EP1269542A1 - Method for producing a solar module with thin-film solar cells which are series-connected in an integrated manner and solar modules produced according to the method, especially using concentrator modules - Google Patents

Method for producing a solar module with thin-film solar cells which are series-connected in an integrated manner and solar modules produced according to the method, especially using concentrator modules

Info

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
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01935948A
Other languages
German (de)
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/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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
    • H01L31/054Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543Optical 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463PV 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
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10Photovoltaic [PV]
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV 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.

Abstract

Known methods for producing large-surface, integrated thin-film solar modules with an amorphous, poly- or microcrystalline absorber layer always comprise division and conversion structuring processes which can cause instabilities in the structuring and which are relatively expensive. According to the inventive methods, which can be used to produce substrate solar cells (116) and superstrate solar cells, the mask (100) that is used provides for structuring itself during the deposition of layers for the back electrode (106) and the absorber layer (110) through its geometrical form. The use of a mask (110) that can be reused as an independent element after use in this method allows for a relatively free range of possible geometrical forms. This also enables applications inside and outside buildings from an aesthetic and informal point of view, including in the area of a window. These types of applications are also supported by the possibility of a structural connection between the solar modules produced according to the inventive method and light-collecting concentrator modules, in order to considerably increase their average and total energy conversion efficiency.

Description

Bezeichnungdescription
Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit integriert serienver- schalteten Dünnschicht-Solarzellen und mit dem Verfahren hergestellte Solarmodule, insbesondere unter Verwendung von Konzentrator- modulen.Method for producing a solar module with integrated series-connected thin-film solar cells and solar modules produced with the method, in particular using concentrator modules.
Beschreibungdescription
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.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.
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 schaffenThin-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. Through the photovoltaic conversion of solar energy into electrical power, thin-film solar cells generate voltage levels below 1 volt. In order to obtain a technically usable output at a voltage of typically 12 volts or 24 volts, a correspondingly sufficient number of individual solar cells are connected in series. With thin-film 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
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.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. With this joint treatment, energy metering is a problem, in particular through which the conversion regions are created with a certain degree of uncertainty, even if the treatment is carried out from the top of the solar cells and not through the substrate. The use of two “scribing processes” for the successive separation of absorber layer and front electrode at different, laterally displaced locations is known from US Pat. No. 5,296,674. The separation is carried out by means of indirect laser radiation through the substrate as a protective layer, so that the absorber layer adjoins solar cells continues to be directly connected to one another. With this method, multiple positioning of a transparent substrate is necessary, with the acceptance of short-circuit currents.
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.From 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. In this method, 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. After the subsequent full-surface coating with a thin semiconductor layer to form an absorber layer and a front layer to form a front 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. In particular, when laser-assisted removal of the sensitive semiconductor layer, there is always the risk of damaging or changing it. The second treatment for area conversion again requires precise laser energy metering with the problems already described above.
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 sollenThe 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. Compared to single-crystal solar cells, 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. In the case of single-crystal solar cells, it is known from a large number of publications to provide light-collecting concentrator modules made of optical elements which keep the light intensity in the effective range for the single-crystal solar cells or bring them into it. However, the aim of such known measures is not to maximize performance, but rather to reduce the very expensive, required solar module area as significantly as possible. For example, US Pat. No. 5,118,361 discloses a solar module made of single-layer tandem solar cells made of GaAs / GaSb, which is built into a housing, the cover of which is formed by a concentrator module made of individual plastic Fresnel lenses, which are arranged together with light-collecting funnels The individual solar cells are arranged in front of them. They are arranged in the module on a flexible interconnection tape with conductive and non-conductive strips. In a very similar arrangement for single-installation GaAs solar cells according to EP 0 657 948, their automated microchip-like interconnection is known, which is used for surface mimicking. Concentrator arrangements US Pat. No. 4,711,972 for single-crystalline silicon solar cells and US Pat. No. 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
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 ).However, none of these mentioned and other publications disclose the use of concentrator modules specifically for amorphous, polycrystalline or microcrystalline thin-film solar modules in any form of embodiment, so that such modules have so far been showing a relatively poor and extremely time-dependent and weather-dependent power balance, especially with regard to applications in In the case of known solar modules, even in the case of thin-film solar cells deposited over a large area on glass substrates, the window area is also given little or no consideration of optical design measures, which leads to relatively varied, purely technical aspects subject to solar module designs which are mainly used in the industrial area. Solar modules designed from an aesthetic point of view can be found, for example, in the form of roof tiles (cf. DE 42 279 29, DE 43 176 74) or in wristwatches in which different colors can also be taken into account (cf. 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.Against the background of the preceding explanations and based on the prior art closest to the method according to the invention for a method for producing a solar module with structured and integrated series-connected thin-film solar cells, it is the object of the present invention to initially provide an improved manufacturing method with the least possible structuring effort , The aspects of the improvement, which should apply equally to the production of substrate and superstrate cells, should relate in particular to a simplification of the process with improved controllability and reproducibility of the production process. Furthermore, an extremely economical use of materials and a safe separation of the individual layers should be achieved with complete insulation of the individual solar cells. An improvement in the cost-effectiveness of the manufacturing process should also be derived from these aspects. In addition, the basic task of a desired solar module optimization is to be implemented, in particular also by means of suitable shapes and measures, in particular also in connection with concentrator modules, in the case of solar modules produced by the method according to the invention, which should result in particular application flexibility.
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.The solution to the above-mentioned complex of tasks for the production of thin-film solar cells in the substrate type can be found in claim 1, and for thin-film solar cells in the superstrate type in claim 2. The methods of the two claims correspond largely with the difference that the method according to claim 2 is, as it were, the inverse method to the method according to claim 1. This is understandable insofar as 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 However, in order to be able to structure the description clearly, 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.
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 auftretenThe inventive method according to claim 1 enables a continuous structuring of all functional layers with an extremely low structuring effort. The use of a mask, which can be in particular stripe-like, saves two structuring steps that are otherwise required. This is, on the one hand, the usual structuring of the Jerk electrode after application to the substrate or in the inverse process after application to the absorber layer In the invention, 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. This is also very advantageous in that it causes the problems that arise with the mechanical ode r In particular, cutting the absorber layer by cutting with laser beams avoids damage to the individual layers, imprecise layer boundaries and non-reproducible, converted layer states caused by laser radiation cannot occur
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.In the method according to the invention according to claim 1, 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. 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. In the area of the undercover webs, when the absorber layer is applied, 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. 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. In a separating area, which includes the covering webs and a part of the adjacent solar cell, 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. Conversion processes in the absorber layer to form conductor bridges, which are difficult to control, are eliminated. 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. However, since 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. 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 main differences from the process sequence according to claim 1 can thus be seen in the advanced structuring step and in the later removal of the mask.
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 kannIn the manufacturing processes according to the invention, particular attention is paid to the design of the mask. Until now, series-connected solar cells have consistently been built in an alternating strip-like manner, and design measures can be incorporated into the invention. Almost any geometric pattern, such as zigzag or wave-like patterns as well as lettering or company logos, can be carried out by observing two simple Boundary conditions are implemented. On the one hand, this is the basic character of the pattern, which must be composed of individual, smaller partial areas. This "digitization" of the analog pattern does not, however, restrict the optical function, since it is no longer possible from a distance is visible if it should not be a deliberately used element of the geometry pattern. When dividing the pattern into small sub-areas, 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
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 FrontschichtWith the relatively free design of the required mask for the manufacturing process, a completely new aspect can now be integrated into the use of solar modules manufactured according to the invention. Because of their function, they are usually arranged in the visible area anyway. Now, 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.Usually, the geometric pattern will consist of rectangular and straight, narrow stripes.To ensure that they stick together in the mask, 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. If this is not the case, for example, for dimensioning reasons, or the geometry pattern is also required in its inside Connecting webs, in particular also to achieve sufficient mechanical stability, such webs then initially form additional short-circuit bridges in the process sequence. Depending on the complexity of the geometry pattern, it is therefore sensible after continuing the process according to the invention, after process step (1 8) or (2 8) to provide an additional method step (A) structuring short-circuit areas in the front layer caused by connecting webs in more complex geometric patterns
Die einzelnen Beschichtungen können mit den allgemein bekanntenThe individual coatings can with the generally known
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.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. In particular, prior to the application of jerk or front electrodes according to process step (1 2) or ( 2 1) after a further continuation of the invention, the following additional method step can be provided (B) application of a barrier layer to form a diffusion barrier. This can be, for example, a Cr layer that prevents interdiffusion of, for example, Na. Furthermore, optionally after the application of the metal layer (1 3) or after structuring the front layer (2 4), the following additional method step can advantageously be provided. (C) Application of an adhesive and / or swelling layer to form an adhesion promoter. This can be, for example, a Na swelling layer (NaF) and / or an adhesion-promoting layer, for example made of ZnSe or ZnS. Finally, 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 Furthermore, depending on the later application of the finished solar module, if the manufacturing process according to the invention is continued, 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, on the other hand, can consist of molybdenum, tungsten or another metal. To form the absorber layer, which is also non-transparent, finally According to another advantageous development of the method according to the invention, this can be characterized by the use of amorphous or polycrystalline or microcrystalline silicon, dependent on the carrier layer, of polykπstailinem CdTe or of chalcopyrite compounds of the general structure Ag x Cuι χln y Gaι 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 In order to form substrate cells, the mask can be designed as a metal mask. In principle, 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. However, before such a mask, which consists of glass or process-based transparent plastic, for example, is detachably fixed on the superstrate, it must be provided with a transparent front electrode (TLO) on its top. This coating can, for example similar to the coating for the formation of the back electrodes in substrate cells.
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.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. As a result, a number of structuring processes can be omitted as separate process steps. In particular, 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. According to another method continuation, it is therefore advantageous if 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.
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 oThe 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. In addition to these and the advantages mentioned above, 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. Furthermore, the usability supports the aesthetic point of view, in which the geometric patterns, in particular company logos, can also be used as positive. In the case of less complex mask structures, 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). Overall, however, according to a further development of the invention, when determining 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. As a result, 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. It is not necessary to have the same area between full and empty areas. Furthermore, additional design aspects according to a continuation of the invention can also be implemented in that the partial patterns have different colorations, the selected colors having to be able to be integrated into the photovoltaic process. 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 DIn addition to the aesthetic aspects in the case of solar modules which are produced by the method according to the invention, the optimizing aspects already mentioned at the outset with regard to maximizing performance and / or minimizing the area must also be taken into account. To this end, according to an embodiment of 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 According to a next embodiment, it can further be provided that 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. In particular, 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. For example, according to another development of the inventive idea, it can be provided that the concentrator module is laterally spaced in front of the solar module 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.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.
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 verwiesenIn connection with the use of the mask as an independent solar cell carrier, it can also be provided in accordance with another embodiment that 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. Depending on the position of the individual solar modules relative to one another, a choice can be made between maximum light transmission and maximum current production Such measures result in a partially transparent solar module with changeable shading, which can also be designed in particular from an aesthetic point of view. Seen as a whole. The optimal combination of aesthetic and functional design elements means that a solar module which has been produced by the method according to the invention and optionally modified to increase performance, therefore it should be provided that it is arranged individually or together with other solar modules in front of or in the window, facade or roof elements of a building or in the interior thereof. 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. When using 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. To avoid repetition of the modifications mentioned, reference is made to the following special description section for further details
Das erfindungsgemaße Herstellungsverfahren und Ausbildungsformen von damit hergestellten Solarmodulen werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren zum weiteren Verständnis naher erläutert Dabei zeigenThe manufacturing method according to the invention and the forms of construction of solar modules produced therewith are explained in more detail below with the aid of the schematic figures for further understanding
Figur 1 den Ablauf des erfindungsgemaßen Herstellungsverfahren für eine Substratzelle, Figur 2 den Ablauf des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für eine Superstratzelle,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,
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,3 shows a solar module made from substrate cells with a concentrator module using the method, FIGS. 4a, 4b shows a solar module made from substrate cells with a concentrator module in the form of a blind in two positions,
Fig. 5a,5b ein mit dem Verfahren hergestelltes Solarmodul aus Substratzellen mit veränderbarer Abschattung in der Draufsicht und im Schnitt und5a, 5b a solar module made with the method from substrate cells with variable shading in plan view and in section and
Figur 6 ein Diagramm zur Wirkung der Konzentratormodule.Figure 6 is a diagram of the effect of the concentrator modules.
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 108In FIG. 1, the method according to the invention is shown in cross section on the basis of selected manufacturing states of an embodiment of a solar module to be manufactured. In a first method step (1.1), 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. In a method step (1.2), the mask 100 is detachably fixed on a transparent substrate layer 104 made of glass. In a next method step (1.3), a metal layer 105 is applied to the substrate layer 104 and the fixed mask 100. This creates a strip-like structured back electrode 106 in the form of the empty areas 102 in the geometric pattern of the mask 100 on the substrate layer 104. A metal layer 105 is also deposited on the full areas 101 of the mask 100 in method step (1.3). In the subsequent method step (1.4), 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
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 a next method step (1.5), 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. As a result, 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. As a result, 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. In method step (1.6), 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. In the following method step (1.7), the Substrate 104 now also major When the mask 100 is cleared of the area and in the area of the covering web 108, 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). In the installed state, the light is incident in the direction of the arrow 104 on the substrate 104 On the “negative” solar module 115, the front electrode 112 is initially unstructured and connects all the solar cells 116 in an electrical short circuit. In a subsequent method step (1.8), 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. This generally shows a much better adhesive behavior on the substrate layer 104 than the absorber layer 109. As a result, the solar cells 116 are integrated electrically connected in series, the individual absorber layer strips 118 remaining electrically insulated. The solar module 115 is now complete and ready for use.
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 hindurchThe method according to the invention for producing superstrate cells is shown analogously in FIG. In a first method step (2.1), 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. In a subsequent method step (2.2), 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)). Thereafter, in 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. In a next method step (2.5), a semiconductor layer 154 is formed to form a layer corresponding to the Mask geometry applied structured absorber layer 155. Thereafter, 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. In the subsequent process step (2.7), these are also covered with a metal layer, just like the scratched structural trenches 158 159 for structuring a jerk electrode 160 covered In the last process step (2.8), the mask 150 is then removed again. The solar module 161 is finished with a corresponding structuring and integrated serene connection between the individual thin-film solar cells 162. In the installed state, the incidence of light then takes place in the wrong direction Superstrat 151 through
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 könnenAfter the description of the two analog processes for the production of substrate or superstrate cells, solar modules produced with the processes are to be explained in more detail below, in particular in connection with the use of concentrator modules.Here, the substrate cell type is consistently assumed.Here, however, it should be explicitly noted at this point that all embodiments after appropriate, common technical adjustment, can also be carried out with super cells
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.In FIG. 3 (reference symbols which are not further explained here and in the following figures, the meaning of which can be seen in FIG. 1 or the previous figure in each case) 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. Such a solar module 200 can be used, for example, as a window or as an element for architecturally demanding facades. An encapsulation that every standard thin-film solar module requires in order to be insensitive to weather influences is in the selected exemplary embodiment by 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.
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 werdenFIG. 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. As a result, 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. First, it should be noted that 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. In this exemplary embodiment 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. However, depending on the desired geometric concentration ratio, the scanning ratio solar cell clearance can also be selected differently than 2 1
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.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. As a result, 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. As a result, 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. Otherwise, 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. In addition to this exemplary embodiment, 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.
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 :The concentrators will only allow a low light concentration due to the relatively short distance to the solar cells in the selected exemplary embodiments, which nevertheless brings about a decisive improvement in the average efficiency for thin-film 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:
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.1. The mean spectral irradiance on a summer day at noon is internationally approximated by the AM1.5 global spectrum according to IEC standard 904-3 (1989). In our latitudes there are lighting conditions in which the light intensity can vary by up to a factor of ten between summer and winter on the one hand and due to changing cloudiness on the other. For this reason, the solar cell is exposed to an irradiance of around 10% -100% of that expected globally according to AM 1.5.
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.2. The energy efficiency η of thin-film solar cells related to the radiation intensity varies in such a way that the operation at lower irradiance is unfavorable. Thus, in the solar cell shown in FIG. 5, an energy efficiency of η = 9.2% is measured when irradiating with AM 1.5 globally (C = 1), but with 10% of this irradiation (C = 0.1) only an energy efficiency of η = 6.5% , The optimal efficiency of this solar cell, η = 9.5%, is only achieved at a concentration of C = 2-3.
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.3. The use of light concentrators with low geometric concentration factors C g shifts the irradiance to be expected during operation into a range that is favorable for thin-film solar cells. FIG. 6 shows three possible concentration factors C g = 1, 3, 6 and it is clear that with a light incidence of 10% - 100% of the standard sun AM1 .5 globally, the average energy efficiency is 6 g light concentration with C g = 6 this typical solar cell always remains larger than η = 8.8%, ie over 90% of the maximum efficiency of 9.7% that can be achieved with this cell. With increasing optimization of the solar cell properties (lowering the series resistance), a shift of the maximum towards higher concentrations is to be expected.
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. BezugszeichenlisteOverall, it is therefore favorable to use concentrators which have a geometric concentration factor C g in a number range between 1 and 10. In most cases, a geometric concentration C g = 6 is already sufficient to ensure optimal efficiency. This low value makes the use of inexpensive plastic Fresnel lenses for chalcopyrite cells particularly interesting. A solar cell of a typical size of 0.5 to 5 cm 2 is not brought exactly into the focal point of the Fresnel lens, but about 0.5 cm in front, so that the illumination of the solar cell is homogeneous. Further measures to increase the concentration, for example in the production of expensive secondary concentrators, as are necessary for Si or GaAs cells, are not necessary for amorphous and polycrystalline or microcrystalline solar cells. LIST OF REFERENCE NUMBERS
100 Maske100 mask
101 Vollfläche101 full area
102 Leerfläche102 empty space
103 Verbindungssteg103 connecting bridge
104 Substratschicht104 substrate layer
105 Metallschicht105 metal layer
106 Rückelektrode106 back electrode
107 Unterdeckungssteg107 shortage
108 Überdeckungssteg108 cover bridge
109 Halbleiterschicht109 semiconductor layer
110 Absorberschicht110 absorber layer
111 Frontschicht111 front layer
112 Frontelektrode112 front electrode
113 unverschaltetes Solarmodul,113 unconnected solar module,
114 unverschaltete Dünnschicht-Solarzelle114 unconnected thin-film solar cells
115 Solarmodul115 solar module
116 Solarzelle116 solar cell
117 Trennsteg117 separator
118 Absorberschichtstreifen118 absorber layer strips
119 Trennbereich119 separation area
150 Maske150 mask
151 Superstrat151 Superstrat
152 Frontschicht152 front layer
153 Frontelektrode153 front electrode
154 Halbleiterschicht154 semiconductor layer
155 Absorberschicht155 absorber layer
156 Überdeckungssteg156 cover bridge
157 Unterdeckungssteg 158 Strukturierungsgräben157 shortage 158 structuring trenches
159 Metallschicht159 metal layer
160 Rückelektrode160 back electrode
161 Solarmodul 162 Dünnschicht-Solarzelle161 solar module 162 thin-film solar cell
200 Solarmodul200 solar modules
201 lateral strukturierte Solarzelle201 laterally structured solar cell
202 transparentes Substrat 203 Konzentratormodul202 transparent substrate 203 concentrator module
204 Gehäuse204 housing
205 Glasplatte205 glass plate
206 transparenter Kunststoff206 transparent plastic
207 Innenseite 208 Konzentrator207 inside 208 concentrator
300 Solarmodul300 solar module
301 Solarzelle301 solar cell
302 transparentes Substrat 303 Konzentratormodul302 transparent substrate 303 concentrator module
304 Konzentrator-Linse304 concentrator lens
305 Aufhängepunkt305 suspension point
306 Führungsstange306 guide rod
307 Führungsschlitz 308 Endblock307 guide slot 308 end block
309 Keilblock309 wedge block
310 Lichtstrahl310 light beam
400 Kombi-Solarmodul 401 ortsfestes Solarmodul400 combination solar module 401 fixed solar module
402 starre Solarzelle402 rigid solar cell
403 transparentes Substrat Zo403 transparent substrate Zo
404 ortsveränderliches Solarmodul404 portable solar module
405 Maske405 mask
406 flexible Solarzelle406 flexible solar cell
407 Kontaktfolie 408 zylindrischer Körper407 contact foil 408 cylindrical body
409 Rahmenelement 409 frame element

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (1 15) mit strukturierten und integriert seπenverschalteten Dunnschicht-Solarzellen (1 16) als1. A method for producing a solar module (1 15) with structured and integrated thinned layer solar cells (1 16) as
Substratzellentyp, gekennzeichnet durch die VerfahrensschritteSubstrate cell type, characterized by the process steps
(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,(1.1) providing a thin-layer mask (100) according to a predetermined geometric pattern of full surfaces (101) with integrated empty surfaces (102) that are identical to one another, (1.2) detachable fixing of the mask (100) on a substrate (104) as a carrier layer,
(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,(1.3) applying a metal layer (105) for structuring a jerk electrode (106) in the form of the empty surfaces (102) in the geometric pattern of the mask (100), (1.4) laterally shifting the mask (100) over the structured jerk electrode (106) Formation of narrow cover webs (108) in the direction and undercover webs (107) against the direction of the displacement,
(1.5) Aufbringen einer photovoltaisch aktiven dünnen Halbleiterschicht (109) aus amorphem oder poly- oder mikrokristallinem Halbleitermatenal zur(1.5) Application of a photovoltaically active thin semiconductor layer (109) made of amorphous or polycrystalline or microcrystalline semiconductor material
Bildung einer strukturierten Absorberschicht (1 10),Formation of a structured absorber layer (1 10),
(1.6) Ablosen und Entfernen der Maske (100),(1.6) removing and removing the mask (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 (1.7) Applying a transparent, conductive front layer (1 1 1) from at least one layer to form a front electrode (1 12) and (1.8) structuring the front layer (111) in separation areas (119) of the covering webs (108) with short-circuit canceling Separators (1 17) down to the metal layer (105) of the jerk electrode (106)
2. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (161 ) mit strukturierten und integriert seπenverschalteten Dunnschicht-Solarzellen (162) als Superstratzel- lentyp, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte2. Method for producing a solar module (161) with structured and integrated thin-film thin-film solar cells (162) as a superstrate cell type, characterized by the method steps
(2.1) Bereitstellen einer dunnschichtigen Maske (150) nach einem vorgegebe- nen Geometriemuster aus Vollflachen mit integrierten, untereinander flachengleichen Leerflachen,(2.1) providing a thin-layer mask (150) according to a given geometry pattern from full surfaces with integrated empty surfaces that are identical to one another,
(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 ),(2.2) applying a transparent, conductive front layer (152) from at least one layer on a superstrate (151) as a carrier layer to form a front electrode (153), (2.3) detachable fixing of the mask (150) on the transparent superstrate layer (151),
(2.4) Strukturieren der Frontschicht (152) entlang der Vollflachen im Geometriemuster der Maske (150) bis auf die Superstratschicht (151 ) herunter,(2.4) structuring the front layer (152) along the full surfaces in the geometric pattern of the mask (150) down to the superstrate layer (151),
(2.5) Aufbringen einer photovoltaisch aktiven, dünnen Halbleiterschicht (154) aus amorphem oder poly- oder mikrokristallinem Halbleitermatenal zur(2.5) Application of a photovoltaically active, thin semiconductor layer (154) made of amorphous or polycrystalline or microcrystalline semiconductor material
Bildung einer strukturierten Absorberschicht (155),Formation of a structured absorber layer (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,(2.6) lateral displacement of the mask (150) over the structured absorber layer (155) over to the formation of narrow covering webs (156) in the direction and undercover webs (157) against the direction of the displacement,
(2.7) Aufbringen einer Metallschicht (159) zur Strukturierung einer Ruckelektrode (160) in Form der Leerflachen im Geometriemuster der Maske (150) und(2.7) applying a metal layer (159) for structuring a jerk electrode (160) in the form of the empty surfaces in the geometric pattern of the mask (150) and
(2.8) Ablosen und Entfernen der Maske (150)(2.8) Removing and removing the mask (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 Geometriemusters3. The method according to claim 1 or 2, characterized by the method step (1.8) or (2.8) following additional method step depending on the complexity of the geometry pattern
(A) Strukturieren von durch Verbindungsstege (103) in komplexeren Geometriemustern bedingten Kurzschlussbereichen in der Frontschicht(A) Structuring short-circuit areas in the front layer caused by connecting webs (103) in more complex geometric patterns
(1 1 1 , 152) (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 Verfahrensschritt4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized by the additional method step following the method step (1.2) or (2.1)
(B) Aufbringen einer Sperrschicht zur Bildung einer Diffusionsbarriere.(B) applying a barrier layer to form a diffusion barrier.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch den dem Verfahrensschritt (1.3) oder (2.4) folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized by the additional method step following the method step (1.3) or (2.4)
(C) Aufbringen einer Haft- und/oder Quellschicht zur Bildung eines Haftvermittlers.(C) applying an adhesive and / or swelling layer to form an adhesion promoter.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den dem Verfahrensschritt (1.6) oder (2.5) vorangehenden zusätzlichen Verfahrensschritt6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized by the additional method step preceding the method step (1.6) or (2.5)
(D) Aufbringen zumindest einer Pufferschicht zur Bildung einer Raumla- dungszone.(D) applying at least one buffer layer to form a space charge zone.
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).7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized by the use of transparent materials to form the sub- or superstrate layer and / or metal layer (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.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized by a support layer-dependent use of amorphous or poly- or microcrystalline silicon, polycrystalline CdTe or chalcopyrite compounds of the general structure AgχCu -x lnyGa-ι -y S z Se 2-z ..wTew as semi-conductor material to form the absorber layer (1 10), 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 affect the value 2 exceeds.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Einsatz von transparenten Materialien zur Herstellung der Maske (150). 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized by the use of transparent materials for the production of the mask (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.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized by a lateral displacement of the mask (100; 150) in the range of 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.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized by a repeated use or a separate further processing of the detached mask (100; 150), the full surfaces of which are then to be designed to be flat.
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.12. With the method according to any one of claims 1 to 1 1 manufactured solar module with structured and integrated senenverschalten solar cells, characterized in that a geometrical, aesthetic and / or informal viewpoint-oriented structuring of the individual solar cells in compliance with flat partial patterns each in the empty areas (102) and / or in the full areas (101).
13. Solarmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmuster unterschiedliche Farbgebungen aufweisen, wobei die gewählten Farben in den photovoltaischen Prozess integrierbar sein müssen13. Solar module according to claim 12, characterized in that the partial patterns have different colors, the selected colors must be able to be integrated into the photovoltaic process
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. 14. Solar module according to claim 12 or 13, characterized in that a light-collecting concentrator module (203; 303) from individual concentrators (203; 304) in the form of imaging or non-imaging optical elements is provided, which in their arrangement on the arrangement of the individual solar cells (201; 301) are matched.
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.15. Solar module according to claim 14, characterized in that this (200) is encapsulated on its light incidence side by a transparent glass or plastic (206) with or without a transparent cover plate (205) and the concentrators (208) in the glass or Plastic (206) integrated or applied to the inside (207) of the cover plate (205) or ground into it.
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.16. Solar module according to claim 14 or 15, characterized in that the concentrators (208; 304) have a geometric concentration factor C g , which is in a number range between 1 and 10.
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.17. Solar module according to one of claims 12 to 16, characterized in that the concentrator module (303) is arranged at a distance in front of the solar module (300) with laterally rectilinear structured solar cells (301) and is in the form of a blind, the individual lamellae of linear concentrator lenses (304) are formed, which can be adjusted in parallel according to the position of the sun.
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. 18. Solar module according to claim 17, characterized in that each concentrator lens (304) is fixed at both ends via two gift hanging points (305) to two guide rods (306), which in turn are in guide slots (307) in opposite to the solar module ( 300) end blocks (308) fixed in position and can be adjusted by simply pressing on movable wedge blocks (309).
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.19. Solar module according to one of claims 12 to 18, characterized in that the solar module (404) is formed from the mask (1 10) and the electrodes (106, 1 12) of the individual solar cells (406) via an integrated, metallized contact strip are connected in series.
20. Solarmodul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktband als transparente, flexible Kontaktfolie (407) ausgebildet ist, deren Breite der gesamten Solarmodulbreite (400) entspricht.20. Solar module according to claim 19, characterized in that the contact strip is designed as a transparent, flexible contact film (407), the width of which corresponds to the entire width of the solar module (400).
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.21. Solar module according to claim 20, characterized in that the solar module (404), depending on the type of solar cell, in front of or behind a further structured and integrated antenna-connected solar module (401), which is arranged in a stationary manner, and via a lateral winding or unwinding (408) the contact foil (407), which extends beyond the solar module (404), is laterally displaceably mounted, the lateral winding or unwinding (408) being simultaneously designed as electrical polarization for the solar cell current.
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. 22. Solar module according to one of claims 12 to 21, characterized in that it is arranged individually or together with other solar modules (200; 300; 400) in front of or in window, facade or roof elements of a building or in the interior thereof.
EP01935948A 2000-03-30 2001-03-29 Method for producing a solar module with thin-film solar cells which are series-connected in an integrated manner and solar modules produced according to the method, especially using concentrator modules Withdrawn EP1269542A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10017610A DE10017610C2 (en) 2000-03-30 2000-03-30 Process for producing a solar module with integrated series-connected thin-film solar cells and use thereof
DE10017610 2000-03-30
PCT/DE2001/001295 WO2001075976A1 (en) 2000-03-30 2001-03-29 Method for producing a solar module with thin-film solar cells which are series-connected in an integrated manner and solar modules produced according to the method, especially using concentrator modules

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1269542A1 true EP1269542A1 (en) 2003-01-02

Family

ID=7638115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01935948A Withdrawn EP1269542A1 (en) 2000-03-30 2001-03-29 Method for producing a solar module with thin-film solar cells which are series-connected in an integrated manner and solar modules produced according to the method, especially using concentrator modules

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7019207B2 (en)
EP (1) EP1269542A1 (en)
JP (1) JP4056744B2 (en)
DE (1) DE10017610C2 (en)
HK (1) HK1053904A1 (en)
WO (1) WO2001075976A1 (en)

Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4302335B2 (en) * 2001-05-22 2009-07-22 株式会社半導体エネルギー研究所 Manufacturing method of solar cell
DE102004024461A1 (en) * 2004-05-14 2005-12-01 Konarka Technologies, Inc., Lowell Device and method for producing an electronic component with at least one active organic layer
JP4981020B2 (en) * 2005-03-16 2012-07-18 コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー INTEGRATED THIN FILM SOLAR CELL, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, METHOD FOR PROCESSING TRANSPARENT ELECTRODE FOR INTEGRATED THIN FILM SOLAR CELL, ITS STRUCTURE AND TRANSPARENT SUBSTRATE PROVIDED WITH SAME
US7851697B2 (en) * 2005-03-22 2010-12-14 Agency For Science, Technology And Research Thin film photovoltaic device
US20060235717A1 (en) * 2005-04-18 2006-10-19 Solaria Corporation Method and system for manufacturing solar panels using an integrated solar cell using a plurality of photovoltaic regions
US20060283495A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-21 Solaria Corporation Method and system for integrated solar cell using a plurality of photovoltaic regions
JP2008543111A (en) * 2005-06-06 2008-11-27 ソラリア コーポレーション Method and system for integrated solar cells using multiple photovoltaic regions
US20080178922A1 (en) * 2005-07-26 2008-07-31 Solaria Corporation Method and system for manufacturing solar panels using an integrated solar cell using a plurality of photovoltaic regions
US20070056626A1 (en) * 2005-09-12 2007-03-15 Solaria Corporation Method and system for assembling a solar cell using a plurality of photovoltaic regions
US7910822B1 (en) 2005-10-17 2011-03-22 Solaria Corporation Fabrication process for photovoltaic cell
US8227688B1 (en) 2005-10-17 2012-07-24 Solaria Corporation Method and resulting structure for assembling photovoltaic regions onto lead frame members for integration on concentrating elements for solar cells
KR100656738B1 (en) * 2005-12-14 2006-12-14 한국과학기술원 Intergrated thin-film solar cells and method of manufacturing thereof
KR100725110B1 (en) * 2005-12-14 2007-06-04 한국과학기술원 Pass-through integrated thin-film solar cells and method of manufacturing thereof
DE102006007472B4 (en) 2006-02-17 2018-03-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Photovoltaic concentrator module with multifunctional frame
US20080099063A1 (en) * 2006-10-23 2008-05-01 Ascent Solar Technologies, Inc. Flexible High-Voltage Adaptable Current Photovoltaic Modules And Associated Methods
JP2008112847A (en) * 2006-10-30 2008-05-15 Shin Etsu Chem Co Ltd Process for manufacturing single crystal silicon solar cell and single crystal silicon solar cell
JP2008124381A (en) * 2006-11-15 2008-05-29 Sharp Corp Solar battery
DE102006055862B4 (en) * 2006-11-22 2008-07-03 Q-Cells Ag Method and device for producing a solar cell electrical contact structure on a substrate
JP4994061B2 (en) * 2007-03-08 2012-08-08 昭和シェル石油株式会社 Integrated structure of translucent CIS thin film solar cell module and method of manufacturing the same
US20090056806A1 (en) * 2007-09-05 2009-03-05 Solaria Corporation Solar cell structure including a plurality of concentrator elements with a notch design and predetermined radii and method
US7910392B2 (en) 2007-04-02 2011-03-22 Solaria Corporation Method and system for assembling a solar cell package
US20100282316A1 (en) * 2007-04-02 2010-11-11 Solaria Corporation Solar Cell Concentrator Structure Including A Plurality of Glass Concentrator Elements With A Notch Design
US20080236651A1 (en) * 2007-04-02 2008-10-02 Solaria Corporation Solar cell concentrator structure including a plurality of concentrator elements with a notch design and method having a predetermined efficiency
US8119902B2 (en) * 2007-05-21 2012-02-21 Solaria Corporation Concentrating module and method of manufacture for photovoltaic strips
US8707736B2 (en) 2007-08-06 2014-04-29 Solaria Corporation Method and apparatus for manufacturing solar concentrators using glass process
US7419377B1 (en) 2007-08-20 2008-09-02 Solaria Corporation Electrical coupling device and method for solar cells
US8513095B1 (en) 2007-09-04 2013-08-20 Solaria Corporation Method and system for separating photovoltaic strips
US8049098B2 (en) * 2007-09-05 2011-11-01 Solaria Corporation Notch structure for concentrating module and method of manufacture using photovoltaic strips
US20110017263A1 (en) * 2007-09-05 2011-01-27 Solaria Corporation Method and device for fabricating a solar cell using an interface pattern for a packaged design
WO2009039666A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Mcmaster University Flexible solar module and method of making same
FR2922046B1 (en) * 2007-10-05 2011-06-24 Saint Gobain IMPROVEMENTS ON ELEMENTS CAPABLE OF COLLECTING LIGHT
DE102007052971A1 (en) 2007-11-07 2009-06-10 Solarion Ag Contacting and module interconnection of thin-film solar cells on polymeric substrates
EP2060928A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-20 The Technology Partnership Plc Light tracking device
US7910035B2 (en) * 2007-12-12 2011-03-22 Solaria Corporation Method and system for manufacturing integrated molded concentrator photovoltaic device
US8212139B2 (en) 2008-01-18 2012-07-03 Tenksolar, Inc. Thin-film photovoltaic module
US20090183764A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Tenksolar, Inc Detachable Louver System
US8933320B2 (en) 2008-01-18 2015-01-13 Tenksolar, Inc. Redundant electrical architecture for photovoltaic modules
US8748727B2 (en) 2008-01-18 2014-06-10 Tenksolar, Inc. Flat-plate photovoltaic module
US8759138B2 (en) 2008-02-11 2014-06-24 Suncore Photovoltaics, Inc. Concentrated photovoltaic system modules using III-V semiconductor solar cells
US8093492B2 (en) * 2008-02-11 2012-01-10 Emcore Solar Power, Inc. Solar cell receiver for concentrated photovoltaic system for III-V semiconductor solar cell
US9331228B2 (en) * 2008-02-11 2016-05-03 Suncore Photovoltaics, Inc. Concentrated photovoltaic system modules using III-V semiconductor solar cells
US8642138B2 (en) * 2008-06-11 2014-02-04 Stion Corporation Processing method for cleaning sulfur entities of contact regions
KR101460619B1 (en) 2008-07-09 2014-11-11 주성엔지니어링(주) Thin film type Solar Cell, and Method for manufacturing the same
US7956337B2 (en) * 2008-09-09 2011-06-07 Applied Materials, Inc. Scribe process monitoring methodology
US7829356B2 (en) * 2008-09-17 2010-11-09 Applied Materials, Inc. Thin film scribe process
DE102008049817A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-01 Robert Bosch Gmbh Concentrator photovoltaic generator operating device for generating electrical energy, has correction-controllers controlling actuators, respectively, such that orientation of generator to sun is modified corresponding to output power
US8975199B2 (en) * 2011-08-12 2015-03-10 Corsam Technologies Llc Fusion formable alkali-free intermediate thermal expansion coefficient glass
FR2942076B1 (en) * 2009-02-12 2011-04-01 Physique Du Rayonnement Et De La Lumiere Lprl Lab De DOUBLE GLAZING WITH HIGH PERFORMANCE PV TYPE OPTO 3D A CL AND DICHROIC SURFACE TREATMENT
JP5229901B2 (en) * 2009-03-09 2013-07-03 富士フイルム株式会社 Photoelectric conversion element and solar cell
JP4629151B2 (en) * 2009-03-10 2011-02-09 富士フイルム株式会社 Photoelectric conversion element, solar cell, and method for manufacturing photoelectric conversion element
KR101088085B1 (en) * 2009-05-15 2011-11-30 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 Solar semiconductor package
EP2261976A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-15 Applied Materials, Inc. Semiconductor device module, method of manufacturing a semiconductor device module, semiconductor device module manufacturing device
EP2911263A3 (en) 2009-06-15 2015-10-14 Tenksolar, Inc. Illumination agnostic solar panel
US9012771B1 (en) 2009-09-03 2015-04-21 Suncore Photovoltaics, Inc. Solar cell receiver subassembly with a heat shield for use in a concentrating solar system
US9806215B2 (en) 2009-09-03 2017-10-31 Suncore Photovoltaics, Inc. Encapsulated concentrated photovoltaic system subassembly for III-V semiconductor solar cells
KR101154683B1 (en) * 2009-10-07 2012-06-08 엘지이노텍 주식회사 Solar cell apparatus and method of fabricating the same
AU2010336525A1 (en) 2009-12-21 2012-08-09 University Of Houston Vertically stacked photovoltaic and thermal solar cell
US8895838B1 (en) * 2010-01-08 2014-11-25 Magnolia Solar, Inc. Multijunction solar cell employing extended heterojunction and step graded antireflection structures and methods for constructing the same
US8829330B2 (en) 2010-02-23 2014-09-09 Tenksolar, Inc. Highly efficient solar arrays
US9773933B2 (en) 2010-02-23 2017-09-26 Tenksolar, Inc. Space and energy efficient photovoltaic array
US9299861B2 (en) 2010-06-15 2016-03-29 Tenksolar, Inc. Cell-to-grid redundandt photovoltaic system
WO2011160031A2 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 University Of Florida Research Foundation, Inc. Thin film photovoltaic devices with microlens arrays
KR101172186B1 (en) * 2010-10-05 2012-08-07 엘지이노텍 주식회사 Solar cell apparatus and method of fabricating the same
KR101552779B1 (en) 2010-12-06 2015-09-11 사카모토 준 Panel, method for producing panel, solar cell module, printing apparatus, and printing method
US9815263B2 (en) 2011-01-10 2017-11-14 The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Method for manufacturing a thin film structural system
US20120180844A1 (en) * 2011-01-18 2012-07-19 Ward Iii Allan Photovoltaic module having a front support structure for redirecting incident light onto a photovoltaic cell
USD699176S1 (en) 2011-06-02 2014-02-11 Solaria Corporation Fastener for solar modules
KR101581524B1 (en) * 2011-06-28 2015-12-30 쌩-고벵 글래스 프랑스 Method for quickly stabilizing the nominal output of a thin-film solar module
DE102011052444A1 (en) * 2011-08-05 2013-02-07 Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh Process for the linear structuring of a coated substrate for the production of thin-film solar cell modules
US20150068584A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Sandia Corporation Photovoltaic system with micro-concentrator array
US9400343B1 (en) 2014-04-30 2016-07-26 Magnolia Optical Technologies, Inc. Highly durable hydrophobic antireflection structures and method of manufacturing the same
FR3039927B1 (en) * 2014-07-11 2018-02-02 Sunpartner Technologies SEMI-TRANSPARENT PHOTOVOLTAIC DEVICE ACTIVE ON BOTH SIDES AND METHODS OF MAKING SAME
US10790777B2 (en) 2017-08-17 2020-09-29 Tesla, Inc. Flexible solar roofing modules
CN115206064B (en) * 2022-05-18 2023-09-08 东南大学 Temperature alarm type luminous solar concentrator and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1564935A1 (en) * 1966-11-26 1970-06-04 Telefunken Patent Solar element
WO1983000409A1 (en) * 1981-07-16 1983-02-03 Spear, Reginald, G. Thin solar cells

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1037466A (en) * 1951-05-24 1953-09-17 Westinghouse Freins & Signaux Light barrier with barrier layer
US3483038A (en) * 1967-01-05 1969-12-09 Rca Corp Integrated array of thin-film photovoltaic cells and method of making same
DE2827049A1 (en) * 1978-06-20 1980-01-10 Siemens Ag SOLAR CELL BATTERY AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION
JPS5942994B2 (en) * 1979-03-26 1984-10-18 シャープ株式会社 Method for manufacturing thin film solar cells
US4292092A (en) * 1980-06-02 1981-09-29 Rca Corporation Laser processing technique for fabricating series-connected and tandem junction series-connected solar cells into a solar battery
US4335161A (en) * 1980-11-03 1982-06-15 Xerox Corporation Thin film transistors, thin film transistor arrays, and a process for preparing the same
JPS59103383A (en) * 1982-12-03 1984-06-14 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture for photovoltaic force generating device
US4711972A (en) * 1985-07-05 1987-12-08 Entech, Inc. Photovoltaic cell cover for use with a primary optical concentrator in a solar energy collector
JPH0744286B2 (en) * 1986-03-04 1995-05-15 三菱電機株式会社 Method for manufacturing amorphous photovoltaic module
US4773943A (en) * 1986-03-31 1988-09-27 Kyocera Corporation Photovoltaic device and a method of producing the same
US4675467A (en) * 1986-04-05 1987-06-23 Chronar Corp. Directed energy conversion of semiconductor materials
US4968354A (en) * 1987-11-09 1990-11-06 Fuji Electric Co., Ltd. Thin film solar cell array
JPH0712637Y2 (en) * 1988-02-12 1995-03-29 ワイケイケイ株式会社 Solar panel mounting device for electric shielding device
JPH02177374A (en) * 1988-12-27 1990-07-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Photoelectric conversion device
US5118361A (en) * 1990-05-21 1992-06-02 The Boeing Company Terrestrial concentrator solar cell module
DE59103714D1 (en) * 1991-10-07 1995-01-12 Siemens Ag Laser processing method for a thin layer construction.
DE4227929A1 (en) * 1992-08-22 1994-03-10 Horst Wagner Roof tile incorporating solar module or solar cell - is sized and shaped to match existing roof tiles to maintain aesthetic appearance
US5505789A (en) * 1993-04-19 1996-04-09 Entech, Inc. Line-focus photovoltaic module using solid optical secondaries for improved radiation resistance
DE4317674A1 (en) * 1993-05-27 1994-12-01 Juergens Walter Solar-cell receiving system (solar cassette)
DE4324318C1 (en) * 1993-07-20 1995-01-12 Siemens Ag Method for series connection of an integrated thin-film solar cell arrangement
US5460659A (en) * 1993-12-10 1995-10-24 Spectrolab, Inc. Concentrating photovoltaic module and fabrication method
JPH09186353A (en) * 1995-12-28 1997-07-15 Fujikura Ltd Solar cell module
EP0895141B1 (en) * 1996-03-08 2002-10-02 Citizen Watch Co. Ltd. Solar watch with an indicating plate structure for a solar watch, comprising a solar cell housed in said watch
JP3216549B2 (en) * 1996-10-11 2001-10-09 トヨタ自動車株式会社 Concentrating solar cell device
JP3173400B2 (en) * 1996-12-13 2001-06-04 トヨタ自動車株式会社 Concentrating solar cell device
DE29823351U1 (en) * 1998-03-10 1999-05-06 Ver Glaswerke Gmbh Glazing to control the transmission of light
DE29813771U1 (en) * 1998-08-01 1999-12-16 Hueppe Form Sonnenschutzsystem Slat arrangement for sun protection devices

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1564935A1 (en) * 1966-11-26 1970-06-04 Telefunken Patent Solar element
WO1983000409A1 (en) * 1981-07-16 1983-02-03 Spear, Reginald, G. Thin solar cells

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO0175976A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10017610C2 (en) 2002-10-31
WO2001075976A1 (en) 2001-10-11
JP4056744B2 (en) 2008-03-05
DE10017610A1 (en) 2001-10-18
US7019207B2 (en) 2006-03-28
HK1053904A1 (en) 2003-11-07
JP2003529938A (en) 2003-10-07
US20030121542A1 (en) 2003-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10017610C2 (en) Process for producing a solar module with integrated series-connected thin-film solar cells and use thereof
DE4344693B4 (en) Thin film solar cell array
DE4324318C1 (en) Method for series connection of an integrated thin-film solar cell arrangement
EP2758993B1 (en) Thin film solar module having series connection and method for the series connection of thin film solar cells
DE19907506A1 (en) Optical system of solar power generation module
DE10151415A1 (en) solar cell
DE112009002289T5 (en) Thin film sodium species barrier layer method and structure for a CIGS based thin film photovoltaic cell
DE3210742A1 (en) SOLAR CELL BATTERY AND METHOD FOR PRODUCING THE BATTERY
EP2537065A1 (en) Electrochromic glazing with series-connected cells, and production method therefor
DE102012109883A1 (en) Process for producing a thin-film solar cell with buffer-free manufacturing process
DE2363120A1 (en) SOLAR CELL ARRANGEMENT
DE102009023048A1 (en) Photosensitive electrochromic device
DE102014200956A1 (en) Photovoltaic cell, photovoltaic module and its manufacture and use
DE102010035000B4 (en) Open space photovoltaic generator
DE2839038A1 (en) METHOD FOR PRODUCING A SERIAL ARRANGEMENT OF BARRIER PHOTOCELLS, AND PHOTOCELL ARRANGEMENT OR BATTERY PRODUCED BY THIS METHOD
DE3704437C2 (en)
DE4412050C2 (en) Photoelectrochemical solar module and method of manufacturing the same
EP0966765A1 (en) Weather and corrosion-resistant layer structure
EP3039718B1 (en) Partly-transparent thin-film solar module
DE4205757A1 (en) DEVICE FOR DETECTING THE POSITION AND INTENSITY OF LIGHT AND SOLID COMPONENT ELEMENT FOR USE THEREOF
DE102012112922A1 (en) Thin-film photovoltaic cell and process for its production
DE202021003960U1 (en) A thin film solar cell
DE19842679C2 (en) Process for structuring transparent electrode layers
EP2590230A2 (en) Open air photovoltaic assembly
WO2012110157A1 (en) Method for producing a solar cell

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20021029

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: LUX-STEINER, MARTHA, CHRISTINA

Inventor name: JAEGER-WALDAU, ARNULF

Inventor name: HARNEIT, WOLFGANG

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: HELMHOLTZ-ZENTRUM BERLIN FUER MATERIALIEN UND ENER

17Q First examination report despatched

Effective date: 20090717

REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: WD

Ref document number: 1053904

Country of ref document: HK

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: H01L 31/046 20140101AFI20160929BHEP

Ipc: H01L 31/0463 20140101ALI20160929BHEP

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20161114

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20170325