EP1488457A1 - Selbstjustierende serienverschaltung von dünnschichten und verfahren zur herstellung - Google Patents

Selbstjustierende serienverschaltung von dünnschichten und verfahren zur herstellung

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EP1488457A1
EP1488457A1 EP03720338A EP03720338A EP1488457A1 EP 1488457 A1 EP1488457 A1 EP 1488457A1 EP 03720338 A EP03720338 A EP 03720338A EP 03720338 A EP03720338 A EP 03720338A EP 1488457 A1 EP1488457 A1 EP 1488457A1
Authority
EP
European Patent Office
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angle
conductor tracks
layer
deposition
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03720338A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Geyer
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.)
Scheuten Glasgroep BV
Original Assignee
Scheuten Glasgroep BV
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 Scheuten Glasgroep BV filed Critical Scheuten Glasgroep BV
Priority to EP03720338A priority Critical patent/EP1488457A1/de
Publication of EP1488457A1 publication Critical patent/EP1488457A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0465—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/942—Masking
    • Y10S438/944—Shadow

Definitions

  • the invention relates to a self-adjusting series connection of thin layers and a method for manufacturing.
  • the best-known method for producing series connections of thin layers is the application of the individual layers, interrupted by process steps in which the applied layer is separated by laser or mechanical means. Typically, several processing steps are required for this, in which the respectively applied layer is provided with interruptions by separating cuts.
  • a corresponding station can be set up for each cut to be carried out inline processes. If, on the other hand, the process is not carried out in an inline process, this must be done Substrate for each cut can be transported to a cutting station.
  • the object of the invention is to further develop a generic method for producing self-adjusting series connections of thin layers in such a way that it avoids the disadvantages of conventional production methods and has few and easy to carry out method steps.
  • this object is achieved in that electrically conductive conductor tracks are applied to a substrate and the substrate is exposed to a number of layer depositions made of conductive, semiconducting and / or insulating materials which take place at different angles of incidence.
  • the applied conductor tracks preferably have a rectangular cross section, but other cross section geometries are also possible.
  • the conductor tracks can have a triangular, trapezoidal or round cross section.
  • the conductor tracks are applied to a substrate surface. After the conductor tracks have been applied, the substrate is successively exposed to different layer depositions, the individual depositions taking place at different angles of incidence.
  • the direction of the respective deposition is preferably perpendicular to the longitudinal alignment of the conductor tracks and at an angle to the surface of the substrate, so that regions arise between the conductor tracks which are shaded by the conductor track flanks and are therefore not exposed to any deposition.
  • Main deposition layers made of different materials and applied at different angles. These main layers can in turn consist of several individual layers, which are preferably applied at the common angle of the main layer. However, the method according to the invention can also be used to produce series connections with more than three main layers, or the main layers are supplemented by further layers and / or processing operations.
  • a particularly preferred exemplary embodiment of a series connection consisting of three main layers is described below.
  • chicht is preferably a back contact made of a conductive or semiconductive material. This first deposition at a first angle of incidence ⁇ causes a coating of the substrate, an edge and the upper side of a conductor track, 'whereby a certain area behind the
  • Printed conductors are not coated with the conductive or semiconducting material.
  • the substrate is again coated at a certain distance behind the conductor tracks and continues on the flank of the next conductor track.
  • the choice of the angle of incidence of the deposition therefore depends on the required area not to be coated behind the conductor tracks.
  • the second main layer is preferably a semiconductor. It has proven to be expedient that this second layer deposition takes place at an angle ⁇ of 90 ° to the substrate surface, so that the upper sides of the conductor tracks and the regions between the conductor tracks are now completely coated. If the second deposition takes place at an angle different from 90 ° to the substrate surface, flank sides of the conductor tracks are also coated. This should be avoided for a series connection of the layers, since the layer of the front contact to be applied later must not touch the rear contact and a connection via the coating of the flanks would lead to a short circuit. If the flanks are coated, they must be cleaned before the front contact is applied.
  • a third deposition takes place again at an angle of incidence ⁇ opposite to the first angle ⁇ , and this layer is preferably an electrically transparent front contact made of a conductive or semi-conductive tendency material.
  • the various layers can also consist of several individual layers, which are expediently applied at an angle common to the main layer.
  • the second semiconductor layer can be formed by individual layers in connection with further process steps.
  • the described method for producing self-adjusting series connections of thin layers is characterized by various advantages over conventional methods.
  • an absolutely precise alignment of the substrate to be coated is not necessary, since the shading area determines the separation areas.
  • the shadow width and thus the non-active area can be reduced to a minimum by suitable application means.
  • the method can be carried out well in an inline process, since the substrate does not have to be transported back and forth between individual processing stations, but can be processed at a single station with suitable application means. Crossing the separation areas is also not possible, so that sources of error and short circuits are excluded.
  • the pictures show:
  • FIG. 1 shows an embodiment of a substrate with applied conductor tracks
  • Fig. 4 shows the application of a third layer at an angle of incidence ⁇
  • the expression "essentially” includes exactly parallel conductor tracks and conductor tracks that deviate from parallelism by up to 50% of the distance between the conductor tracks.
  • the substrate can be glass, in particular, for example, float glass. Another suitable substrate is polymer film.
  • the conductor tracks 20 are electrically conductive and can consist of conductive polymer materials, conductive glass frits, metallic strips or other materials.
  • the cross section of the conductor tracks is preferably rectangular, but other cross sections can also be selected.
  • the conductor tracks can have a triangular, trapezoidal or round cross section. The triangular conductor tracks can be applied in such a way that one side surface is connected to the substrate surface. Trapezoidal conductor tracks are expediently applied in such a way that the cross section tapers towards the substrate surface.
  • the conductor tracks can be applied, for example, by means of screen printing, the width B of the tracks being determined by the screen and the properties of the paste used, while the height H is primarily determined by the number of printing processes. For example, graphite and / or silver paste can be used for screen printing.
  • the length of the conductor tracks can be selected as desired and depends primarily on the dimensions of the substrate to be coated. Typical applications use conductor tracks with lengths L on the order of 30 cm to 6 m.
  • the number of conductor tracks applied can therefore also be selected as desired, it preferably being in the range from 50 to 200 / m.
  • the distance between the individual conductor tracks 20 results from the selected dimensions.
  • Fig. 2 shows an exemplary embodiment in which, according to the method according to the invention, a first main layer 30 is applied to the substrate 10 and the conductor tracks 20.
  • This first layer deposition takes place at a first angle of incidence ⁇ with respect to the surface of the substrate and expediently perpendicular to the longitudinal alignment of the conductor tracks 20.
  • the angle between the longitudinal alignment of the conductor tracks and the direction of the deposition can also deviate from 90 °. Angles between 90 ° and 1 ° are possible.
  • the thickness of the first thin layer applied in this way is typically on the order of 50 nm to 50 ⁇ m.
  • this first layer is a back contact, the main component of which is molybdenum.
  • conductive adhesives silver or TCOs (Transparent Conductive Oxides) such as ZnO: Al or indium-doped tin oxide (ITO) can also be used for the back contact layer.
  • TCOs Transparent Conductive Oxides
  • ZnO Al
  • ITO indium-doped tin oxide
  • FIG. 3 shows how a second main layer 40 is applied to the substrate 10 and the conductor tracks 20.
  • This layer deposition is preferably carried out at a second angle of incidence ⁇ of 90 ° to the substrate surface, so that the upper sides and the areas between the conductor tracks are now completely coated.
  • a thin-layer semiconductor is applied as the second layer.
  • a layer sequence of copper, indium, gallium and selenium is applied, while for a Si semiconductor amorphous silicon is applied.
  • other materials can also be used to form the semiconductor layer.
  • the individual layers for forming the layer sequence of the entire semiconductor layer are preferably all applied at a common angle of 90 ° to the substrate surface, it being possible for the layer depositions to be alternately interrupted by various other process steps.
  • the resulting layer thickness depends on the semiconductor used and its absorption coefficient for solar radiation. Typical semiconductor layer thicknesses in thin-film voltaics are in the order of magnitude of 200 nm to 5 ⁇ m.
  • flanks of the conductor tracks are also coated. This should be avoided for a series connection of the thin layers, since the layer of the front contact to be applied later must not touch the back contact of the first layer, and a connection via the coating of the flanks would lead to a short circuit. If the flanks are coated, they must be cleaned before the next front contact is applied. Cleaning can take place between the application of the individual layers and the further process steps or after completion of the second layer. For example, etching processes and / or mechanical processes can be used for cleaning.
  • a cadmium sulfide layer is applied.
  • the application can be carried out, for example, by the chemical bath deposition process. This layer is not shown in the figures in FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 4 shows the subsequent method step of applying a third main layer 50 at an angle of incidence ⁇ .
  • the coating is preferably carried out against the first coating angle ⁇ .
  • This third layer can be, for example, an electrically transparent front contact made of materials such as indium-doped tin oxide (ITO), ZnO: Al, gold or silver.
  • FIG. 5 By applying the various layers according to the invention, a series connection of thin layers has been created, as shown in FIG. 5.
  • the resulting current curve is shown with an arrow curve in the figure.
  • the current is conducted through the substrate 10 into the back contact 30 and via the layer 40 into the front contact 50. From there it flows through a conductor track 20 again into the back contact and from there again via the front contact into the next conductor track.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstjustierende Serienverschaltung von Dünnschichten und ein Verfahren zur Herstellung.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass auf ein Sub-strat (10) elektrisch leitfähige Leiterbahnen (20) aufge-bracht werden, woraufhin mehrere Hauptdepositionsschichten (30, 40, 50) aus leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien auf das Substrat aufgebracht werden, wobei das Aufbringen der Schichten unter unterschiedlichen Einfallswinkeln zur Oberfläche des Substrats erfolgt.

Description

Selbstjustierende Serienverschaltung von Dünnschichten und Verfahren zur Herstellung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine selbstjustierende Serienverschaltung von Dünnschichten und ein Verfahren zur Herstellung.
In der Industrie besteht ein zunehmender Bedarf nach Verfahren zur Herstellung von Serienverschaltungen von Dünnschichten, doch insbesondere in der Dünnschichtphotovoltaik ist das Problem der Serienverschaltung von Dünnschichtzellen noch nicht zufriedenstellend gelöst.
Die bekannteste Methode zum Herstellen von Serienverschaltungen von Dünnschichten ist das Aufbringen der einzelnen Schichten, unterbrochen von Prozessschritten, bei denen die aufgebrachte Schicht durch Laser oder mechanische Mittel ge- trennt wird. Typischerweise sind hierfür mehrere Bearbeitungsschritte erforderlich, bei denen die jeweils aufgebrachte Schicht durch Trennschnitte mit Unterbrechungen versehen wird.
Derartige Herstellungsverfahren weisen verschiedene Nachteile auf. Da die Schnitte, um tote Flächen zu minimieren, sehr nah beieinander liegen müssen, sich aber nicht überlappen oder kreuzen dürfen, da dies sonst zu Kurzschlüssen oder Fehlern führt, ist beispielsweise eine extrem genaue Ausrichtung des Substrats erforderlich. Ferner muss zur Realisierung eines
Inline-Prozesses für jeden durchzuführenden Schnitt eine entsprechende Station eingerichtet werden. Wird das Verfahren dagegen nicht in einem Inline-Prozess durchgeführt, muss das Substrat für jeden Schnitt zu einer Schnittstation transportiert werden.
Aus der Internationalen Patentanmeldung WO 96/30935 ist ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen elektronischen Bauteilen bekannt, bei dem abwechselnd elektrisch leitfähige und isolierende Schichten aufgebracht werden. Dabei wird ein Substrat verwendet, auf dessen Oberfläche sich Stege mit rechteckigem Querschnitt befinden, so dass eine gerichtete Schichtdeposition unter einem Einfallswinkel eine Abschattung von Bereichen zwischen den Stegen bewirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von selbstjustierenden Serienverschaltungen von Dünnschichten so weiterzuentwickeln, dass es die Nachteile herkömmlicher Herstellungsverfahren vermeidet und wenige und einfach durchzuführende Verfahrensschritte aufweist .
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine selbstjustierende Serienverschaltung von Dünnschichten bereitzustellen, die durch wenige und einfach durchzuführende Verfahrensschritte hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass elektrisch leitfähige Leiterbahnen auf ein Substrat aufgebracht werden und das Substrat mehreren Schichtdepositionen aus leitfähigen, halbleitenden und/oder isolierenden Materialien ausgesetzt wird, die unter verschiedenen Einfallswinkeln erfolgen.
Unter den verschiedenen Winkeln werden unterschiedliche Bereiche zwischen den Leiterbahnen abgeschattet und sind so der jeweiligen Materialdeposition nicht ausgesetzt, so dass sich ein Schichtaufbau ergibt, der serienverschaltete Dünnschichten ausbildet, durch die ein Stromfluss stattfinden kann.
Die aufgebrachten Leiterbahnen haben vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, es sind aber auch andere Querschnittsgeometrien möglich. Beispielsweise können die Leiterbahnen einen dreieckigen, trapezförmigen oder runden Querschnitt aufweisen. Die Leiterbahnen werden auf eine Substrat- fläche aufgebracht . Nach Aufbringung der Leiterbahnen wird das Substrat nacheinander verschiedenen Schichtdepositionen ausgesetzt, wobei die einzelnen Depositionen unter verschiedenen Einfallswinkeln erfolgen. Die Richtung der jeweiligen Deposition steht vorzugsweise senkrecht zur Längsausrichtung der Leiterbahnen und in einem Winkel zur Oberfläche des Sub- strats, so dass zwischen den Leiterbahnen Bereiche entstehen, die von den Leiterbahnflanken abgeschattet werden und somit keiner Deposition ausgesetzt sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden für eine Serienverschaltung von Dünnschichten drei
Hauptdepositionsschichten aus verschiedenen Materialien und unter verschiedenen Winkeln aufgebracht. Diese Hauptschichten können wiederum aus mehreren Einzelschichten bestehen, die vorzugsweise unter dem gemeinsamen Winkel der Hauptschicht aufgebracht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können jedoch auch Serienverschaltungen mit mehr als drei Hauptschichten hergestellt werden, oder die Hauptschichten werden durch weitere Schichten und/oder Bearbeitungsvorgänge ergänzt .
Im Folgenden wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiels einer Serienverschaltung, bestehend aus drei Haupt- schichten, beschrieben. Bei der ersten Hauptdepositionss- chicht handelt es sich vorzugsweise um einen Rückkontakt aus einem leitenden oder halbleitenden Material. Diese erste Deposition unter einem ersten Einfallswinkel α bewirkt eine Beschichtung des Substrats, einer Flanke und der Oberseite einer Leiterbahn,' wobei ein bestimmter Bereich hinter den
Leiterbahnen nicht mit dem leitenden oder halbleitenden Material beschichtet wird. In einem bestimmten Abstand hinter den Leiterbahnen erfolgt wieder eine Beschichtung des Substrats, die sich an der Flanke der nächsten Leiterbahn fortsetzt. Die Wahl des Einfallswinkels der Deposition richtet sich demnach nach dem erforderlichen nicht zu beschichtenden Bereich hinter den Leiterbahnen.
Bei der zweiten Hauptschicht handelt es sich vorzugsweise um einen Halbleiter. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, dass diese zweite Schichtdeposition unter einem Winkel ß von 90° zur Substratoberfläche erfolgt, so dass nun die Oberseiten der Leiterbahnen und die Bereiche zwischen den Leiterbahnen vollständig beschichtet werden. Erfolgt die zweite Deposition unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Substratoberfläche, werden auch Flankenseiten der Leiterbahnen beschichtet. Dies ist für eine Serienverschaltung der Schichten zu vermeiden, da die Schicht des später aufzubringenden Vorderkontakts keine Berührung zum Rückkontakt haben darf, und eine Verbin- düng über die Beschichtung der Flanken zu einem Kurzschluss führen würde. Erfolgt dennoch eine Beschichtung der Flanken, müssen diese vor Aufbringung des Vorderkontakts gereinigt werden.
Eine dritte Deposition erfolgt wiederum unter einem dem ersten Winkel α entgegengesetzten Einfallswinkel γ, und bei dieser Schicht handelt es sich vorzugsweise um einen elektrisch transparenten Vorderkontakt aus einem leitenden oder halblei- tenden Material .
Die verschiedenen Schichten können auch aus mehreren Einzel- schichten bestehen, die zweckmäßigerweise jeweils unter einem der HauptSchicht gemeinsamen Winkel aufgebracht werden. Vor allem die zweite Halbleiterschicht kann in Verbindung mit weiteren Prozessschritten durch Ξinzelschichten gebildet werden.
Durch die beschriebene Wiederholung von Schichtdepositionen unter verschiedenen Winkeln bildet sich eine Serienverschaltung von Dünnschichten aus, die sich insbesondere zur Verwendung für Solarzellen eignet .
Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Schichtdepositionen mittels eines PVD-Verfahrens durchzuführen und die Schichtpartikel aufzusputtern. Es können aber auch andere Be- schichtungsverfahren wie das Sprühen oder CVD-Verf hren verwendet werden.
Das beschriebene Verfahren zur Herstellung von selbstjustierenden Serienverschaltungen von Dünnschichten zeichnet sich durch diverse Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren aus. Zum einen ist keine absolut präzise Ausrichtung des zu be- schichtenden Substrats erforderlich, da der Abschattungsbe- reich die Trennbereiche bestimmt. Zum anderen kann durch geeignete Aufbringmittel die Schattenbreite und somit der nichtaktive Bereich auf ein Minimum reduziert werden. Ferner ist das Verfahren gut in einem Inline-Prozess durchführbar, da das Substrat nicht zwischen einzelnen Bearbeitungsstationen hin- und her transportiert werden muss, sondern an einer einzigen Station mit geeigneten Aufbringmitteln bearbeitet werden kann. Ein Kreuzen der Trennbereiche ist ebenfalls nicht möglich, so dass Fehlerquellen und Kurzschlüsse ausgeschlossen werden.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbil- düngen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt :
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Substrats mit aufgebrachten Leiterbahnen;
Fig. 2 das Aufbringen einer ersten Schicht unter einem Einfallswinkel α;
Fig. 3 das Aufbringen einer zweiten Schicht unter einem Einfallswinkel ß;
Fig. 4 das Aufbringen einer dritten Schicht unter einem Einfallswinkel γ und
Fig. 5 den Stromverlauf in der sich ergebenden Serienverschaltung der Dünnschichten.
In Fig. 1 ist ein Substrat 10 dargestellt, auf das mehrere im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Leiterbahnen 20 aufgebracht wurden. Dabei umfasst der Ausdruck „im Wesentli- chen" exakt parallel verlaufende Leiterbahnen und Leiterbahnen, die um bis zu 50% des Abstands zwischen den Leiterbahnen von der Parallelität abweichen. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um Glas, insbesondere um Floatglas handeln. Ein weiteres geeignetes Substrat stellt Polymerfolie dar. Die Leiterbahnen 20 sind elektrisch leitfähig und können aus leitfähigen Polymermassen, leitfähigen Glasfritten, metallischen Bändern oder sonstigen Materialien bestehen. Der Quer- schnitt der Leiterbahnen ist vorzugsweise rechteckig, es können aber auch andere Querschnitte gewählt werden. Beispielsweise können die Leiterbahnen einen dreieckigen, trapezförmigen oder runden Querschnitt aufweisen. Die dreieckigen Leiterbahnen können so aufgebracht werden, dass eine Seitenflä- ehe mit der Substratoberfläche verbunden ist. Trapezförmige Leiterbahnen werden zweckmäßigerweise so aufgebracht, dass sich der Querschnitt zur Substratoberfläche hin verjüngt.
Die Leiterbahnen können beispielsweise mittels Siebdruck auf- gebracht werden, wobei die Breite B der Bahnen durch das Sieb und die Eigenschaften der verwendeten Paste bestimmt wird, während die Höhe H vorrangig durch die Anzahl der Druckvorgänge bestimmt wird. Für den Siebdruck kann beispielsweise Graphit- und/oder Silberpaste verwendet werden. Die resultie- renden Abmessungen der Leiterbahnen liegen zweckmäßigerweise in folgenden Größenordnungen: Breite B = 10 μm - 500 μm und Höhe H = 5 μm - 500 μm. Die Länge der Leiterbahnen ist beliebig wählbar und hängt vorrangig von den Abmessungen des zu beschichtenden Substrats ab. Typische Anwendungen verwenden Leiterbahnen mit Längen L in der Größenordnung von 30 cm bis 6 m. Die Anzahl der aufgebrachten Leiterbahnen ist daher ebenfalls beliebig wählbar, wobei sie vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 /m liegt. Der Abstand zwischen den einzelnen Leiterbahnen 20 ergibt sich entsprechend der gewählten Abmes- sungen.
In Fig . 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt , bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erste Hauptschicht 30 auf das Substrat 10 und die Leiterbahnen 20 aufgebracht wird. Diese erste Schichtdeposition erfolgt unter einem ersten Einfallswinkel α in Bezug auf die Oberfläche des Substrats und zweckmäßigerweise senkrecht zur Längsausrichtung der Leiterbahnen 20. Der Winkel zwischen der Längsausrichtung der Leiterbahnen und der Richtung der Deposition kann jedoch auch von 90° abweichen. Dabei sind Winkel zwischen 90° und 1° möglich.
Der Abbildung in Fig. 2 ist zu entnehmen, dass durch die Beschichtung unter einem Winkel zur Substratoberfläche hinter den Leiterbahnen abgeschattete Bereiche entstehen, die somit keiner Deposition ausgesetzt sind. Es erfolgt daher eine Beschichtung der Oberseiten und der Flanken der Leiterbahnen, die der Deposition ausgesetzt sind, und der Bereiche zwischen den Leiterbahnen, die nicht im Schatten der Leiterbahnen liegen. Die Dicke der so aufgebrachten ersten Dünnschicht liegt typischerweise in der Größenordnung von 50 nm bis 50 μm.
Bei dieser ersten Schicht handelt es sich in einer besonders bevorzugten Ausführungsform um einen Rückkontakt, dessen Hauptbestandteil Molybdän ist . Für die Rückkontaktschicht können jedoch auch andere Materialien wie leitfähige Kleber, Silber oder TCOs (Transparent Conductive Oxides) wie ZnO:Al oder Indium-dotiertes Zinnoxid (ITO) verwendet werden.
Der Abbildung in Fig. 3 ist zu entnehmen, wie eine zweite Hauptschicht 40 auf das Substrat 10 und die Leiterbahnen 20 aufgebracht wird. Diese Schichtdeposition erfolgt vorzugswei- se unter einem zweiten Einfallswinkel ß von 90° zur Substratoberfläche, so dass nun die Oberseiten und die Bereiche zwischen den Leiterbahnen vollständig beschichtet werden. Als zweite Schicht wird ein Dünnschichthalbleiter aufgebracht. Für einen Cu-In-Ga-Selenid-Halbleiter wird beispielsweise eine Schichtfolge aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen aufgebracht, während für einen Si-Halbleiter amorphes Si- lizium aufgebracht wird. Zur Bildung der Halbleiterschicht können jedoch auch andere Materialien verwendet werden.
Die Einzelschichten zur Bildung der Schichtfolge der gesamten Halbleiterschicht werden vorzugsweise alle in einem gemeinsa- men Winkel von 90° zur Substratoberfläche aufgebracht, wobei die Schichtdepositionen abwechselnd von verschiedenen anderen Prozessschritten unterbrochen sein können. Die resultierende Schichtdicke ist abhängig vom eingesetzten Halbleiter und dessen Absorptionskoeffizienten für solare Strahlung. Typi- sehe Halbleiterschichtdicken der Dunnschichtvoltaik liegen in der Größenordnung von 200 nm bis 5 μm.
Erfolgt die zweite Beschichtung unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Substratoberfläche, werden auch die Flanken der Leiterbahnen beschichtet. Dies ist für eine Serienverschaltung der Dünnschichten zu vermeiden, da die Schicht des später aufzubringenden Vorderkontakts keine Berührung zum Rückkontakt der ersten Schicht haben darf, und eine Verbindung über die Beschichtung der Flanken zu einem Kurzschluss führen würde. Erfolgt dennoch eine Beschichtung der Flanken, müssen diese vor Aufbringung des folgenden Vorderkontakts gereinigt werden. Die Reinigung kann zwischen der Aufbringung der Einzelschichten und der weiteren Prozessschritte oder nach Abschluss der zweiten Schicht erfolgen. Zur Reinigung können beispielsweise Ätzverfahren und/oder mechanische Verfahren verwendet werden.
Nach Aufbringung des Dünnschichthalbleiters sind weitere Ver- fahrensschritte zur Ausbildung eines p/h-Übergangs erforderlich. Dazu wird in einer besonders bevorzugten Ausführungs- form der Erfindung eine Cadmium-Sulfid-Schicht aufgebracht. Die Aufbringung kann beispielsweise durch das Verfahren der Chemical Bath Deposition erfolgen. Diese Schicht ist in den Abbildungen der Figuren 1 bis 5 nicht dargestellt.
Der Abbildung in Fig. 4 ist der darauf folgende Verfahrensschritt des Aufbringens einer dritten Hauptschicht 50 unter einem Einfallswinkel γ zu entnehmen. Dabei erfolgt die Beschichtung vorzugsweise entgegen dem ersten Beschichtungswin- kel α. Bei dieser dritten Schicht kann es sich beispielsweise um einen elektrisch transparenten Vorderkontakt aus Materialien wie Indium-dotiertem Zinnoxid (ITO) , ZnO:Al, Gold oder Silber handeln.
Durch das erfindungsgemäße Aufbringen der diversen Schichten ist eine Serienverschaltung von Dünnschichten entstanden, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. In der Abbildung ist der re- sultierende Stromverlauf mit einem Pfeilverlauf dargestellt. Der Strom wird durch das Substrat 10 in den Rückkontakt 30 und über die Schicht 40 in den Vorderkontakt 50 geleitet. Von dort fließt er durch eine Leiterbahn 20 erneut in den Rückkontakt und von dort wieder über den Vorderkontakt in die nächste Leiterbahn.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung von selbstjustierenden Serienverschaltungen von Dünnschichten, gekenn- zeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Aufbringen elektrisch leitfähiger Leiterbahnen (20) auf ein Substrat (10) ,
- Aufbringen mehrerer Depositionsschichten aus leitenden, halbleitenden und/oder isolierenden Materialien auf das Substrat (10) , wobei
das Aufbringen der Depositionsschichten unter ver- schiedenen Einfallswinkeln in Bezug zur Oberfläche des Substrats (10) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Leiter- bahnen (20) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen (20) mittels Siebdruck aufgebracht werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufbringung der elektrisch leit- fähigen Leiterbahnen (20) mittels Siebdruck Graphit- und/oder Silberpaste verwendet wird. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen (20) mit einem leitfähigen Kleber auf das Substrat aufgeklebt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gerichtete Aufbringen der Depositionsschichten unter einem Winkel mittels eines PVD-Verfahrens erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussrichtung der aufgebrachten Materialteilchen zur Bildung der Depositionsschichten senkrecht zur Ausrichtung der Leiterbahnen (20) verläuft.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennz chnet, dass nach Aufbringen der Leiterbahnen (20) auf das Substrat (10) wenigstens eine erste Hauptschichtdeposition (30) unter einem ersten Einfallswinkel α zur Oberfläche des Substrats (10) erfolgt, eine zweite Hauptschichtdeposition (40) unter einem zweiten Einfallswinkel ß und eine dritte Hauptschichtdeposition (50) unter einem dritten Einfallswinkel γ erfolgt, wobei der Winkel ß 90° beträgt und der Winkel γ dem Winkel α entgegengesetzt ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach
Aufbringen der Leiterbahnen (20) auf das Substrat (10) wenigstens eine erste Hauptschichtdeposition (30) unter einem ersten Einfallswinkel α zur Oberfläche des Sub- T EP03/02864
13 strats (10) erfolgt, eine zweite Hauptschichtdeposition (40) unter einem zweiten Einfallswinkel ß und eine dritte Hauptschichtdeposition (50) unter einem dritten Einfallswinkel γ erfolgt, wobei der Winkel ß verschieden zu 90° ist und der Winkel γ dem Winkel α entgegengesetzt ist.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass we- nigstens eine der Hauptschichten (30, 40, 50) aus verschiedenen Einzelschichten gebildet wird, wobei die Aufbringung der Einzelschichten unter einem der jeweiligen Schicht gemeinsamen Winkel erfolgt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung der Hauptschichten (30, 40, 50) und/oder deren Einzelschichten von weiteren Prozessschritten unterbrochen wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis
11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufbringung der zweiten Hauptschicht (40) oder Einzelschichten der Hauptschicht (40) unter einem Winkel ß verschieden von 90° eine Reinigung der Flanken der Leiterbahnen (20) erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung der Flanken durch Ätz- verfahren erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung der Flanken mechanisch erfolgt .
15. Selbstjustierende Serienverschaltung von Dünnschichten, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit dem durch die Ansprüche 1 bis 14 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
16. Serienverschaltung von Dünnschichten nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) aus Glas besteht.
17. Serienverschaltung von Dünnschichten nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat
(10) aus Floatglas besteht.
18. Serienverschaltung von Dünnschichten nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) aus Polymerfolie besteht.
19. Serienverschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der elektrisch leitfähigen Leiterbahnen (20) in der Größenordnung Länge L = 30 cm bis 6 m, Höhe H = 5 μm bis 500 μm und Breite B = 10 μm bis 500 μm liegen.
20. Serienverschaltung nach einem oder mehreren der Ansprü- ehe 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Oberfläche des Substrats (10) 50 bis 200 Leiterbahnen /m befinden. 03 02864
15 Serienverschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (20) aus leitfähigen Polymermassen oder leitfähigen Glasfritten bestehen.
Serienverschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hauptdepositionsschicht (30) einen Rückkontakt bildet.
Serienverschaltung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbestandteil der ersten Depositionsschicht (30) aus der Gruppe Molybdän, leitfähige Kleber, Silber oder TCOs wie ZnO:Al und/oder Indium-dotiertes Zinnoxid (ITO) ist.
Serienverschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hauptdepositionsschicht (40) einen Dünn- Schichthalbleiter bildet.
Serienverschaltung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Depositionsschicht
(40) durch eine Schichtfolge aus Kupfer, Indium, Galli- um und Selen gebildet wird.
Serienverschaltung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbestandteil der zweiten Depositionsschicht (40) amorphes Silizium ist. 03 02864
16 Serienverschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Hauptdepositionsschicht (50) einen elektrisch transparenten Vorderkontakt bildet.
Serienverschaltung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbestandteil der dritten Depositionsschicht (50) Indium-dotiertes Zinnoxid, ZnO:Al, Gold und/oder Silber ist.
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