DE4201571A1 - Verfahren zur herstellung einer fuer licht teildurchlaessigen solarzelle und verfahren zur herstellung eines entsprechenden solarmoduls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer für Licht teildurchlässigen Solarzelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls gemäß Anspruch 6.

Aus der US-A1 47 95 500 ist eine für Licht teildurchlässige Solarzelle bekannt. Gemäß der dortigen Fig. 4 ist auf einem Glassubstrat eine Schichtstruktur aufgebracht, die aus einer transparenten leitenden Oxidschicht als vorderseitiger Elektrodenschicht, einer im wesentlichen aus amorphem Silizium bestehenden, photoempfindlichen Schicht, einer metallischen rückseitigen Elektrodenschicht sowie einer zu Maskierungs­ zwecken aufgebrachten isolierenden Schicht besteht. In diese Schicht­ struktur sind mit Abstand zueinander in regelmäßiger flächenhafter An­ ordnung Löcher eingebracht, welche sich bis in die vorderseitige Elek­ trodenschicht erstrecken, also die gesamte Schichtstruktur durchstoßen können. Diese Löcher dienen dazu, die Solarzelle für Licht teildurch­ lässig zu machen, ohne daß dadurch die spektrale Zusammensetzung des hindurchtretenden Lichts geändert wird, wie dies dann der Fall wäre, wenn die Löcher nur die isolierende Schicht und die rückseitige Elek­ trodenschicht durchstoßen würden, wobei der kurzwellige spektrale Anteil in der photoempfindlichen, amorphen Siliziumschicht absorbiert würde. Je nach Anzahl und Durchmesser der die Schichtstruktur durchstoßenden Lö­ cher ist die Solarzelle mehr oder weniger lichtdurchlässig.

Diese bekannte Solarzelle wird als Einzelzelle offenbar so hergestellt, daß auf einem beispielsweise aus Glas bestehenden Substrat nacheinander die vorderseitige Elektrodenschicht, die photoempfindliche Schicht, die rückseitige Elektrodenschicht und die isolierende Schicht aufgebracht werden. Anschließend werden vorzugsweise regelmäßig verteilte Löcher in die Schichtstruktur eingebracht, beispielsweise durch selektives Ätzen unter Anwendung eines photolithographischen Prozesses.

Die dem Stromtransport dienende vorderseitige Elektrodenschicht besteht gewöhnlich aus einem transparenten leitenden Oxid, etwa Indiumzinnoxid. Diese Schicht muß relativ dünn ausgeführt sein, da sie für das einfal­ lende Licht möglichst transparent sein soll. Ist die vorderseitige Elek­ trodenschicht als Metallschicht ausgeführt, so muß sie noch viel dünner sein. In beiden Fällen ergibt sich der Nachteil, daß die vorderseitige Elektrodenschicht einen relativ hohen elektrischen Schichtwiderstand aufweist. Dies setzt die Stromausbeute der Solarzelle beträchtlich herab.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wird in der US-A1 49 81 525 für eine nicht semitransparente Solarzellenanordnung vorgeschlagen, auf der bezüglich des Lichteinfalls rückwärtigen Seite der Schichtstruktur, d. h. auf der elektrisch isolierenden Schicht, eine weitere Elektrodenschicht vorzusehen, welche durch Löcher in der Schichtstruktur mit der vorder­ seitigen, transparenten Elektrodenschicht in elektrischem Kontakt steht. Die weitere Elektrodenschicht besteht aus einem elektrisch gut leitenden Metall. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß der von der vorderseitigen Elektrodenschicht abzuführende Strom größtenteils über die weitere Elek­ trodenschicht abfließt, welche einen vergleichsweise geringen elektri­ schen Schichtwiderstand aufweist. Diese weitere Elektrodenschicht stellt einen gut leitenden Parallelwiderstand zur eigentlichen vorderseitigen Elektrodenschicht dar, und es ergibt sich somit eine Verringerung des Gesamtschichtwiderstandes des vorderseitigen Elektrodensystems.

Dieses Prinzip ist auch bei der eingangs erwähnten, für Licht teildurch­ lässigen Solarzelle anwendbar. Dabei kann die Verbindung zwischen der vorderseitigen und der auf der elektrisch isolierenden Schicht anzubrin­ genden weiteren Elektrodenschicht dadurch hergestellt werden, daß die Ränder der die Schichtstruktur durchstoßenden Löcher mit elektrisch lei­ tendem Material ausgekleidet werden. Ober die Oberfläche der einzelnen Solarzelle ist dann eine Vielzahl von Löchern, im allgemeinen in regel­ mäßiger Anordnung, verteilt, zu welchen der bei Lichteinfall in der pho­ toempfindlichen Schicht durch Ladungstrennung erzeugte und über die vor­ derseitige Elektrodenschicht abzuführende Strom jeweils konzentrisch hinfließt. Dieser wird dann zumindest teilweise über die elektrisch lei­ tenden Ränder der Löcher zu der weiteren Elektrodenschicht hin abgeführt.

Ein gewisser Nachteil bei der Herstellung der aus der US-A1 47 95 500 bekannten Solarzelle liegt nun darin, daß von einem Substrat bzw. Träger Gebrauch gemacht werden muß, auf dem die Schichtstruktur aufzubringen ist. Ein solcher Träger ist insbesondere bei großflächig ausgebildeten Solarzellen ein unter Umständen nicht zu vernachlässigender Kostenfak­ tor. Eine derartige separate Trägerplatte bzw. -folie wird auch bei dem Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung gemäß der US-A1 49 81 525 verwendet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art anzugeben, welches im Vergleich mit dem aufgezeigten Stand der Technik hinsichtlich des Material- und Verfahrensaufwandes ko­ stengünstiger ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Der zentrale Ge­ sichtspunkt hierbei ist, daß auf ein separates Substrat, auf das die Schichtstruktur aufzubringen ist, verzichtet wird. Das Substrat ist vielmehr Teil der Schichtstruktur selbst und besteht aus der elektrisch isolierenden Schicht und der mit dieser verbundenen rückseitigen Elek­ trodenschicht. Im weiteren Verfahrensablauf wird die photoempfindliche Schicht auf der einen Seite des Substrats, nämlich auf der dort befind­ lichen, als rückseitige Elektrodenschicht dienenden elektrisch leitenden Schicht, aufgebracht, wonach dann auf beiden Seiten der so gebildeten Teilstruktur die vorderseitige bzw. die weitere Elektrodenschicht abge­ schieden werden. Da das Substrat selbst zweischichtig ist und an­ schließend noch drei Schichten aufgebracht werden, besteht das Herstel­ lungsverfahren somit aus vier Beschichtungsschritten, während bei den beiden bekannten Verfahren jeweils fünf Beschichtungsschritte durchge­ führt werden müssen. Im übrigen ist das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch von Vorteil, daß bei der Einbringung der Löcher in die Schicht­ struktur nicht mit soviel Vorsicht vorgegangen werden muß wie bei dem Verfahren zur Herstellung der Solarzelle gemäß der US-A1 47 95 500. Bei letzterem enden die die Schichtstruktur durchstoßenden Löcher nämlich entweder auf der Oberfläche des Substrates oder sogar bereits auf der Oberfläche der vorderseitigen Elektrodenschicht. Dies kann zu einer Be­ einträchtigung der Transparenz führen, wenn nämlich die Materialoberflä­ che an den Lochenden nicht glatt und sauber ist. Demgegenüber wird die Transparenz bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in keiner Weise beeinträchtigt, da kein separates Substrat vorgesehen ist und die Löcher die gesamte Schichtstruktur durchstoßen.

Aus beiden o.g. Druckschriften sind auch Solarmodule bekannt, bei denen mehrere Solarzellen in integrierter Weise in Serie verschaltet sind. Die Verschaltung erfolgt durch sachgerechte Einbringung von in regelmäßigen Abständen angeordneten Gräben in einzelne der aufgebrachten Schichten im Verlaufe des Herstellungsprozesses, wodurch die einzelnen Solarzellen voneinander getrennt werden, sowie dadurch, daß jeweils die rückseitigen Elektrodenschichten der Solarzellen mit den vorderseitigen Elektroden­ schichten bzw. den mit diesen in elektrischem Kontakt stehenden weiteren Elektrodenschichten der benachbarten Solarzellen leitend verbunden wer­ den. Die entsprechenden Herstellungsverfahren sind jedoch selbstver­ ständlich darauf abgestellt, daß die gesamte Schichtenfolge auf einem separaten Substrat abgeschieden wird.

Es stellt sich daher die zusätzliche Aufgabe, das erfindungsgemäße Ver­ fahren so fortzubilden, daß unter Beibehaltung der Verfahrensprinzipien und der damit verbundenen Vorteile die Herstellung eines Solarmoduls möglich wird, bei dem die einzelnen Solarzellen in integrierter Weise in Serie verschaltet sind.

Diese zusätzliche Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 6 gegebenen Merkmale gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Abbil­ dungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Weise:

Fig. 1 einen Teil einer nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Er­ findung hergestellten Solarzelle im Querschnitt,

Fig. 1a bis 1c Zwischenstadien bei der Herstellung dieser Solarzelle,

Fig. 1d einen Detailausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 2 einen Teil eines Solarmoduls, bestehend aus zwei miteinander in Reihe geschalteten, nach einer zweiten Ausführungsform der Er­ findung hergestellten Solarzellen, im Querschnitt,

Fig. 2a und 2b zwei Zwischenstadien bei der Herstellung dieses Solar­ moduls,

Fig. 2c das Solarmodul gemäß Fig. 2 in Draufsicht,

Fig. 2d einen Detailausschnitt aus Fig. 2,

Fig. 3 einen Teil eines weiteren Solarmoduls im Querschnitt,

Fig. 4 und 5 je zwei separate, nach zwei Ausführungsformen der Erfin­ dung hergestellte Solarzellen in Reihenschaltung.

Fig. 1 zeigt einen Teilquerschnitt einer Solarzelle 1, die einen mehr­ schichtigen Aufbau hat und in regelmäßiger Anordnung von Löchern 7 durchsetzt ist. Die Lichteinfallsseite ist durch einen Pfeil angedeutet. Ein gewisser Anteil des einfallenden Lichts kann durch die Löcher 7 hin­ durchtreten. Dies führt dazu, daß die Solarzelle insgesamt für Licht teildurchlässig ist. Durch Wahl von Anzahl und Durchmesser der Löcher 7 kann der Prozentsatz des durch die Solarzelle 1 hindurchtretenden Lichts in weiten Grenzen bestimmt werden.

Der bei der Darstellung der Fig. 1 ausgewählte Querschnitt ist genau durch eine Reihe von Löchern 7 in axialer Richtung geführt. Die Solar­ zelle 1 weist insgesamt fünf Schichten auf, nämlich ein aus einer rück­ seitigen Elektrodenschicht 4 sowie einer elektrisch isolierenden Schicht 5 bestehendes, mit einer photoempfindlichen Schicht 3 bedecktes Sub­ strat, auf dem wiederum eine vorderseitige Elektrodenschicht 2 abgela­ gert ist. Auf der dieser gegenüberliegenden Seite des Substrats befindet sich eine weitere Elektrodenschicht 6. Die vorderseitige Elektroden­ schicht 2 besteht zweckmäßig aus einem elektrisch leitenden Oxid, bei­ spielsweise Indiumzinnoxid. Die photoempfindliche Schicht 3 kann bei­ spielsweise eine amorphe Siliziumschicht mit pin-Struktur sein, jedoch kommen auch alle anderen Materialien und Strukturen in Frage, die zur Ladungserzeugung und -trennung bei Lichteinfall geeignet sind, insbeson­ dere solche, die bei der Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen durch Niederschlag aus der Dampfphase, beispielsweise durch Glimmentladungs­ verfahren, üblicherweise verwendet werden. Als rückseitige Elektroden­ schicht 4 kann eine Stahlfolie oder eine Folie aus einem anderen Metall verwendet werden. Für die elektrisch isolierende Schicht kommt ein Oxid, beispielsweise SiO₂ oder Al₂O₃, in Frage. Die weitere Elektroden­ schicht 6 schließlich besteht zweckmäßig aus Metall, etwa Aluminium, oder auch aus Metallschichtfolgen, wie ITO (Indium-Zinn-Oxid)/ Kupfer/Silber/Nickel o. ä.

Bei der Herstellung der Solarzelle 1 wird von einer Metallfolie, ausge­ gangen, die bereits mit Löchern 7 in regelmäßiger Anordnung versehen ist. Auf der einen Oberfläche wird gemäß Fig. 1a zunächst die photoemp­ findliche Schicht 3 abgelagert. Diese greift mit Randbereichen 3a teil­ weise in die Löcher 7 ein. Anschließend wird gemäß Fig. 1b auf der ge­ genüberliegenden Oberfläche der Metallfolie die elektrisch isolierende Schicht 5 abgelagert. Diese greift ihrerseits mit Randbereichen 5a von der anderen Seite her in die Löcher 7 ein.

Nach diesen beiden Herstellungsschritten sollen die Wände der Löcher 7 vollständig beschichtet sein, und zwar einerseits durch die Randbereiche 3a der photoempfindlichen Schicht 3, und andererseits durch die Randbe­ reiche 5a der elektrisch isolierenden Schicht 5. Damit sind die den Lö­ chern 7 zugekehrten Ränder 4a der als rückseitige Elektrodenschicht 4 verwendeten Metallfolie vollständig abgedeckt.

Die Reihenfolge der Abscheidung von photoempfindlicher Schicht 3 und elektrisch isolierender Schicht 5 kann auch umgekehrt werden, wobei auch hier wieder darauf zu achten ist, daß die den Löchern 7 zugekehrten Rän­ der der rückseitigen Elektrodenschicht 4 vollständig abgedeckt sind. Durch beide Verfahrensvarianten entsteht ein die photoempfindliche Schicht 3 tragendes Substrat, welches aus einer als rückseitige Elektro­ denschicht 4 fungierenden elektrisch leitenden Schicht sowie einer mit dieser verbundenen elektrisch isolierenden Schicht 5 besteht.

Gemäß Fig. 1c wird auf der photoempfindlichen Schicht 3 die vorderseiti­ ge Elektrodenschicht 2 niedergeschlagen, die wiederum mit Randbereichen 2a in die Löcher 7 eingreift und somit an den dem Lichteinfall zugekehr­ ten Rändern der Löcher 7 jeweils einen Teil einer leitenden Brücke bil­ det. Schließlich wird noch, wie in Fig. 1 dargestellt, auf der elek­ trisch isolierenden Schicht 5 die weitere Elektrodenschicht 6 aufge­ bracht, welche mit Randbereichen 6a so weit in die Löcher 7 eingreift, daß der elektrische Kontakt zu den Randbereichen 2a der vorderseitigen Elektrodenschicht 2 hergestellt wird, womit die leitenden Brücken voll­ endet sind, die nunmehr an den Wänden der Löcher 7 dafür sorgen, daß elektrische Ladungen von der vorderseitigen Elektrodenschicht 2 zu der weiteren Elektrodenschicht 6 hin abfließen können. Diese elektrisch lei­ tenden Brücken in den Löchern 7 sind von der rückseitigen Elektroden­ schicht 4 dadurch vollständig isoliert, daß diese an den Rändern 7, wie erwähnt, mit den Randbereichen 3a und 5a der photoempfindlichen Schicht 3 bzw. der elektrisch isolierenden Schicht 5 abgedeckt sind.

In Fig. 1d ist der in Fig. 1 gekennzeichnete Detailbereich A vergrößert dargestellt. Deutlich ist zu erkennen, wie der dem Loch 7 zugekehrte Rand 4a der rückseitigen Elektrodenschicht 4 durch die genannten Randbe­ reiche 3a und 5a vollständig abgedeckt ist, und wie die Randbereiche 2a und 6a der vorderseitigen Elektrodenschicht 2 sowie der weiteren Elek­ trodenschicht 6 an der bereits elektrisch isolierend abgedeckten Wand des Loches 7 in elektrischen Kontakt gebracht sind und so die erwähnte leitende Brücke bilden.

In Fig. 2 ist eine nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellte Solarzelle dargestellt. Dieser Figur ist auch zu entnehmen, wie derartige Solarzellen 11′ und 11′′ miteinander zu einem Solarmodul in Serie verschaltet werden können. Auf der einen Oberfläche einer mit Löchern 17 versehenen, elektrisch isolierenden Schicht 15 ist eine als rückseitige Elektrodenschicht 14 dienende, elektrisch leitende Schicht aufgebracht. Dieses zweischichtige Substrat wiederum trägt eine photo­ empfindliche Schicht 13, die mit Randbereichen 13b in die Löcher 17 ein­ greift. Dadurch werden die den Löchern 17 zugekehrten Ränder 14b der rückseitigen Elektrodenschicht 14 vollständig abgedeckt.

Auf der photoempfindlichen Schicht 13 befindet sich eine vorderseitige Elektrodenschicht 12, die ebenfalls mit Randbereichen 12b in die Löcher 17 eingreift. Schließlich trägt die Rückseite des Substrates noch eine weitere Elektrodenschicht 16, die mit Randbereichen 16b so weit in die Löcher 17 eingreift, daß dadurch ein elektrischer Kontakt zu den Randbe­ reichen 12b der vorderseitigen Elektrodenschicht 12 entsteht. Auch hier sind also in den Löchern 17 elektrisch leitende Brücken vorhanden, wel­ che den Stromfluß zwischen der vorderseitigen Elektrodenschicht 12 sowie der weiteren Elektrodenschicht 16 ermöglichen und von der rückseitigen Elektrodenschicht 14 elektrisch vollständig isoliert sind. Über die Ma­ terialien der in Fig. 2 dargestellten Schichten gilt dasselbe wie im Zu­ sammenhang mit Fig. 1 ausgeführt, wobei allerdings die zum Substrat ge­ hörende, elektrisch isolierende Schicht 15 zweckmäßig durch eine Kunst­ stoffolie, beispielsweise aus Kapton, Fluorpolymeren oder Mylar (Poly­ äthylenterephthalat, Handelsname der Firma Du Pont) bestehend, gebildet wird. Die rückseitige Elektrodenschicht 14 besteht hier zweckmäßig aus Aluminium oder auch aus Metallschichtfolgen wie ITO/Kupfer/Silber/Nickel oder ähnlichen Metallkontaktsystemen.

Die Serienverschaltung der beiden Solarzellen 11′ und 11′′ soll im Zuge der Darstellung des Herstellungsverfahrens erläutert werden. Gemäß Fig. 2a wird von einer mit Löchern 17 versehenen, elektrisch isolierenden Schicht 15 ausgegangen, die dann zur Bildung eines Substrates für weite­ re Schichten auf ihrer einen Oberfläche mit einer vorzugsweise metalli­ schen, als rückseitige Elektrodenschicht 14 fungierenden, elektrisch leitenden Schicht bedeckt wird. Diese Beschichtung kann aufgebracht wer­ den, noch bevor die Löcher 17 vorhanden sind. Letztere können dann bei­ spielsweise unter Einsatz von Laserstrahlen in regelmäßiger Anordnung eingebracht werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die rück­ seitige Elektrodenschicht 14 an den Rändern der Löcher 17 nicht in diese eingreift und damit leichter zu isolieren ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die rückseitige Elektrodenschicht 14 auf der bereits mit den Löchern 17 versehenen, elektrisch isolierenden Schicht 15 niederzu­ schlagen. Diese Verfahrensweise sollte jedoch nur dann angewendet wer­ den, wenn verhindert werden kann, daß Randbereiche der rückseitigen Elektrodenschicht 14 bei ihrer Ablagerung zu weit in die Löcher 17 ein­ greifen.

Wo eine Trennung in separate Solarzellen 11′ und 11′′ beabsichtigt ist, wird ein erster Graben 14a in die rückseitige Elektrodenschicht 14 ein­ gebracht, beispielsweise mittels Laser oder Ultraschall. Dieser Graben 14a erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2a.

Im folgenden Verfahrensschritt wird auf der rückseitigen Elektroden­ schicht 14 die photoempfindliche Schicht 13 abgeschieden. Diese greift mit Randbereichen 13b in die Löcher 17 ein und deckt so die den Löchern 17 zugekehrten Ränder 14b der rückseitigen Elektrodenschicht 14 voll­ ständig ab. Die photoempfindliche Schicht 13 lagert sich beim Nieder­ schlagen auch im Graben 14a ab. Sie wird dort jedoch, zweckmäßig durch Laser- oder Ultraschallanwendung, zum großen Teil wieder entfernt, so daß ein Teilbereich 13a des Grabens 14a erneut freigelegt wird. Auch ein Randbereich 14c der anschließenden rückseitigen Elektrodenschicht 14 wird freigelegt.

Schließlich wird auf der photoempfindlichen Schicht 13 die vorderseitige Elektrodenschicht 12 abgeschieden, welche mit Randbereichen 12b in die Löcher 17 eingreift, ohne jedoch dadurch in Kontakt mit den Rändern 14b der rückseitigen Elektrodenschicht 14 zu kommen. Der Teilbereich 13a des Grabens 14a wird vollständig von der vorderseitigen Elektrodenschicht 12 ausgefüllt, wobei zwischen dieser und dem erwähnten Randbereich 14c der rückseitigen Elektrodenschicht 14 ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Schließlich wird noch ein zweiter Graben 12a, zweckmäßig durch La­ sereinwirkung, in die vorderseitige Elektrodenschicht 12 eingebracht, um einen Kurzschluß zwischen den vorderseitigen und rückseitigen Elektro­ denschichten der Solarzelle 11′′ zu unterbinden. Dieser Graben 12a reicht bis auf die Oberfläche des Randbereiches 14c der rückseitigen Elektrodenschicht 14 der Solarzelle 11′′ hinab. An dieser Stelle ent­ steht somit die Serienverschaltung zwischen den beiden Solarzellen 11′ und 11′′.

Anschließend wird noch die weitere Elektrodenschicht 16 auf der Sub­ stratrückseite abgelagert. Diese greift mit Randbereichen 16b in die Lö­ cher 17 ein und stellt so den elektrischen Kontakt zur vorderseitigen Elektrodenschicht 12 her. Etwa gegenüber dem ersten Graben 14a wird in die weitere Elektrodenschicht 16 ein dritter Graben 16a eingebracht, um die Serienverschaltung der beiden Solarzellen 11′ und 11′′ zu vollenden. Ohne diesen Graben 16a würde ein Kurzschluß zwischen den vorderseitigen Elektrodenschichten 12 dieser beiden Solarzellen bestehen.

In Fig. 2c ist eine Draufsicht auf die in Fig. 2 gezeigten Solarzellen 11′ und 11′′ dargestellt. Insgesamt gilt, daß die Löcher 17 nach Anzahl und Durchmesser je nach Wunsch variiert werden können. Die in Fig. 2c gewählten Dimensionen sind also nicht allgemein gültig. Im zweiten Gra­ ben 12a ist die rückseitige Elektrodenschicht 14 freigelegt. Auch ein kleiner Randbereich der photoempfindlichen Schicht 13 der Solarzelle 11′′ liegt frei. Der rückseitige, dritte Graben 16a in der weiteren Elektro­ denschicht 16 ist durch gestrichelte Linien angedeutet.

Fig. 2d zeigt noch den Detailausschnitt B aus Fig. 2. Die Abdeckung des dem Loch 17 zugekehrten Randes 14b der rückseitigen Elektrodenschicht 14 durch den in das Loch eingreifenden Randbereich 13b der photoempfindli­ chen Schicht 13 ist deutlich zu erkennen, ebenso wie der elektrische Kontakt zwischen den Randbereichen 12b und 16b der vorderseitigen Elek­ trodenschicht 12 bzw. der rückseitigen, weiteren Elektrodenschicht 16 an der Wand des Loches 17.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt einen Teil eines weiteren, in Fortbildung einer Ausführungsform der Erfindung hergestellten Solarmoduls, von dem ausschnittsweise zwei benachbarte Solarzellen 21′ und 21′′ in Serienver­ schaltung dargestellt sind. An der Trennstelle zwischen den Solarzellen 21′ und 21′′ sind die auf einer elektrisch isolierenden Folie 25 be­ findlichen Schichten, nämlich die rückseitige Elektrodenschicht 24, die photoempfindliche Schicht 23 sowie die vorderseitige Elektrodenschicht 22 durch einen auf die Oberfläche der Folie 25 hinabreichenden, ersten Graben 24a durchtrennt. Auf der Rückseite der Folie 25 ist die weitere Elektrodenschicht 26 aufgebracht, welche durch die Löcher 27 hindurch mit der vorderseitigen Elektrodenschicht 22 in elektrisch leitendem Kon­ takt steht. Gegenüber dem ersten Graben 24a seitlich versetzt und paral­ lel zu diesem verlaufend ist in der weiteren Elektrodenschicht 26 ein zweiter Graben 26a vorgesehen, welcher diese Schicht durchtrennt und bis auf die rückseitige Oberfläche der Folie 25 hinabreicht. Die beiden Grä­ ben 24a und 26a sind ebenfalls zweckmäßig durch Laser- oder Ultraschall­ anwendung zu erzeugen. Sie dienen dazu, die benachbarten Solarzellen 21′ und 21′′ voneinander zu separieren. Zum Zwecke der Serienverschaltung dieser beiden Solarzellen ist zwischen den Gräben 24a und 26a eine Reihe von das Substrat durchstoßenden Verschaltungslöchern 28 vorhanden, wel­ che zur Herstellung elektrischen Kontakts zwischen der rückseitigen Elektrodenschicht 24 der Solarzelle 21′′ und der weiteren Elektroden­ schicht 26 und damit der vorderseitigen Elektrodenschicht 22 der Solar­ zelle 21′ mit elektrisch leitendem Material gefüllt sind. Damit sind die einander benachbarten Solarzellen 21′ und 21′′ in Reihe geschaltet.

Zur Herstellung des Solarmoduls gemäß Fig. 3 kann so vorgegangen werden, daß zunächst von einer durchgehenden Folie 25 aus elektrisch isolieren­ dem Material ausgegangen wird, in die jeweils an den Trennstellen, d. h. mit Abstand zueinander, Reihen von Verschaltungslöchern 28 eingebracht werden, beispielsweise durch mechanisches Bohren oder Laserstrahlanwen­ dung. Auf der einen Oberfläche der so vorbereiteten Folie 25 wird an­ schließend zur Bildung eines Substrates für weitere Schichten die rück­ seitige Elektrodenschicht 24 abgeschieden, wobei die Verschaltungslöcher 28 von der einen Seite her teilweise mit Elektrodenmaterial gefüllt wer­ den. Sodann werden zwischen den Reihen der Verschaltungslöcher 28 in der gewünschten Anordnung die Löcher 27 eingebracht, welche die rückseitige Elektrodenschicht 24 und die Folie 25 durchstoßen und letztlich die Teildurchlässigkeit der Solarzellen bewirken. Auf der rückseitigen Elek­ trodenschicht 24 werden sodann die photoempfindliche Schicht 23 sowie auf dieser die vorderseitige Elektrodenschicht 22 abgeschieden, und zwar in der bereits oben geschilderten Weise unter jeweiligem Eingriff von Randbereichen in die Löcher 27. Danach werden die ersten Gräben 24a auf der einen, in der Fig. 3 linken Seite der jeweiligen Reihen von Ver­ schaltungslöchern 28 erzeugt. Auf der anderen Oberfläche des Substrates wird nun die weitere Elektrodenschicht 26 abgeschieden, wobei das Elek­ trodenmaterial von der Rückseite her in die Verschaltungslöcher 28 ein­ dringt und diese vollständig füllt. Gleichzeitig wird die Kontaktierung der vorderseitigen Elektrodenschicht 22 durch Eingriff von Randbereichen der weiteren Elektrodenschicht 26 in die Löcher 27 bewirkt. Schließlich werden auf der anderen, in der Fig. 3 rechten Seite der jeweiligen Rei­ hen von Verschaltungslöchern 28 in der weiteren Elektrodenschicht 26 die zweiten Gräben 26a erzeugt. Damit ist die Reihenverschaltung der beiden Solarzellen 21′ und 21′′ beendet.

Die Folie 25 aus elektrisch isolierendem Material der Fig. 3 kann auch durch eine rundum isolierte metallische Folie ersetzt sein, beispiels­ weise eine Aluminiumfolie mit SiO₂- oder Al₂O₃-Beschichtung. Eine derartige beschichtete Folie ist temperaturunempfindlicher als isolie­ rende Kunststoffolien und hat auch weniger Wärmeausdehnung. Zu Beginn der Herstellung auf der Basis einer derartigen Folie sind in die Metall­ folie die Verschaltungslöcher 28 und die Löcher 27 einzubringen. Sodann ist die rundum isolierende Schicht auf der Vorder- und Rückseite der Me­ tallfolie so aufzubringen, daß auch die Wände und Ränder sämtlicher ge­ nannten Löcher dadurch isoliert sind, das Metall also nirgends frei­ liegt. Bei der weiteren Herstellung kann dann so vorgegangen werden, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 geschildert.

Fig. 4 zeigt eine Möglichkeit der externen Reihenverschaltung zweier se­ parater Solarzellen 1′ und 1′′, welche jeweils die Struktur der in Fig. 1 gezeigten Solarzelle haben. Die dortigen Bezugsziffern sind ebenfalls übernommen. Bei der rechts dargestellten Solarzelle 1′′ ist an der Un­ terseite der rückseitigen Elektrodenschicht 4 ein Randbereich 4c freige­ legt. Dort ist ein elektrisch leitendes Band 8 beispielsweise durch Ver­ löten so angebracht, daß ein guter elektrisch leitender Kontakt herge­ stellt wird. Die andere Seite des Bandes 8 kontaktiert in gleicher Weise die weitere Elektrodenschicht 6 der links dargestellten Solarzelle 1′. Es wäre ebenso möglich, an der Oberseite der als rückseitigen Elektro­ denschicht 4 der Solarzelle 1′′ einen Randbereich freizulassen und das Band 8 dort elektrisch leitend anzubringen.

Fig. 5 zeigt eine entsprechende externe Reihenverschaltung zweier sepa­ rater Solarzellen 31′ und 31′′, welche hier von dem in Fig. 2 darge­ stellten Typ sind, von wo auch die Bezugsziffern übernommen sind. Hier ist ein elektrisch leitendes Band 18, vorzugsweise aus Metall bestehend, einmal wie bereits bei der Version der Fig. 4 an der weiteren Elektro­ denschicht 16 der links dargestellten Solarzelle 31′ und zum anderen an einem freiliegenden Randbereich 14d an der Oberseite der rückseitigen Elektrodenschicht 14 der rechts dargestellten Solarzelle 31′′ elektrisch leitend angebracht.

In den Fig. 4 und 5 ist die vorderseitige Elektrodenschicht 2 bzw. 12 der jeweils einen Solarzelle 1′ bzw. 31′ nicht direkt mit der rückseiti­ gen Elektrodenschicht 4 bzw. 14 der jeweils benachbarten Solarzelle 1′′ bzw. 31′′ verschaltet, sondern auf dem Umweg über die jeweilige weitere Elektrodenschicht 6 bzw. 16. Diese Art der Verschaltung ergibt eine gün­ stigere Stromführung in dem Sinne, daß die höhere Leitfähigkeit der wei­ teren Elektrodenschichten 6 bzw. 16 besser ausgenutzt wird.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer für Licht teildurchlässigen So­ larzelle mit einer Schichtstruktur, bei der eine bezüglich der Lichtein­ fallsseite vorderseitige, transparente Elektrodenschicht, eine photoemp­ findliche Schicht, eine rückseitige Elektrodenschicht und eine elek­ trisch isolierende Schicht aufeinanderfolgen, und die mit Abstand zuein­ ander angeordnete, die Schichten durchstoßende Löcher aufweist, da­ durch gekennzeichnet, daß
ein mit den Löchern (7, 17) versehenes, aus der elektrisch isolierenden Schicht (5, 15) und einer die rückseitige Elektrodenschicht (4, 14) bil­ denden elektrisch leitenden Schicht bestehendes, auf letzterer mit der photoempfindlichen Schicht (3, 13) bedecktes Substrat derart erzeugt wird, daß die den Löchern (7, 17) zugekehrten Ränder (4a, 14b) der rück­ seitigen Elektrodenschicht (4, 14) durch in die Löcher (7, 17) hinein­ greifende Randbereiche (3a, 13b, 5a) der photoempfindlichen Schicht (3, 13) und/oder der elektrisch isolierenden Schicht (5, 15) abgedeckt sind, und
daß anschließend auf der photoempfindlichen Schicht (3, 13) die vor­ derseitige Elektrodenschicht (2, 12) und auf der elektrisch isolierenden Schicht (5, 15) eine weitere Elektrodenschicht (6, 16) mit im Vergleich zur vorderseitigen Elektrodenschicht (2, 12) geringerem elektrischem Schichtwiderstand aufgebracht werden, wobei an den Rändern der Löcher (7, 17) Randbereiche (2a, 6a, 12b, 16b) der vorderseitigen (2, 12) so­ wie der weiteren Elektrodenschicht (6, 16) in die Löcher (7, 17) hinein­ greifen und so in elektrisch leitenden Kontakt miteinander gebracht wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ zeugung des Substrates als rückseitige Elektrodenschicht (4) eine mit Löchern (7) versehene Metallfolie verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Oberfläche der Metallfolie die photoempfindliche Schicht (3) und auf der anderen Oberfläche die elektrisch isolierende Schicht (5) aufge­ bracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ zeugung des Substrates als elektrisch isolierende Schicht (15) eine Fo­ lie aus elektrisch isolierendem Material verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf ei­ ner Seite der Folie eine als rückseitige Elektrodenschicht (14) dienen­ de, elektrisch leitende Schicht aufgebracht und die so beschichtete Fo­ lie mit den Löchern (17) versehen wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls in Fortbildung des Verfahrens gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
in die Folie aus elektrisch isolierendem Material (25) mit Abstand zu­ einander Reihen von Verschaltungslöchern (28) eingebracht werden,
auf der einen Oberfläche der so vorbereiteten Folie (25) die rückseitige Elektrodenschicht (24) unter teilweiser Füllung der Verschaltungslöcher (28) mit Elektrodenmaterial abgeschieden wird,
zwischen den Reihen der Verschaltungslöcher (28) die die Teildurchläs­ sigkeit der Solarzellen (21′, 21′′) bewirken, die rückseitige Elek­ trodenschicht (24) und die Folie (25) durchstoßenden Löcher (27) erzeugt werden,
auf der rückseitigen Elektrodenschicht (24) die photoempfindliche Schicht (23) und auf dieser die vorderseitige Elektrodenschicht (22) mit jeweiligem Eingriff von Randbereichen in die Löcher (27) abgeschieden werden,
auf den einen Seiten der jeweiligen Reihen von Verschaltungslöchern (28) die vorderseitige Elektrodenschicht (22), die photoempfindliche Schicht (23) und die rückseitige Elektrodenschicht (24) durchtrennende, erste Gräben (24a) erzeugt werden,
auf der anderen Oberfläche der Folie (25) die weitere Elektrodenschicht (26) unter vollständiger Füllung der Verschaltungslöcher (28) mit Elek­ trodenmaterial und Eingriff von Randbereichen in die Löcher (27) zur Kontaktierung der vorderseitigen Elektrodenschicht (22) abgeschieden wird
und schließlich auf den anderen Seiten der jeweiligen Reihen von Ver­ schaltungslöchern (28) in der weiteren Elektrodenschicht (26) diese durchtrennende zweite Gräben (26a) erzeugt werden.