EP2862203A2 - Verfahren und herstellungsanlage zur herstellung eines photovoltaikmoduls sowie photovoltaikmodul - Google Patents

Verfahren und herstellungsanlage zur herstellung eines photovoltaikmoduls sowie photovoltaikmodul

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EP2862203A2
EP2862203A2 EP13731090.0A EP13731090A EP2862203A2 EP 2862203 A2 EP2862203 A2 EP 2862203A2 EP 13731090 A EP13731090 A EP 13731090A EP 2862203 A2 EP2862203 A2 EP 2862203A2
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EP
European Patent Office
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trench
layer
electrically conductive
absorber
electrically
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Withdrawn
Application number
EP13731090.0A
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Inventor
Wilhelm Stein
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Original Assignee
Individual
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    • 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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • 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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a photovoltaic module.
  • the invention further relates to a photovoltaic module having a plurality of electrically connected in series segments.
  • the invention further relates to a manufacturing plant for producing a photovoltaic module.
  • Photovoltaic modules can be designed as so-called crystalline photovoltaic modules.
  • the monocrystalline photovoltaic cells used for this purpose are produced from monocrystalline silicon wafers.
  • Polycrystalline photovoltaic cells consist of disks that do not all have the same crystal orientation. They can be produced by casting. Quasicrystalline photovoltaic cells have mono- and polycrystalline regions.
  • Thin-film solar cell modules also called thin-film photovoltaic modules, have photoactive layers with layer thicknesses in the order of micrometers.
  • the semiconductor material used in the photoactive layer or layers may be amorphous or microcrystalline. A combination of layers of amorphous and layers of microcrystalline semiconductor material within a cell is also possible, for example in the so-called tandem cells and the so-called triple cells.
  • the semiconductor materials used are Si, Ge and compound semiconductors such as CdTe or Cu (In, Ga) Se2 (abbreviated CIS or CIGS) and polymers.
  • crystalline thin-film photovoltaic modules In so-called crystalline thin-film photovoltaic modules, first of all a large amount of a semiconductor material, for example silicon, is deposited on a substrate, for example by evaporation, CVD or another deposition method. The semiconductor material is then recrystallized. This happens for example by means of laser or thermally.
  • the layer thicknesses are, for example, in the range of 3 to 50 ⁇ m.
  • thin-film photovoltaic modules are usually divided into a plurality of segments.
  • the strip-shaped and generally a few millimeters to centimeters wide segments usually run parallel to an edge of the module.
  • the segments are formed by individual layers of the layer structure of the solar cell are interrupted by thin dividing lines in continuous substrate.
  • the separating lines lead to the fact that identical layers of adjacent segments are electrically insulated from one another and, on the other hand, that subsequently applied layers can be electrically connected along a contact with underlying layers. With a suitable arrangement of the separating lines can be achieved in this way a series connection of the individual segments. No electrical current is generated in the area of the dividing lines.
  • the series connection is carried out, for example, in a manner comparable to that of thin-film photovoltaic modules.
  • a highly doped region of the absorber it is possible for a highly doped region of the absorber to serve as an electrically conductive layer for current transport instead of a separate front-side contact layer. It is also possible for crystalline thin-film photovoltaic modules to be contacted only from the rear side. At first an emitter is produced. The emitter and exposed base areas are alternately contacted. There is no series connection here and the voltage remains the same. This contacting is produced for example by laser radiation and printing techniques. According to further embodiments, a series connection of emitter-to-base is made comparable to the series connection in the case of thin-film photovoltaic modules, except that the first conductive layer is not exposed and the complete interconnection takes place from the rear.
  • a layer stack is provided on a substrate for producing a photovoltaic module.
  • the layer stack has a first electrically conductive layer, an absorber and a second conductive layer. The first layer, the absorber and the second layer are severed to form a first trench.
  • the second layer and the absorber are severed to form a second trench.
  • the second trench is spaced from the first trench.
  • At least the second conductive layer is severed again, thereby forming a third trench.
  • the second trench is arranged between the first and the third trench.
  • the first trench is filled with an electrically insulating material.
  • the filled-in first trench is overwritten with an electrically conductive material.
  • the second trench is filled with the electrically conductive material.
  • the electrically conductive material which bridges the first trench and fills the second trench, electrically contacts the second layer and the first layer.
  • segments of the photovoltaic module are formed.
  • the first layers of adjacent segments are insulated from one another by forming the first trench.
  • the second layers of adjacent segments are electrically insulated from one another by the formation of the third trench.
  • the electrically conductive material in the second trench the first layer and the second layer of adjacent segments are electrically connected to one another.
  • the adjacent segments are electrically connected in series.
  • the trenches are spaced from one another.
  • the trenches adjoin one another directly, in particular firstly the first and the third trench are formed adjacent to one another. Subsequently, for example, the first and third trenches are filled with the electrically insulating material and the second trench is inserted next to the first trench in the electrically insulating material to expose the first electrically conductive layer in the region of the second trench.
  • the formation of the first trench and the subsequent filling with the insulating material allow a reliable formation of the insulation of the first layer, so that there can be no short circuits in the first layer between adjacent segments.
  • By forming the third trench spaced from the second trench reliable isolation of the second layers from adjacent segments is possible.
  • the second layer and the absorber are severed.
  • the same process parameters can be used to form the second and third trenches.
  • all three trenches are formed by laser beaming.
  • a mechanical structuring is possible in which the three trenches are each formed by scratching.
  • structuring by etching is possible, in which the three trenches are each formed by printing on etching inks.
  • etching inks For example, an ink based on potassium hydroxide is printed.
  • the etching ink selectively etches the layer stack in such a way that the etching removes predetermined layers and stops at a predetermined layer. It is also possible a combination of mechanical structuring, laser structuring and / or etching or another layer removal method.
  • the electrically insulating material is introduced into the first trench by means of an inkjet printing process.
  • electrically insulating ink or a polymer is printed in the first trench.
  • the electrically conductive material is applied by an ink jet printing method.
  • the electrically conductive material comprises in particular a silver-containing ink.
  • another electrically conductive material is printed, for example aluminum or copper.
  • the electrically insulating material and / or the electrically conductive material are applied according to further embodiments by means of a screen printing method or another method for structured application.
  • a plurality of conductive regions are formed, which are arranged spaced apart along the first trench.
  • the conductive regions each comprise the conductive material for electrical contacting of the second layer and the first layer.
  • the second layer is free of the electrically insulating material in further areas between the line regions.
  • the electrical contact between the second layer and the first layer is thus only partially.
  • based on the photovoltaic module requires less surface for contacting. If the module size remains the same, the efficiency of the photovoltaic module is thus increased.
  • a plurality of isolation regions are formed, which are spaced apart along the first trench.
  • the isolation regions each include the electrically insulating material.
  • the first trench is free of the electrically insulating material in a wider area.
  • the isolation areas correspond to the line areas.
  • the internal reflection of the incident radiation on the highly reflective conductive material reflects the radiation from the contacting region of the trenches into the segments. Thus, it is possible to at least partially convert this radiation into electrical energy. Due to the predetermined roughness, which is predetermined for example by suitable deposition conditions, the proportion of radiation is increased, which is converted into electrical energy. Thus, the efficiency of the photovoltaic module is increased. According to further embodiments, the conductive material is applied such that a
  • the layer stack is provided with the first electrically conductive layer and the absorber without the second electrically conductive layer.
  • the first layer and the absorber are severed, thereby forming the first trench.
  • the absorber is severed, thereby forming the second trench.
  • the second trench is spaced from the first trench.
  • the first trench is filled with the electrically insulating material.
  • a side of the absorber facing away from the first electrically conductive layer is printed with a second electrically conductive layer of the conductive material so that the filled-in first trench is overwritten and the second trench is filled up with the electrically conductive material and a third trench is freed in the second layer remains of the electrically conductive material, wherein the second trench between the first trench and the third trench is arranged.
  • the invention relates to a photovoltaic module with a plurality of electrically connected in series segments.
  • the photovoltaic module is produced in particular by a method according to the application.
  • the photovoltaic module comprises a layer stack arranged on a substrate.
  • the layer stack has a first electrically conductive layer, a photoactive absorber and a second electrically conductive layer.
  • a first trench interrupts the absorber and the first electrically conductive layer.
  • an electrically insulating material is arranged in the first trench.
  • a second trench interrupts the absorber.
  • a third trench interrupts at least the second conductive layer.
  • the first, the second and the third trench are in particular each spaced from each other.
  • the photovoltaic module has a contact.
  • the contacting electrically couples the second layer to the first layer for series connection of the segment te.
  • the contacting is applied on a side of the absorber remote from the first conductive layer for electrical bridging of the first trench.
  • the contacting is electrically coupled in the second trench to the first layer.
  • the contacting is in the second trench in contact with the first layer.
  • the contacting is formed directly by parts of the second electrically conductive layer. On a separately formed to the second electrically conductive layer contacting is particularly omitted. The contacting is applied to the surface of the absorber facing away from the first conductive layer.
  • the contacting and the second electrically conductive layer are formed separately from one another.
  • the second electrically conductive layer is applied to the surface of the absorber facing away from the first conductive layer and in each case penetrated by the first, the second and the third trench.
  • the contacting is arranged on the surface of the second layer facing away from the absorber.
  • the contacting has a predetermined roughness on a surface facing away from the absorber, in order to scatter radiation arriving during operation.
  • a large part of the incoming radiation is converted into electrical energy.
  • the photovoltaic module is efficient.
  • the contacting is formed in a plurality of spaced-apart line regions along the first trench, and in particular the electrically insulating material is arranged in the first trench only in the line regions.
  • the photovoltaic module is inexpensive to produce and efficient in operation.
  • the manufacturing plant according to further aspects of the invention is configured according to embodiments for producing a photovoltaic module having a plurality of segments by structuring a large-area photovoltaic cell into the plurality of segments and by metallizing for the series connection of the segments.
  • the production system is designed for structuring and interconnecting crystalline photovoltaic cells by a sequence of structuring steps and metallization steps without the production of a series interconnection. The photovoltaic cells are then rather functional and electrically contactable for processing to the photovoltaic module.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a photovoltaic module according to embodiments
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a photovoltaic module according to embodiments
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a cross section of a photovoltaic module according to embodiments
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a cross section of a photovoltaic module according to embodiments
  • FIG. 5 a schematic representation of a cross section of a photovoltaic module according to embodiments
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a cross section of a photovoltaic module according to embodiments
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a cross section of a photovoltaic module according to embodiments
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a cross section of a photovoltaic module according to embodiments
  • FIGS. 9A to 9C are schematic representations of a cross-section of a photovoltaic module at various steps during manufacture according to embodiments
  • Figure 10 is a schematic representation of a manufacturing plant according to embodiments.
  • Figure 11 is a schematic representation of a manufacturing plant according to embodiments.
  • FIG. 1 schematically shows a photovoltaic module 100 in a top view.
  • the photovoltaic module 100 is set up to convert radiant energy into electrical energy when ready for operation.
  • the photovoltaic module 100 is of the type of a thin-film photovoltaic module.
  • the photovoltaic module 100 is of the type of a crystalline thin-film photovoltaic module.
  • the photovoltaic module 100 has a plurality of segments 120, 122, which are arranged on a common substrate 105 (FIGS. 2 to 7). Each directly juxtaposed segments are separated by a contacting region 121 from each other. For example, between the segments 120 and 122, the contacting arranged area 121. In the exemplary embodiments according to FIG. 1, the contacting region 121 runs uniformly along the entire module 100.
  • the contacting regions 121 are formed only in line regions 112 spaced apart from one another.
  • a dividing line for example in the form of a trench 106, runs along the entire module 100 to form the segments 120 and 121. Only in the line regions 112 are the adjacent segments 120 and 122 electrically coupled to each other to connect in series the adjacent segments 120 and 122 realize. In the further regions 113 between the line regions 112, the adjacent segments 120 and 122 are not electrically connected to one another.
  • isolation regions 114 are provided, which correspond to the conduction regions 112.
  • the trench 106 is free of insulating material according to embodiments.
  • the lines are approximately 50 ⁇ wide and arranged at a distance of about 200 ⁇ to each other.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a cross section through the photovoltaic module 100 during production.
  • a layer stack 101 is arranged on the substrate 105.
  • a first electrically conductive layer 102 of the layer stack 101 faces the substrate 105.
  • a second electrically conductive layer 104 of the layer stack 101 faces away from the substrate 105.
  • a photoactive absorber 103 is arranged between the first layer 102 and the second layer 104.
  • the first conductive layer 102 faces the sun, so that the radiation strikes the layer stack 101 through the substrate 105.
  • the substrate 105 faces away from the sun, so that the second layer 104 faces the sun during operation.
  • TCO Transparent Conductive Oxide Layers; Transparent Conductive Oxide Layer.
  • the layer which is arranged facing away from the incident radiation is in particular metallic and, for example, reflective.
  • the absorber 103 comprises, for example, a layer sequence with typically at least one p- and one n-doped semiconductor layer. In the case of silicon-based thin film solar cells, the p- and n-doped layers are usually separated by an extended substantially intrinsic (ie undoped) layer (i-layer).
  • a plurality of pin layer sequences with different absorption spectra can be provided one above the other in the absorber 103.
  • Such a tandem cell has, for example, a pin layer sequence of amorphous silicon and a pin layer sequence of microcrystalline silicon. It is also possible to provide a further pin layer sequence of amorphous silicon germanium. In this case one speaks of triple cells.
  • the p-doped layer faces the sun. It is also possible that the n-doped layer faces the sun.
  • a growth substrate 105 glass or a (metal) film is used as a growth substrate 105 glass or a (metal) film is used.
  • the film is transparent according to embodiments.
  • a cover element 125 (FIG. 6), through which sunlight is incident during operation, is laminated to the module only at the end of the production process when a (metal) film is used.
  • the layer stack remains connected to the growth substrate 105.
  • amorphous or microcrystalline group IV semiconductors for example a-Si, a-SiGe, ⁇ ⁇ 8 ⁇ , or compound semiconductors such as CdTe or Cu (In, Ga) Se2 (abbreviated CIS or CIGS) ) are used.
  • the absorber may comprise organic material configured to convert radiant energy into electrical energy. It can in the absorber
  • a first trench 106 is formed in the contacting region 121.
  • the first trench 106 is formed in the stacking direction of the layer stack 101 through the entire layer stack 101.
  • the first trench 106 breaks through the layer stack 101 beginning at a surface 118 of the second layer 104 facing away from the absorber 103 up to the substrate 105.
  • the first layer 102 of the segment 120 is electrically separated from the first layer 102 of the second segment 122 by the trench 106 isolated.
  • a second trench 107 is introduced.
  • the second trench 107 divides the second layer 104 and the absorber 103.
  • the second trench 107 extends to the first layer 102, so that the first layer 102 remains electrically conductive in the region of the trench 107.
  • the second trench 107 is arranged at a distance from the first trench 106.
  • the second trench 107 is arranged between the first trench 106 and a third trench 108.
  • the third trench 108 electrically isolates the second layer 104 of the segment 120 from the second layer of the segment 122.
  • the third trench 108 in the illustrated exemplary embodiments cuts through the second layer 104 and the absorber 103.
  • the third trench 108 only cuts through the second layer 104 and the absorber 103 remains at least partially in the region of the third trench 108.
  • the first trench 106, the second trench 107 and the third trench 108 are in particular introduced into the layer stack 101 after the first layer 102, the absorber 103 and the second layer 104 have been deposited continuously onto the substrate 105.
  • the first trench 106, the second trench 107 and the third trench 108 are introduced into the layer stack 101 in particular by laser radiation.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the photovoltaic module 100 after the electrical series connection of the segments 120 and 122.
  • an electrically insulating material 109 is first introduced into the trench 106.
  • the electrical introduced electrically insulating material 109 along the entire trench 106 (see Figure 1).
  • the electrically insulating material 109 is only partially introduced into the trench 106 (FIG. 2).
  • the electrically insulating material 109 is introduced only in the insulating regions 114 in the trench 106, and the regions 115 between the insulating regions are free of insulating material 109.
  • the electrically insulating material 109 comprises in particular an electrically insulating ink or an electrically insulating polymer.
  • the electrically insulating material 109 is, in particular, a material that can be deposited by means of an ink jet method.
  • an electrically conductive material 110 is applied in the contacting region 121.
  • the electrically conductive material 110 is applied such that an electrically conductive connection is formed between the second layer 104 of the segment 120 and the first layer 102 of the segment 122.
  • the electrically conductive material 110 is applied to the surface 118 on both sides of the trench 106, so that the trench 106 and the electrically insulating material 109 is bridged.
  • the electrically conductive material 110 is applied so that it extends into the second trench 107 and in particular completely fills it.
  • the electrically conductive material 110 is an ohmic contact between the second electrically conductive layer 104 and the first electrically conductive layer 102.
  • the electrically conductive material 110 extends from the surface facing away from the substrate 118 to the layer 102.
  • the arrows in the layer stack 101 and The electrically conductive material 110 symbolize the current flow and the series connection of the segments 120 and 122 during operation.
  • the electrically conductive material 110 comprises in particular Al, Ag, Cu or another electrically conductive material.
  • the electrically conductive material 110 comprises a material which can be deposited by means of an inkjet printing process.
  • an electrically insulating material 111 in the third trench 108 is provided.
  • the electrically insulating material 111 in the third trench 108 is dispensed with.
  • the electrically insulating material 111 can be deposited in particular by means of an inkjet printing process.
  • the second trench 107 and the third trench 108 are introduced into the layer stack 101 under the same process conditions, according to embodiments.
  • the formation of the trenches 107 and 108 is simplified.
  • the region of the absorber 103 and the second layer 104 between the second trench 107 and the third trench 108 serves to compensate manufacturing tolerances during the application of the electrically conductive material 110.
  • the third trench 108 which is formed separately from the second trench 107, is sufficiently good ensures electrical isolation of the second layer 104 and short circuits in the second layer
  • the trench 108 is introduced into the layer stack 101 after the application of the electrically conductive material 110. This eliminates the possibility that conductive material may enter the trench 108 during application of the electrically conductive material 110. This further reduces the possibility of an unintentional short circuit.
  • This sequence is particularly suitable for photovoltaic modules in which the radiation through the substrate during operation
  • the layer stack 101 for example, absorbers made of CdTe or amorphous silicon.
  • absorbers made of CdTe or amorphous silicon.
  • the region 121 has a width of 150 ⁇ or less, for example, a width of 100 ⁇ .
  • the first trench 106 has, for example, a width of 20 ⁇ m.
  • the second trench 107 has, for example, a width of 20 ⁇ m.
  • Of the third trench 108 has, for example, a width of 40 ⁇ m.
  • the region between the first trench 106 and the second trench 107 has, for example, a width of 10 ⁇ m.
  • the area between the second trench 107 and the third trench 108 has, for example, a width of 10 ⁇ m.
  • the contacting region 121 has a width of less than 60 ⁇ m, for example 50 ⁇ m.
  • the trench 108 is completely filled with the insulating material 111 (FIG. 4).
  • the insulating material 111 FOG. 4
  • transparent material is used for this purpose.
  • the reflective conductive material 110 is applied throughout the bonding area 121 (see description of FIGS. 6 and 7). Thus, almost the entire contacting region 121 is mirrored, so that almost all of the radiation that strikes the entire surface of the photovoltaic module 100 during operation can be converted into electrical energy.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a cross section of the photovoltaic module 100 according to further embodiments, which are particularly suitable for a-Si and CdTe photovoltaic modules.
  • the electrically conductive material 110 covers almost the entire surface 118 of the second layer 104. Only a region 119 of the surface 118 is free of electrically conductive material 110. The region 119 immediately adjoins to the third trench 108. The region 119 ensures the electrical insulation of the second layer 104 in the region of the third trench 108.
  • the layer 104 Due to the large-area coverage of the layer 104 with the electrically conductive material, a particularly good conductivity is made possible on the side of the absorber 103 facing away from the substrate 105. It is possible to strip the electrically conductive material 110 and thus to support the layer 104. In particular, the electrically conductive material 110 covers the surface 118 of the layer
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the photovoltaic module 100 according to further embodiments.
  • a surface 116 of the electrically conductive material 110 facing away from the absorber 103 is rough.
  • a lamination film 123 is applied to the side of the layer stack 101 and the electrically conductive material 110 facing away from the substrate 105.
  • the cover element 125 is arranged, for example a glass. The arrows symbolize the incident radiation 124 in operation. The rough structure of the surface 116, the incoming radiation 124 is reflected and scattered.
  • the electrically conductive material 110 reflects incoming radiation very well. Due to the rough structure of the surface 116, the incident radiation is additionally scattered. After reflection and scattering on the electrically conductive material 110, the radiation is reflected at the transition between the cover element 125 and the atmosphere. As a result, the radiation which strikes the photovoltaic module 100 in the region of the electrically conductive material 110 reaches the segment 122, so that this radiation can also be converted into electrical energy.
  • the cover member 125 is, for example, glass having a refractive index of about 1.5. Outside the photovoltaic module 100 is in operation air with a refractive index of about 1. The refractive index jump, the radiation at the transition between the cover member 125 and the air is reflected. As a result, the efficiency of the photovoltaic module 100 is further increased. Almost all of the radiation impinging on the photovoltaic module 100 is used for conversion to electrical energy, including some of the radiation impinging on the contacting region 121. Only radiation which strikes the photovoltaic module 100 between the electrically conductive material and the segment 122 in the region of the third trench 108 is not or only barely converted into electrical energy.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the photovoltaic module 100 according to others
  • the radiation 124 strikes the layer stack 101 during operation through the substrate 105.
  • the contacting region 121 is formed such that the radiation is reflected and / or scattered into the segments 120 and 122.
  • a texture of the electrically insulating material 109 is also provided.
  • the electrically insulating material 109 is transparent. The arrows symbolize the path of radiation.
  • the radiation is partially reflected and scattered at the junction between substrate 105 and electrically insulating material 109. Another part of the radiation is reflected and scattered at the transition between electrically insulating material 109 and electrically conductive material 110.
  • the radiation which strikes the photovoltaic module 100 in the region 121 is thus reflected and scattered at least partially into the adjacent segments 120 and 122 and can there be converted into electrical energy.
  • the efficiency of the photovoltaic module is further increased.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a cross section of the photovoltaic module 100 according to further embodiments, which are particularly suitable for CdTe photovoltaic modules.
  • the first electrically conductive layer 102 and the absorber 103 are first applied to the substrate 105 for the production.
  • the trench 106 is introduced into the first electrically conductive layer 102 and the absorber 103, so that the first electrically conductive layer 102 and the absorber 103 are interrupted.
  • the trench 107 is introduced into the absorber 103, so that the electrically conductive
  • the first trench 106 is filled with the electrically insulating material 109.
  • the second electrically conductive layer 104 is printed on one of the first electrically conductive layer 102 opposite side 126 of the absorber 103.
  • the electrically conductive material 110 is printed on the side 126 so that almost the entire surface of the absorber 103 is covered by the electrically conductive material 110. Only the area 119 is released and thus already at printing the third Trench 108 formed.
  • the second electrically conductive layer 104 is already printed structured.
  • the conductive material 110 forms the second electrically conductive layer 104.
  • the conductive material 110 comprises in particular graphite.
  • the conductive material 110 is applied by an ink jet printing method.
  • the conductive material 110 bridges the trench 106 and is in contact with the first electrically conductive layer 102 in the trench 107.
  • the layer 104 is electrically insulated by the trench 108.
  • FIGS. 9A to 9C show the photovoltaic module 100 according to further embodiments during production.
  • initially only the first trench 106 and the third trench 108 are introduced into the layer stack 101, as shown in FIG. 9A.
  • the electrically insulating material 109, 111 is printed.
  • the electrically insulating material 109 and 111 are printed together in one step and are in particular made of the same material.
  • the electrically insulating material 109, 111 is printed so that it fills the two trenches 106 and 108.
  • the electrically insulating material is printed only in the contacting region 121.
  • the electrically insulating material is printed on the entire surface 118 of the layer 104, for example by means of a roller printing method.
  • the trench 107 is formed.
  • the trench 107 extends through the electrically insulating material 109, 11 as well as through the layer 104 and the absorber 103 up to the layer 102.
  • the trench 107 is arranged between the trench 106 and the trench 108.
  • the electrically conductive material 110 is printed.
  • the electrically conductive material 110 is printed in such a way that it is in contact with the layer 104 in the region of the segment 120, bridges the trench 106 and makes contact with the layer 102 in the trench 107.
  • the electrically conductive material 110 does not extend to the segment 122, so that the layer 104 of the segment 120 is electrically is isolated from the layer 104 of the segment 122.
  • the arrows in the layer stack 101 and the electrically conductive material 110 symbolize the current flow and the series connection of the segments 120 and 122 during operation.
  • the contacting area 121 becomes very narrow.
  • a transparent insulating material 109, 111 as explained in connection with FIG. 7, full mirroring of the contacting region 121 is also possible.
  • the insulating material 111 in the region of the trench 108 is also covered with the reflective conductive material 110.
  • the trenches 106 and 108 are introduced directly adjacent to one another in FIG. 9A.
  • the insulating material 109, 111 is already applied in a structured manner.
  • the insulating material 109, 111 is applied after the trench 107 has been introduced into the layers 103 and 104.
  • the insulating material 109, 111 is applied so that it fills the trenches 106 and 108 and a
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a production facility 200.
  • the production facility 200 is in particular set up in a single process step
  • the substrate 105 with the unstructured layer stack 101 would be in operation with a small electrical energy Supply voltage and a large current. This is not conventionally desired.
  • the production plant 200 divides the layer stack 101 into the segments 120 and 122.
  • the manufacturing plant 200 forms the contacting region 121 for the series connection of the segments 120 and 122.
  • the photovoltaic module produced by the manufacturing plant 200 in operation supply electrical energy having a higher voltage and a lower current than the unstructured layer stack 101.
  • the production facility 200 has a structuring device 201.
  • the structuring device 201 has a process head 202.
  • three laser beam devices 203, 204 and 205 are arranged on the process head 202.
  • two ink jet printing devices 206 and 207 are disposed on the same process head 202.
  • fewer laser beam devices for example two laser beam devices, are provided.
  • three ink jet printing devices are provided on the process head 202.
  • the laser beam devices 203, 204 and 205 are disposed on a common process head and the ink jet printing devices 206 and 207 are disposed on a separate common process head.
  • laser beam devices 203, 204 and 205 are arranged on both sides of the substrate.
  • laser radiation is radiated onto the layer stack 101 both from below and from above.
  • mechanical structuring devices and / or etching devices for forming a trench in the layer stack 101 are provided on the process head 202.
  • the substrate 105 is moved by the structuring device 201 after the layer stack 101 has been completely deposited.
  • the process head 202 is moved relative to the layer stack 101, and the contacting regions 121 are formed by the laser beam devices 203, 204 and 205 and the ink jet printing devices 206 and 207.
  • the first trench 106 is formed by the laser beam device 203.
  • the second trench 107 is formed by the laser beam device 204.
  • the third trench 108 is formed by the laser beam device 205.
  • the laser beam devices 203, 204 and 205 simultaneously form the first trench 106, the second trench 107 and the third trench 108 per contacting region 121.
  • the inkjet printing device 206 serves, for example, for introducing the electrically insulating material 109 into the first trench 106.
  • the inkjet device 207 serves for example for applying the electrically conductive material 110.
  • the structuring steps are thus possible in a common structuring device 201 with a single process head 202.
  • two process heads are provided.
  • the laser beam devices 203, 204 and 205 are disposed on a common process head and the ink jet printing devices 206 and 207 are disposed on a separate common process head.
  • the electrically insulating material 109 and the electrically conductive material 110 are positioned as closely as possible to the trenches 107, 108 and 109 within narrow tolerances. This makes it possible to make the contacting area 121 narrow. Thus, the efficiency of the photovoltaic module is increased during operation.
  • the laser beam devices 203, 204 and 205 are arranged, for example, on the side of the substrate 105. According to further embodiments, in particular if the substrate 105 for the laser beams is not transparent, the laser beam devices 203, 204, 205 are arranged wholly or partially on the side of the layer stack 101.
  • the laser beam devices 203, 204 and 205 are configured, for example, to emit laser beams having mutually different wavelengths.
  • the ink jet printing devices 206 and 207 are arranged on the side of the layer stack 101 facing away from the substrate in order to be able to introduce the electrically insulating material 109 into the first trench 106 and to introduce the electrically conductive material 110 onto the surface 118 and into the second trench 107 can.
  • the manufacturing plant requires less area than conventional needed. This leads to a cost saving. Because structuring is possible after the complete deposition of the layer stack 101, the conventional necessary cleaning steps between the individual coating processes of the first layer 102, the absorber 103 and the second layer 104 can be dispensed with. Thus, it is also possible to dispense with the conventionally necessary production facilities.
  • the quality of the layer stack 101 is improved due to the eliminated vacuum-lock steps during the production of the layer stack 101.
  • the efficiency of the photovoltaic module 100 increases.
  • the effective range in which the radiation passes through the module 100 as far as possible without conversion into electrical energy can be reduced to the region of the third trench 108, for example to a width of 50 ⁇ .
  • the trench 108 which is formed separately in addition to the second trench 107, increases the process reliability.
  • the third trench 108 may be made relatively narrow depending on the tolerances in the application of the electrically conductive material 110.
  • the efficiency of the photovoltaic module is high with good prevention of short circuits.
  • the arrangement of the laser beam devices 203, 204 and 205 and the inkjet printing devices 206 and 207 in the common structuring device 201 no tolerances between the conventionally existing multiple structuring must be taken into account. Therefore, the areas between the trenches 106, 107 and 108 can be set narrow.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls (100) umfasst: - Bereitstellen eines Schichtstapels (101) mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht (102), einem Absorber (103) und einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (104) auf einem Substrat (105), und nachfolgend: - Durchtrennen der ersten Schicht (102), des Absorbers (103) und der zweiten Schicht (104) und dabei Ausbilden eines ersten Grabens (106), - Durchtrennen der zweiten Schicht (104) und des Absorbers (103), - nochmaliges Durchtrennen zumindest der zweiten Schicht (104) und dabei Ausbilden eines dritten Grabens (108), so dass der zweite Graben (107) zwischen dem ersten (106) und dem dritten (108) Graben liegt, - Auffüllen des ersten Grabens (106) mit einem elektrisch isolierenden Material (109), - Überschreiben des aufgefüllten ersten Grabens (106) und Auffüllen des zweiten Grabens (108) mit einem elektrisch leitfähigen Material (110) zur elektrischen Kontaktierung von zweiter Schicht (104) und erster Schicht (102).

Description

Beschreibung
Verfahren und Herstellungsanlage zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls sowie Photo- voltaikmodul
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Photovoltaikmodul mit einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Segmenten. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Herstellungsanlage zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls.
Photovoltaikmodule können als sogenannte Kristalline Photovoltaikmodule ausgebildet sein. Die hierfür beispielsweise verwendeten monokristallinen Photo voltaikzellen werden aus einkristallinen Siliciumscheiben hergestellt. Polykristalline Photovoltaikzellen bestehen aus Scheiben, die nicht überall die gleiche Kristallorientierung aufweisen. Sie können durch Gießverfahren hergestellt werden. Quasikristalline Photovoltaikzellen weisen mono- und polykristalline Bereiche auf.
Dünnschichtsolarzellen-Module, auch Dünnschichtphotovoltaikmodule genannt, weisen photoaktive Schichten mit Schichtdicken in der Größenordnung von Mikrometern auf. Das in der oder den photoaktiven Schichten eingesetzte Halbleitermaterial kann dabei amorph oder mikrokristallin sein. Auch eine Kombination von Schichten aus amorphen und Schichten aus mikrokristallinem Halbleitermaterial innerhalb einer Zelle ist möglich, zum Beispiel bei den so genannten Tandemzellen und den so genannten Tripelzellen. Als Halbleitermaterialien kommen Si, Ge und Verbindungshalbleiter wie CdTe oder Cu(In, Ga)Se2 (kurz CIS oder CIGS genannt) sowie Polymere zum Einsatz.
Bei so genannten kristallinen Dünnschichtphotovoltaikmodulen wird zunächst eine große Menge eines Halbleitermaterials, beispielsweise Silizium, auf ein Substrat abgeschieden, beispielsweise durch Verdampfung, CVD oder ein weiteres Abscheideverfahren. Das Halbleitermaterial wird dann rekristallisiert. Dies geschieht beispielsweise mittels Laser oder thermisch. Die Schichtdicken sind beispielsweise im Bereich von 3 bis 50 μιη. Um wirtschaftliche Module mit möglichst großer Fläche einsetzen zu können, ohne dass der in den Elektroden der Solarzellen lateral abgeführte Strom so groß wird, dass hohe ohmsche Verluste auftreten, werden Dünnschichtphotovoltaikmodule üblicherweise in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt. Die streifenförmigen und in der Regel einige Millime- ter bis Zentimeter breiten Segmente verlaufen dabei meist parallel zu einer Kante des Moduls. Die Segmente werden gebildet, indem bei durchgehendem Substrat einzelne Schichten des Schichtaufbaus der Solarzelle durch dünne Trennlinien unterbrochen werden. Die Trennlinien führen zum einen dazu, dass gleiche Schichten benachbarter Segmente gegeneinander elektrisch isoliert sind und zum anderen dazu, dass nachfolgend aufgebrachte Schichten entlang einer Kontaktierung mit darunter liegenden Schichten elektrisch verbunden werden können. Bei geeigneter Anordnung der Trennlinien lässt sich auf diese Weise eine Reihenschaltung der einzelnen Segmente erreichen. In dem Bereich der Trennlinien wird kein elektrischer Strom erzeugt. Bei kristallinen Dünnschichtphotovoltaikmodulen wird die Serienverschaltung beispielsweise vergleichbar wie bei Dünnschichtphoto vol- taikmodulen durchgeführt. Dabei ist es möglich, dass statt einer separaten Vorderseiten- kontaktschicht ein hochdotierter Bereich des Absorbers als elektrisch leitfähige Schicht zum Stromtransport dient. Weiter ist es möglich, dass bei kristallinen Dünnschichtphotovoltaikmodulen nur von der Rückseite kontaktiert wird. Dabei wird zunächst ein Emitter hergestellt. Kontaktiert werden dann abwechselnd der Emitter und freigelegte Basisberei- che. Hier gibt es keine Reihenverschaltung und die Spannung bleibt gleich. Diese Kontaktierung wird beispielsweise durch Laserstrahlung und Drucktechniken hergestellt. Gemäß weiteren Ausführungsformen erfolgt eine Reihenverschaltung von Emitter zu Basis vergleichbar zu der Reihenverschaltung bei Dünnschichtphotovoltaikmodulen, nur dass die erste leitfähige Schicht nicht freigelegt wird und die komplette Verschaltung von hinten erfolgt.
Es ist wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls anzugeben, das eine einfache und effektive Herstellung ermöglicht. Es ist zudem wünschenswert, ein entsprechendes Photovoltaikmodul anzugeben, das effizient ist. Es ist wünschenswert, eine Herstellungsanlage anzugeben, die eine einfache und effektive Herstellung von Photo vol- taikmodulen ermöglicht. Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik- moduls sowie eine Herstellungsanlage, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung eines Photo- voltaikmoduls ein Schichtstapel auf einem Substrat bereitgestellt. Der Schichtstapel weist eine erste elektrisch leitfähige Schicht, einen Absorber und eine zweite leitfähige Schicht auf. Die erste Schicht, der Absorber und die zweite Schicht werden zur Ausbildung eines ersten Grabens durchtrennt. Die zweite Schicht und der Absorber werden zum Ausbilden eines zweiten Grabens durchtrennt. Insbesondere ist der zweite Graben beabstandet zu dem ersten Graben. Zumindest die zweite leitfähige Schicht wird nochmals durchtrennt und dabei ein dritter Graben ausgebildet. Der zweite Graben ist zischen dem ersten und dem dritten Graben angeordnet. Der erste Graben wird mit einem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt. Der aufgefüllte erste Graben wird mit einem elektrisch leitfähigen Material überschrieben. Der zweite Graben wird mit dem elektrisch leitfähigen Material aufgefüllt. Durch das elektrisch leitfähige Material, das den ersten Graben überbrückt und den zwei- ten Graben auffüllt, werden die zweite Schicht und die erste Schicht elektrisch miteinander kontaktiert.
Durch das Ausbilden der Gräben werden Segmente des Photovoltaikmoduls gebildet. Durch das Ausbilden des ersten Grabens werden insbesondere die ersten Schichten be- nachbarter Segmente gegeneinander isoliert. Durch das Ausbilden des dritten Grabens werden insbesondere die zweiten Schichten benachbarter Segmente gegeneinander elektrisch isoliert. Mittels des elektrisch leitfähigen Materials in dem zweiten Graben werden die erste Schicht und die zweite Schicht benachbarter Segmente miteinander elektrisch verbunden. Somit sind die benachbarten Segmente elektrisch in Reihe geschaltet.
Gemäß Ausführungsformen sind die Gräben beabstandet zueinander ausgebildet. Gemäß weiteren Ausführungsformen grenzen die Gräben unmittelbar aneinander an, insbesondere werden zunächst der erste und der dritte Graben angrenzend aneinander ausgebildet. Nachfolgend wird beispielsweise der erste und der dritte Graben mit dem elektrisch isolierenden Material gefüllt und der zweite Graben neben dem ersten Graben in das elektrisch isolierende Material eingebracht, um die erste elektrisch leitfähige Schicht im Bereich des zweiten Grabens freizulegen. Das Ausbilden des ersten Grabens und das nachfolgende Auffüllen mit dem isolierenden Material ermöglicht ein verlässliches Ausbilden der Isolierung der ersten Schicht, so dass es zu keinen Kurzschlüssen in der ersten Schicht zwischen benachbarten Segmenten kommen kann. Durch das Ausbilden des dritten Grabens beabstandet zu dem zweiten Graben ist eine verlässliche Isolierung der zweiten Schichten von benachbarten Segmenten möglich. Beim Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials können somit größere Toleranzen erlaubt werden und gleichzeitig werden Kurzschlüsse in der zweiten Schicht verlässlich vermieden.
Gemäß Ausführungsformen werden zum Ausbilden des dritten Grabens die zweite Schicht und der Absorber durchtrennt. Somit können zum Ausbilden des zweiten und des dritten Grabens die gleichen Prozessparameter verwendet werden. Beispielsweise werden alle drei Gräben durch Einstahlen von Laser ausgebildet. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist eine mechanische Strukturierung möglich, bei der die drei Gräben jeweils durch ein Kratzen ausgebildet werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist eine Strukturierung durch Ätzen möglich, bei der die drei Gräben jeweils durch Aufdrucken von Ätztinten ausgebildet werden. Beispielsweise wird eine Tinte aufgedruckt, die auf Kaliumhydroxid basiert. Die Ätztinte ätzt den Schichtstapel insbesondere selektiv so, das dass das Ätzen vorgegebene Schichten abträgt und bei einer vorgegebenen Schicht stoppt. Es ist auch eine Kombination aus mechanischer Strukturierung, Laserstrukturierung und/oder Ätzen möglich oder ein anderes Schichtentfernungsverfahren.
Gemäß Ausführungsformen wird das elektrisch isolierende Material mittels eines Tinten- strahldruckverfahrens in den ersten Graben eingebracht. Beispielsweise wird elektrisch isolierende Tinte oder ein Polymer in den ersten Graben gedruckt. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird das elektrisch leitfähige Material durch ein Tintenstrahldruckverfah- ren aufgebracht. Das elektrisch leitfähige Material umfasst insbesondere eine silberhaltige Tinte. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird ein anderes elektrisch leitfähiges Material aufgedruckt, beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Das elektrisch isolierende Material und/oder das elektrisch leitfähige Material werden gemäß weiteren Ausführungsformen mittels eines Siebdruckverfahrens oder einem anderen Verfahren zum strukturierten Aufbringen aufgebracht. Gemäß weiterer Ausführungsformen werden eine Mehrzahl von Leitungsbereichen ausgebildet, die voneinander beabstandet entlang des ersten Grabens angeordnet sind. Die Leitungsbereiche weisen jeweils das leitfähige Material zur elektrischen Kontaktierung von der zweiten Schicht und der ersten Schicht auf. Die zweite Schicht ist in weiteren Berei- chen zwischen den Leitungsbereichen frei von dem elektrisch isolierenden Material. Die elektrische Kontaktierung zwischen der zweiten Schicht und der ersten Schicht erfolgt also nur abschnittsweise. Somit ist es möglich, leitfähiges Material einzusparen. Zudem wird bezogen auf das Photovoltaikmodul weniger Fläche für die Kontaktierung benötigt. Bei gleichbleibender Modulgröße wird somit die Effizienz des Photovoltaikmoduls gesteigert.
Gemäß weiteren Ausführungsformen wird eine Mehrzahl von Isolierungsbereichen ausgebildet, die beabstandet voneinander entlang des ersten Grabens angeordnet sind. Die Isolierungsbereiche umfassen jeweils das elektrisch isolierende Material. Der erste Graben ist in einem weiteren Bereich frei von dem elektrisch isolierenden Material. Die Isolierungsbe- reiche korrespondieren mit den Leitungsbereichen. Somit kann elektrisch isolierendes Material eingespart werden und dennoch eine verlässliche Isolierung der ersten Schicht realisiert werden. Lediglich in den Bereichen, in denen das elektrisch leitfähige Material aufgebracht wird, wird das elektrisch isolierende Material in den ersten Graben eingebracht. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird der aufgefüllte erste Graben so mit dem leitfähigen Material überschrieben, dass eine Oberfläche des leitfähigen Materials eine vorgegebene Rauheit aufweist, um im Betrieb eintreffende Strahlung zu streuen. Durch die interne Reflektion der eintreffenden Strahlung an dem hoch reflektierenden leitfähigen Material wird die Strahlung aus dem Kontaktierungsbereich der Gräben in die Segmente reflektiert. Somit ist es möglich, auch diese Strahlung zumindest teilweise in elektrische Energie umzuwandeln. Durch die vorgegebene Rauheit, die beispielsweise durch geeignete Abscheidebedingungen vorgegeben wird, wird der Anteil der Strahlung erhöht, der in elektrische Energie umgewandelt wird. Somit wird die Effizienz des Photovoltaikmoduls erhöht. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird das leitfähige Material so aufgebracht, dass ein
Großteil einer dem Absorber abgewandten Oberfläche der zweiten Schicht von dem leitfähigen Material bedeckt ist. Ein zu dem dritten Graben benachbarter Bereich bleibt frei von dem leitfähigen Material. Dies bietet sich insbesondere an, wenn das leitfähige Material in den zueinander beabstandeten Leitungsbereichen aufgebracht wird. Dadurch, dass nahezu die gesamte Oberfläche der zweiten Schicht mit der elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt ist, wird die Leitfähigkeit der zweiten Schicht erhöht. Somit ist es möglich, die einzelnen Segmente breiter als herkömmlich auszubilden. Dies bedeutet weniger Kontaktierungsbe- reiche und somit eine höhere Effizienz.
Gemäß weiteren Ausführungsformen wird der Schichtstapels mit der ersten elektrisch leitfähigen Schicht und dem Absorber ohne die zweite elektrisch leitfähige Schicht bereitgestellt.
Anschließen wird die erste Schicht und der Absorber durchtrennt und dabei der erste Graben ausgebildet. Der Absorber wird durchtrennt und dabei der zweite Graben ausgebildet. Insbesondere ist der zweite Graben beabstandet zu dem ersten Graben. Der erste Graben wird mit dem elektrisch isolierenden Material gefüllt. Eine der ersten elektrisch leitfähigen Schicht abgewandte Seite des Absorbers wird mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht des leitfähigen Materials so bedruckt, dass der aufgefüllte erste Graben überschrieben wird und der zweite Grabens mit dem elektrisch leitfähigen Material aufgefüllt wird und ein dritter Graben in der zweiten Schicht frei von dem elektrisch leitfähigen Material bleibt, wobei der zweite Graben zwischen dem ersten Graben und dem dritten Graben angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Photovoltaikmodul mit einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Segmenten. Das Photovoltaikmodul ist insbesondere durch ein anmeldungsgemäßes Verfahren hergestellt. Gemäß Ausführungsformen umfasst das Photovoltaikmodul einen auf einem Substrat angeordneten Schichtstapel. Der Schichtstapel weist eine erste elektrisch leitfähige Schicht, einen photoaktiven Absorber und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht auf. Ein erster Graben unterbricht den Absorber und die erste elektrisch leitfähige Schicht. In dem ersten Graben ist ein elektrisch isolierendes Material angeordnet. Ein zweiter Graben unterbricht den Absorber. Ein dritter Graben unterbricht zumindest die zweite leitfähige Schicht. Der erste, der zweite und der dritte Graben sind insbesondere jeweils beabstandet zueinander angeordnet. Das Photovoltaikmodul weist eine Kontaktierung auf. Die Kontaktierung koppelt die zweite Schicht elektrisch mit der ersten Schicht zur Reihenschaltung der Segmen- te. Die Kontaktierung ist auf einer der ersten leitfähigen Schicht abgewandten Seite des Absorbers aufgebracht zur elektrischen Überbrückung des ersten Grabens. Die Kontaktierung ist in dem zweiten Graben mit der ersten Schicht elektrisch gekoppelt. Die Kontaktierung ist in dem zweiten Graben mit der ersten Schicht in Kontakt.
Gemäß Ausführungsformen ist die Kontaktierung unmittelbar durch Teile der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildet. Auf eine separat zur der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildete Kontaktierung wird insbesondere verzichtet. Die Kontaktierung ist auf der der ersten leitfähigen Schicht abgewandten Oberfläche des Absorbers auf- gebracht.
Gemäß weiteren Ausführungsformen sind die Kontaktierung und die zweite elektrisch leitfähige Schicht separat zueinander ausgebildet. Insbesondere ist die zweite elektrisch leitfähige Schicht auf die der ersten leitfähigen Schicht abgewandten Oberfläche des Absorbers aufgebracht und jeweils von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Graben durchbrochen. Die Kontaktierung ist auf der dem Absorber abgewandten Oberfläche der zweiten Schicht angeordnet.
Die Kontaktierung weist gemäß Ausführungsformen auf einer dem Absorber abgewandten Oberfläche eine vorgegebene Rauheit auf, um im Betrieb eintreffende Strahlung zu streuen. Somit wird ein großer Teil der eintreffenden Strahlung in elektrische Energie umgewandelt. Das Photovoltaikmodul ist effizient.
Gemäß Ausführungsformen ist die Kontaktierung in einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten Leitungsbereichen entlang des ersten Grabens ausgebildet und insbesondere ist das elektrisch isolierende Material in dem ersten Graben nur in den Leitungsbereichen angeordnet. Dadurch ist das Photovoltaikmodul kostengünstig herstellbar und im Betrieb effizient. Die Herstellungsanlage gemäß weiteren Aspekten der Erfindung ist gemäß Ausführungsformen ausgebildet zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit einer Mehrzahl von Segmenten durch ein Strukturieren einer großflächigen Photovoltaikzelle in die Mehrzahl von Segmenten und durch ein Metallisieren zur Reihenverschaltung der Segmente. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist die Herstellungsanlage dazu ausgebildet zum Strukturieren und Verschalten von kristallinen Photovoltaikzellen durch eine Abfolge von Strukturierungsschritten und Metallisierungsschritten ohne die Herstellung einer Reihen- verschaltung. Die Photovoltaikzellen sind danach vielmehr funktionsfähig und elektrisch kontaktierbar zur Verarbeitung zum Photovoltaikmodul.
Die beschriebenen Vorteile des Herstellungsverfahrens treffen sinngemäß auch auf die Herstellungsanlage und/oder das Photovoltaikmodul zu und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. In den Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse zueinander sind nicht als maßstabs- gerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente wie beispielsweise Schichten,
Strukturen, Bereiche und Komponenten zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Photovoltaikmoduls gemäß Ausführungsformen,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Photovoltaikmoduls gemäß Ausführungsformen,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Photovoltaikmoduls gemäß Ausführungsformen, Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Photovoltaikmoduls gemäß Ausführungsformen, Figur 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Photovoltaikmoduls gemäß Ausführungsformen,
Figur 6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Photovoltaikmoduls gemäß Ausführungsformen,
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Photovoltaikmoduls gemäß Ausführungsformen,
Figur 8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Photovoltaikmoduls gemäß Ausführungsformen,
Figuren 9A bis 9C schematische Darstellungen eines Querschnitts eines Photovoltaikmoduls zu verschiedenen Schritten während der Herstellung gemäß Ausführungsformen,
Figur 10 eine schematische Darstellung einer Herstellungsanlage gemäß Ausführungsformen, und
Figur 11 eine schematische Darstellung einer Herstellungsanlage gemäß Ausführungsformen.
Figur 1 zeigt schematisch ein Photovoltaikmodul 100 in Aufsicht. Das Photovoltaikmodul 100 ist eingerichtet, in betriebsfertigem Zustand Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Gemäß Ausführungsformen ist das Photovoltaikmodul 100 vom Typ eines Dünnschichtphoto voltaikmoduls. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist das Photovoltaikmodul 100 vom Typ eines kristallinen Dünnschichtphotovoltaikmoduls.
Das Photovoltaikmodul 100 weist eine Mehrzahl von Segmenten 120, 122 auf, die auf einem gemeinsamen Substrat 105 (Figuren 2 bis 7) angeordnet sind. Jeweils unmittelbar nebeneinander angeordnete Segmente sind durch einen Kontaktierungsbereich 121 voneinander getrennt. Beispielsweise ist zwischen den Segmenten 120 und 122 der Kontaktie- rungsbereich 121 angeordnet. In den Ausfuhrungsbeispielen gemäß Figur 1 verläuft der Kontaktierungsbereich 121 gleichartig entlang des gesamten Moduls 100.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, wie schematisch in Figur 2 dargestellt, sind die Kontaktierungsbereiche 121 nur in zueinander beabstandeten Leitungsbereichen 112 ausgebildet. Eine Trennlinie, beispielsweise in Form eines Grabens 106, verläuft entlang des gesamten Moduls 100 zur Ausbildung der Segmente 120 und 121. Lediglich in den Leitungsbereichen 112 sind die benachbarten Segmente 120 und 122 elektrisch miteinander gekoppelt, um die Reihenschaltung der benachbarten Segmente 120 und 122 zu realisieren. In den weiteren Bereichen 113 zwischen den Leitungsbereichen 112 sind die benachbarten Segmente 120 und 122 elektrisch nicht miteinander verbunden. Gemäß Ausführungsformen sind Isolierungsbereiche 114 vorgesehen, die mit den Leitungsbereichen 112 korrespondieren. In den Bereichen 115 zwischen den Isolierungsbereichen ist der Graben 106 gemäß Ausführungsformen frei von isolierendem Material. Beispielsweise sind die Lei- tungsbereiche etwa 50μιη breit und in einem Abstand von etwa 200μιη zueinander angeordnet.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das Photovoltaikmo- dul 100 während der Herstellung.
Quer zur flächigen Hauptausbreitungsrichtung des Photovoltaikmoduls 100 ist auf dem Substrat 105 ein Schichtstapel 101 angeordnet. Eine erste elektrisch leitfähige Schicht 102 des Schichtstapels 101 ist dem Substrat 105 zugewandt. Eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 104 des Schichtstapels 101 ist dem Substrat 105 abgewandt. Zwischen der ersten Schicht 102 und der zweiten Schicht 104 ist ein photoaktiver Absorber 103 angeordnet.
Gemäß Ausführungsformen ist die erste leitfähige Schicht 102 im Betrieb der Sonne zugewandt, sodass die Strahlung durch das Substrat 105 auf den Schichtstapel 101 trifft. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist das Substrat 105 im Betrieb der Sonne abgewandt, sodass die zweite Schicht 104 im Betrieb der Sonne zugewandt ist.
Beispielsweise ist diejenige Schicht der elektrisch leitfähigen Schichten 102 und 104, die im Betrieb der einfallenden Strahlung zugewandt ist, transparent, beispielsweise ein TCO (TCO= Transparent Conductive Oxide Layers; Transparente leitfähige Oxidschicht). Diejenige Schicht, die der einfallenden Strahlung abgewandt angeordnet ist, ist insbesondere metallisch und beispielsweise reflektierend. Der Absorber 103 umfasst beispielsweise eine Schichtfolge mit typischerweise zumindest einer p- und einer n-dotierten Halbleiterschicht. Im Falle von Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von Silizium werden die p- und die n-dotierten Schichten üblicherweise noch durch eine ausgedehnte im Wesentlichen intrinsische (also undotierte) Schicht (i-Schicht) getrennt.
Zur besseren Ausnutzung des Wellenlängenspektrums können mehrere pin-Schichtfolgen mit unterschiedlichen Absorptionsspektren übereinander in dem Absorber 103 vorgesehen sein. Eine solche Tandemzelle weist beispielsweise eine pin-Schichtfolge aus amorphem Silizium und eine pin-Schichtfolge aus mikrokristallinem Silizium auf. Es kann auch eine weitere pin-Schichtfolge aus amorphem Silizium-Germanium vorgesehen sein. In diesem Fall spricht man von Tripelzellen.
Typischerweise ist die p-dotierte Schicht in Betrieb des Photovoltaikmoduls der Sonne zugewandt. Es ist auch möglich, dass die n-dotierte Schicht der Sonne zugewandt ist. Als Aufwachssubstrat 105 wird Glas oder auch eine (Metall-) Folie eingesetzt. Die Folie ist gemäß Ausführungsformen transparent. Ein Deckelement 125 (Figur 6), durch das im Betrieb das Sonnenlicht einfällt, wird bei Verwendung einer (Metall-) Folie erst am Ende des Herstellungsprozesses auf das Modul auflaminiert. Der Schichtenstapel bleibt dabei mit dem Aufwachssubstrat 105 verbunden.
Als aktives Halbleitermaterial für den Absorber 103 können amorphe oder mikrokristalline Halbleiter der Gruppe IV, zum Beispiel a-Si, a-SiGe, μ^8ί, oder Verbindungshalbleiter wie zum Beispiel CdTe oder Cu(In, Ga)Se2 (kurz CIS oder CIGS genannt) eingesetzt werden. Weiterhin kann der Absorber organisches Material umfassen, das eingerichtet ist, Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Dabei können in dem Absorber
103 auch Schichten verschiedener der genannten Materialen kombiniert werden. Weiterhin können in dem Absorber 103 teilweise spiegelnde Schichten (intermediate reflectors) aus einem leitfähigen Oxid und/oder einer leitfähigen Halbleiterschicht vorgesehen sein. In dem Kontaktierungsbereich 121 ist ein erster Graben 106 ausgebildet. Der erste Graben 106 ist in Stapelrichtung des Schichtstapels 101 durch den gesamten Schichtstapel 101 hindurch ausgebildet. Der erste Graben 106 durchbricht den Schichtstapel 101 beginnend an einer dem Absorber 103 abgewandten Oberfläche 118 der zweiten Schicht 104 bis zu dem Substrat 105. Durch den Graben 106 ist insbesondere die erste Schicht 102 des Segments 120 elektrisch von der ersten Schicht 102 des zweiten Segments 122 isoliert.
Im Kontaktierungsbereich 121 ist ein zweiter Graben 107 eingebracht. Der zweite Graben 107 durchtrennt die zweite Schicht 104 und den Absorber 103. Der zweite Graben 107 reicht bis zur ersten Schicht 102, sodass die erste Schicht 102 im Bereich des Grabens 107 elektrisch leitfähig bleibt. Der zweite Graben 107 ist beabstandet zu dem ersten Graben 106 angeordnet. Der zweite Graben 107 ist zwischen dem ersten Graben 106 und einem dritten Graben 108 angeordnet.
Der dritte Graben 108 isoliert insbesondere die zweite Schicht 104 des Segments 120 von der zweiten Schicht des Segments 122 elektrisch. Der dritte Graben 108 durchtrennt in den dargestellten Ausführungsbeispielen die zweite Schicht 104 und den Absorber 103. Gemäß weiteren Ausführungsformen durchtrennt der dritte Graben 108 lediglich die zweite Schicht 104 und der Absorber 103 bleibt im Bereich des dritten Grabens 108 zumindest teilweise bestehen.
Der erste Graben 106, der zweite Graben 107 und der dritte Graben 108 sind insbesondere in den Schichtstapel 101 eingebracht, nachdem die erste Schicht 102, der Absorber 103 und die zweite Schicht 104 durchgängig auf das Substrat 105 abgeschieden wurden. Der erste Graben 106, der zweite Graben 107 und der dritte Graben 108 sind insbesondere durch Laserstrahlung in den Schichtstapel 101 eingebracht.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung des Photovoltaikmoduls 100 nach der elektri- sehen Reihenschaltung der Segmente 120 und 122.
Zur elektrischen Reihenschaltung der Segmente 120 und 122 wird zunächst in den Graben 106 ein elektrisch isolierendes Material 109 eingebracht. Beispielsweise wird das elekt- risch isolierende Material 109 entlang des gesamten Grabens 106 eingebracht (vergleiche Figur 1). Gemäß weiteren Ausführungsformen wird das elektrisch isolierende Material 109 nur bereichsweise in den Graben 106 eingebracht (Figur 2). Insbesondere ist das elektrisch isolierende Material 109 nur in den Isolierungsbereichen 114 in dem Graben 106 einge- bracht und die Bereiche 115 zwischen den Isolierungsbereichen sind frei von isolierendem Material 109. Das elektrisch isolierende Material 109 umfasst insbesondere eine elektrisch isolierende Tinte oder ein elektrisch isolierendes Polymer. Das elektrisch isolierende Material 109 ist insbesondere ein Material, das mittels Tintenstrahlverfahren abgeschieden werden kann.
Nachdem das elektrisch isolierende Material 109 in den Graben 106 eingebracht wurde, wird ein elektrisch leitfähiges Material 110 im Kontaktierungsb ereich 121 aufgebracht. Das elektrisch leitfähige Material 110 wird so aufgebracht, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der zweiten Schicht 104 des Segments 120 und der ersten Schicht 102 des Segments 122 ausgebildet wird.
Das elektrisch leitfähige Material 110 wird auf die Oberfläche 118 beidseitig des Grabens 106 aufgebracht, sodass der Graben 106 und das elektrisch isolierende Material 109 überbrückt ist. Das elektrisch leitfähige Material 110 wird so aufgebracht, dass es bis in den zweiten Graben 107 reicht und diesen insbesondere vollständig auffüllt. Durch das elektrisch leitfähige Material 110 besteht ein ohmscher Kontakt zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 104 und der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102. Das elektrisch leitfähige Material 110 reicht von der dem Substrat abgewandten Oberfläche 118 bis zur Schicht 102. Die eingezeichneten Pfeile im Schichtstapel 101 und dem elektrisch leitfähi- gen Material 110 symbolisieren den Stromfluss und die Reihenschaltung der Segmente 120 und 122 im Betrieb.
Das elektrisch leitfähige Material 110 umfasst insbesondere AI, Ag, Cu oder ein weiteres elektrisch leitfähiges Material. Das elektrisch leitfähige Material 110 umfasst insbesondere ein Material, das mittels Tintenstrahldruckverfahren abscheidbar ist.
Im Bereich des dritten Grabens 108 erfolgt der Stromfluss durch die erste Schicht 102, da die zweite Schicht 104 durch den Graben 108 elektrisch isoliert ist. Um das Risiko eines Kurzschlusses im Bereich des dritten Grabens 108 der Schicht 104 weiter zu verringern, ist gemäß Ausführungsformen ein elektrisch isolierendes Material 111 im dritten Graben 108 vorgesehen. Gemäß weiteren Ausführungs formen wird auf das elektrisch isolierende Material 111 im dritten Graben 108 verzichtet. Das elektrisch isolierende Material 111 ist insbe- sondere mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens abscheidbar.
Der zweite Graben 107 und der dritte Graben 108 werden gemäß Ausführungsformen unter gleichen Prozessbedingungen in den Schichtstapel 101 eingebracht. Somit ist die Ausbildung der Gräben 107 und 108 vereinfacht. Durch das vollständige Füllen des zweiten Gra- bens 107 mit dem elektrisch leitfähigen Material 110 ist ein guter ohmscher Kontakt zwischen dem elektrisch leitfähigen Material 110 und der ersten Schicht 102 gewährleistet. Der Bereich des Absorbers 103 und der zweiten Schicht 104 zwischen dem zweiten Graben 107 und dem dritten Graben 108 dient als Ausgleich für herstellungsbedingte Toleranzen beim Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials 110. Durch den separat zu dem zweiten Graben 107 ausgebildeten dritten Graben 108 ist eine ausreichend gute elektrische Isolierung der zweiten Schicht 104 gewährleistet und Kurzschlüsse in der zweiten Schicht
104 können verhindert werden. Dadurch ist es möglich, den Kontaktierungsbereich 121 zwischen den benachbarten Segmenten 120 und 122 relativ dünn auszubilden. Somit wird die Effizienz des Photovoltaikmoduls 100 erhöht.
Gemäß weiteren Ausführungsformen wird der Graben 108 nach dem Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials 110 in den Schichtstapel 101 eingebracht. Dadurch wird die Möglichkeit ausgeschlossen, dass leitfähiges Material während dem Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials 110 in den Graben 108 gelangen kann. Somit wird die Möglich- keit eines unbeabsichtigten Kurzschlusses weiter verringert. Diese Reihenfolge ist für Pho- tovoltaikmodule besonders geeignet, bei denen im Betrieb die Strahlung durch das Substrat
105 zum Schichtstapel 101 gelangt, beispielsweise bei Absorbern aus CdTe oder amorphem Silizium. Es ist aber auch möglich diese Reihenfolge bei Absorbern aus CIGS anzuwenden, beispielsweise wenn mechanisch strukturiert wird.
Beispielsweise weist der Bereich 121 eine Breite von 150 μιη oder weniger auf, beispielsweise eine Breite von 100 μιη. Der erste Graben 106 weist beispielsweise eine Breite von 20 μιη auf. Der zweite Graben 107 weist beispielsweise eine Breite von 20 μιη auf. Der dritte Graben 108 weist beispielsweise eine Breite von 40 μηι auf. Der Bereich zwischen dem ersten Graben 106 und dem zweiten Graben 107 weist beispielsweise eine Breite von 10 μιη auf. Der Bereich zwischen dem zweiten Graben 107 und dem dritten Graben 108 weist beispielsweise eine Breite von 10 μιη auf. Gemäß weiteren Ausführungsformen weist der Kontaktierungsbereich 121 eine Breite von weniger als 60 μιη auf, beispielsweise 50 μιη.
Gemäß weiteren Ausführungsformen wird der Graben 108 vollständig mit dem isolierenden Material 111 (Figur 4) gefüllt. Dies ist insbesondere bei CdTe-Photovoltaikmodulen vorteilhaft. Bei CIGS-Photovoltaikmodulen wird hierzu beispielsweise transparentes Material verwendet. Das reflektierende, leitfähige Material 110 wird im gesamten Kontaktierungsbereich 121 aufgebracht (vergleiche Beschreibung der Figuren 6 und 7). Somit ist nahezu der gesamte Kontaktierungsbereich 121 verspiegelt, so dass nahezu die gesamte Strahlung, die im Betrieb auf die gesamte Fläche des Photovoltaikmoduls 100 trifft, in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts des Photovoltaikmoduls 100 gemäß weiteren Ausführungsformen, die sich insbesondere für a-Si und CdTe Photo- voltaikmodule eignen. Im Unterschied zum Photo voltaikmodul 100 gemäß den Ausfüh- rungsbeispielen der Figur 4 bedeckt das elektrisch leitfähige Material 110 nahezu die gesamte Oberfläche 118 der zweiten Schicht 104. Lediglich ein Bereich 119 der Oberfläche 118 ist frei von elektrisch leitfähigem Material 110. Der Bereich 119 grenzt unmittelbar an den dritten Graben 108 an. Durch den Bereich 119 wird die elektrische Isolierung der zweiten Schicht 104 im Bereich des dritten Grabens 108 gewährleistet. Durch die großfiä- chige Bedeckung der Schicht 104 mit dem elektrisch leitfähigen Material ist eine besonders gute Leitfähigkeit auf der dem Substrat 105 abgewandten Seite des Absorbers 103 ermöglicht. Es ist möglich, das elektrisch leitfähige Material 110 streifenförmig anzuordnen und somit die Schicht 104 zu unterstützen. Insbesondere bedeckt das elektrisch leitfähige Material 110 die Oberfläche 118 der Schicht
104 innerhalb der Leitungsbereiche 112 bis auf den Bereich 119 vollständig. In den Bereichen 113 zwischen dem Leitungsbereich 112 ist die Oberfläche 118 nicht mit dem elektrisch leitfähigen Material 110 bedeckt. Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung des Photovoltaikmoduls 100 gemäß weiteren Ausführungsformen. Zusätzlich zu den Ausführungsformen der Figuren 4 und 5 ist eine dem Absorber 103 abgewandte Oberfläche 116 des elektrisch leitfähigen Materials 110 rau. Eine Laminationsfolie 123 ist auf die dem Substrat 105 abgewandte Seite des Schichtstapels 101 und des elektrisch leitfähigen Materials 110 aufgebracht. Zudem ist das Deckelement 125 angeordnet, beispielsweise ein Glas. Die Pfeile symbolisieren die im Betrieb eintreffende Strahlung 124. An der rauen Struktur der Oberfläche 116 wird die eintreffende Strahlung 124 reflektiert und gestreut. Das elektrisch leitfähige Material 110 reflektiert eintreffende Strahlung sehr gut. Durch die raue Struktur der Oberfläche 116 wird die eintreffende Strahlung zusätzlich gestreut. Nach der Reflexion und Streuung an dem elektrisch leitfähigen Material 110 wird die Strahlung an dem Übergang zwischen dem Deckelement 125 und der Atmosphäre re- flektiert. Dadurch gelangt die Strahlung, die im Bereich des elektrisch leitfähigen Materials 110 auf das Photovoltaikmodul 100 trifft, in das Segment 122, sodass auch diese Strahlung in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Das Deckelement 125 ist beispielsweise Glas, das einen Brechungsindex von etwa 1,5 aufweist. Außerhalb des Photovoltaikmoduls 100 ist im Betrieb Luft mit einem Brechungsindex von etwa 1. Durch den Brechungsindexsprung wird die Strahlung am Übergang zwischen dem Deckelement 125 und der Luft reflektiert. Dadurch wird die Effizienz des Photovoltaikmoduls 100 weiter erhöht. Nahezu die gesamte Strahlung, die auf das Photovoltaikmodul 100 auftrifft, wird für die Umwandlung in elektrische Energie verwendet, auch ein Teil der Strahlung, der auf den Kontaktierungsbereich 121 auftrifft. Lediglich Strahlung, die zwischen dem elektrisch leitfähigen Material und dem Segment 122 im Bereich des dritten Grabens 108 auf das Photovoltaikmodul 100 auftrifft, wird nicht oder nur kaum in elektrische Energie umgewandelt. Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung des Photovoltaikmoduls 100 gemäß weiteren
Ausführungsformen. Im Unterschied zu den Ausführungsformen der Figur 6 trifft die Strahlung 124 im Betrieb durch das Substrat 105 auf den Schichtstapel 101. Um auch die Strahlung zumindest teilweise in elektrische Energie umwandeln zu können, die im Kon- taktierungsbereich 121 auf das Photo voltaikmodul 100 trifft, wird der Kontaktierungsbe- reich 121 so ausgebildet, dass die Strahlung in die Segmente 120 und 122 reflektiert und/oder gestreut wird. Dazu ist zusätzlich zu der rauen Oberfläche 116 des elektrisch leitfähigen Materials 110 auch eine Textur des elektrisch isolierenden Materials 109 vorgese- hen. Zudem ist das elektrisch isolierende Material 109 transparent. Die Pfeile symbolisieren den Weg der Strahlung.
Die Strahlung wird teilweise am Übergang zwischen Substrat 105 und elektrisch isolierendem Material 109 reflektiert und gestreut. Ein weiterer Teil der Strahlung wird am Über- gang zwischen elektrisch isolierendem Material 109 und elektrisch leitfähigem Material 110 reflektiert und gestreut. Zusätzlich ist es möglich, die Schicht 102 im Bereich des zweiten Grabens 107 und im Bereich des dritten Grabens 108 aufzurauen, sodass auch hier eine Streuung der Strahlung stattfindet. Die Strahlung, die im Bereich 121 auf das Photo- voltaikmodul 100 auftrifft, wird so mit zumindest teilweise in die benachbarten Segmente 120 und 122 reflektiert und gestreut und kann dort in elektrische Energie umgewandelt werden. Somit wird die Effizienz des Photovoltaikmoduls weiter erhöht.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts des Photovoltaikmoduls 100 gemäß weiteren Ausführungsformen, die sich insbesondere für CdTe Photovoltaikmo- dule eignen. Im Unterschied zum Photovoltaikmodul 100 gemäß den Ausführungsbeispie- len der Figuren 3 bis 7 wird zur Herstellung zunächst die erste elektrisch leitfähige Schicht 102 und der Absorber 103 auf das Substrat 105 aufgebracht. Anschließend wird der Graben 106 in die erste elektrisch leitfähige Schicht 102 und den Absorber 103 eingebracht, so dass die erste elektrisch leitfähige Schicht 102 und der Absorber 103 unterbrochen sind. Der Graben 107 wird in den Absorber 103 eingebracht, so dass die elektrisch leitfähige
Schicht 102 freiliegt. Der erste Graben 106 wird mit dem elektrisch isolierenden Material 109 gefüllt.
Nachfolgend wird die zweite elektrisch leitfähige Schicht 104 auf eine der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102 abgewandten Seite 126 des Absorbers 103 aufgedruckt. Das elektrisch leitfähige Material 110 wird so auf die Seite 126 gedruckt, dass nahezu die gesamte Oberfläche des Absorbers 103 von dem elektrisch leitfähigen Material 110 bedeckt ist. Lediglich der Bereich 119 wird freigelassen und dadurch bereits beim Drucken der dritte Graben 108 ausgebildet. Die zweite elektrisch leitfähige Schicht 104 wird bereits strukturiert aufgedruckt. Das leitfähige Material 110 bildet die zweite elektrisch leitfähige Schicht 104 aus. Das leitfähige Material 110 umfasst insbesondere Graphit. Das leitfähige Material 110 ist mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens aufgebracht.
Das leitfähige Material 110 überbrückt den Graben 106 und ist im Graben 107 mit der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102 in Kontakt. Neben dem Graben 107 ist die Schicht 104 durch den Graben 108 elektrisch isoliert. Dadurch wird der durch die Pfeile symbolisierte Stromfluss zur Reihenverschaltung der Segmente 120 und 122 möglich.
Figuren 9A bis 9C zeigen das Photovoltaikmodul 100 gemäß weiteren Ausführungsformen während der Herstellung. Im Unterschied zu den Ausführungsformen der Figuren 3 bis 7 werden zunächst wie in Figur 9A dargestellt nur der erste Graben 106 und der dritte Graben 108 in den Schichtstapel 101 eingebracht. Bevor der zweite Graben 107 ausgebildet wird, wird das elektrisch isolierende Material 109, 111 aufgedruckt. Das elektrisch isolierende Material 109 und 111 wird gemeinsam in einem Schritt aufgedruckt und sind insbesondere aus dem gleichen Material. Das elektrisch isolierende Material 109, 111 wird so aufgedruckt, dass es die beiden Gräben 106 und 108 füllt. Gemäß Ausführungsformen wird das elektrisch isolierende Material lediglich im Kontaktierungsbereich 121 aufgedruckt. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird das elektrisch isolierende Material auf die gesamte Oberfläche 118 der Schicht 104 aufgedruckt, beispielsweise mittels eines Walzendruckverfahrens .
Nachfolgend wird, wie in Figur 9B gezeigt, der Graben 107 ausgebildet. Der Graben 107 reicht durch das elektrisch isolierende Material 109, 1 11 sowie durch die Schicht 104 und den Absorber 103 bis zu der Schicht 102. Der Graben 107 ist zwischen dem Graben 106 und dem Graben 108 angeordnet.
Anschließend wird, wie in Figur 9C dargestellt, das elektrisch leitfähige Material 110 auf- gedruckt. Das elektrisch leitfähige Material 110 wird so aufgedruckt, dass es im Bereich des Segments 120 mit der Schicht 104 in Kontakt ist, den Graben 106 überbrückt und im Graben 107 mit der Schicht 102 in Kontakt ist. Das elektrisch leitfähige Material 110 reicht nicht bis zu dem Segment 122, so dass die Schicht 104 des Segments 120 elektrisch von der Schicht 104 des Segments 122 isoliert ist. Die eingezeichneten Pfeile im Schichtstapel 101 und dem elektrisch leitfähigen Material 110 symbolisieren den Stromfluss und die Reihenschaltung der Segmente 120 und 122 im Betrieb. Bei der Reihenfolge der Strukturierung und Metallisierung gemäß den Ausführungsbeispielen der Figuren 9A bis 9C ist eine verlässliche Ausbildung der Reihenschaltung möglich, da der Graben 108 vollständig elektrisch isoliert ist. Zudem ist es möglich, den Graben 107 sehr schmal auszubilden, da weniger Toleranzen berücksichtigt werden müssen. Somit wird der Kontaktierungsbereich 121 sehr schmal. Beispielsweise bei einem transpa- renten isolierenden Material 109, 111, wie in Zusammenhang mit Figur 7 erläutert, ist zudem eine Vollverspiegelung des Kontaktierungsbereichs 121 möglich. Dazu wird auch das isolierende Material 111 im Bereich des Grabens 108 mit dem reflektierenden leitfähigen Material 110 bedeckt. Gemäß weiteren Ausführungsformen werden die Gräben 106 und 108 in Figur 9A direkt aneinander anschließend eingebracht. Auf die Beanstandung durch Teile der Schichten 103 und 104 zwischen den Gräben 106 und 108 wird verzichtet. Die nachfolgenden Herstellungsschritte sind korrespondierend wie in Verbindung mit den Figuren 9B und 9C erläutert. Durch das unmittelbare aneinander angrenzen der Gräben 106 und 108 ist es möglich, den Kontaktierungsbereich 121 weiter zu verkleinern.
Gemäß weiteren Ausführungsformen wird das isolierende Material 109, 111 bereits strukturiert aufgebracht. Beispielsweise wird das isolierende Material 109, 111 aufgebracht, nachdem der Graben 107 in die Schichten 103 und 104 eingebracht wurde. Das isolierende Material 109, 111 wird so aufgebracht, dass es die Gräben 106 und 108 füllt und einen
Zugang zu dem Graben 107 frei lässt, um nachfolgend den Graben 107 mit dem elektrisch leitfähigen Material 110 füllen zu können.
Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Herstellungsanlage 200. Die Herstel- lungsanlage 200 ist insbesondere dazu eingerichtet, in einem einzigen Prozessschritt die
Reihenverschaltung des Photovoltaikmoduls 100 mittels einer Kombination aus Strukturie- rungsschritten und Metallisierungsschritten auszubilden. Das Substrat 105 mit dem unstrukturierten Schichtstapel 101 würde im Betrieb elektrische Energie mit einer kleinen Spannung und einem großen Strom liefern. Dies ist herkömmlich nicht gewünscht. Durch die Herstellungsanlage 200 wird der Schichtstapel 101 in die Segmente 120 und 122 unterteilt. Durch die Herstellungsanlage 200 wird der Kontaktierungsbereich 121 zur Reihenschaltung der Segmente 120 und 122 ausgebildet. Somit liefern die mittels der Herstel- lungsanlage 200 produzierten Photovoltaikmodul in Betrieb elektrische Energie mit einer höheren Spannung und einem niedrigeren Strom als der unstrukturierten Schichtstapel 101.
Die Herstellungsanlage 200 weist eine Strukturierungseinrichtung 201 auf. Die Strukturie- rungseinrichtung 201 weist eine Prozesskopf 202 auf. An dem Prozesskopf 202 sind ge- mäß Ausführungsformen drei Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 angeordnet. Zudem sind an dem gleichen Prozesskopf 202 zwei Tintenstrahldruckvorrichtungen 206 und 207 angeordnet. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind weniger Laserstrahlvorrichtungen, beispielsweise zwei Laserstrahlvorrichtungen, vorgesehen. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind drei Tintenstrahldruckvorrichtungen an dem Prozesskopf 202 vorgese- hen. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind die Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 an einem gemeinsamen Prozesskopf angeordnet und die Tintenstrahldruckvorrichtungen 206 und 207 sind an einem separaten gemeinsamen Prozesskopf angeordnet. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 beidseitig des Substrats angeordnet. Insbesondere zur Strukturierung von CIGS Photovoltaikmodulen wird Laserstrahlung sowohl von unten als auch von oben auf den Schichtstapel 101 eingestrahlt. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind alternativ oder zusätzlich mechanische Strukturierungsvorrichtungen und/oder Ätzvorrichtungen zum Ausbilden eines Grabens in dem Schichtstapel 101 an dem Prozesskopf 202 vorgesehen. Das Substrat 105 wird, nachdem der Schichtstapel 101 vollständig abgeschieden wurde, durch die Strukturierungseinrichtung 201 bewegt. Der Prozesskopf 202 wird relativ zu dem Schichtstapel 101 bewegt und durch die Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 sowie die Tintenstrahldruckvorrichtungen 206 und 207 die Kontaktierungsbereiche 121 ausgebildet. Beispielsweise wird durch die Laserstrahlvorrichtung 203 der erste Graben 106 ausge- bildet. Beispielsweise wird durch die Laserstrahlvorrichtung 204 der zweite Graben 107 ausgebildet. Beispielsweise wird durch die Laserstrahlvorrichtung 205 der dritte Graben 108 ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, dass die Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 gleichzeitig den ersten Graben 106, den zweiten Graben 107 und den dritten Graben 108 je Kontaktierungsbereich 121 ausbilden.
Die Tintenstrahldruckvorrichtung 206 dient beispielsweise zum Einbringen des elektrisch isolierenden Materials 109 in den ersten Graben 106. Die Tintenstrahlvorrichtung 207 dient beispielsweise zum Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials 110. Die Struktu- rierungsschritte sind somit in einer gemeinsamen Strukturierungseinrichtung 201 mit einem einzigen Prozesskopf 202 möglich. Gemäß Ausführungsformen sind zwei Prozessköpfe vorgesehen. Beispielsweise sind die Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 an einem gemeinsamen Prozesskopf angeordnet und die Tintenstrahldruckvorrichtungen 206 und 207 sind an einem separaten gemeinsamen Prozesskopf angeordnet. Dadurch, dass die Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 auf einem einzigen gemeinsamen Prozesskopf aufgebracht werden, sind die Gräben 106, 107 und 108 mit geringen Toleranzen korrekt zueinander positioniert. Zudem ist das elektrisch isolierende Material 109 und das elekt- risch leitfähige Material 110 innerhalb enger Toleranzen möglichst exakt zu den Gräben 107, 108 und 109 positioniert. Dadurch ist es möglich, den Kontaktierungsbereich 121 schmal auszubilden. Somit wird die Effizienz des Photovoltaikmoduls im Betrieb erhöht.
Wie in Figur 11 schematisch dargestellt, sind in der Strukturierungseinrichtung 201 die Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 beispielsweise auf der Seite des Substrats 105 angeordnet. Gemäß weiteren Ausführungsformen, insbesondere wenn das Substrat 105 für die Laserstrahlen nicht transparent ist, sind die Laserstrahlvorrichtungen 203, 204, 205 ganz oder teilweise auf der Seite des Schichtstapels 101 angeordnet. Die Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 sind beispielsweise eingerichtet, Laserstrahlen mit zueinander unterschiedlichen Wellenlängen auszustrahlen.
Die Tintenstrahldruckvorrichtungen 206 und 207 sind auf der dem Substrat abgewandten Seite des Schichtstapels 101 angeordnet, um das elektrisch isolierende Material 109 in dem ersten Graben 106 einbringen zu können und um das elektrisch leitfähige Material 110 auf die Oberfläche 118 und in den zweiten Graben 107 einbringen zu können.
Durch die Zusammenfassung der Strukturierungsschritte in die gemeinsame Strukturierungseinrichtung 201 wird für die Herstellungsanlage weniger Fläche als herkömmlich benötigt. Dies führt zu einer Kosteneinsparung. Dadurch, dass eine Strukturierung nach der vollständigen Abscheidung des Schichtstapels 101 möglich ist, kann auf die herkömmlichen notwendigen Reinigungsschritte zwischen den einzelnen Beschichtungsprozessen der ersten Schicht 102, des Absorbers 103 und der zweiten Schicht 104 verzichtet werden. Somit kann auch auf die dafür herkömmlich notwendigen Produktionsanlagen verzichtet werden.
Durch die wegfallenden Vakuumschleuseschritte während der Herstellung des Schichtstapels 101 ist die Qualität des Schichtstapels 101 verbessert.
Durch die bewusste Reflexion und Streuung der Strahlung im Kontaktierungsbereich 121 steigt der Wirkungsgrad des Photovoltaikmoduls 100. Der effektive Bereich, in dem die Strahlung weitestgehend ohne Umwandlung in elektrische Energie durch das Modul 100 durchtritt, lässt sich auf den Bereich des dritten Grabens 108 reduzieren, beispielsweise auf eine Breite von 50 μιη.
Folglich ist es möglich, die Investitionskosten und die Herstellungskosten zu reduzieren. Zudem ist es möglich, die Effizienz der Photovoltaikmodule 100 zu erhöhen. Durch den zusätzlich zu dem zweiten Graben 107 separat ausgebildeten Graben 108 wir die Prozess- Sicherheit erhöht. Der dritte Graben 108 kann in Abhängigkeit der Toleranzen beim Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials 110 relativ schmal ausgebildet werden. Dadurch ist die Effizienz des Photovoltaikmoduls bei gleichzeitiger guter Vermeidung von Kurzschlüssen hoch. Durch die Anordnung der Laserstrahlvorrichtungen 203, 204 und 205 sowie die Tintenstrahldruckvorrichtungen 206 und 207 in der gemeinsamen Strukturie- rungseinrichtung 201 müssen keine Toleranzen zwischen den herkömmlich vorhandenen mehreren Strukturierungseinrichtung berücksichtigt werden. Daher können die Bereiche zwischen den Gräben 106, 107 und 108 schmal vorgegeben werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Beispielsweise ist eine Kombination des elektrisch isolierenden Materials 111 (Figur 4) und nahezu vollständigen Bedeckung der Oberfläche 118 durch das elektrisch leitfähige Material 110 (Figur 5) möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Photo voltaikmoduls (100), umfassend:
- Bereitstellen eines Schichtstapels (101) mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht (102), einem Absorber (103) und einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (104) auf einem Substrat (105), und nachfolgend:
- Durchtrennen der ersten Schicht (102), des Absorbers (103) und der zweiten Schicht (104) und dabei Ausbilden eines ersten Grabens (106),
- Durchtrennen der zweiten Schicht (104) und des Absorbers (103) und dabei Ausbilden eines zweiten Grabens (107),
- nochmaliges Durchtrennen zumindest der zweiten Schicht (104) und dabei Ausbilden eines dritten Grabens (108) so, dass der zweite Graben (107) zwischen dem ersten (106) und dem dritten (108) Graben angeordnet ist,
- Auffüllen des ersten Grabens (106) mit einem elektrisch isolierenden Material (109), - Überschreiben des aufgefüllten ersten Grabens (106) und Auffüllen des zweiten Grabens (108) mit einem elektrisch leitfähigen Material (110) zur elektrischen Kontaktierung von zweiter Schicht (104) und erster Schicht (102).
2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend:
- Aufbringen des leitfähigen Materials (110) so, dass ein Großteil einer dem Absorber abgewandten Oberfläche (118) der zweiten Schicht (104) von dem leitfähigen Material (110) bedeckt ist und ein zu dem dritten Graben (108) benachbarter Bereich (119) frei von dem leitfähigen Material (110) bleibt.
3. Verfahren zur Herstellung eines Photo voltaikmoduls (100), umfassend:
- Bereitstellen eines Schichtstapels (101) mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht (102) und einem Absorber (103), und nachfolgend:
- Durchtrennen der ersten Schicht (102) und des Absorbers (103) und dabei Ausbilden eines ersten Grabens (106),
- Durchtrennen des Absorbers (103) und dabei Ausbilden eines zweiten Grabens (107),
- Auffüllen des ersten Grabens (106) mit einem elektrisch isolierenden Material (109),
- Bedrucken einer der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (102) abgewandten Seite (126) des Absorbers (103) mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (104) eines leitfähigen Materials (110) so, dass der aufgefüllte erste Graben (106) überschrieben wird und der zweite Grabens (108) mit dem elektrisch leitfähigen Material (110) aufgefüllt wird und ein dritter Graben (108) in der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (104) frei von dem elektrisch leitfähigen Material (110) bleibt, wobei der zweite Graben (107) zwischen dem ersten Graben (106) und dem dritten Graben (108) angeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend:
- vollständiges Auffüllen des zweiten Grabens (107) mit dem elektrisch leitfähigen Material (110).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend:
- Tintenstrahldrucken des elektrisch isolierenden Materials (109),
- Tintenstrahldrucken des elektrisch leitfähigen Materials (110).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend:
- Auffüllen des dritten Grabens (108) mit einem elektrisch isolierenden Material (111).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Überschreiben und Auffüllen umfasst:
Ausbilden einer Mehrzahl von Leitungsbereichen (112), die voneinander beabstandet entlang des ersten Grabens (106) angeordnet sind und die jeweils das leitfähiges Material (110) zur elektrischen Kontaktierung von zweiter Schicht (104) und erster Schicht (102) aufweisen, wobei die zweite Schicht (104) in weiteren Bereichen (113) zwischen den Leitungsbereichen (112) frei von dem elektrisch isolierenden Material (109) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Auffüllen des ersten Grabens (106) mit dem elektrisch isolierenden Material (109) umfasst:
- Ausbilden einer Mehrzahl von Isolierungsbereichen (114), die voneinander beabstandet entlang des ersten Grabens (106) angeordnet sind und die jeweils das elektrisch isolieren- den Material (109) umfassen, wobei der erste Graben (106) in einem weiteren Bereich
(115) frei von dem elektrisch isolierenden Material (109) ist, wobei die Isolierungsbereiche (114) mit den Leitungsbereichen (1 12) korrespondieren.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der aufgefüllte erste Graben (106) so überschrieben wird, dass eine Oberfläche (116) des leitfähigen Materials (110) eine vorgegebene Rauheit aufweist, um im Betrieb eintreffende Strahlung (125) zu streuen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das isolierende Material (109) transparent ist und so aufgebracht wird, dass es eine vorgegebene Textur (117) aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das isolierende Material (109,
111) so aufgebracht wird, dass es einen Graben aufweist, der so angeordnet ist, dass er mit der Lage des zweiten Grabens (107) korrespondiert.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der erste (106) und der dritte (108) Graben so ausgebildet werden, dass der erste (106) und der dritte (108) Graben unmittelbar aneinander angrenzen.
13. Photovoltaikmodul mit einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Segmenten (120, 122), umfassend:
- einen auf einem Substrat (105) angeordneten Schichtstapel (101) mit:
- einer erster elektrisch leitfähigen Schicht (102),
— einem photoaktiven Absorber (103),
- einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (104),
- einen ersten Graben (106), der den Absorber (103) und die erste elektrisch leitfähige Schicht (102) zur Bildung der Segmente (120, 122) unterbricht, und in dem ein elektrisch isolierendes Material (109) angeordnet ist,
- einen zweiten Graben (107), der den Absorbers (103) unterbricht,
- einen dritten Graben (108), der zumindest die zweite leitfähige Schicht (104) unterbricht, wobei der erste (106), der zweite (107) und der dritte Graben (108) so angeordnet sind, dass der zweite Graben (107) zwischen dem ersten (106) und dem dritten (108) Graben angeordnet ist,
- eine Kontaktierung (110), über die die zweite Schicht (104) elektrisch mit der ersten
Schicht (102) gekoppelt ist zur Reihenschaltung der Segmente (120, 122), die auf der der ersten Schicht (102) abgewandten Seite des Absorbers (103) aufgebracht ist zur elektri- sehen Überbrückung des ersten Grabens (106) und die im zweiten Graben (107) mit der ersten Schicht (102) elektrisch gekoppelt ist.
14. Photovoltaikmodul nach Anspruch 13, bei dem die Kontaktierung (1 10) auf einer dem Absorber (103) abgewandten Oberfläche (116) eine vorgegebene Rauheit aufweist, um im
Betrieb eintreffende Strahlung (125) zu streuen.
15. Photovoltaikmodul nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Kontaktierung (1 10) in einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten Leitungsbereichen (1 12) entlang des ersten Grabens (106) ausgebildet ist und insbesondere das elektrisch isolierende Material (110) in dem ersten Graben nur in den Leitungsbereichen (112) angeordnet ist.
16. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem in dem dritten Graben (108) ein isolierendes Material (1 11) angeordnet ist.
17. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die zweite elektrisch leitfähige Schicht separat zu der Kontaktierung (110) ausgebildet ist und von dem ersten Graben (106) und dem zweiten Graben (107) durchbrochen ist.
18. Herstellungsanlage (200), zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls (100) mit einer Mehrzahl von Segmenten, die ausgebildet ist eine großflächige Photovoltaikzelle in die Mehrzahl von Segmenten zu strukturieren und zur Reihenverschaltung der Segmente zu metallisieren.
19. Herstellungsanlage (200) nach Anspruch 18, die ausgebildet ist zum
- Bereitstellen eines Schichtstapels (101) mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht (102), einem Absorber (103) und einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (104) auf einem Substrat (105), und nachfolgend:
- Durchtrennen der ersten Schicht (102), des Absorbers (103) und der zweiten Schicht (104) und dabei Ausbilden eines ersten Grabens (106),
- Durchtrennen der zweiten Schicht (104) und des Absorbers (103) und dabei Ausbilden eines zweiten Grabens (107), - nochmaliges Durchtrennen zumindest der zweiten Schicht (104) und dabei Ausbilden eines dritten Grabens (108) so, dass der zweite Graben (107) zwischen dem ersten (106) und dem dritten (108) Graben angeordnet ist,
- Auffüllen des ersten Grabens (106) mit einem elektrisch isolierenden Material (109), - Überschreiben des aufgefüllten ersten Grabens (106) und Auffüllen des zweiten Grabens (108) mit einem elektrisch leitfähigen Material (110) zur elektrischen Kontaktierung von zweiter Schicht (104) und erster Schicht (102).
20. Herstellungsanlage nach Anspruch 18 oder 19, mit einer Strukturierungseinrichtung (201), bei der an einem gemeinsamen Prozesskopf (202) zumindest zwei Laserstrahlvorrichtungen (203, 204) vorgesehen sind und an einem weiteren gemeinsamen Prozesskopf zwei Tintenstrahldruckvorrichtungen (206, 207) vorgesehen sind.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3117466A4 (de) * 2014-03-14 2018-03-21 First Solar, Inc Verbindung für fotovoltaische vorrichtung und verfahren zur herstellung
JP6646471B2 (ja) * 2016-02-24 2020-02-14 積水化学工業株式会社 太陽電池モジュール及びその製造方法
FR3060854B1 (fr) * 2016-12-16 2021-05-14 Armor Procede de fabrication d'un module photovoltaique et module photovoltaique ainsi obtenu

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003036657A1 (fr) * 2001-10-19 2003-05-01 Asahi Glass Company, Limited Substrat a couche d'oxyde conductrice transparente, son procede de production et element de conversion photoelectrique
US6690041B2 (en) * 2002-05-14 2004-02-10 Global Solar Energy, Inc. Monolithically integrated diodes in thin-film photovoltaic devices
GB2458986B (en) * 2008-04-08 2012-05-30 M Solv Ltd Apparatus for patterning thin films on continuous flexible substrates
KR101119235B1 (ko) * 2008-07-04 2012-03-21 가부시키가이샤 아루박 태양 전지 셀의 제조 방법 및 태양 전지 셀
US8865569B2 (en) * 2009-10-22 2014-10-21 M-Solv Ltd. Method and apparatus for dividing thin film device into separate cells
EP2442361A3 (de) * 2010-10-15 2017-05-03 Wilhelm Stein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen in einem Dünnschichtfotovoltaikmodul und Dünnschichtfotovoltaikmodul
GB2492971B (en) * 2011-07-15 2013-09-18 M Solv Ltd Method and apparatus for dividing thin film device into separate cells
DE102012205978A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-17 Robert Bosch Gmbh Photovoltaische Dünnschichtsolarmodule sowie Verfahren zur Herstellung solcher Dünnschichtsolarmodule

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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