EP1269542A1 - Verfahren zur herstellung eines solarmoduls mit integriert serienverschalteten dünnschicht-solarzellen und mit dem verfahren hergestellte solarmodule, insbesondere unter verwendung von konzentrator-modulen - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines solarmoduls mit integriert serienverschalteten dünnschicht-solarzellen und mit dem verfahren hergestellte solarmodule, insbesondere unter verwendung von konzentrator-modulen

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Publication number
EP1269542A1
EP1269542A1 EP01935948A EP01935948A EP1269542A1 EP 1269542 A1 EP1269542 A1 EP 1269542A1 EP 01935948 A EP01935948 A EP 01935948A EP 01935948 A EP01935948 A EP 01935948A EP 1269542 A1 EP1269542 A1 EP 1269542A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
mask
solar
solar module
solar cells
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01935948A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Harneit
Arnulf JÄGER-WALDAU
Martha Christina Lux-Steiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Original Assignee
Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hahn Meitner Institut Berlin GmbH filed Critical Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Publication of EP1269542A1 publication Critical patent/EP1269542A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
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    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
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    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to methods for producing a solar module with structured and integrated series-connected thin-film solar cells and to solar modules produced with the method.
  • the solar cells can have both a substrate and a superstrate as the carrier layer.
  • Thin-film solar cells of both types have light-absorbing absorber layers made of inexpensive amorphous, polycrystalline or microcrystalline semiconductor materials, which can be deposited or built up on large-area substrates or superstrates by a variety of different methods.
  • the low layer thickness of the absorber layers and the possibility of structuring during manufacture lower the manufacturing costs further, so that thin-film solar cells represent a cost-effective alternative to the currently cost-intensive silicon solar cells, which as single-crystal or multi-layer systems only become available after production sawn into individual cells and then how high-quality semiconductor products have to be processed.
  • thin-film solar cells Through the photovoltaic conversion of solar energy into electrical power, thin-film solar cells generate voltage levels below 1 volt.
  • This Senen circuit can be integrated into the layer production process for solar cells.
  • the entire surface of the coatings is divided into narrow strips using suitable structuring methods, for example paste writing methods and lift-off techniques, and mechanical and in particular laser processing methods.
  • the aim of the structuring is to establish an electrical connection between to create the electrodes on the front and back of adjacent strip-shaped solar cells
  • US Pat. No. 4,675,467 discloses a method for connecting an integrated thin-film solar module in which both electrodes are already inserted in a pre-fabricated strip shape into an unstructured absorber layer.
  • the conductive connections between the corresponding electrodes of adjacent solar cells are then removed by a structuring step using laser radiation
  • the transparent substrate side produced in a covering area of the electrode strips.
  • With a precisely defined energy dose corresponding areas of the absorber layer are converted into low-resistance areas, but there is a risk of damage to the semiconductor material. Due to the lack of spatial structuring of the absorber layer, the semiconductor material of adjacent solar cells is not electrically opposed to one another insulated so that short-circuit currents reduce the power yield.
  • Laser treatment requires highly precise dosing, positi Onioning and focusing of the laser beam used in order to be able to achieve the desired conversion effect in a precise location. Layer separation and damage in the immediate vicinity of the structure layer cannot be ruled out. Furthermore, the use of a transparent substrate with precisely defined, homogeneous layer thickness is always necessary in order to prevent the laser beam from penetrating from the substrate side here and to be able to precisely determine its dose-dependent penetration depth into the layers to be separated or converted No. 4,999,308 describes a similar method with prefabricated electrode strips, in which the laser treatment for region conversion is also carried out at the same time for separating the absorber layer in order to produce insulation trenches here by blasting off semiconductor material lost therewith.
  • WO-9503628 a method for the antenna connection of an integrated thin-film solar cell module is known, in which all functional layers are structured separately in special process steps.
  • a metal layer previously deposited over the entire surface of a transparent substrate is first divided into closely adjacent strips by an arbitrary structuring method to form a strip-shaped back electrode.
  • two further, separate structuring steps are carried out by means of laser irradiation from the substrate side.
  • the first laser radiation is used for the stripe-shaped structuring of the absorber layer and front electrode, with the second laser radiation in turn that portion of the absorber layer is converted into a low-ohmic area that lies in the overlap area between the opposite electrode strips of adjacent solar cells, so that an integrated conductive series connection is formed between the solar cells.
  • the known method therefore requires structuring with a triple separation treatment, including two more complex laser beam treatments.
  • the first serves the separation process of front electrode and absorber layer together.
  • the second treatment for area conversion again requires precise laser energy metering with the problems already described above.
  • the described methods are based on the joint optimization task in the sense of maximized power output or a minimized area size of the solar modules produced from strip-like structured thin-film solar cells of both carrier layer types.
  • such solar cells already have a lower energy efficiency, which, in comparison with the normal case (light concentration AM 1, 5), also rapidly reduces the light conditions. This means that with the usual fluctuations in light intensity between the seasons and from day to day depending on the weather and for indoor applications (down to 10% of the maximum available radiation), thin-film solar cells have significant power losses. This is one of the reasons why thin-film solar cells have so far hardly been used in areas with very different solar radiation and generally in indoor areas.
  • 5,505,789 for single-crystalline integrated solar cell chips made of GaAs are known from DEAs with line focus lenses in or as a module cover, which are particularly suitable for strip-shaped solar modules 197 44 840 A1 shows a solar module with an upstream concentrator module made of plastic Fresnel lenses, which as a structural unit for an improved energy balance can be tracked by tilting or shifting the position of the sun.
  • EP 0 328 053 finally describes strip-shaped solar modules with a Fresnel lens in front , which are each integrated in a corner of a window pane of a double window and are intended to supply the power supply for a blind operation in the middle of the double window
  • substrate and superstrate solar cells have the same basic structure with an inverse layer sequence.
  • the substrate acts as the lower support layer and the light falls into the solar cell from above, whereas the superstrate acts as the upper support layer and the light incident through the superstrate
  • the advantages of the invention should first be explained in more detail using the method according to claim 1, especially since they also result in the inverse method according to claim 2. This is followed by a brief explanation of the differences between the two Method.
  • the inventive method according to claim 1 enables a continuous structuring of all functional layers with an extremely low structuring effort.
  • a mask which can be in particular stripe-like, saves two structuring steps that are otherwise required.
  • the jerk electrode is structured directly when coating with a corresponding metal layer with the mask in place. There is no loss of material, since the mask can be used further the method step of the otherwise customary, particularly critical subsequent structuring of the semiconductor absorber layer.
  • the absorber layer is made exactly like the jerk electrode by using the mask structured.
  • the integrated Senen wiring of the individual solar cells takes place through a simple but particularly effective process step.
  • the absorber layer Before the absorber layer is applied to the substrate and mask, it is shifted laterally by a small amount, so that narrow overlap and undercover webs are formed, which are correspondingly contacted as a front electrode by the conductive front layer to be applied over the entire surface after the mask has been removed.
  • the back electrode sections are completely enclosed on one side. An interruption of the absorber layer between the individual solar cells is achieved by the mask itself, so that no short-circuit currents can occur here.
  • a recess in the absorber layer above the rear electrode sections on its other side is achieved in the area of the covering webs and is used for later contacting by the front electrode.
  • Co-coating the mask in turn means that there is no loss of material, and at the same time the mask is also completely processed up to the absorber layer.
  • the transparent conductive front layer After the mask has been removed and the transparent conductive front layer has been applied over the entire surface, only a single subsequent structuring step by mechanical or laser-assisted methods is required in the method according to the invention.
  • the front layer is separated with the width of the separating web apart from the rear electrode, so that a correspondingly structured front electrode is formed without short circuits between the individual solar cells.
  • the position of the separation points is also not critical since they only have to be offset laterally in the area of the covering webs or in the direction of the adjacent solar cell. It is important for the location of the separation points to avoid short circuits between the back and front electrodes. This is guaranteed when cutting in the area of the active solar cell.
  • the method according to claim 1 for the production of substrate solar cells basically corresponds to the method according to claim 2 for the production of superstrate solar cells, the process steps being carried out in the reverse order.
  • the transparent conductive front layer for the front electrode on the superstrate is not as mechanically stable in superstrate cells as the metal layer for forming the back electrode on the substrate in the case of substrate cells, the mechanical separation step for structuring the front electrode cannot be carried out in the same way in the production of superstrate cells (The scoring would take place down to the superstrat). Therefore, in the method according to claim 2, the entire transparent superstrate is first covered with a conductive front layer. After the mask has been fixed, the structuring is then carried out by scratching along the full areas of the mask as on a ruler, so that the mask lies with one of its lateral edges directly next to the structuring trenches. The absorber layer is then applied and the structuring trenches are likewise filled with absorber.
  • the mask After the mask has been moved laterally, the corresponding overlapping and undercovering bars are created again. After the application of the metal layer for structuring the back electrode, which can also be designed as p-TLO, the mask, which is now also covered with a complete solar cell structure, is finally removed.
  • the metal layer for structuring the back electrode which can also be designed as p-TLO
  • the mask which is now also covered with a complete solar cell structure, is finally removed.
  • the second boundary condition is to calculate their size so that the empty areas and possibly also the full areas in the geometry pattern have approximately the same area Avoiding a current mixture that resulted in partial areas of different sizes A uniformity of the full areas is always required if - as explained below - the mask is also to be further processed into a complete solar cell, although the area of the full areas differs
  • the second boundary condition does not pose a major problem in implementation, since it can easily be included in the solar module design
  • solar modules manufactured according to the invention Because of their function, they are usually arranged in the visible area anyway.
  • solar modules manufactured with the method according to the invention can also be used as aesthetic design elements for Building facades and advertising media are used, which significantly increases their attractiveness for use.
  • the geometric pattern will consist of rectangular and straight, narrow stripes.
  • the mask can have connecting bridges on its edges. When applying the individual layers to produce the solar module, these can be used Connecting webs can then be arranged outside the respective carrier layer.
  • the individual coatings can with the generally known
  • Processes such as vapor deposition or cathode sputtering are carried out.
  • the composition of the required layer package for a solar module produced in accordance with the invention in thin-film technology takes place depending on the materials used and the application cases.
  • the following additional method step can be provided (B) application of a barrier layer to form a diffusion barrier.
  • a barrier layer can be, for example, a Cr layer that prevents interdiffusion of, for example, Na.
  • the following additional method step can advantageously be provided.
  • an adhesive and / or swelling layer to form an adhesion promoter can be, for example, a Na swelling layer (NaF) and / or an adhesion-promoting layer, for example made of ZnSe or ZnS.
  • the absorber-forming coating can optionally be used and the application of the front layer, ie before process step (1 6) or (2 5), an additional process step can advantageously be added (D) applying at least one buffer layer to form a space charge zone.
  • This layer can consist, for example, of CdS or also of ZnS
  • the use of transparent materials to form the sub- or superstrate layer and / or metal layer can be provided. This makes it particularly suitable for window and semi-transparent areas, which is a fact takes advantage of the fact that glass panes are generally used anyway as large substrates or superstrates for thin-film solar cells.
  • the material for forming the transparent metal layer can be, for example, ZnO, SnO or ITO (Indium Tin Oxide), which, in addition to other layers Different doping can also be used to form the transparent, conductive front layer (TLO).
  • Non-transparent metal layers can consist of molybdenum, tungsten or another metal.
  • this can be characterized by the use of amorphous or polycrystalline or microcrystalline silicon, dependent on the carrier layer, of polyk ⁇ stailinem CdTe or of chalcopyrite compounds of the general structure Ag x Cu ⁇ ⁇ ln y Ga ⁇ y S z Se 2 zw Te w als Semiconductor material, where x and y values between 0 and 1 and z and w values between 0 and 2 can assume such that the sum of w + z does not significantly exceed the value 2.
  • the mask can consist of different materials that provide the required mechanical strength
  • the mask can be designed as a metal mask.
  • the mask is not required to be transparent, since it is covered by the opaque absorber layer.
  • a transparent, but not necessarily metallic, mask can be used in the manufacture of superstrate cells if a separate use
  • the mask is intended to be a positive ending.
  • a transparent front electrode TLO
  • This coating can, for example similar to the coating for the formation of the back electrodes in substrate cells.
  • the essential improvement and simplification of the method is achieved in the method according to the invention by using the mask which can be configured according to predetermined wishes and boundary conditions.
  • a number of structuring processes can be omitted as separate process steps.
  • the measure of lateral displacement of the mask saves two otherwise necessary scribing cuts.
  • the measure of the lateral displacement is a placeholder for the undercovering of the electrode sections on the one side in order to provide access for the next coating here and for the overlapping on the other side in order to create a recess here from the next coating.
  • the size of the shortfall and overlap is related to the overall dimensions of the structured solar cells and is intended to ensure a secure overlap on the one hand and a secure separation on the other.
  • the method is characterized by a lateral displacement of the mask in the range of 0.1 mm.
  • Such a shift is technically easy to implement and to ensure safely and does not require a major change in the process setup between the individual process steps.
  • the mask plays an important role in various aspects of the method according to the invention. Due to their direct co-processing, no material losses occur. Particularly in the case of masks with more complex geometric patterns, which result in a higher cost for the creation, it is useful to reuse the mask several times without having to reprocess it in the meantime. The layers applied in previous process runs with their only small amounts of material do not interfere. If the mask is finally no longer used, the applied material can be recycled which is of particular importance in large-scale productions.
  • the mask also has the further advantage that it can also be used as a “positive” for its own configuration, separately from the large-area solar module that is configured as a “negative” of the mask shape , Therefore, overall, according to another embodiment of the method according to the invention, it is advantageous if it is characterized by repeated use or separate processing of the detached mask, the full areas of which are then to be designed with the same area. There is no difference in the procedure, the processing on the substrate or superstrate and the mask is identical in each case. Due to the fact that the mask can also be used, there is no loss of material at any process point, and the relatively cost-intensive materials are used optimally.
  • the usability supports the aesthetic point of view, in which the geometric patterns, in particular company logos, can also be used as positive.
  • the mask can also be used to create individual solar cells of simple geometry, which can be combined to form solar modules by means of an appropriate sene connection (see below).
  • the geometry it should be noted that there is a geometrical, aesthetically and / or informally structured structuring of the individual solar cells in compliance with identical partial patterns in the empty areas and / or in the full areas.
  • the solar cells on the negative as well as the solar cells on the positive each make an identical contribution to electricity, so that no electricity mixture is created.
  • the optimizing aspects already mentioned at the outset with regard to maximizing performance and / or minimizing the area must also be taken into account.
  • the solar modules produced in accordance with the invention of both types of support layer they are particularly advantageous if they characterized in that a light-collecting concentrator module consisting of individual concentrators in the form of imaging or non-imaging optical elements is provided, which are matched in their arrangement to the arrangement of the individual solar cells.
  • the use of concentrators enables a significant increase in the average and total energy conversion efficiency of a Solar module
  • the optical elements can be, for example, lenses in conventional semi-convex or fresnel-like form or also prisms in conical or a Acting another geometric shape
  • the solar module is encapsulated on its light incidence side by a transparent glass or plastic with or without a transparent cover plate and the concentrators are integrated in the glass or plastic or on the inside of the cover plate applied or ground into it.
  • the application can be carried out by gluing. Structuring the outside, on the other hand, is disadvantageous, since this makes cleaning more difficult and weather influences and dirt can influence the collecting effect of the concentrators.
  • the concentrators used can preferably have a geometric concentration factor C g have, which is in a number range between 1 and 10
  • Such concentrator modules are known in principle and have already been extensively appreciated in connection with the prior art, but especially in the Be Some interesting combinations are possible here for the solar modules produced by the method according to the invention.
  • the concentrator module is laterally spaced in front of the solar module 1 D
  • linear structured solar cells and is designed in the form of a blind, the individual slats of which are formed by linear concentrator lenses that can be tracked in parallel according to the position of the sun.
  • Such designs are particularly suitable for an arrangement in the window area and here in particular, of course, in particularly sunny windows. This is also because the solar module itself can be made semi-transparent so that it already contributes to shading the interior.
  • An advantageous further development of the solar blind can be characterized in that each concentrator lens is fixed at its two ends to two guide rods via two gift hanging points, which in turn run in guide slots in end blocks fixed in position with respect to the solar module and by simply pressing on movable wedge blocks are adjustable All lenses can be adjusted together. Furthermore, the concentrator lenses follow a path that ensures correct alignment with the solar cells in the event of different incidence of light.
  • the solar module is formed from the mask and the electrodes of the individual solar cells are connected in series via an integrated, metallized contact strip be designed as a transparent, flexible contact film, the width of which corresponds to the entire width of the solar module. Furthermore, it can then be provided that the solar module is mounted in front of or behind (depending on the solar cell type) a further structured and integrated series-connected solar module, which is arranged in a stationary manner, and is laterally displaceably supported by a lateral winding or unwinding of the contact film which extends beyond the solar module, the lateral winding or unwinding is simultaneously designed as electrical polarization for the solar cell current.
  • the degrees of transparency of the solar modules used can be adapted to those of the building surfaces and can be changed, for example fully transparent in front of shady windows and Glass components, semi-transparent in front of sunny windows and non-transparent in front of building walls, in the roof area or as sun protection.
  • semi-transparent solar modules the Use of concentrators, the area to be covered with solar cells is significantly reduced.This results in more flexibility for the architectural design.
  • the small distance between the solar and concentrator modules allows ready-to-use offset pieces to be made for house building without significantly increasing the space required for conventional solar modules - All in all, completely new areas of application open up, which could make the use of solar modules - also in the interior - much more attractive.
  • FIG. 1 shows the sequence of the manufacturing method according to the invention for a substrate cell
  • FIG. 2 shows the sequence of the manufacturing method according to the invention for a super cell
  • FIGS. 4a, 4b shows a solar module made from substrate cells with a concentrator module in the form of a blind in two positions
  • 5a, 5b a solar module made with the method from substrate cells with variable shading in plan view and in section and
  • Figure 6 is a diagram of the effect of the concentrator modules.
  • a thin-layer mask 100 is produced which corresponds to the desired geometry while observing the specified boundary conditions. In the exemplary embodiment shown, this is a comb-like geometry with solid areas 101 and empty areas 102 of the same area. Connecting webs 103 in the geometry pattern lie outside the solar cell structure to be produced and are therefore not considered further.
  • the mask 100 is detachably fixed on a transparent substrate layer 104 made of glass.
  • a metal layer 105 is applied to the substrate layer 104 and the fixed mask 100.
  • a metal layer 105 is also deposited on the full areas 101 of the mask 100 in method step (1.3).
  • the mask 100 is laterally displaced over the strip-shaped back electrode 106 in the direction of the arrow, for example by an amount in the range of 0.1 mm At this point, it should be pointed out that the dimensions are distorted in favor of a clear representation. With the lateral displacement, narrow undercover webs 107 and narrow overlapping webs 108 are formed
  • a photovoltaically active, thin semiconductor layer 109 for example made of the chalcopyrite compound CulnS 2 , is applied to the substrate 104 and the laterally displaced mask 100.
  • an absorber layer 110 structured via the mask 100 is formed, which also extends to the covering bridge 107, but not to the covering bridge 108.
  • the strip-like jerk electrode 106 in the region of the covering bridge 107 is enclosed by the semiconductor layer 109 and left free in the region of the covering bridge 108.
  • the mask 100 is detached and removed then separated, but processed in parallel to a “positive solar module” and differs from the “negative solar module” only in that the substrate layer 104 is omitted, but is mechanically replaced by the mask 100.
  • the Substrate 104 now also major
  • a transparent, conductive front layer 111 is applied to the jerk electrode 106 and, if necessary, separately from the removed mask 100, through which a front electrode 112 is formed.
  • the separated mask 100 is thus finished and formed an initially unconnected solar module 113 made of individual thin-film solar cells 114 in the form of the full surfaces 101 of the geometric pattern without its connecting webs.
  • the solar module can be carried out by subsequent suitable interconnection measures, which are relatively simple and integrated due to the missing substrate layer 104 and the exposed metal layer 105 113 can then be completed (analogously in FIGS. 3 and 5).
  • the light is incident in the direction of the arrow 104 on the substrate 104
  • the front electrode 112 is initially unstructured and connects all the solar cells 116 in an electrical short circuit.
  • the front layer 111 is therefore separated in separation areas 119 of the covering webs 108 by a suitable scribing method, for example using a laser beam , separated with short-circuit-canceling separating webs 117 down to the strip-like back electrode 106.
  • a thin mask 150 is again provided according to a predefined geometry pattern. If later use of the mask as an independent solar module is planned, it consists of a transparent material and is provided on its top with a separately applied front electrode, not shown in the figure.
  • a transparent, conductive front layer 152 is applied to a superstrate 151 to form a front electrode 153. In the selected embodiment, this consists of several SnO layers of different doping (ITO or ZnO also possible).
  • the mask 150 is then detachably fixed on the front layer 152 (method step (2.3)).
  • a method step (2.4) the front layer 152 is scanned along the outer edges of the mask 150, which act as mechanical or optical guide rulers, for structuring the front electrode 153.
  • a semiconductor layer 154 is formed to form a layer corresponding to the Mask geometry applied structured absorber layer 155.
  • the mask 150 in the process step (2.6) analogously to the process described above, shifted laterally by a small amount of approx. 0.1 mm. Cover webs 156 and undercover webs 157 are formed.
  • FIG. 3 shows a solar module 200 produced by the method according to the invention in a partially transparent embodiment with laterally structured solar cells 201 on one Transparent substrate 202 and with a light-collecting concentrator module 203 as an integrated light concentration.
  • a solar module 200 can be used, for example, as a window or as an element for architecturally demanding facades.
  • a housing 204 which is also the Discharge of the generated electrical current is used, and realized a front glass plate 205, which is backfilled with a transparent plastic 206 filling the space (eg epoxy or synthetic resin).
  • the concentrator module 203 is arranged on the inside 207 of the front glass plate 205 and has individual concentrators 208, which are matched in their arrangement to the arrangement of the individual solar cells 201. In the selected exemplary embodiment, these are strip-shaped, semi-convex lenses which are glued to the inside of the glass plate 205. To explain the effect of the concentrators, reference is made to FIG. 6.
  • FIG. 4 shows the embodiment of a partially transparent solar module 300 with rectilinearly structured solar cells 301 on a transparent substrate 302 and with a concentrator module 303 in the form of a “solar blind” made of trackable, linearly focusing concentrator lenses 304.
  • the solar cells 301 are mounted behind the separately suspended, louvre-like concentrator module 303. This consists of as many lamella-like, linearly focusing concentrator lenses 304 as there are strip-shaped solar cells 301 in the solar module 300.
  • Each concentrator lens 304 is attached to two at its two ends via two gifted suspension points 305 Fixed guide rods 306, which in turn run in guide slots 307 in end blocks 308.
  • the position of the end blocks 308 is fixed with respect to the solar module 300, whereby a single adjustment of the concentrator lenses 304 is not necessary.
  • the guide rods 306 become in the guide slots 307 ch simple pressure of movable wedge blocks 309 adjusted.
  • the concentrator lenses 304 follow a path that ensures correct adjustment with respect to the solar cells 301 in the event of different incidence of light.
  • the incidence of light is indicated by dashed light beams 310 for two different angles of incidence in the upper (a) and lower (b) of FIG. 4.
  • this type of light concentration is particularly suitable for superstrate cells, where the integration of the concentrators into the solar module is based Difficulties arise, and secondly, that the described type of suspension not only correctly tracks the angle of inclination of the concentrator lenses 304, but also their center of gravity.
  • the control signal for the tracking can be obtained in a simple manner from the current draw of the solar cells 301.
  • the shape of the lateral structuring of the solar cells 301 should be straight, so that correct illumination by the concentrator lenses 304 is ensured.
  • the scanning ratio solar cell clearance can also be selected differently than 2 1
  • FIG. 5 shows a partially transparent, laterally structured combination solar module 400 with variable shading, top (a) in plan view, bottom (b) in cross section.
  • the combination solar module 400 consists of a stationary solar module 401, which has rigid solar cells 402 a transparent substrate 403 is constructed, and from a portable solar module 404 arranged above the stationary solar module 401, which is implemented on a strip-like mask 405.
  • Solar cells 406 prepared on the mask 405 are provided by a flexible, transparent contact film 407 between the front and rear sides of the strip-shaped solar cells 406 electrically connected in series with one another.
  • the contact sheet 407 is metallized over a large area with a transparent, conductive oxide.
  • the contact sheet 407 can be designed over the entire width of a window, so that on the one hand there is less loss of sense resistance and on the other hand an increased mechanical Stability of the flexible solar module 404 results in the connecting contact foil 407 being wound at the ends on a cylindrical body 408, which also acts as an electrical supply to the outside.
  • the cylindrical body 408 is suspended in a frame element 409 and can be rotated from the outside, so that the flexible Solar module 404 are moved sideways.
  • the stationary solar module 401 is optionally shaded on the glass substrate 403, as a result of which Windows become semi-transparent overall with lower electricity production.
  • the portable solar cells 406 are positioned between the rigid solar cells 402 of the fixed solar module 401, making the window completely opaque and maximizing power production.
  • the solar cells 402, 406 do not necessarily have to be structured as straight strips, but they can also be structured according to aesthetic aspects, as long as their surfaces correspond to the general boundary conditions and are additionally congruent for this application. At this point, it should also be noted that when using super cells, the portable solar cells would have to be arranged below the stationary solar cells.
  • FIG. 6 shows a typical measurement curve of the efficiency of a chalcopyrite solar cell as a function of the light concentration, based on which three characteristic statements can be made:
  • the energy efficiency ⁇ of thin-film solar cells related to the radiation intensity varies in such a way that the operation at lower irradiance is unfavorable.

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Abstract

Bekante Herstellungsverfahren von grossflächigen, integrierten Dünnschicht-Solarmodulen mit einer amorphen, poly- oder mikrokristallinen Absorberschicht umfassen stets sowohl Trenn- als auch Umwandlungsstrukturierungen, die Unsicherheiten in der Strukturierung bedingen können und relativ aufwending sind. Bei den erfindungsgemässen Verfahren, mit denen sowohl Substrat-Solarzellen (116) als auch Superstrat-Solarzellen hergestellt werden können, wird deshalb als Abhilfe eine Maske (100) verwendet, die bei den Schichtabscheidungen für die Rückelektrode (106) und die Absorberschicht (110) durch ihre geometrische Form bereits für eine Strukturierung sorgt. Durch die Verwendung einer Maske (110), die nach ihrem Verfahrenseinsatz als eigenständiges Element weiterverwendet werden kann, ist eine relativ freie geometrische Gestaltbarkeit gegeben, die Einsätze auch nach ästhetischen und informellen Gesichtspunkten im äusseren und auch inneren Gebäudebereich ermöglicht, insbesondere ist auch ein Einsatz im Fensterbereich möglich. Derartige Anwendungen werden noch unterstützt durch die Möglichkeit einer konstruktiven Verbindung von mit den erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Solarmodulen mit lichtsammelnden Konzentratormodulen zur beträchtlichen Steigerung ihrer mittleren und totalen Energiewandlungseffizienz.

Description

Bezeichnung
Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit integriert serienver- schalteten Dünnschicht-Solarzellen und mit dem Verfahren hergestellte Solarmodule, insbesondere unter Verwendung von Konzentrator- modulen.
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit strukturierten und integriert serienverschalteten Dünnschicht- Solarzellen und auf mit dem Verfahren hergestellte Solarmodule. Dabei können die Solarzellen als Trägerschicht sowohl ein Substrat als auch ein Superstrat aufweisen.
Dünnschicht-Solarzellen beider Typen weisen lichtabsorbierende Absorberschichten aus kostengünstigen amorphen, poly- oder mikrokristallinen Halbleitermaterialien auf, die sich auf großflächigen Sub- oder Superstraten durch eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden abscheiden oder aufbauen lassen. Durch die geringe Schichtdicke der Absorberschichten und durch die Struktuherungsmöglichkeit während der Herstellung erniedrigen sich die Herstellungskosten weiter, sodass Dünnschicht-Solarzellen eine kostengünstige Alternative zu den gegenwärtig zumeist eingesetzten kostenin- tensiven Silizium-Solarzellen darstellen, die als einkristalline Ein- oder Mehrschichtsysteme erst nach der Herstellung in einzelne Zellen zersägt und dann wie hochwertige Halbleiterprodukte aufwendig weiterverarbeitet werden müssen. Durch photovoltaische Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Leistung erzeugen Dünnschicht-Solarzellen Spannungspegel von unter 1 Volt. Um eine technisch verwertbare Leistung bei einer Spannung von typisch 12 Volt oder 24 Volt zu erhalten, wird eine entsprechend ausreichende Anzahl von einzelnen Solarzellen in Reihe geschaltet. Bei Dünnschicht- Solarzellen kann diese Senenverschaltung in den Schichtherstellungsprozess integriert werden Dabei werden ganzflachig erfolgte Beschichtungen mittels geeigneter Struktuπerungsverfahren, beispielsweise Pastenschreibmethoden und Lift-off-Techniken sowie mechanische und insbesondere Laser-Bearbei- tungsverfahren, in schmale Streifen unterteilt Ziel der Strukturierung ist es, eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden an Vorder- und Ruckseite benachbarter streifenformiger Solarzellen zu schaffen
Aus der US 4 675 467 ist ein Verfahren zur Senenverschaltung eines integrierten Dunnschicht-Solarmoduls bekannt, bei dem beide Elektroden bereits in vorgefertigter Streifenform in eine unstrukturierte Absorberschicht eingebracht werden Die leitenden Verbindungen zwischen den entsprechenden Elektroden benachbarter Solarzellen werden dann durch einen Strukturierungsschntt mittels einer Laserbestrahlung von der durchsichtigen Substratseite her in einem Uberdeckungsbereich der Elektrodenstreifen erzeugt Durch eine genau festgelegte Energiedosis werden dabei entsprechende Bereiche der Absorberschicht in niederohmige Bereiche umgewandelt, wobei aber die Gefahr eines Schädigung des Halbleitermateπals besteht Durch die fehlende räumliche Strukturierung der Absorberschicht ist das Halbleitermatenal benachbarter Solarzellen nicht elektrisch gegeneinander isoliert, sodass die Leistungsausbeute mindernde Kurzschlussstrome entstehen Die Laserbehandlung erfordert eine hochgenaue Dosierung, Positionierung und Fokussierung des eingesetzten Laserstrahls, um den gewünschten Umwandlungseffekt ortsgenau erzielen zu können Dabei sind Schichtablösungen und Schädigungen in unmittelbarer Nachbarschaft des Struktunerungsschπttes nicht auszuschließen Weiterhin ist immer der Einsatz eines transparenten Substrats genau festgelegter, homogener Schichtstarke erforderlich, um das Eindringen des Laserstrahls von der Substratseite her zu ermöglichen und seine dosisabhangige Eindringtiefe in die zu trennenden bzw umzuwandelnden Schichten genau festlegen zu können In der US 4 999 308 wird ein ähnliches Verfahren mit vorgefertigten Elektrodenstreifen beschrieben, bei dem die Laserbehandlung zur Bereichsumwandlung auch gleichzeitig zur Trennung der Absorberschicht durchgeführt wird, um hier Isolierungsgräben durch Absprengung von damit verlorenem Halbleitermaterial zu erzeugen. Bei dieser gemeinsamen Behandlung stellt die Energiedosierung ein Problem dar, durch das insbesondere die Umwandlungsbereiche mit einer gewissen Unsicherheit angelegt werden, auch wenn die Behandlung von der Oberseite der Solarzellen und nicht durch das Substrat hindurch erfolgt. Der Einsatz zweier „scribing-Prozesse" zur nacheinander erfolgenden Auftrennung von Absorberschicht und Frontelektrode an unterschiedlichen, seitlich zueinander verschobenen Orten ist aus der US 5 296 674 bekannt. Die Auftrennung erfolgt mittels indirekter Laserbestrahlung durch das Substrat als Schutzschicht hindurch, sodass die Absorberschicht benachbarte Solarzellen weiterhin direkt miteinander verbin- det. Bei diesem Verfahren wird unter Inkaufnahme von Kurzschlussströmen eine mehrfache Positionierung eines transparenten Substrats erforderlich.
Aus der WO-9503628 ist ein Verfahren zur Senenverschaltung eines integrierten Dünnschicht-Solarzellenmoduls bekannt, bei dem alle funktionellen Schichten in speziellen Verfahrensschritten getrennt strukturiert werden. Bei diesem Verfahren wird zunächst durch ein beliebiges Struktu erungsverfahren eine zuvor auf einem transparenten Substrat ganzflächig abgeschiedene Metallschicht in eng benachbarte Streifen zur Bildung einer streifenförmigen Rückelektrode aufgeteilt. Nach dem nachfolgenden ganzflächigen Beschichten mit einer dünnen Halbleiterschicht zur Bildung einer Absorberschicht und einer Frontschicht zur Bildung einer Frontelektrode werden zwei weitere, getrennte Struktu erungsschritte mittels Laserbestrahlung von der Substratseite her durchgeführt. Die erste Laserbestrahlung dient der streifenförmigen Strukturierung von Absorberschicht und Frontelektrode, mit der zweiten Laserbe- Strahlung wird wiederum derjenige Anteil der Absorberschicht in einen nieder- ohmigen Bereich umgewandelt, der im Überdeckungsbereich zwischen den gegenüberliegenden Elektrodenstreifen benachbarter Solarzellen liegt, sodass eine integrierte leitende Serienverbindung zwischen den Solarzellen gebildet wird. Das bekannte Verfahren erfordert also eine Strukturierung mit einer dreifachen Trennbehandlung, darunter zwei aufwendigere Laserstrahlbehandlungen. Dabei dient die erste dem Trenn - Prozess von Frontelektrode und Absorberschicht gemeinsam. Insbesondere beim laserunterstützten Abtragen der empfindlichen Halbleiterschicht besteht immer auch die Gefahr, diese zu beschädigen oder zu verändern. Die zweite Behandlung zur Bereichsumwandlung erfordert wiederum eine genaue Laserenergiedosierung mit den bereits weiter oben beschriebenen Problemen.
Den beschriebenen Verfahren liegt die gemeinsame Optimierungsaufgabe im Sinne einer maximierten Leistungsabgabe oder einer minimierten Flächengröße der hergestellten Solarmodule aus streifenartig strukturierten Dünnschicht-Solarzellen beider Trägerschichttypen zugrunde. Derartige Solarzellen haben gegenüber Einkristall-Solarzellen bereits einen geringeren Energie-Wirkungsgrad, der bei sich gegenüber dem Normalfall (Lichtkonzentration AM 1 ,5) geringeren Lichtverhältnissen weiter rapide verringert. Dies bedeutet, dass bei den üblichen Schwankungen der Lichtintensität zwischen den Jahreszeiten und von Tag zu Tag je nach Witterung und bei Anwendungen im Innenraumbereich (bis auf 10% der maximal verfügbaren Einstrahlung herunter) Dünnschicht-Solarzellen bedeutende Leistungsverluste aufweisen. Hierin ist mit ein Grund dafür zu sehen, dass Dünnschicht- Solarzellen bislang in Bereichen mit stark unterschiedlicher Sonneneinstrahlung und generell in Innenraumbereichen kaum Anwendungen finden. Bei Einkristall-Solarzellen ist es aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt, lichtsammelnde Konzentratormodule aus optischen Elementen vorzusehen, die die Lichtintensität im für die Einkristall-Solarzellen optimalen Wirkungsbereich halten bzw. in diesen bringen. Ziel solcher bekannter Maßnahmen ist aber nicht eine Leistungsmaximierung, sondern eine möglichst bedeutende Verkleinerung der sehr teuren, benötigten Solarmodulfläche. Beispielsweise ist aus der US 5 118 361 ein Solarmodul aus einknstal- hnen Tandem-Solarzellen aus GaAs/GaSb bekannt das in ein Gehäuse eingebaut ist, dessen Abdeckung von einem Konzentratormodul aus einzelnen Fresnellinsen aus Kunststoff gebildet ist, die in ihrer Anordnung zusammen mit lichtsammelnden Trichtern den einzelnen Solarzellen vorgelagert sind Diese sind im Modul auf einem flexiblen Verschaltungsband mit leitenden und nichtleitenden Streifen angeordnet Bei einer sehr ähnlichen Anordnung für einkπstalline GaAs-Solarzellen gemäß der EP 0 657 948 ist deren automatisierte mikrochipgleiche Verschaltung bekannt, die einer Flachenmimmierung dienen soll Konzentrator-Anordnungen mit Linienfokus-Linsen in der oder als Modulabdeckung, die sich besonders für streifenformig ausgeprägte Solarmodule eignen, sind beispielsweise aus der US 4 711 972 für einkristalline Silizium-Solarzellen und der US 5 505 789 für einkristalline integrierte Solarzellen-Chips aus GaAs bekannt Der DE 197 44 840 A1 ist ein Solarmodul mit vorgeschaltetem Konzentratormodul aus Kunststoff-Fresnellinsen zu entnehmen, das als bauliche Einheit für eine verbesserte Energiebilanz dem Sonnenstand durch Verkippen oder Verschieben nachfuhrbar ist In der EP 0 328 053 schließlich werden streifenformige Solarmodule mit einer vorgesetzten Fresnel- linse beschrieben, die jeweils in eine Ecke einer Fensterscheibe eines Doppelfensters integriert sind und die Stromversorgung für einen Jalousiebetrieb in der Mitte des Doppelfensters liefern sollen
Aus keiner dieser genannten und auch weiteren Druckschriften ist jedoch ein Einsatz von Konzentratormodulen speziell für amorphe, poly- oder mikrokristalline Dunnschicht-Solarmodule in irgendeiner Ausfuhrungsform bekannt sodass solche Module bislang eine relativ schlechte und äußerst tageszeit- und witterungsabhangige Leistungsbilanz aufzeigen Gerade im Hinblick auf Anwendungen im Fensterbereich wird außerdem bei bekannten Solarmodulen, auch bei großflächig auf Glassubstraten abgeschiedenen Dunnschicht-Solarzellen, wenig oder gar keine Rucksicht auf optische Gestaltungsmaßnahmen genommen, was zu relativ abwechslungslosen, rein technischen Gesichtspunkten unterworfenen Solarmodulauspragungen fuhrt die in der Hauptsache auch im industriellen Gebiet Anwendungen finden. Nach ästhetischen Gesichtspunkten gestaltete Solarmodule findet man beispielsweise in Form von Dachziegeln (vgl. DE 42 279 29, DE 43 176 74) oder bei Armbanduhren, bei denen auch unterschiedliche Farbgebungen berücksichtigt werden können (vgl. EP 0 895 141 ).
Vor dem Hintergrund der vorangehenden Erläuterungen und ausgehend von dem dem erfindungsgemäßen Verfahren nächstliegenden Stand der Technik für ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit strukturierten und integriert serienverschalteten Dünnschicht-Solarzellen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zunächst ein verbessertes Herstellungsverfahren mit einem möglichst geringen Strukturierungsaufwand anzugeben. Dabei sollen sich die Aspekte der Verbesserung, die gleichermaßen für die Herstellung von Substrat- als auch von Superstratzellen gelten sollen, insbesondere beziehen auf eine Vereinfachung des Verfahrens bei gleichzeitig verbesserter Kontrollier- und Reproduzierbarkeit des Herstellungsprozesses. Weiterhin soll ein äußerst sparsamer Materialumgang und eine sichere Trennung der einzelnen Schichten bei einer vollständigen Isolation der einzelnen Solarzellen erreicht werden. Aus diesen Aspekten ableitbar soll ebenfalls eine Verbesserung der Kostengünstigkeit des Herstellungsverfahrens sein. Daneben soll die grundlegende Aufgabenstellung einer anzustrebenden Solarmodul-Optimierung insbesondere auch durch geeignete Formgebungen und Maßnahmen, insbesondere auch in Verbindung mit Konzentratormodulen, bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Solarmodulen umgesetzt werden, wodurch sich eine besondere Anwendungsflexibilität ergeben soll.
Die Lösung für den genannten Aufgabenkomplex ist zur Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen im Substrattyp dem Anspruch 1 , für Dünnschicht- Solarzellen im Superstrattyp dem nebengeordneten Anspruch 2 zu entnehmen. Dabei entsprechen sich die Verfahren der beiden Ansprüche weitestgehend mit dem Unterschied, dass das Verfahren gemäß Anspruch 2 gleichsam das inverse Verfahren zu dem Verfahren gemäß Anspruch 1 ist. Dies ist insofern verständlich, als Substrat- und Superstrat-Solarzellen einen prinzipiell gleichen Aufbau mit einer inversen Schichtenreihenfolge aufweisen Dabei fungiert das Substrat als untere Tragerschicht und das Licht fallt von oben in die Solarzelle wohingegen das Superstrat als obere Tragerschicht fungiert und der Lichteinfall durch das Superstrat hindurch erfolgt Um jedoch die Beschreibung übersichtlich gestalten zu können, sollen die Vorteile der Erfindung zunächst an dem Verfahren gemäß Anspruch 1 naher erläutert werden, zumal sie sich ebenso bei dem inversen Verfahren gemäß Anspruch 2 ergeben Daran anschließend erfolgt eine kurze Erläuterung der Unterschiede zwischen den beiden Verfahren.
Das erfindungsgemaße Verfahren gemäß Anspruch 1 ermöglicht eine durchgangige Strukturierung aller funktionellen Schichten bei einem äußerst geringen Struktuπerungsaufwand Durch den Einsatz einer Maske, die insbe- sondere streifenartig ausgeprägt sein kann, werden zwei ansonsten erforderliche Struktunerungsschritte eingespart Hierbei handelt es sich zum einen um die übliche Strukturierung der Ruckelektrode nach dem Aufbringen auf das Substrat bzw bei dem inversen Verfahren nach dem Aufbringen auf die Absorberschicht Bei der Erfindung wird die Ruckelektrode direkt beim Beschichten mit einer entsprechenden Metallschicht bei aufgelegter Maske strukturiert Dabei entsteht kein Materialverlust, da die Maske weiterverwendet werden kann Zum anderen entfallt auch der Verfahrensschritt der ansonsten üblichen, besonders kritischen nachträglichen Strukturierung der Halbleiter- Absorberschicht Dies ist auch insofern sehr gunstig, als dadurch die auftretenden Probleme beim mechanischen oder insbesondere laser- strahlgestutzen Schneiden der Absorberschicht vermieden werden Beschädigungen der einzelnen Schichten, ungenaue Schichtgrenzen und nicht reproduzierbare, umgewandelte Schichtzustande durch Laserbestrahlung können nicht auftreten
Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren gemäß Anspruch 1 wird die Absorberschicht genau wie die Ruckelektrode durch Verwendung der Maske strukturiert. Dabei erfolgt die integrierte Senenverschaltung der einzelnen Solarzellen durch einen einfachen, aber besonders wirkungsvollen Verfahrensschritt. Vor dem Aufbringen der Absorberschicht auf Substrat und Maske wird diese um einen geringen Betrag seitlich verschoben, sodass schmale Über- und Unterdeckungsstege entstehen, die nach der Maskenentfernung durch die nachfolgend ganzflächig aufzubringende leitende Frontschicht als Frontelektrode entsprechend kontaktiert werden. Im Bereich der Unterdeckungsstege wird beim Aufbringen der Absorberschicht ein vollständiger Einschluss der Rückelektrodenabschnitte auf der einen Seite erzielt. Eine Unterbrechung der Absorberschicht zwischen den einzelnen Solarzellen wird durch die mitbeschichtete Maske selbst erreicht, sodass hier keine Kurzschlussströme auftreten können. Eine Aussparung der Absorberschicht über den Rückelektrodenabschnitten auf ihrer anderen Seite wird im Bereich der Überdeckungsstege erreicht und dient der späteren Kontaktierung durch die Frontelektrode. Durch die Mitbeschichtung der Maske entsteht wiederum kein Materialverlust, gleichzeitig wird auch die Maske bis zur Absorberschicht vollständig mitprozessiert. Nach der Entfernung der Maske und dem ganzflächigen Aufbringen der transparenten leitenden Frontschicht ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nurmehr ein einziger nachträglicher Strukturie- rungsschritt durch mechanische oder lasergestützte Methoden erforderlich. Dabei wird in einem Trennbereich, der die Überdeckungsstege und einen Teil der jeweils angrenzenden Solarzelle umfasst, die Frontschicht bis auf die Rückelektrode mit einer solchen Trennstegbreite einfach aufgetrennt, dass eine entsprechend strukturierte Frontelektrode ohne Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Solarzellen entsteht. Schwer zu beherrschende Umwandlungsvorgänge in der Absorberschicht zur Bildung von Leiterbrücken entfallen. Auch ist die Lage der Trennstellen nicht weiter kritisch, da sie lediglich im Bereich der Überdeckungsstege oder in Richtung der angrenzenden Solarzelle seitlich versetzt liegen müssen. Wichtig für die Lage der Trennstellen ist die unbedingte Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen Rück- und Frontelektrode. Beim Schnitt im Bereich der aktiven Solarzelle ist dies sicher gewährleistet. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Substrat- Solarzellen entspricht prinzipiell dem Verfahren gemäß Anspruch 2 zur Herstellung von Superstrat-Solarzellen, wobei hierbei die Verfahrensschritte in umgekehrter Reihenfolge durchzuführen sind. Da jedoch bei Superstratzellen die transparente leitende Frontschicht für die Frontelektrode auf dem Superstrat mechanisch nicht so stabil ist wie die Metallschicht zur Bildung der Rückelektrode auf dem Substrat bei Substratzellen, ist bei der Herstellung von Superstratzellen der mechanische Trennschritt zur Strukturierung der Frontelektrode nicht in gleicher Weise durchführbar (das Durchritzen würde hier bis auf das Superstrat herunter erfolgen). Deshalb wird bei dem Verfahren gemäß Anspruch 2 zunächst das gesamte transparente Superstrat mit einer leitenden Frontschicht bedeckt. Nach dem Fixieren der Maske wird dann die Strukturierung durch Ritzen entlang der Vollflächen der Maske wie an einem Anlegelineal durchgeführt, sodass die Maske mit jeweils einem ihrer seitlichen Ränder direkt neben den Strukturierungsgräben liegt. Danach wird dann die Absorberschicht aufgebracht und die Strukturierungsgräben ebenfalls mit Absorber aufgefüllt. Nach dem lateralen Verschieben der Maske entstehen wieder die entsprechenden Über- und Unterdeckungsstege. Nach dem Aufbringen der Metallschicht zur Strukturierung der Rückelektrode, die auch als p-TLO ausgebildet sein kann, wird die Maske, die nunmehr ebenfalls mit einem kompletten Solarzellenaufbau belegt ist, schließlich entfernt. Die Hauptunterschiede zum Verfahrensablauf gemäß Anspruch 1 sind also in dem vorgezogenen Strukturierungsschritt und in dem späteren Entfernen der Maske zu sehen.
Besonderes Augenmerk liegt bei den erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren auf der Gestaltbarkeit der Maske. Waren reihenverschaltete Solarzellen bislang durchgängig abwechslungslos streifenförmig aufgebaut, können hier bei der Erfindung gestalterische Maßnahmen einfließen. Nahezu jedes geometrische Muster, beispielsweise auch Zickzack- oder wellenartige Muster sowie Schriftzüge oder Firmenlogos, kann unter Beachtung von zwei einfachen Randbedingungen umgesetzt werden Dabei handelt es sich zum einen um den Grundcharakter des Musters, das aus einzelnen, kleineren Teilflachen zusammen gesetzt sein muss Diese „Digita sierung" der analogen Muster stellt aber keine Einschränkung der optischen Funktion dar, da sie schon aus einiger Entfernung nicht mehr sichtbar ist, wenn sie nicht ein gezielt eingesetztes Element des Geometriemusters sein soll Bei der Aufteilung des Musters in kleine Teilflachen sind als zweite Randbedingung diese in ihrer Große so zu berechnen dass jeweils die Leerflachen und gegebenenfalls auch die Vollflachen im Geometriemuster annähernd dieselbe Flache aufweisen Dadurch wird ein Stromgemisch vermieden, dass bei unterschiedlich groß ausgelegten Teilflachen entstehen wurde Eine Gleichheit der Vollflachen ist immer dann erforderlich, wenn - wie weiter unten ausgeführt - auch die Maske zu einer vollständigen Solarzelle weiterprozesssiert werden soll, wobei die Flache der Vollflachen jedoch verschieden von der der Leerflachen sein kann Auch die zweite Randbedingung stellt kein größeres Problem in der Umsetzung dar, da sie einfach in die Solarmodul-Auslegung einbezogen werden kann
Mit der relativ freien Gestaltbarkeit der benotigten Maske für den Herstellungsprozess kann nunmehr ein völlig neuer Aspekt in die Anwendung von erfindungsgemaß hergestellten Solarmodulen integriert werden Aufgrund ihrer Funktion sind diese ohnehin zumeist im sichtbaren Bereich angeordnet Jetzt können mit dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellte Solarmodule auch als ästhetische Gestaltungselemente für Gebaudefassaden und als Werbeträger eingesetzt werden, was ihre Verwendungsattraktivitat bedeutend erhöht Im Normalfall wird das Geometriemuster aus rechteckigen und gradlinigen schmalen Streifen bestehen Damit diese in der Maske zusammenhalten, kann die Maske an ihren Randern Verbindungsstege aufweisen Beim Auftragen der einzelnen Schichten zur Herstellung des Solarmoduls können diese Verbindungsstege dann außerhalb der jeweiligen Tragerschicht angeordnet sein Ist dies beispielsweise aus Dimensionierungsgrunden nicht der Fall oder benotigt das Geometriemuster auch in seinem Inneren Verbindungsstege, insbesondere auch zu Erlangung einer ausreichenden mechanische Stabilität, dann bilden derartige Stege im Verfahrensablauf zunächst zusätzliche Kurzschlussbrucken In Abhängigkeit von der Komplexität des Geometriemusters ist es deshalb nach einer Fortfuhrung der erfindungsgemaßen Verfahren sinnvoll, nach dem Verfahrensschritt (1 8) oder (2 8) einen zusätzlichen Verfahrensschritt vorzusehen (A) Strukturieren von durch Verbindungsstege in komplexeren Geometriemustern bedingten Kurzschlussbereichen in der Frontschicht
Die einzelnen Beschichtungen können mit den allgemein bekannten
Verfahren, wie beispielsweise Aufdampfen oder Katodenzerstaubung (sputteπng) erfolgen Die Zusammensetzung des erforderlichen Schichtenpakets für ein erfindungsgemaß hergestelltes Solarmodul in Dünnschichttechnik erfolgt in Abhängigkeit von den eingesetzten Materialien und den Anwendungsfallen Insbesondere kann optional vor dem Aufbringen von Ruckoder Frontelektrode gemäß Verfahrensschritt (1 2) oder (2 1 ) nach einer weiteren Erfindungsfortfuhrung folgender zusätzlicher Verfahrensschritt vorgesehen sein (B) Aufbringen einer Sperrschicht zur Bildung einer Diffusionsbarπere Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Cr-Schicht handeln, die eine Interdiffusion von z B Na verhindert Weiterhin kann optional nach dem Aufbringen der Metallschicht (1 3) oder nach dem Strukturieren der Frontschicht (2 4) vorteilhaft folgender zusätzlicher Verfahrensschritt vorgesehen sein . (C) Aufbringen einer Haft- und/oder Quellschicht zur Bildung eines Haftvermittlers Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Na- Quellschicht (NaF) und/oder eine haftvermittelnde Schicht, z B aus ZnSe oder ZnS, handeln Schließlich kann optional zwischen der absorberbildenden Beschichtung und der Auftragung der Frontschicht das heißt vor Verfahrensschritt (1 6) oder (2 5) noch ein zusätzlicher Verfahrensschritt vorteilhaft eingefugt werden (D) Aufbringen zumindest einer Pufferschicht zur Bildung einer Raumladungszone Diese Schicht kann beispielsweise aus CdS oder auch aus ZnS bestehen Weiterhin kann je nach spaterem Anwendungsfall des fertiggestellten Solarmoduls bei einer Fortfuhrung des erfindungsgemaßen Herstellungsverfahrens ein Einsatz von transparenten Materialien zur Bildung der Sub- oder Superstratschicht und/oder Metallschicht vorgesehen sein Dadurch wird eine besondere Eignung für Fenster- und semitransparente Bereiche erzielt, die sich die Tatsache zunutze macht, dass als großflächige Sub- oder Superstrate für Dunnschicht -Solarzellen in der Regel ohnehin Glasscheiben verwendet werden Bei dem Material zur Bildung der transparenten Metallschicht kann es sich beispielsweise um ZnO, SnO oder ITO (Indium Tin Oxide) handeln, das neben anderen Schichten unterschiedlicher Dotierung ebenfalls für die Bildung der transparenten, leitenden Frontschicht (TLO) eingesetzt werden kann Nichttransparente Metallschichten können dagegen aus Molybdän, Wolfram oder einem anderen Metall bestehen Zur Bildung der Absorberschicht, die ebenfalls nichttransparent ist, schließlich kann nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens dieses gekennzeichnet sein durch einen tragerschichtabhangigen Einsatz von amorphem oder poly- oder mikrokristallinem Silizium, von polykπstailinem CdTe oder von Chalkopyritverbindungen der allgemeinen Struktur AgxCuι χlnyGaι ySzSe2 z wTew als Halbleitermatenal, wobei x und y Werte zwischen 0 und 1 sowie z und w Werte zwischen 0 und 2 so annehmen können, dass die Summe aus w+z den Wert 2 nicht wesentlich überschreitet Die Maske kann aus unterschiedlichen, die erforderliche mechanische Festigkeit erbringenden Materialien bestehen Zur Formierung von Substratzellen kann die Maske als Metallmaske ausgeprägt sein Prinzipiell ist eine Transparenz der Maske nicht erforderlich, da sie von der undurchsichtigen Absorberschicht bedeckt ist Bei der Herstellung von Superstratzellen kann eine transparente, aber nicht notwendigerweise metallene Maske eingesetzt werden, wenn eine separate Verwendung der Maske als Positiv vorgesehen ist Bevor jedoch eine solche Maske, die beispielsweise aus Glas oder verfahrensbestandigem transparenten Kunststoff besteht, auf dem Superstrat losbar fixiert wird, ist sie auf ihrer Oberseite separat mit einer transparenten Frontelektrode (TLO) zu versehen Diese Beschichtung kann zum Beispiel ähnlich wie die Beschichtung zur Bildung der Rückelektroden bei Substratzellen erfolgen.
Die wesentliche Verfahrensverbesserung und -erleichterung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch den Einsatz der nach vorgegebenen Wünschen und Randbedingungen konfigurierbaren Maske erreicht. Hierdurch kann eine Reihe von Strukturierungsvorgängen als separate Verfahrensschritte entfallen. Insbesondere durch die Maßnahme der lateralen Verschiebung der Maske werden zwei ansonsten erforderliche Scribing-Schnitte eingespart. Dabei ist das Maß der lateralen Verschiebung ein Platzhalter für die Unterdeckung der Elektrodenabschnitte auf der einen Seite, um hier einen Zugang für die nächste Beschichtung zu schaffen, und für die Überdeckung auf der anderen Seite, um hier eine Aussparung von der nächsten Beschichtung zu schaffen. Die Größe von Unter- und Überdeckung steht dabei in Relation zu den Gesamtmaßen der strukturierten Solarzellen und soll eine sichere Überdeckung einerseits und einen sichere Trennung andererseits gewährleisten. Vorteilhaft ist es deshalb gemäß einer anderen Verfahrensfortführung, wenn das Verfahren gekennzeichnet ist durch eine laterale Verschiebung der Maske im Bereich von 0,1 mm. Eine solche Verschiebung ist technisch einfach umzusetzen und sicher zu gewährleisten und erfordert keine große Veränderung im Verfahrenssetup zwischen den einzelnen Verfahrensschritten.
Die Maske spielt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei unterschiedlichen Aspekten eine bedeutende Rolle. Durch ihre direkte Mitprozessierung treten keine Materialverluste auf. Insbesondere bei Masken mit komplexeren geometrischen Mustern, durch die ein höherer Kostenaufwand bei der Erstellung entsteht, ist eine mehrfache Wiederverwendung der Maske ohne zwischenzeitliche Wiederaufbereitung sinnvoll. Dabei stören in vorange- gangenen Verfahrensdurchläufen aufgebrachte Schichten mit ihren nur geringen Materialaufträgen nicht. Wird die Maske schließlich nicht mehr weiterverwendet, kann das aufgetragene Material einem Recycling zugeführt werden, dem bei großtechnischen Produktionen ohnehin eine besondere Bedeutung zukommt. Neben diesen und den weiter oben genannten Vorteilen weist die Maske auch noch den weiteren Vorteil auf, dass sie getrennt von dem großflächig herzustellenden Solarmodul, das gleichermaßen als „Negativ" der Maskenform konfiguriert wird, auch als „Positiv" für eine eigene Konfiguration genutzt werden kann. Deshalb ist es insgesamt gesehen nach einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, wenn dieses gekennzeichnet ist durch einen wiederholten Einsatz oder eine separate Weiterprozessierung der abgelösten Maske, deren Vollflächen dann flächengleich auszulegen sind. Ein Unterschied in der Verfahrensführung ergibt sich dabei nicht, die Prozessierung auf dem Substrat oder Superstrat und der Maske verläuft jeweils identisch. Durch die Verwendbarkeit auch der Maske tritt an keiner Verfahrensstelle ein Materialverlust auf, die relativ kostenintensiven Materialien werden optimal eingesetzt. Weiterhin unterstützt die Verwendbarkeit den ästhetischen Gesichtspunkt, bei dem die geometrischen Muster, insbesondere Firmenlogos, auch als Positiv eingesetzt werden können. Bei weniger komplexen Maskenstrukturen können mit der Maske auch einzelne Solarzellen einfacher Geometrie entstehen, die durch entsprechende Senenverschaltung zu Solarmodulen kombiniert werden können (vgl. weiter unten). Insgesamt ist jedoch gemäß einer weiteren Erfindungsfortführung bei der Festlegung der Geometrie zu beachten, dass eine geometrische, an ästhetischen und/oder informellen orientierte Strukturierung der einzelnen Solarzellen unter Einhaltung von flächengleichen Teilmustern jeweils in den Leerflächen und/oder in den Vollflächen vorliegt. Dadurch erzielen die Solarzellen auf dem Negativ wie auch die Solarzellen auf dem Positiv jeweils einen identischen Strombeitrag, sodass kein Stromgemisch entsteht. Eine Flächengleichheit zwischen Voll- und Leerflächen ist nicht erforderlich. Weiterhin sind zusätzliche gestalterische Aspekte gemäß einer Erfindungsfortführung auch dadurch umsetzbar, dass die Teilmuster unterschiedliche Farbgebungen aufweisen, wobei die gewählten Farben in den photovoltaischen Prozess integrierbar sein müssen. 1 o
Neben den ästhetischen Gesichtspunkten bei Solarmodulen, die nach dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellt sind, sind auch die eingangs bereits erwähnten optimierenden Gesichtspunkte hinsichtlich einer Leistungs- maximierung bzw einer Flachenminimierung zu berücksichtigen Dazu ist es nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemaß hergestellten Solarmodule beider Tragerschichttypen besonders vorteilhaft, wenn diese dadurch gekennzeichnet sind, dass ein lichtsammelndes Konzentratormodul aus einzelnen Konzentratoren in Form von abbildenden oder nicht-abbildenden optischen Elementen vorgesehen ist, die in ihrer Anordnung auf die Anordnung der einzelnen Solarzellen abgestimmt sind Die Verwendung von Konzentratoren ermöglicht eine bedeutende Steigerung der mittleren und totalen Energiewandlungseffizienz eines Solarmoduls Bei den optischen Elementen kann es sich beispielsweise um Linsen in konventioneller halbkonvexen oder in fresnelartiger Form oder auch um Prismen in konischer oder andere geometrischer Form handeln Nach einer nächsten Ausgestaltung kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Solarmodul an seiner Lichteinfallsseite durch einen transparenten Glas- oder Kunststoff mit oder ohne eine transparente Abdeckscheibe verkapselt ist und die Konzentratoren in den Glas- oder Kunststoff integriert oder auf die Innenseite der Abdeckscheibe aufgebracht oder in diese hinein geschliffen sind Dabei kann das Aufbringen insbesondere durch eine Klebung erfolgen Eine Strukturierung der Außenseite ist dagegen ungunstig, da dadurch eine Reinigung erschwert wird und Witterungseinflusse und Schmutz die Sammelwirkung der Konzentratoren beeinflussen können Die verwendeten Konzentratoren können bevorzugt einen geometrischen Konzentrationsfaktor Cg aufweisen, der in einem Zahlenbereich zwischen 1 und 10 liegt Derartige Konzentratormodule sind prinzipiell an sich bekannt und wurden eingangs im Zusammenhang mit dem Stand der Technik bereits eingehend gewürdigt Gerade aber im Bezug auf die nach dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellten Solarmodule sind hier einige interessante Kombinationen möglich Beispielsweise kann nach einer anderen Fortfuhrung der Erfindungsidee vorgesehen sein, dass das Konzentratormodul mit einem Abstand vor dem Solarmodul mit lateral 1 D
geradlinig strukturierten Solarzellen angeordnet und in Form einer Jalousie ausgebildet ist, deren einzelne Lamellen von linearen Konzentrator-Linsen gebildet sind, die entsprechend dem Sonnenstand parallel nachfuhrbar sind Derartige Ausfuhrungen eignen sich besonders für eine Anordnung im Fensterbereich und hier insbesondere natürlich bei besonders besonnten Fenstern. Dies auch deshalb, da das Solarmodul an sich halb durchsichtig gestaltet werden kann, sodass es bereits zu einer Abschattung des Innenraums beiträgt. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Solarjalousie kann dabei dadurch gekennzeichnet sein, dass jede Konzentrator-Linse an ihren beiden Enden über zwei geschenkelte Aufhangepunkte an zwei Fuhrungs- stangen fixiert ist, die ihrerseits in Fuhrungsschlitzen in gegenüber dem Solarmodul positionsfixierten Endblocken laufen und durch einfachen Andruck von beweglichen Keilblöcken verstellbar sind Alle Linsen sind so gemeinsam justierbar. Weiterhin folgen die Konzentrator-Linsen so einer Bahn, die bei verschiedenem Lichteinfall eine korrekte Justage gegenüber den Solarzellen gewährleistet.
Im Zusammenhang mit einer Verwendung der Maske als eigenständigem Solarzellentrager kann daneben gemäß einer anderen Erfmdungs- ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Solarmodul aus der Maske gebildet ist und die Elektroden der einzelnen Solarzellen über ein integriertes, metallisiertes Kontaktband in Reihe geschaltet sind Hierbei kann insbesondere das Kontaktband als transparente, flexible Kontaktfolie ausgebildet sein, deren Breite der gesamten Solarmodulbreite entspricht. Weiterhin kann hierbei dann vorgesehen sein, dass das Solarmodul vor oder hinter (je nach Solarzellentyp) einem weiteren strukturierten und integriert seπenverschalteten Solarmodul, das ortsfest angeordnet ist, und über eine seitliche Auf- bzw Abwicklung der über das Solarmodul hinausgeführten Kontaktfolie seitlich verschiebbar gelagert ist, wobei die seitliche Auf- bzw. Abwicklung gleichzeitig als elektrische Polaπsierung für den Solarzellenstrom ausgebildet ist Je nach Stellung der einzelnen Solarmodule zueinander kann zwischen maximaler Lichtdurchlassigkeit und maximaler Stromproduktion gewählt werden Durch derartige Maßnahmen ergibt sich ein teilweise durchsichtiges Solarmodul mit veränderbarer Abschattung das insbesondere auch nach ästhetischen Gesichtspunkten gestaltet werden kann Insgesamt gesehen Durch die optimale Verbindung von ästhetischen mit funktionellen Gestaltungselementen kann für ein Solarmodul, das nach dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellt und optional zur Leistungssteigerung modifiziert worden ist, deshalb vorgesehen sein, dass es einzeln oder gemeinsam mit weiteren Solarmodulen vor oder in Fenster-, Fassaden- oder Dachelementen eines Gebäudes oder in dessen Innenbereich angeordnet ist Dabei können die Transparenzgrade der verwendeten Solarmodule denen der Gebaudeflachen angepasst und veränderlich sein beispielsweise volltransparent vor schattigen Fenstern und Glasbauelementen, halbtransparent vor sonnigen Fenstern und nichttransparent vor Gebaudewanden, im Dachbereich oder als Sonnenschutz Bei Anwendungen von semitransparenten Solarmodulen kann durch den Einsatz von Konzentratoren die mit Solarzellen zu bedeckende Flache wesentlich verringert werden Dadurch ergibt sich mehr Flexibilität für die architektonische Gestaltung Der geringe Abstand zwischen Solar- und Konzentratormodul erlaubt es, einsatzfertige Versatzstucke für den Hausbau zu fertigen, ohne den Platzbedarf für herkömmliche Solarmodule nennenswert zu erhohen Ins- gesamt erschließen sich völlig neue Anwendungsgebiete, die die Verwendung von Solarmodulen - auch im Innenraumbereich - wesentlich attraktiver machen durften Um zu genannten Modifikationen Wiederholungen zu vermeiden, wird bezüglich weiterer Details auf den anschließenden speziellen Beschreibungs- teil verwiesen
Das erfindungsgemaße Herstellungsverfahren und Ausbildungsformen von damit hergestellten Solarmodulen werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren zum weiteren Verständnis naher erläutert Dabei zeigen
Figur 1 den Ablauf des erfindungsgemaßen Herstellungsverfahren für eine Substratzelle, Figur 2 den Ablauf des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für eine Superstratzelle,
Figur 3 ein mit dem Verfahren hergestelltes Solarmodul aus Substratzellen mit einem Konzentratormodul, Fig. 4a,4b ein mit dem Verfahren hergestelltes Solarmodul aus Substratzellen mit einem Konzentratormodul in Jalousieform in zwei Positionen,
Fig. 5a,5b ein mit dem Verfahren hergestelltes Solarmodul aus Substratzellen mit veränderbarer Abschattung in der Draufsicht und im Schnitt und
Figur 6 ein Diagramm zur Wirkung der Konzentratormodule.
In der Figur 1 ist das er indungsgemäße Verfahren anhand ausgewählter Fertigungszustände einer Ausführungsform eines herzustellenden Solarmoduls im Querschnitt dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt (1.1) wird eine dünnschichtige Maske 100 hergestellt, die der gewünschten Geometrie unter Einhaltung der vorgegebenen Randbedingungen entspricht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um eine kammartige Geometrie mit flächengleichen Vollflächen 101 und Leerflächen 102. Verbindungsstege 103 im Geometriemuster liegen außerhalb der herzustellenden Solarzellenstruktur und werden deshalb nicht weiter berücksichtigt. In einem Verfahrensschritt (1.2) wird die Maske 100 auf einer transparenten Substratschicht 104 aus Glas lösbar fixiert. In einem nächsten Verfahrensschritt (1.3) wird auf die Substratschicht 104 und die fixierte Maske 100 eine Metallschicht 105 aufgebracht. Dadurch entsteht auf der Substratschicht 104 eine streifenartig strukturierte Rückelektrode 106 in Form der Leerflächen 102 im Geometriemuster der Maske 100. Auch auf den Vollflächen 101 der Maske 100 wird im Verfahrensschritt (1.3) eine Metallschicht 105 abgelagert. Im nachfolgenden Verfahrensschritt (1.4) wird die Maske 100 lateral über die streifenförmige Rückelektrode 106 hinüber in Pfeilrichtung verschoben, beispielsweise um einen Betrag im Bereich von 0,1 mm An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Dimensionierungen zugunsten einer übersichtlichen Darstellung verzerrt dargestellt sind Bei der lateralen Verschiebung bilden sich schmale Unterdeckungsstege 107 und schmale Uberdeckungsstege 108
In einem nächsten Verfahrensschritt (1.5) wird eine photovoltaisch aktive, dünne Halbleiterschicht 109, beispielsweise aus der Chalkopyπtverbin- dung CulnS2, auf das Substrat 104 und die lateral verschobene Maske 100 aufgebracht Dadurch wird eine über die Maske 100 strukturierte Absorberschicht 110 gebildet, die sich auch auf den Unterdeckungssteg 107, nicht aber auf den Uberdeckungssteg 108 erstreckt Dadurch wird die streifenartige Ruckelektrode 106 im Bereich des Unterdeckungssteges 107 von der Halbleiterschicht 109 umschlossen und im Bereich des Uberdeckungssteges 108 freigelassen Im Verfahrensschritt (1.6) wird die Maske 100 abgelost und entfernt Sie kann danach getrennt, aber parallel zu einem „Positiv-Solarmodul" weiterprozessiert werden und unterscheidet sich von dem „Negativ-Solarmodul" nur durch einen Wegfall der Substratschicht 104, die aber mechanisch durch die Maske 100 ersetzt wird Im folgenden Verfahrensschritt (1.7) wird auf das Substrat 104 auch im nunmehr durch Entfernen der Maske 100 freigewordenen Bereich und im Bereich des Uberdeckungssteges 108 auf der Ruckelektrode 106 sowie ggfs getrennt davon auf die entfernte Maske 100 eine transparente, leitende Frontschicht 111 aufgebracht, durch die eine Frontelektrode 112 gebildet wird Damit ist die getrennte Maske 100 fertigprozessiert und bildet ein zunächst unverschaltetes Solarmodul 113 aus einzelnen Dunnschicht-Solarzellen 114 in Form der Vollflachen 101 des geometrischen Musters ohne dessen Verbindungsstege Durch nachfolgende geeignete Verschaltungsmaßnahmen, die aufgrund der fehlenden Substratschicht 104 und der nach unten freiliegenden Metallschicht 105 relativ einfach und integriert durchzufuhren sind, kann das Solarmodul 113 dann fertiggestellt werden (analog in Figuren 3 und 5) Der Lichteinfall erfolgt im eingebauten Zustand dann in Pfeilπchtung auf das Substrat 104 Auf dem „negativen" Solarmodul 115 ist die Frontelektrode 112 zunächst unstrukturiert und verbindet alle Solarzellen 116 im elektrischen Kurzschluss. In einem anschließenden Verfahrensschritt (1.8) wird deshalb die Frontschicht 111 in Trennbereichen 119 der Überdeckungsstege 108 durch ein geeignetes scribing-Verfahren, beispielsweise mittels Laserstrahl, mit kurzschlussaufhebenden Trennstegen 117 bis auf die streifenartige Rückelektrode 106 aufgetrennt. Diese zeigt im Allgemeinen ein wesentlich besseres Haftverhalten auf der Substratschicht 104 als die Absorberschicht 109. Dadurch sind die Solarzellen 116 integriert elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die einzelnen Absorberschichtstreifen 118 elektrisch isoliert bleiben. Damit ist das Solarmodul 115 fertiggestellt und einsatzfertig.
In der Figur 2 ist analog das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Superstratzellen dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt (2.1 ) wird wiederum eine dünne Maske 150 nach einem vorgegebenen Geometriemuster bereitgestellt. Ist eine spätere Weiterverwendung der Maske als eigenständigem Solarmodul geplant, besteht diese aus einem transparenten Material und ist an ihrer Oberseite mit einer separat aufgebrachten, in der Figur nicht weiter dargestellten Frontelektrode versehen. In einem anschließenden Verfahrensschritt (2.2) wird auf ein Superstrat 151 eine transparente, leitende Frontschicht 152 zur Bildung einer Frontelektrode 153 aufgebracht. Im gewählten Ausführungsbeispiel besteht diese aus mehreren SnO-Schichten verschiedener Dotierung (ITO oder ZnO ebenfalls möglich). Danach wird die Maske 150 lösbar auf der Frontschicht 152 fixiert (Verfahrensschritt (2.3)). Danach erfolgt in einem Verfahrensschritt (2.4) das „Sc bing" der Frontschicht 152 entlang der als mechanische oder optische Führungslineale wirkenden Außenkanten der Maske 150 zur Strukturierung der Frontelektrode 153. In einem nächsten Verfahrensschritt (2.5) wird eine Halbleiterschicht 154 zur Bildung einer entsprechend der Maskengeometrie strukturierten Absorberschicht 155 aufgebracht. Danach wird die Maske 150 in dem Verfahrensschritt (2.6) analog zum oben beschriebenen Verfahren um einen geringen Betrag von ca 0,1 mm lateral verschoben Es bilden sich Uberdeckungsstege 156 und Unterdeckungsstege 157 Diese werden im anschließenden Verfahrensschritt (2.7) genau wie die geritzten Struktune- rungsgraben 158 ebenfalls mit einer Metallschicht 159 zur Strukturierung einer Ruckelektrode 160 überdeckt Im letzten Verfahrensschritt (2.8) wird dann wiederum die Maske 150 entfernt Das Solarmodul 161 ist mit einer entsprechenden Strukturierung und integrierten Senenverschaltung zwischen den einzelnen Dunnschicht-Solarzellen 162 fertiggestellt Im eingebauten Zustand erfolgt der Lichteinfall dann in Pfeiinchtung durch das Superstrat 151 hindurch
Nach der Beschreibung der beiden analogen Verfahren zur Herstellung von Substrat- oder Superstratzellen sollen im Folgenden mit den Verfahren hergestellte Solarmodule insbesondere im Zusammenhang mit einem Einsatz von Konzentratormodulen naher erläutert werden Dabei wird durchgangig vom Substratzellentyp ausgegangen An dieser Stelle sei jedoch ausdrücklich vermerkt, dass alle Ausfuhrungsformen nach entsprechender, geläufiger technischer Anpassung auch mit Superstratzellen ausgeführt werden können
In der Figur 3 (hier und in den folgenden Figuren nicht weiter erläuterte Bezugszeichen sind in ihrer Bedeutung der Figur 1 oder der jeweils vorhergehenden Figur zu entnehmen) ist ein nach dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestelltes Solarmodul 200 in teilweise durchsichtiger Ausfuhrungsform mit lateral strukturierten Solarzellen 201 auf einem transparenten Substrat 202 und mit einem lichtsammelnden Konzentratormodul 203 als integrierte Licht- konzentration dargestellt Ein derartiges Solarmodul 200 kann beispielsweise als Fenster oder als Element für architektonisch anspruchsvolle Fassaden eingesetzt werden Eine Verkapselung, die jedes Standard-Dunnschichtsolar- modul benotigt, um gegenüber Witterungseinflussen unempfindlich zu sein wird im gewählten Ausfuhrungsbeispiel durch ein Gehäuse 204, das auch der Ableitung des erzeugten elektrischen Stromes dient, und eine vorgesetzte Glasplatte 205 realisiert, die mit einem den Zwischenraum ausfüllenden transparenten Kunststoff 206 (z.B. Epoxy oder Kunstharz) hinterfüllt ist. Das Konzentratormodul 203 ist auf der Innenseite 207 der vorgesetzten Glasplatte 205 angeordnet und weist einzelne Konzentratoren 208 auf, die in ihrer Anordnung auf die Anordnung der einzelnen Solarzellen 201 abgestimmt sind. Im gewählten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um streifenförmige, halbkonvexe Linsen, die innen auf die Glasplatte 205 aufgeklebt sind. Zur Erläuterung der Wirkung der Konzentratoren wird auf die Figur 6 verwiesen.
Der Figur 4 ist die Ausführungsform eines teilweise transparenten Solarmoduls 300 mit geradlinig strukturierten Solarzellen 301 auf einem transparenten Substrat 302 und mit einem Konzentratormodul 303 in Form einer „Solar-Jalousie" aus nachführbaren, linear fokussierenden Konzentrator- Linsen 304 zu entnehmen. Die Solarzellen 301 werden hinter dem separat aufgehängten, jalousieartigen Konzentratormodul 303 angebracht. Dieses besteht aus ebenso vielen lamellenartigen, linear fokussierenden Konzentrator-Linsen 304 wie es streifenförmige Solarzellen 301 im Solarmodul 300 gibt. Jede Konzentrator-Linse 304 ist an ihren beiden Enden über zwei geschenkelte Aufhängepunkte 305 an zwei Führungsstangen 306 fixiert, die ihrerseits in Führungsschlitzen 307 in Endblöcken 308 laufen. Die Position der Endblöcke 308 ist gegenüber dem Solarmodul 300 fixiert, wodurch eine einzelne Justage der Konzentrator-Linsen 304 entfällt. Die Führungsstangen 306 werden in den Führungsschlitzen 307 durch einfachen Andruck von beweglichen Keilblöcken 309 verstellt. Dadurch folgen die Konzentrator-Linsen 304 einer Bahn, die bei verschiedenem Lichteinfall eine korrekte Justage gegenüber den Solarzellen 301 gewährleistet. Der Lichteinfall ist durch strichlierte Lichtstrahlen 310 für zwei verschiedene Einfallswinkel im oberen (a) und im unteren Teil (b) der Figur 4 angedeutet. Zu bemerken ist erstens, dass diese Art der Lichtkonzentration sich besonders für Superstratzellen eignet, bei denen die Integration der Konzentratoren in das Solarmodul auf Schwierigkeiten stoßt, und zweitens, dass durch die beschriebene Art der Aufhangung nicht nur der Neigungswinkel der Konzentrator-Linsen 304 sondern auch ihre Schwerpunktsposition korrekt nachgefuhrt wird Das Stellsignal für die Nachfuhrung kann in einfacher Weise aus dem Stromabgπff der Solarzellen 301 gewonnen werden Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel muss die Form der lateralen Strukturierung der Solarzellen 301 geradlinig sein, damit eine korrekte Ausleuchtung durch die Konzentrator-Linsen 304 gewahrleistet ist Jedoch kann je nach gewünschtem geometrischem Konzentrations- verhaltnis das Tastverhaltnis Solarzelle Freiraum auch anders als 2 1 gewählt werden
Die Figur 5 zeigt ein teilweise durchsichtiges, lateral strukturiertes Kombi-Solarmodul 400 mit veränderbarer Abschattung, oben (a) in der Draufsicht, unten (b) im Querschnitt Das Kombi-Solarmodul 400 besteht aus einem ortsfesten Solarmodul 401 , das mit starren Solarzellen 402 auf einem transparenten Substrat 403 aufgebaut ist, und aus einem oberhalb des ortsfesten Solarmoduls 401 angeordneten, ortsveränderlichen Solarmodul 404, das auf einer streifenförmigen Maske 405 realisiert ist Auf der Maske 405 präparierte Solarzellen 406 sind durch eine flexible, transparente Kontaktfolie 407 zwischen den Vorder- und Ruckseiten der streifenförmigen Solarzellen 406 elektrisch miteinander in Serie geschaltet Die Kontaktfohe 407 ist mit einem transparenten, leitenden Oxid großflächig metallisiert Dadurch kann die Kontaktfohe 407 über die ganze Breite eines Fensters ausgelegt werden, sodass sich einerseits ein geringerer Senenwiderstandsverlust und anderer- seits eine erhöhte mechanische Stabilität des flexiblen Solarmoduls 404 ergibt Die verbindende Kontaktfohe 407 ist an den Enden jeweils auf einen zylindrischen Korper 408 aufgewickelt, der gleichzeitig als elektrische Zufuhrung nach außen fungiert Der zylindrische Korper 408 ist in einem Rahmenelement 409 aufgehängt und kann von außen gedreht werden, sodass das flexible Solarmodul 404 seitwärts bewegt werden Dadurch wird wahlweise das ortsfeste Solarmodul 401 auf dem Glassubstrat 403 verschattet, wodurch das Fenster insgesamt halbtransparent wird bei geringerer Stromproduktion. Im anderen Falle werden die ortsveränderliche Solarzellen 406 zwischen den starren Solarzellen 402 des ortsfesten Solarmoduls 401 positioniert, wodurch das Fenster vollkommen undurchsichtig und die Stromproduktion maximiert wird. Über dieses Ausführungsbeispiel hinaus müssen die Solarzellen 402, 406 nicht notwendigerweise als geradlinige Streifen strukturiert sein, sondern sie können auch nach ästhetischen Gesichtspunkten strukturiert werden, solange ihre Flächen den allgemeinen Randbedingungen entsprechen und für diesen Anwendungsfall zusätzlich noch kongruent sind. An dieser Stelle sei noch bemerkt, dass bei einem Einsatz von Superstratzellen die ortsveränderlichen Solarzellen unterhalb der ortsfesten Solarzellen anzuordnen wären.
Die Konzentratoren werden aufgrund des bei den gewählten Ausführungsbeispielen relativ geringen Abstandes zu den Solarzellen nur eine geringe Lichtkonzentration zulassen, was aber trotzdem für Dünnschicht-Solarzellen eine entscheidende Verbesserung des durchschnittlichen Wirkungsgrades herbeiführt. In der Figur 6 ist eine typische Messkurve des Wirkungsgrades einer Chalkopyrit-Solarzelle in Abhängigkeit von der Lichtkonzentration dargestellt, anhand derer drei charakteristische Aussagen getroffen werden können :
1. Die mittlere spektrale Bestrahlungsstärke an einem Sommertag mittags wird international durch das AM1 .5 Globalspektrum nach lEC-Norm 904-3 (1989) angenähert. In unseren Breitengraden herrschen Lichtverhält- nisse, bei denen die Lichtintensität um bis zu einen Faktor zehn variieren kann zwischen Sommer und Winter einerseits und durch wechselnde Bewölkung andererseits. Daher ist die Solarzelle im Betrieb einer Bestrahlungsstärke von etwa 10% -100% der nach AM 1 .5 global zu erwartenden ausgesetzt.
2. Der auf die Bestrahlungsintensität bezogene Energiewirkungsgrad η von Dünnschicht-Solarzellen variiert in einer Weise, dass der Betrieb bei geringeren Bestrahlungsstärken ungünstig ist. So wird bei der in der Figur 5 gezeigten Solarzelle ein Energiewirkungsgrad von η=9.2% bei einer Bestrahlung mit AM 1.5 global (C=1 ) gemessen, bei 10% dieser Bestrahlung (C=0.1 ) jedoch nur ein Energiewirkungsgrad von η=6.5%. Der optimale Wirkungsgrad dieser Solarzelle, η=9.5%, wird erst bei einer Konzentration C=2-3 erreicht.
3. Durch den Einsatz von Lichtkonzentratoren mit geringen geometrischen Konzentrationsfaktoren Cg wird die im Betrieb zu erwartende Bestrahlungsstärke in einen für die Dünnschicht-Solarzellen günstigen Bereich verschoben. In der Figur 6 sind drei mögliche Konzentrationsfaktoren Cg = 1 , 3, 6 dargestellt und es wird deutlich, dass bei einem Lichteinfall von 10 % - 100 % der Standardsonne AM1 .5 global schon bei sechsfacher Lichtkonzentration mit Cg=6 der mittlere Energiewirkungsgrad dieser typischen Solarzelle stets größer als η=8.8% bleibt, d.h. über 90% des maximalen mit dieser Zelle erreichbaren Wirkungsgrades von 9.7%. Mit zunehmender Optimierung der Solarzelleneigenschaften (Erniedrigung des Serienwiderstandes) ist eine Verschiebung des Maximums zu höheren Konzentrationen hin zu erwarten.
Günstig ist daher insgesamt gesehen der Einsatz von Konzentratoren, die einen geometrischen Konzentrationsfaktor Cg in einem Zahlenbereich zwischen 1 und 10 aufweisen. Dabei ist in den meisten Fällen bereits eine geometrische Konzentration Cg=6 völlig ausreichend, um den optimalen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Dieser niedrige Wert macht insbesondere den Einsatz von kostengünstigen Kunststoff-Fresnel-Linsen für Chalkopyritzellen inter- essant. Dabei wird eine Solarzelle einer typischen Größe von 0,5 bis 5 cm2 nicht genau in den Brennpunkt der Fresnellinse gebracht, sondern etwa 0,5 cm davor, sodass die Ausleuchtung der Solarzelle homogen ist. Weitere Maßnahmen zur Konzentrationssteigerung, z.B. in der Herstellung teuere Sekundärkonzentratoren, wie sie für Si- oder GaAs-Zellen notwendig sind, sind für amorphe und poly- oder mikrokristalline Solarzellen nicht erforderlich. Bezugszeichenliste
100 Maske
101 Vollfläche
102 Leerfläche
103 Verbindungssteg
104 Substratschicht
105 Metallschicht
106 Rückelektrode
107 Unterdeckungssteg
108 Überdeckungssteg
109 Halbleiterschicht
110 Absorberschicht
111 Frontschicht
112 Frontelektrode
113 unverschaltetes Solarmodul,
114 unverschaltete Dünnschicht-Solarzelle
115 Solarmodul
116 Solarzelle
117 Trennsteg
118 Absorberschichtstreifen
119 Trennbereich
150 Maske
151 Superstrat
152 Frontschicht
153 Frontelektrode
154 Halbleiterschicht
155 Absorberschicht
156 Überdeckungssteg
157 Unterdeckungssteg 158 Strukturierungsgräben
159 Metallschicht
160 Rückelektrode
161 Solarmodul 162 Dünnschicht-Solarzelle
200 Solarmodul
201 lateral strukturierte Solarzelle
202 transparentes Substrat 203 Konzentratormodul
204 Gehäuse
205 Glasplatte
206 transparenter Kunststoff
207 Innenseite 208 Konzentrator
300 Solarmodul
301 Solarzelle
302 transparentes Substrat 303 Konzentratormodul
304 Konzentrator-Linse
305 Aufhängepunkt
306 Führungsstange
307 Führungsschlitz 308 Endblock
309 Keilblock
310 Lichtstrahl
400 Kombi-Solarmodul 401 ortsfestes Solarmodul
402 starre Solarzelle
403 transparentes Substrat Zo
404 ortsveränderliches Solarmodul
405 Maske
406 flexible Solarzelle
407 Kontaktfolie 408 zylindrischer Körper
409 Rahmenelement

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (1 15) mit strukturierten und integriert seπenverschalteten Dunnschicht-Solarzellen (1 16) als
Substratzellentyp, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
(1.1) Bereitstellen einer dunnschichtigen Maske (100) nach einem vorgegebenen Geometriemuster aus Vollflachen (101 ) mit integrierten, untereinander flachengleichen Leerflachen (102), (1.2) losbares Fixieren der Maske (100) auf einer Substrat (104) als Tragerschicht,
(1.3) Aufbringen einer Metallschicht (105) zur Strukturierung einer Ruckelektrode (106) in Form der Leerflachen (102) im Geometriemuster der Maske (100) , (1.4) laterales Verschieben der Maske (100) über die strukturierte Ruckelektrode (106) hinüber zur Bildung von schmalen Uberdeckungs- stegen (108) in Richtung und Unterdeckungsstegen (107) entgegen der Richtung der Verschiebung,
(1.5) Aufbringen einer photovoltaisch aktiven dünnen Halbleiterschicht (109) aus amorphem oder poly- oder mikrokristallinem Halbleitermatenal zur
Bildung einer strukturierten Absorberschicht (1 10),
(1.6) Ablosen und Entfernen der Maske (100),
(1.7) Aufbringen einer transparenten, leitenden Frontschicht (1 1 1 ) aus zumindest einer Schichtlage zur Bildung einer Frontelektrode (1 12) und (1.8) Strukturieren der Frontschicht (111) in Trennbereichen (119) der Uber- deckungsstege (108) mit kurzschlussaufhebenden Trennstegen (1 17) bis auf die Metallschicht (105) der Ruckelektrode (106) herunter
2. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (161 ) mit strukturierten und integriert seπenverschalteten Dunnschicht-Solarzellen (162) als Superstratzel- lentyp, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
(2.1) Bereitstellen einer dunnschichtigen Maske (150) nach einem vorgegebe- nen Geometriemuster aus Vollflachen mit integrierten, untereinander flachengleichen Leerflachen,
(2.2) Aufbringen einer transparenten, leitenden Frontschicht (152) aus zumindest einer Schichtlage auf einem Superstrat (151 ) als Tragerschicht zur Bildung einer Frontelektrode (153), (2.3) losbares Fixieren der Maske (150) auf der transparenten Superstratschicht (151 ),
(2.4) Strukturieren der Frontschicht (152) entlang der Vollflachen im Geometriemuster der Maske (150) bis auf die Superstratschicht (151 ) herunter,
(2.5) Aufbringen einer photovoltaisch aktiven, dünnen Halbleiterschicht (154) aus amorphem oder poly- oder mikrokristallinem Halbleitermatenal zur
Bildung einer strukturierten Absorberschicht (155),
(2.6) laterales Verschieben der Maske (150) über die strukturierte Absorberschicht (155) hinüber zur Bildung von schmalen Uberdeckungsstegen (156) in Richtung und Unterdeckungsstegen (157) entgegen der Rich- tung der Verschiebung,
(2.7) Aufbringen einer Metallschicht (159) zur Strukturierung einer Ruckelektrode (160) in Form der Leerflachen im Geometriemuster der Maske (150) und
(2.8) Ablosen und Entfernen der Maske (150)
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den dem Verfahrensschritt (1.8) oder (2.8) folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt in Abhängigkeit von der Komplexität des Geometriemusters
(A) Strukturieren von durch Verbindungsstege (103) in komplexeren Geometriemustern bedingten Kurzschlussbereichen in der Frontschicht
(1 1 1 , 152)
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch den dem Verfahrensschritt (1.2) oder (2.1) folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt
(B) Aufbringen einer Sperrschicht zur Bildung einer Diffusionsbarriere.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch den dem Verfahrensschritt (1.3) oder (2.4) folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt
(C) Aufbringen einer Haft- und/oder Quellschicht zur Bildung eines Haftvermittlers.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den dem Verfahrensschritt (1.6) oder (2.5) vorangehenden zusätzlichen Verfahrensschritt
(D) Aufbringen zumindest einer Pufferschicht zur Bildung einer Raumla- dungszone.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Einsatz von transparenten Materialien zur Bildung der Sub- oder Superstratschicht und/oder Metallschicht (104; 151 / 105; 159).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen trägerschichtabhängigen Einsatz von amorphem oder poly- oder mikrokristallinem Silizium, von polykristallinem CdTe oder von Chalkopyritverbin- dungen der allgemeinen Struktur AgχCu -xlnyGa-ι-ySzSe2-z..wTew als Halbieiter- matehal zur Bildung der Absorberschicht (1 10), wobei x und y Werte zwischen 0 und 1 sowie z und w Werte zwischen 0 und 2 so annehmen können, dass die Summe aus w+z den Wert 2 nicht wesentlich überschreitet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Einsatz von transparenten Materialien zur Herstellung der Maske (150).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine laterale Verschiebung der Maske (100; 150) im Bereich von 0,1 mm.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen wiederholten Einsatz oder eine separate Weiterprozessierung der abgelösten Maske (100; 150), deren Vollflächen dann flachengleich auszulegen sind.
12. Mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 hergestelltes Solarmodul mit strukturierten und integriert senenverschalteten Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine geometrische, an ästhetischen und/oder informellen Gesichtspunkten orientierte Strukturierung der einzelnen Solarzellen unter Einhaltung von flachengleichen Teilmustern jeweils in den Leerflächen (102) und/oder in den Vollflächen (101 ) vorliegt.
13. Solarmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmuster unterschiedliche Farbgebungen aufweisen, wobei die gewählten Farben in den photovoltaischen Prozess integrierbar sein müssen
14. Solarmodul nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein lichtsammelndes Konzentratormodul (203; 303) aus einzelnen Konzentratoren (203; 304) in Form von abbildenden oder nicht-abbildenden optischen Elementen vorgesehen ist, die in ihrer Anordnung auf die Anordnung der einzelnen Solarzellen (201 ; 301 ) abgestimmt sind.
15. Solarmodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses (200) an seiner Lichteinfallsseite durch einen transparenten Glas- oder Kunststoff (206) mit oder ohne eine transparente Abdeckscheibe (205) verkapselt ist und die Konzentratoren (208) in den Glas- oder Kunststoff (206) integriert oder auf die Innenseite (207) der Abdeckscheibe (205) aufgebracht oder in diese hinein geschliffen sind.
16. Solarmodul nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentratoren (208; 304) einen geometrischen Konzentrationsfaktor Cg aufweisen, der in einem Zahlenbereich zwischen 1 und 10 liegt.
17. Solarmodul nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Konzentratormodul (303) mit einem Abstand vor dem Solarmodul (300) mit lateral geradlinig strukturierten Solarzellen (301 ) angeordnet und in Form einer Jalousie ausgebildet ist, deren einzelne Lamellen von linearen Konzentrator- Linsen (304) gebildet sind, die entsprechend dem Sonnenstand parallel nachführbar sind.
18. Solarmodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jede Konzentrator-Linse (304) an ihren beiden Enden über zwei geschenkelte Aufhängepunkte (305) an zwei Führungsstangen (306) fixiert ist, die ihrerseits in Führungsschlitzen (307) in gegenüber dem Solarmodul (300) positionsfixierten Endblöcken (308) laufen und durch einfachen Andruck von beweglichen Keilblöcken (309) verstellbar sind.
19. Solarmodul nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (404) aus der Maske (1 10) gebildet ist und die Elektroden (106, 1 12) der einzelnen Solarzellen (406) über ein integriertes, metallisiertes Kontaktband in Reihe geschaltet sind.
20. Solarmodul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktband als transparente, flexible Kontaktfolie (407) ausgebildet ist, deren Breite der gesamten Solarmodulbreite (400) entspricht.
21. Solarmodul nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (404) je nach Solarzellentyp vor oder hinter einem weiteren strukturierten und integriert senenverschalteten Solarmodul (401 ), das ortsfest angeordnet ist, und über eine seitliche Auf- bzw. Abwicklung (408) der über das Solarmodul (404) hinausgeführten Kontaktfolie (407) seitlich verschiebbar gelagert ist, wobei die seitliche Auf- bzw. Abwicklung (408) gleichzeitig als elektrische Polarisierung für den Solarzellenstrom ausgebildet ist.
22. Solarmodul nach einem der Ansprüche 12 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass es einzeln oder gemeinsam mit weiteren Solarmodulen (200; 300; 400) vor oder in Fenster-, Fassaden- oder Dachelementen eines Gebäudes oder in dessen Innenbereich angeordnet ist.
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