EP0888641A1 - Klima- und korrosionsstabiler schichtaufbau - Google Patents
Klima- und korrosionsstabiler schichtaufbauInfo
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Abstract
Zur klima- und korrosionsstabilen Einkapselung eines Schichtaufbaus mit zumindest einer korrosions- und/oder feuchtigkeitsempfindlichen Schicht, beispielsweise einer Solarzelle, wird über dieser Schicht eine Sperrschicht angeordnet. Dafür werden Dünnschichten aus Titan- oder Molybdännitrid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid und Siliziumoxinitrid vorgeschlagen. Die Sperrschicht kann mit einem zusätzlichen, von Solarzellen bekannten Laminataufbau kombiniert werden.
Description
Beschreibung
Klima- und korrosionsstabiler Schichtaufbau.
Die Erfindung betrifft einen Schichtaufbau mit zumindest ei¬ ner auf einem Substrat angeordneten feuchtigkeits - und/oder korrosionsempfindlichen Schicht, insbesondere einer optisch und/oder elektrisch aktiven Dünnschicht. Solche Schichten be¬ finden sich zum Beispiel in optischen oder elektrischen Bau- elementen. Beispiele dafür sind strahlungsempfindliche Bau¬ elemente wie beispielsweise Detektoren, Solarzellen oder So¬ larmodule, oder optoelektronische Bauelemente wie beispiels¬ weise Anzeigevorrichtungen und insbesondere LCD-Schirme.
Um die am Markt gefragten Qualitätsanforderungen zu erfüllen, müssen Solarmodule eine Reihe unterschiedlicher Testverfahren erfolgreich durchlaufen. Eines dieser Verfahren, das die Kli¬ mabeständigkeit der Solarmodule überprüfen soll, ist der Damp-Heat-Klimatest. Nach der bekannten Norm IEC 1215 werden die Module dabei unter anderem für 1000 Stunden einer Tempe¬ ratur von 85° C bei 85 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt.
Laminierte Solarmodule mit bordotierten Zinkoxidelektroden- schichten zeigen bei diesem Testverfahren eine ungewöhnlich starke Degradation, also eine unzulässig hohe Abnahme des Wirkungsgrads nach dem Klimatest. Hauptverantwortlich dafür ist deren Instabilität bezüglich der Leitfähigkeit der bor¬ dotierten CVD-Zinkoxidschichten gegen Wasserdampf bei erhöh- ter Temperatur. Wie an Testlaminaten, bestehend nur aus einer mit Testelektroden versehenen laminierten Zinkoxidschicht, gezeigt werden konnte, steigt der Flächenwiderstand solcher Schichten nach dem Test um einen Faktor von über 10^ auf ei¬ nen Wert von mehr als 1 kΩ/Square. Zur Erreichung eines ho- hen Füllfaktors bei Solarmodulen ist jedoch ein Wert von we¬ niger als 10 Ω/Square erforderlich. Dies kann durch eine einfache Verkapselung mit einem Lamininataufbau mit Hilfe ei-
ner Klebefolie und gegebenenfalls einer zweiten Glasscheibe nicht erreicht werden.
Weitere klima- und korrosionsempfindliche Komponenten finden sich bei Dünnschicht-Solarmodulen aus Kupfer-Indium
(Gallium)diselenid (CIGS) . Dort zeigt der Absorber Degradati- onserscheiungen an den Oberflächen, die ungeschützt oder nur mit einem herkömmlichen Laminataufbau abgedeckt den Klima- testbedingungen ausgesetzt werden. An der aus Molybdän beste- hende Rückelektrode treten zusätzliche klimaunabhängige De¬ gradationen an der Grenzfläche zur CIGS-Absorber schicht auf.
Eine Möglichkeit, das Eindiffundieren von Feuchtigkeit in ein Laminat und insbesondere in ein Solarmodul zu verhindern, be- steht in der Verlängerung der Diffusionswegstrecke für die Feuchtigkeit. Bei Laminaten mit einem ausreichend breiten Rand von mehr als 15 cm wird die Degradation einer bordotier¬ ten Zinkoxidschicht ausreichend verzögert. Ein solch breiter Rand ist jedoch bei einem Solarmodul wegen des dann hohen An- teils inaktiver Moduloberfläche inakzeptabel.
Bei Wärmeschutzverglasungen für Gebäudefassaden und -fenster sind die Glasscheiben mit einer feuchtigkeitsempfindlichen Dünnschicht beschichtet, die bislang aufwendig durch Ein- Schluß feuchtigkeitsabsorbierender Mittel in zum Beispiel la¬ minierte Doppelglasscheiben geschützt werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen feuchtig- keits - und/oder korrosionsunempfindlichen Schichtaufbau an- zugeben, der einfach und ohne zu hohen zusätzlichen Ferti¬ gungsaufwand herzustellen ist und der sowohl gegenüber den angegebenen Testbedingungen als auch bei einer herkömmlichen Verwendung eine erhöhte Stabilität aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen
Schichtaufbau nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Schichtauf- baus sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Überraschend hat sich gezeigt, daß eine feuchtigkeits und/oder korrosionsempfindliche Schicht durch eine zusätzli¬ che und direkt über der Schicht aufgebrachte Sperrschicht in einfacher Weise vor einer klima- und insbesondere feuchtig¬ keits- oder korrosionsbedingten Degradation geschützt werden kann. Mit einer solchen zusätzlichen Sperrschicht können bei- spielsweise Dünnschichtsolarmodule erhalten werden, die den eingangs genannten Damp-Heat-Klimatest ohne nennenswerte Lei- stungseinbuße und ohne sichtbare Korrosionsschäden überste¬ hen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der
Schichtaufbau Teil eines elektrischen oder optischen Bauele¬ ments, bei dem die Sperrschichten eine Dampfsperr- und/oder eine Korrosionsschutzwirkung haben, wobei optisch aktive und/oder mit elektrischen Potentialdifferenzen arbeitende Teile des Bauelements mit elektrisch isolierenden Sperr¬ schichten bedeckt sind, Schichten ohne Potentialdifferenz da¬ gegen mit leitfähigen Sperrschichten.
Die feuchtigkeits - und/oder korrosionsempfindliche Schicht im Sinne der Erfindung ist eine substratgebundene Schicht, die als Dünn- oder Dickschicht aufgebracht sein kann und amorph, polykristallin oder metallisch ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zu- sätzliche Sperrschicht eine Dünnschicht, die ausgewählt ist aus Aluminiumoxid AI2O3, Siliziumnitrid Si3N4, Titannitrid TiN, Molybdännitrid MoN und Siliziumoxinitrid SiOxNv. Eine solche Dünnschicht ist einfach und kostengünstig herzustellen und läßt sich in einfacher Weise in den Herstellprozeß der feuchtigkeits- oder korrosionsempfindlichen Schicht bezie¬ hungsweise des diese Schicht enthaltenden Schichtaufbaus oder
Bauelements integrieren, insbesondere wenn die Schicht oder der Schichtaufbau selbst ein Dünnschichtaufbau ist.
Damit werden zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schicht- aufbaus keine zusätzlichen Apparaturen benötigt. Da sich die Sperrschicht der Funktion der abgedeckten Schicht anpaßt und zum Beispiel optisch transparent, elektrisch leitfähig oder isolierend ist, zeigt sie keinen negativen Einfluß auf den Schichtaufbau. Sie beeinträchtigt weder den Betrieb eines den Schichtaufbau enthaltenden optischen oder elektrischen Bau¬ elements noch verschlechtert es dessen Eigenschaften.
Die genannten Dünnschicht-Sperrschichten lassen sich in be¬ kannten Verfahren als dichte, d.h. porenfreie, optisch trans- parente und kantenbedeckende Schichten abscheiden. In Abhän¬ gigkeit von der Dichte bzw. der Porenfreiheit, mit der eine solche Schicht erzeugt werden kann, kann bereits eine Sperr¬ schicht von 100. nm Dicke ausreichend sein, um einen vollstän¬ digen Feuchtigkeits- und/oder Korrosionsschutz zu gewährlei- sten. Eine dickere Sperrschicht ist natürlich möglich, aber nicht erforderlich. Bei Abscheideprozessen, die zu nicht ganz porenfreien oder nicht vollständig homogenen oder nicht nicht gut kantenbedeckenden Sperrschichten führen, wird vorzugswei¬ se eine höhere Schichtdicke gewählt. Wenn hohe Topographie- stufen auf dem Schichtaufbau vorhanden sind, wird für eine gute Kantenbedeckung der Sperrschicht eine Schichtdicke bis ca. 2 μm gewählt.
Eine gute Kantenbedeckung wird mit einem CVD-Verfahren er- reicht. Besonders bevorzugt zur Herstellung von sowohl dich¬ ten als auch gut kantenbedeckenden Sperrschichten geringer Schichtdicke bei geringstmöglichen Abscheide-Temperaturen sind plasmaunterstützte CVD-Verfahren.
Die Sperrschicht weist auf den meisten als elektrische oder optische Funktionsschichten verwendeten Materialien eine gute
Haftung auf. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine Haftvermitt¬ lerschicht erforderkich sein.
Da der erfindungsgemäße Schichtaufbau die Sperrschicht als zusätzliche Schicht zum herkömmlichen Schichtaufbau aufweist, der eine oder beliebig viele Schichten umfaßt, kann sie noch mit einer herkömmlichen Abdeckung, beispielsweise mit einem Laminataufbau abgedeckt sein. Bei Solarmodulen ist es insbe¬ sondere ein Laminat, welches zumindest noch eine Kunststoff- schicht sowie gegebenenfalls eine Schutzfolie und/oder eine Deckscheibe aus Glas umfaßt. Vorzugsweise ist die Kunststoff- schicht eine Schmelzklebeschicht, auf der noch die Abdeckfo¬ lie und gegebenenfalls die Glasscheibe auflaminiert sind. An¬ dere Bauelemente können über der Sperrschicht zusätzlich oder alternativ mit anderen Abdeckungen, beispielsweise mit Gie߬ harzschichten oder sonstigen Vergußmassen abgedeckt oder um¬ hüllt sein.
In einer Anwendung der Erfindung für weltraumtaugliche bezie- hungsweise nur dort zu verwendende Solarzellen ist die Sperr¬ schicht als oberste und abdeckende Schicht für einen Schutz der Solarzelle ausreichend.
Die erfindungsgemäße Sperrschicht ist insbesondere für einen Laminataufbau geeignet, da sie eine gute Haftung auf bezie¬ hungsweise unter herkömmlichen dazu verwendeten Schmelzklebe¬ schichten aufweist. Die gute Haftung der Schmelzklebefolie und damit des gesamten Laminataufbaus führt zu einer zusätz¬ lich verbesserten Abdichtung, die das Eindiffundieren von Feuchtigkeit entlang der Grenzflächen zwischen Schichtaufbau- und Laminat bzw. zwischen Sperrschicht und Laminat verhin¬ dert.
Beim erfindungsgemäßen Schichtaufbau ist die Sperrschicht kantenbedeckend so über der zu schützenden Schicht angeord¬ net, daß deren gesamte Oberfläche einschließlich der Seiten¬ wände abgedeckt ist. Seitlich der empfindlichen Schicht
schließt die Sperrschicht mit einer klimastabilen Schicht ab. Solche Schichten sind gegenüber Feuchtigkeit und/oder heißen und feuchten Umgebungen dicht und zeigen darin auch nach län¬ gerer Exposition keinerlei Korrosion oder sonstige nachteili- ge Veränderung.
Vorzugsweise umschließt die Sperrschicht die feuchtigkeits¬ empfindliche Dünnschicht von oben und von der Seite und schließt an der der Unterkante mit dem beispielsweise aus Glas bestehenden Substrat, einer Metallschicht oder einer
Passivierungsschicht ab. Die Passivierungsschicht kann eben¬ falls eine Sperrschicht sein. Neben den bereits für die Sperrschicht genannten Materialien ist außerdem für besondere Anwendungen noch Siliziumoxid geeignet. Titan- und Molybdän- nitrid können elektrisch leitend eingestellt werden und sind außerdem besonders hart und kratzfest. Sie sind daher als Passivierungsschicht für eine insbesondere metallische und daher prinzipiell korrosionsempfindliche Elektrodenschicht geeignet, wie sie insbesondere als untere Elektrode für Dünn- Schichtbauelemente verwendet wird. Auf all den genannten Schichten zeigen die Sperrschichten eine gute Haftung und bilden so feuchtigkeitsdichte und chemisch stabile Grenzflä¬ chen zu diesen Schichten aus.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Schichtaufbau ein elektrisches Bauelement mit zumindest zwei Elektroden, bei dem eine Elektrode aus einer direkt über dem Substrat an¬ geordneten Elektrodenschicht ausgebildet ist. Diese Elektro¬ denschicht kann zur Herstellung der genannten Elektrode strukturiert sein und somit eine Elektrodenstruktur darstel¬ len, wie sie insbesondere für integriert serienverschaltete Dünnschichtsolarmodule geeignet ist.
Zusätzlich zu der erforderlichen Elektrodenstruktur können auch die elektrischen Anschlüsse für die zumindest zwei Elek¬ troden aus dieser unteren Elektrodenschicht ausgebildet und seitlich aus dem Bereich des Bauelements herausgeführt wer-
den. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß sie gegenüber einer herkömmlichen Anordnung mit zum Beispiel aufgelöteten elektrischen Anschlüssen besonders flach ohne zusätzliche Strukturstufen ausgebildet werden kann. Dies erleichtert eine kantenbedeckende Umhüllung mit der erfindungsgemäßen Sperr¬ schicht.
Die aus dem Schichtaufbau des Bauelements unter der Sperr¬ schicht herausgeführten und aus der ersten Elektrodenschicht ausgebildeten elektrischen Anschlüsse können dabei aus einem korrosionsbeständigen Metall bestehen. Vorzugsweise sind sie jedoch mit der genannten elektrisch leitenden Passivierungs¬ schicht, insbesondere einer Titan- oder Molybdännitridschicht abgedeckt. Die Passivierungsschicht kann die untere Elektro- denschicht vollständig bedecken und entsprechend dieser strukturiert sein. Möglich ist es auch, die untere Elektro¬ denschicht ausschließlich im Bereich der elektrischen An¬ schlüsse mit der Passivierungsschicht abzudecken, und insbe¬ sondere nur im Bereich der Durchführung der Anschlüsse unter der Sperrschicht hervor.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be¬ trifft die bereits genannten CIGS-Dünnschichtsolarmodule. Wie beispielsweise aus dem deutschen Patent DE 44 42 824 Cl be- kannt, ist in der CIGS-Absorberschicht ein definierter Alka¬ ligehalt für einen maximalen Wirkungsgrad der Solarzelle er¬ forderlich. Da bei Verwendung eines Glassubstrats ein defi¬ nierter Alkaligehalt der CIGS-Absorberschicht nur mit einer Alkalibarriereschicht direkt über dem Glassubstrat oder über der Rückelektrodenschicht erzielt werden kann, läßt sich für eine solche Barriereschicht in vorteilhafter Weise eine er¬ findungsgemäße als Passivierungsschicht ausgebildete Sperr¬ schicht über der Grund- bzw. Rückelektrode einsetzen. Eine Barriereschicht aus Titan- oder Molybdännitrid kann gleich- zeitig als Passivierungsschicht für die nach außen führenden elektrischen Anschlüsse beziehungsweise als Sperrschicht für die gesamte untere Elektrode dienen. Zu einer zusätzlichen
Sperrschicht über der Solarzelle weist sie eine besonders gute Haftung auf und bildet damit eine besonders gute und dichte Grenzfläche zur Sperrschicht aus.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstel¬ lung eines klimastabilen Schichtaufbaus, hier einer Dünn¬ schichtanordnung anhand von Ausführungsbeispielen und der da¬ zugehörigen acht Figuren näher erläutert.
Figur l zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Testanordnung mit einer klimaempfindlichen Dünn¬ schicht.
Figuren 2 bis 5 zeigen schematische Querschnitte durch kli- mastabile Schichtanordnungen.
Figur 6 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts eine
Schichtanordnung mit Trennfugen vor der Aufbringungen der Sperrschicht.
Figur 7 und 8 zeigen anhand schematischer Querschnitte durch eine serienverschaltete Dünnschicht-Solarzelle eine spezielle Anwendung der Erfindung.
Figur l zeigt eine als Teststruktur dienende Dünnschicht¬ anordnung mit einer bekannten Verkapselung. Auf einem Träger 1, bestehend aus einer 2 mm dicken Fensterglasscheibe (Kalknatronglas) wird mittels CVD-Verfahren eine 1,5 μm dicke bordotierte Zinkoxidschicht 2 so aufgebracht, daß der Träger l im gesamten umlaufenden Randbereich frei bleibt. An zwei einander gegenüberliegenden Seiten werden nun metallene Kon¬ taktstreifen 3 so aufgelötet, daß sich die elektrische Flä¬ chenleitfähigkeit der Zinkoxidschicht 2 verläßlich bestimmen läßt. Darüber wird nun ein herkömmlicher Laminataufbau 5 er- zeugt, beispielsweise durch Auflaminieren einer Abdeckung mit hilfe einer ca. 0, 5 mm dicken EVA-Folie bei ca. 160°C. Der
Laminataufbau weist mit dem Substrat seitlich der Dünn¬ schichtanordnung einen Überlappungsbereich von 1 cm auf.
Dieser Testaufbau wird nun 1000 Stunden bei 85°C in einer At- mosphäre mit 85 Prozent Luftfeuchtigkeit exponiert. Dabei zeigt sich, daß der Schichtwiderstand der bordotierten Zink¬ oxidschichten nach dem Klimatest aus bislang unbekannten Gründen um zwei bis drei Größenordnungen ansteigt.
Figur 2 zeigt nun einen ersten erfindungsgemäßen Aufbau, bei dem wiederum eine auf einem Substrat 1 angeordnete bordotier¬ te Zinkoxidschicht 2 mit darauf aufgebrachten Elektroden¬ streifen 3 als Teststruktur verwendet wird. Erfindungsgemäß wird über dieser Anordnung nun eine Sperrschicht 4 aufge- bracht. Zum Aufbringen dient im Ausführungsbeispiel ein Plas¬ ma-CVD-Verfahren, das bei niedrigen Prozeßtemperaturen von beispielsweise 200 bis 300°C durchführbar ist. Im Beispiel wird eine Sperrschicht 4 aus ca. 0,5 bis 2 μm und insbesonde¬ re 0,8 μm dickem Siliziumnitrid bei 200°C abgeschieden. Dies erfolgt so, daß die Dünnschicht 2 vollständig mit der Sperr¬ schicht 4 abgedeckt ist. Mit einem ähnlichen Verfahren können alternativ auch die ebenfalls elektrisch isolierenden A1203 und SiOxNy Schichten als Sperrschichten abgeschieden werden. Darüber wird wie bereits bei Figur 1 beschrieben ein Lami- nataufbau 5 aufgebracht.
Die erfindungsgemäße Dünnschichtanordnung übersteht den Kli¬ matest ohne nachweisbare Degradation, also ohne daß sich die anfängliche Flächenleitfähigkeit der Dünnschicht verringert. Da dieser Parameter wie dargelegt eine ausgezeichnete Sonde für den Nachweis einer Feuchtigkeitseinwirkung ist, zeigt dieses Meßergebnis die hohe Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Verkapseiung.
Figur 3 zeigt im schematischen Querschnitt einen Schichtauf¬ bau, bei dem eine feuchtigkeitsempfindliche Schicht und ins¬ besondere eine Dünnschicht 2 zwischen einer unteren Elektrode
3a und einer oberen Elektrode 3b auf einem Substrat 1 ange¬ ordnet ist. Um zusätzliche Topographiestufen zu vermeiden und eine möglichst planare Anordnung zu erzielen, sind elektri¬ sche Anschlüsse 6 vorgesehen, die direkt auf dem Substrat durch Strukturierung der unteren Elektrodenschicht 3a ausge¬ bildet sind. Während die untere Elektrode 3a über einen elek¬ trischen Anschluß 6 kontaktiert wird, ist die obere Elektrode 3b mit dem elektrischen Anschluß 6' verbunden, der durch eine Strukturlinie elektrisch von der unteren Elektrode 3a iso- liert ist. Über dieser Anordnung wird nun eine Sperrschicht 4 aufgebracht, die die obere Elektrode 3b und die Dünnschicht 2 vollständig abdeckt. Durch maskiertes Aufbringen oder durch nachträgliches Strukturieren der Sperrschicht sind die elek¬ trischen Anschlüsse 6 und 6' freiliegend und nicht von der Sperrschicht 4 abgedeckt.
Durch Aufbringen eines Laminataufbaus 5 entsprechend den Fi¬ guren l oder 2 kann die klimadichte Verkapselung des hier dargestellten Bauelements verstärkt werden. Im Ausführungs- beispiel bleiben dabei die elektrischen Anschlüsse 6 und 6' frei von Laminat. Das Dünnschicht-Bauelement kann beispiels¬ weise eine Solarzelle sein.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 3 dadurch, daß die untere Elektrodenschicht 3a vor der Struk¬ turierung vollständig mit einer metallisch leitenden Passi¬ vierungsschicht 7 abgedeckt wird. Der weitere Aufbau ent¬ spricht dem anhand von Figur 3 beschriebenen Ausführungsbei- spiel.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die untere Elektroden¬ schicht, die beispielsweise aus einem korrosionsempfindlichen Metall bestehen kann, durch die elektrisch leitende Passivie- rungsschicht 7 ebenfalls gegen Feuchtigkeit und andere äußere korrosionsfordernde Einwirkungen geschützt ist.
Diese Anordnung wird beispielsweise in einer CIGS-Solarzelle verwirklicht, die ein Glassubstrat 1, eine Molybdänrückelek¬ trode 3a, eine Titan- oder Molybdännitridpassivierungsschicht 7, die Dünnschicht 2 mit der einen Halbleiterübergang aufwei¬ senden CIGS-Absorberschicht, sowie eine obere Elektrode 3b, beispielsweise eine bordotierte Zinkoxidelektrode umfaßt. Die Sperrschicht 4 ist eine durch CVD- oder Plasma-CVD aufge¬ brachte Dünnschicht aus Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 unterscheidet sich von dem anhand von Figur 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel da¬ durch, daß die untere Elektrodenschicht 3a nur im Bereich der elektrischen Anschlüsse 6 und 6' mit einer elektrisch leiten- den Passivierungsschicht 7 und 7' abgedeckt ist. Dazu kann die Passivierungsschicht unmittelbar vor der Strukturierung der unteren Elektrodenschicht 3a entweder maskiert aufge¬ bracht oder ganzflächig aufgebracht und anschließend struktu¬ riert werden. Möglich ist es jedoch auch, die Passivierungs- schicht 7 und 7' nach dem Aufbringen der Dünnschicht 2 bzw. nach dem Aufbringen der oberen Elektrodenschicht 3b zu erzeu¬ gen.
In allen Fällen wird die Passivierungsschicht mit einem Dünn- schichtverfahren wie zum Beispiel reaktivem Sputtern oder mit einem plasmaunterstützten CVD-Verfahren abgeschieden oder aufgesputtert. Für eine Titannitridschicht sind beispielswei¬ se 100 bis 150 nm Schichtdicke ausreichend.
Figur 6 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts eine
Möglichkeit, eine zwischen zwei Elektroden 3a und 3b angeord¬ nete Dünnschicht 2 mittels zweier bis auf eine klimastabile Schicht reichender Trennfugen 8 zu strukturieren, um durch anschließende Aufbringung einer Sperrschicht 4 (nicht darge- stellt) in den Trennfugen 8 einen klimadichten Abschluß bzw. eine klimadichte Haftung der Sperrschicht auf der darunter¬ liegenden klimastabilen Schicht zu erreichen. Im Beispiel
nach Figur 6 dient eine Passivierungsschicht 7 über der unte¬ ren Elektrode 3a als klimastabile Schicht. Möglich ist es je¬ doch auch, in den Trennfugen 8 das beispielsweise aus Glas bestehende Substrat 1 oder eine korrosionsstabile Elektroden- schicht 3a freizulegen. In diesen Fällen kann die ganzflächi¬ ge Aufbringung der Passivierungsschicht 7 entfallen.
Die Figuren 7 und 8 zeigen anhand schematischer Querschnitte durch ein Solarmodul mit integriert serienverschalteten So- larzellen in Dünnschichtbauweise eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Die Solarzelle ist beispielsweise auf einem Substrat 1 aufgebracht und umfaßt eine untere Elektrode 3a, einen Dünnschicht 2 mit dem Halbleiteraufbau und eine obere Elektrode 3b. Die Solarzellen sind beispielsweise streifen- förmig strukturiert, wobei durch Herunterführen einer strei¬ fenförmigen oberen Elektrode 3b auf den jeweils benachbarten Streifen der unteren Elektrode 3a eine Serienverschaltung mit der jeweils benachbarten streifenförmigen Solarzelle erzielt wird.
Zur Herstellung der in Figur 7 dargestellten Dünnschichtso- larzellenanordnung sind drei Strukturierungsschritte erfor¬ derlich. Der erste Strukturierungsschritt dient zur Struktu¬ rierung der unteren Elektrode 3a, der zweite zur Strukturie- rung der Halbleiterschichten (Dünnschicht) 2 und der dritte zur Auftrennung der oberen Elektrode 3b. Beim letztgenannten Strukturierungsschritt wird entweder die Halbleiterschicht (Dünnschicht 2) oder die untere Elektrodenschicht 3a freige¬ legt. In der Figur 7 sind bis zur die unteren Elektrode 3a reichende Strukturierungsgräben P3 dargestellt.
Figur 8 zeigt nun, wie die Strukturierungsgräben P3 durch Aufbringen einer kantenbedeckenden Sperrschicht 4 aufgefüllt und durch Zuwachsen eingeebnet werden. Die Sperrschicht 4 wird dabei auf einer Fläche aufgebracht, die den Schichtauf¬ bau auf allen Seiten überragt und auch die elektrischen An¬ schlüsse 6 und 6' überlappt. Über den elektrischen Anschlüs-
sen 6 und 6' kann die Sperrschicht 4 dann teilweise wieder entfernt werden, um so einen äußeren elektrischen Anschluß zum Beispiel durch Anlöten von Metallstreifen 9 zu ermögli¬ chen.
Sofern die Abscheidebedingungen für die Sperrschicht 4 bezüg¬ lich der Abscheidetemperatur so gewählt werden, daß Lötstel¬ len unbeschädigt bleiben, kann in einer weiteren Ausführung der Erfindung die Sperrschicht auch nach dem Auflöten der Me- tallstreifen 9 so aufgebracht werden, daß auch die Lötstelle von der Sperrschicht 4 abgedeckt wird. Auf diese Weise kann die Passivierungsschicht (7) für die untere Elektrode 3a ent¬ fallen.
Mit der Erfindung gelingt die klima- und korrosionsstabile Einkapselung beliebiger Schichtaufbauten und insbesondere großflächiger Dünnschichtanordnungen, die klima- und korrosi¬ onsempfindliche Schichten aufweisen. Sie ist insbesondere zur klimadichten Verkapselung von Solarzellen geeignet, aber selbstverständlich nicht auf solche beschränkt. Die Erfindung ist insbesondere für solche Dünnschichtanordnungen geeignet, die heißen und/oder feuchten Umgebungen ausgesetzt sind. Selbstverständlich gilt dies auch für Schichtaufbauten, die üblicherweise nicht solchen korrosionsunterstützenden Umge- bungsbedingungen ausgesetzt sind.
Claims
1. Schichtaufbau,
- der optisch und/oder elektrisch aktiv ist und über einem Substrat (1) angeordnet ist,
- mit zumindest einer korrosions- und/oder feuchtigkeits¬ empfindlichen Schicht (2) und
- mit zumindest einer Sperrschicht (4) , die über der korrosi¬ ons- und/oder feuchtigkeitsempfindlichen Schicht (2) ange- ordnet ist.
- bei dem die Sperrschicht (4) eine Dünnschicht ist und aus¬ gewählt ist aus A1203, Si3N4, TiN, MoN und Sicgsry.
2. Schichtaufbau nach Anspruch 1, bei dem über der Sperrschicht (4) ein Laminataufbau (5) mit zumindest einer Kunststoffschicht angeordnet ist.
3. Schichtaufbau nach Anspruch 1 oder 2 , bei demm die Sperrschicht (4) dicht und kantenbedeckend aus- gebildet ist.
4. Schichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Sperrschicht (4) seitlich des die korrosions- und/oder feuchtigkeitsempfindlichen Schicht (2)enthaltenden Aufbaus mit dem Substrat (l) , mit einer Metallschicht oder einer Passivierungsschicht (7) abschließt.
5. Schichtaufbau nach einem der Ansprüche l bis 4,
- der Teil eines elektischen oder optischen Bauelements ist, - bei dem optisch aktive und/oder mit elektrischen Potential- differenzen arbeitende Teile des Bauelements mit isolieren¬ den Dampfsperr- oder Korrosionsschutz-Schichten bedeckt sind,
- bei dem Schichten ohne Potentialdifferenz mit leitfähigen Dampfsperr-oder Korrosionsschutz-Schichten bedeckt sind. 6. Schichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die untere Elektrodenschicht (3a) zumindest im Be¬ reich der elektrischen Anschlüsse (6,
6') mit einer elektrisch leitfähigen Sperr- oder Passivierungsschicht (7) abgedeckt ist.
7. Schichtaufbau nach Anspruch 6, der als Solarzelle oder Solarmodul ausgebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines klima- und korrosionssta¬ bilen Schichtaufbaus,
- bei dem über einer, auf einem Substrat (1) angeordneten hitze- und/oder feuchtigkeitsempfindlichen Schicht (2) eine Sperrschicht (4) kantenbedeckend abgeschieden wird, - bei dem die Sperrschicht ausgewählt wird aus MoN, TiN, A1203, Si3N4 und SiO^y,
- bei dem die Sperrschicht in einer Dicke von lOOnm bis 2μm abgeschieden wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Sperrschicht (4) mit einem gegebenenfalls plas¬ magestützten CVD-Verfahren abgeschieden wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, - bei dem in der Dünnschicht (2) zunächst eine umlaufende in sich geschlossene Trennfuge (8) erzeugt wird, in der die Oberfläche einer klimastabilen Schicht des Dünnschicht- Aufbaus freigelegt ist
- bei dem die Dünnschicht (2) oberflächlich und an allen Sei- tenkanten mit der Sperrschicht (4) so abgedeckt wird, daß die Sperrschicht in der Trennfuge mit der Oberfläche der klimastabilen Schicht abschließt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem über der Sperrschicht (4) noch ein Laminataufbau (5) mit zumindest einer Kunststoffschicht aufgebracht wird.
12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 11 zur klimastabilen Verkapselung von Solarzellen und Solar¬ modulen.
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