres praktisch anwendbares Verfahren zur Struktu
rierung der photoempfindlichen Schicht 4 ist das
Abtragen mittels einer Ultraschallsonde.
Gemäß Fig. 3 werden in einem anschließenden Verfahrens
schritt die relativ schmalen vorbestimmten Schicht
bereiche 10 aus der ersten Elektrodenschicht 3 ent
fernt, vorzugsweise durch Laserbestrahlung oder
Elektroerosion. Hierdurch ist es möglich, einen
besonders schmalen Schichtbereich einwandfrei zu ent
fernen. Über der hierdurch entstehenden Schichtlücke
wird nun gemäß Fig. 4 eine vorzugsweise zunächst zäh
flüssige Isoliermasse aufgebracht, welche die Rand
bereiche 9 und 8 der zweiten Elektrodenschicht 5 sowie
der photoempfindlichen Schicht 4 abdeckt sowie in die
Schichtlücke der ersten Elektrodenschicht 3 hinein
reicht. Die Isoliermasse 11 kann mit Hilfe von Sieb
druckverfahren o. ä. aufgebracht werden.
Schließlich wird in einem letzten Verfahrensschritt
gemäß Fig. 5 über dem Isoliermittel 11 eine elektrisch
leitfähige Paste 12, z.B. Silberleitpaste, welche nach
dem Aufbringen erstarrt, aufgebracht, welche dann den
Randbereich 13 jeweils einer Solarzelle 14 mit der
freigelegten ersten Elektrodenschicht 16 der benach
barten Solarzelle 15 verbindet. Das Aufbringen der
elektrisch leitfähigen Paste 12 kann beispielsweise
unter Anwendung von Siebdruckverfahren erfolgen, auch
kann von Tampondruckverfahren und Nadeldosiersystemen
Gebrauch gemacht werden.
Insgesamt stellt die hier durch ein Ausführungsbeispiel
konkretisierte Verfahrensweise gemäß der Erfindung ein
einfach strukturiertes und ökonomisches Herstellungs
verfahren dar. Insbesondere die Möglichkeit der suk
zessiven Aufbringung dreier großflächiger Schichten in
einem ununterbrochenen Vakuumprozeß stellt sich als
Fortschritt dar. Aber auch die dadurch bedingte Abfolge
der weiteren Verfahrensschritte führt ersichtlich auf
einfache Weise und ohne überflüssige Umwege zu dem
angestrebten Ergebnis. Die Verfahrensweise ist nicht
nur auf die Herstellung solcher Solarzellenverbände
beschränkt, bei welchen die photoempfindlichen Schich
ten aus amorphem Silizium bestehen.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines integrierten Verbandes in Reihe
geschalteter Dünnschicht-Solarzellen, bei dem auf einem Substrat nacheinander
eine erste Elektrodenschicht, eine aus Unterschichten aufgebaute
photoempfindliche Schicht sowie eine zweite Elektrodenschicht großflächig
abgeschieden und die abgeschiedenen Schichten zum Zwecke der Separierung
der einzelnen Solarzellen strukturiert werden, indem nacheinander
vorbestimmte Schichtbereiche unter Bildung entsprechender Schichtlücken
entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst vorbestimmte
Schichtbereiche (6, 7) der zweiten Elektrodenschicht (5) sowie
der photoempfindlichen Schicht (4) unter teilweiser Freilegung der ersten
Elektrodenschicht (3) und sodann relativ schmale Schichtbereiche (10)
der teilweise freigelegten ersten Elektrodenschicht (3) entfernt werden,
daß anschließend in die durch die Entfernung der Schichtbereiche (6, 7,
10) gebildeten Schichtlücken Isoliermassen (11) eingebracht werden, welche
jeweils die einen Ränder (9, 8) der in der zweiten Elektrodenschicht
(5) und der photoempfindlichen Schicht (4) gebildeten Schichtlücken abdecken
und in die in der ersten Elektrodenschicht (3) gebildeten
Schichtlücken hineinreichen, und daß schließlich über den Isoliermassen
(11) Leitpasten (12) aufgetragen werden, welche jeweils einen Randbereich
(13) der zweiten Elektrodenschicht (5) einer Solarzelle (14) mit
der freigelegten ersten Elektrodenschicht (16) der benachbarten Solarzelle
(15) elektrisch leitend verbinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten
Schichtbereiche (6) der zweiten Elektrodenschicht (5) und
diejenigen (7) der photoempfindlichen Schicht (4) derart entfernt werden,
daß die Ränder (8) der verbleibenden Bereiche der photoempfindlichen
Schicht (4) über die Ränder (9) der verbleibenden Bereiche der
zweiten Elektrodenschicht (5) hinausragen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorbestimmten Schichtbereiche (6, 7) der zweiten
Elektrodenschicht (5) und der photoempfindlichen Schicht (4) durch Ätzen
entfernt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Isoliermassen (11) und die Leitpasten (12) mittels
Siebdruckverfahren aufgebracht werden.
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