EP3039725A1 - Verfahren zur herstellung von sub-solarmodulen durch elektrisch isolierende isoliergräben in einem dünnschichtsolarmodul und verfahren zur herstellung eines dünnschichtsolarmoduls mit derartigen isoliergräben - Google Patents

Verfahren zur herstellung von sub-solarmodulen durch elektrisch isolierende isoliergräben in einem dünnschichtsolarmodul und verfahren zur herstellung eines dünnschichtsolarmoduls mit derartigen isoliergräben

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EP3039725A1
EP3039725A1 EP14789777.1A EP14789777A EP3039725A1 EP 3039725 A1 EP3039725 A1 EP 3039725A1 EP 14789777 A EP14789777 A EP 14789777A EP 3039725 A1 EP3039725 A1 EP 3039725A1
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EP
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thin
thin film
laser
laser beam
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Withdrawn
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EP14789777.1A
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Ralf HUNGER
Stephan MARSCHALL
Patrick Mende
Andreas KAHN
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Beijing Apollo Ding Rong Solar Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Apollo Ding Rong Solar Technology Co Ltd
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen durch elektrisch isolierende Isoliergräben in einem Dünnschichtsolarmodul aufgebaut aus monolithisch miteinander verschalteten Dünnschichtsolarzellen, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Lasers mit einer Laser-Wellenlänge, - Bereitstellen eines Substrates (1), das für die Laser-Wellenlänge transparent ist, wobei die erste Seite des Substrats (1) eine Mehrzahl monolithisch verschalteter Dünnschichtsolarzellen aufgebaut aus einer metallischen Rückelektrodendünnschicht (2) einer auf der metallischen Rückelektrodendünnschicht (2) angeordneten Absorberdünnschicht (3) und einer darauf angeordneten Frontelektrodenstruktur (4) aufweist, - Einstrahlen eines Laserstrahls (L) auf das Substrat, - Bewegen des Laserstrahls (L) zur Erzeugung mindestens eines Isoliergrabens (11, 12, 13, 14). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Laserstrahl (1) auf die zweite Seite des Substrats (1) eingestrahlt wird, durch das Substrat (1) hindurch auf die metallische Rückelektrodendünnschicht (2) fällt und mit Laserpulsen im Pico- oder im Femtosekundenbereich derart eingestellt ist, dass entlang der Schneidlinie (S) samt der metallischen Rückelektrodendünnschicht (2) die darüber angeordnete Absorberdünnschicht (3) und die darauf angeordnete Frontelektrodenstruktur (4) vom Substrat (1) abgesprengt werden.

Description

Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen durch elektrisch isolierende Isoliergräben in einem Dünnschichtsolarmodul und Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls mit derartigen Isoliergräben Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen durch elektrisch isolierende Isoliergräben in einem Dünnschichtsolarmodul und weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls mit derartigen Isoliergräben. Dünnschichtsolarmodule weisen üblicherweise auf monolithische Weise in Serie verschaltete Dünnschichtsolarzellen auf. Zur Herstellung der monolithischen Verschattung wird eine Folge von Dünnschichten für die Front- und
Rückelektrode und für den photovoltaischen Absorber abgeschieden. Nach jeder dieser drei Dünnschicht-Abscheideprozesse erfolgt zunächst ein
Strukturierungsschritt, um im Ergebnis die monolithische Serienverschaltung der einzelnen und benachbart angeordneten streifenförmigen
Dünnschichtsolarzellen herzustellen .
Diese abwechselnde Folge von Dünnschicht-Abscheidung und Strukturierung ist beispielsweise aus der DE 3129344A1 bekannt. Ebenso ist aus dieser
Druckschrift bekannt, so genannte Isoliergräben zu erzeugen, die den kompletten Dünnschichtstapel bis zum Substrat durchtrennen. Diese
Isoliergräben verlaufen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der
streifenförmigen Dünnschichtsolarzellen. Die Isoliergräben führen somit zu einer Aufteilung des Solarmoduls in eine Mehrzahl benachbarter auf dem gleichen Substrat angeordneter Sub-Solarmodule, die jeweils parallel zueinander geschaltet sind. Dieser Submodul-Aufbau bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Sollte es im Betrieb eines Dünnschichtsolarmoduls zur partiellen Abschattung der Oberfläche kommen, wirken die abgeschatteten Zellen, die keinen Fotostrom erzeugen, gegenüber den übrigen in Serie geschalteten Zellen als ohmsche Widerstände. Abhängig von der
Gesamtstromstärke, die durch die in Serie geschalteten Dünnschichtsolarzellen fließt, steigt die Temperatur der als ohmsche Widerstände wirkenden abgeschatteten Solarzellen an, es entstehen so genannte Hotspots. Diese Hotspots reduzieren den Wirkungsgrad des Solarmoduls, können aber auch zu einer lokalen Schädigung des Solarmoduls führen. Durch die Aufteilung des Solarmoduls in eine Mehrzahl von Sub-Modulen wird der Einfluss einer solchen Abschattung oder eines ebenso wirkenden, produktionsbedingten
Nebenschlusswiderstands (Shunt) auf die Funktion des gesamten Solarmoduls deutlich reduziert.
Die Isoliergräben können beispielsweise eingeritzt oder mittels Laserstrahlung erzeugt werden. Die Erzeugung derartiger Isoliergräben mittels Laserstrahlung ist beispielsweise aus der US 4,667,058 bekannt. Dazu wird das für die Laser- Wellenlänge transparente Substrat mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite bereitgestellt, wobei die erste Seite des Substrats die Mehrzahl
monolithisch verschalteter Dünnschichtsolarzellen aufgebaut aus einer
Rückelektrodendünnschicht einer auf der Rückelektrodendünnschicht
angeordneten Absorberdünnschicht und einer darauf angeordneten
Frontelektrodenstruktur aufweist. Der Laserstrahl wird auf das Substrat eingestrahlt und der Laserstrahl wird entlang mindestens einer Schneidlinie über das Substrat bewegt und/oder das Substrat relativ zum Laserstrahl bewegt zur Erzeugung mindestens eines Isoliergrabens mittels einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat.
Nachteilig am Einsatz der aus dem Stand der Technik bekannten
Strukturierungsverfahren mittels Laserstrahlung ist jedoch, dass durch das Aufschmelzen, Verdampfen und Sublimieren der Dünnschichtmaterialien die Gefahr besteht, dass nach dem Kondensieren und Erstarren oder nach dem Resublimieren der Dünnschichtmaterialien an den Flanken der erzeugten Isoliergräben Kurzschlüsse zwischen den Elektrodenschichten auftreten können. Um dieser Gefahr zu begegnen, wird gemäß US 4,667,058 im Anschluss an das Schreiben der Isoliergräben ein Ätzschritt, insbesondere als Plasmaätzschritt, durchgeführt, der die Flanken der Isoliergräben von Rückständen befreit, die einen Kurzschluss oder Nebenschlüsse begünstigen könnten. Die für die Erzeugung von Isoliergräben mittels mechanischer Kratzverfahren benötigten Werkzeuge unterliegen zwangsläufig einem mechanischen
Verschleiß und stellen daher einen signifikanten Kostenfaktor dar. Die mittels Laser erzeugten Isoliergräben erfordern einen nachgelagerten Ätzschritt zur Säuberung der mittels Laserstrahlung erzeugten Flanken stellen ebenfalls einen zusätzlichen Zeit- und Kostenfaktor in der Produktion dar.
Da die gesamten Produktionsprozesse der Photovoltaik- Industrie unter massivem Kostendruck stehen, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen durch elektrisch isolierende Isoliergräben in einem Dünnschichtsolarmodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls mit derartigen Isoliergräben zu schaffen, die deutlich kostengünstiger sind. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Laserstrahl auf die zweite Seite des Substrats eingestrahlt wird, durch das Substrat hindurch auf die metallische Rückelektrodendünnschicht fällt und mit Laserpulsen im Pico- oder im
Femtosekundenbereich derart eingestellt ist und die Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat derart ausgeführt wird, dass entlang der Schneidlinie samt der metallischen Rückelektrodendünnschicht die darüber angeordnete Absorberdünnschicht und die darauf angeordnete Frontelektrodenstruktur vom Substrat abgesprengt werden. Als Pico- und Femtosekundenbereich wird der Bereich größer einer Femtosekunde bis kleiner 1000 Picosekunden verstanden. Dieser Wirkmechanismus funktioniert auch, wenn die Frontelektrodenstruktur abschnittsweise eine Schichtdicke im Bereich von mehreren Mikrometern aufweist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die
Frontelektrodenstruktur als Kombination einer transparenten Dünnschicht aus einem leitfähigen Oxid und einer darauf netzartig ausgebildeten, dickeren Schicht in Form einer Elektrodensammelstruktur ausgebildet ist. Würde die Laserpulse von der Lichteinfallsseite auf die Elektrodensammelstruktur fallen, so würde diese in diesen Bereichen keine Gräben oder Löcher generieren, die bis zum Glassubstrat reichten.
Aufgrund der hohen zeitlichen und räumlichen Energiedichte der Laserpulse im Pico- oder Femtosekundenbereich kommt es regelmäßig weder zu einem
Aufschmelzen noch zu einem Verdampfen von Dünnschichtmaterial im Bereich der Schneidlinie. Die im Bereich des Laserpulses generierte Schockwelle führt zu einem explosionsartigen Ablösen des vollständigen Dünnschichtpaketes, das sich entlang der Bewegungsrichtung der laserinduzierten Schockwelle befindet. Da diese Schockwelle ausgehend von der Grenzfläche
Rückelektrodendünnschicht/Substrat nach außen hin gerichtet ist, werden die abgelösten Dünnschicht-Partikel dabei auch nach außen hin vom Substrat weg geschleudert. Zurück bleiben Gräben im Dünnschichtpaket mit Bruchkanten im Wesentlichen ohne Bruch partikel.
Entscheidender Parameter ist der zeitliche und räumliche Verlauf der pro Volumen- und Zeiteinheit deponierten Laserenergie. Dies hängt ab von
Parametern wie der Wellenlänge, der Pulsdauer, der Pulsenergie, der
Pulsfrequenz, dem Pulsdurchmesser, Strahlprofil und der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat.
Bevorzugt wird die Laserwellenlänge im nahen Infrarot oder im sichtbaren Spektralbereich gewählt. Mögliche Laserwellenlängen sind beispielsweise 515 nm, 532 nm, 1030 nm, 1047 nm, 1053 nm, 1060 nm, 1064 nm, 1080 nm und 1150 nm. Insbesondere eignen sich Seltenerd-dotierte Festkörperlaser für. Mögliche Laserwellenlängen sind daher deren Grundwellenlängen und höhere Harmonische. Bevorzugt kommt ein gepulster Laser mit Pulsfrequenzen im Bereich von 33,3 bis 400 kHz zum Einsatz. Es ist von Vorteil, dass der Laserstrahl derart bewegt wird, dass ein räumlicher Überlapp aufeinander folgender Laserpulse von 10 bis 95%, bevorzugt von 15% bis 30% entlang der Schneidlinien gewährleistet wird. Dabei werden bevorzugt Pulsenergien pro Laserpuls im Bereich von 5 bis 125 μϋ, bevorzugt im Bereich 20 bis 40 μϋ eingesetzt. Als Pulslängen haben sich Zeiträume von weniger als 20 Picosekunden als vorteilhaft erwiesen.
Eine vorteilhafte Variante des Verfahren sieht vor, dass das Substrat als Glassubstrat ausgebildet ist und zwischen Rückelektrodendünnschicht und dem Glassubstrat eine Barrieredünnschicht aufweist, wobei der Laserstrahl derart eingestellt ist und die Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat derart ausgeführt wird, dass entlang der Schneidlinie eine laserbeeinflusste Barrieredünnschicht auf dem Substrat verbleibt. Diese Barrieredünnschicht ist beispielsweise als Siliziumoxinitridschicht mit einer Stärke von weniger als 150 Nanometern ausgebildet. Mikroskopische Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Barrieredünnschicht durch die Laserpulse nur wenig beeinflusst werden. Die verbleibende von der Laserstrahlung beeinflusste Barrieredünnschicht hat im Bereich der Isoliergräben üblicherweise weniger als 10%, bevorzugt nur weniger als 5% seiner Schichtdicke eingebüßt.
Das Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen kommt bevorzugt zum Einsatz, wenn die Absorberdünnschicht als ternärer oder als quaternärer, beispielsweise aus CIGS- oder CIS-Halbleiter ausgebildet ist.
Für das Herstellungsverfahren ist es von Vorteil, wenn das Substrat rechteckig mit einer ersten Kantenlänge und einer zweiten Kantenlänge, einer Oberkante und einer Unterkante ausgebildet ist, wobei um einen Betrag von 10% bis 15% von der ersten oder der zweiten Kantenlänge beabstandet parallel zur
Oberkante und parallel zur Unterkante ein erster Isoliergraben und ein zweiter Isoliergraben hergestellt wird. Bevorzugt erstrecken sich die in Serie
verschalteten Dünnschichtsolarzellen vom Bereich der Oberkante zum Bereich der Unterkante des Substrates. Dabei verlaufen die Isoliergräben senkrecht zu den Strukturierungsgräben für die monolithische Verschattung der
Dünnschichtsolarzellen und durchtrennen beispielsweise alle
Dünnschichtsolarzellen bis auf eine parallel und benachbart zur ersten
Kantenlänge angeordneten Dünnschichtsolarzelle, die als erste Kontaktzelle für die sich in Richtung der zweiten Kantenlänge anschließenden parallel geschalteten Sub-Solarmodule dient. Weiterhin dient eine parallel und benachbart zur zweiten Kantenlänge angeordnete Dünnschichtsolarzelle als abschließende zweite Kontaktzelle und der Isoliergraben durchtrennt auch diese zweite Kontaktzelle nicht, sondern endet zuvor. Ebenso ist jedoch denkbar, mit den Isoliergräben sämtliche Dünnschichtsolarzellen elektrisch voneinander zu isolieren. Die elektrische Verschattung der dann erhaltenen Sub-Solarmodule kann dann in Hybridbauweise erfolgen.
Für eine bevorzugte erste Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein weiterer Isoliergraben parallel zum ersten und zweiten Isoliergraben mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Isoliergraben hergestellt wird.
Eine vorteilhafte zweite Variante des Verfahrens sieht vor, dass zwei weitere Isoliergräben parallel zum ersten und zum zweiten Isoliergraben derart zwischen dem ersten und dem zweiten Isoliergraben hergestellt werden, dass der Abstand zwischen den beiden weiteren Isoliergräben gleich groß ist wie der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Isoliergraben zum jeweils benachbarten weiteren Isoliergraben. Für alle vorangehend beschriebenen vorteilhaften Verfahren gilt
gleichermaßen, dass ein Isoliergraben bevorzugt aus dem parallel
überlappenden Anordnen einer Mehrzahl benachbarter Schneidlinien gebildet wird. Dabei können beispielsweise drei Schneidlinien im Abstand von 25 bis 30 μιη hergestellt werden, so dass ein Isoliergraben mit einer Linienbreite von 75 bis 100 μιη gebildet wird. Ein solcher Isoliergraben bewirkt eine hinreichend starke elektrische Isolierung zwischen den Dünnschicht-Solarzellen der SubModule.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls aufgebaut aus monolithisch miteinander verschalteten Dünnschichtsolarzellen mit Sub-Solarmodulen, die durch elektrisch isolierende Isoliergräben voneinander getrennt sind. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: - Bereitstellen eines Substrates mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite des Substrats eine Mehrzahl monolithisch verschalteter Dünnschichtsolarzellen aufgebaut aus einer metallischen
Rückelektrodendünnschicht einer auf der metallischen
Rückelektrodendünnschicht angeordneten Absorberdünnschicht und einer darauf angeordneten Frontelektrodenstruktur aufweist,
- Herstellen mindestens eines Isoliergrabens gemäß einem der vorangehenden beschriebenen Verfahrensvarianten,
- dauerhaft wetterfestes Verkapseln der monolithisch verschalteten
Dünnschichtsolarzellen mit einem Frontseitenverkapselungselement und
- Anbringen einer dauerhaft wetterfesten elektrischen Solarmodul- Anschlusseinrichtung auf dem Substrat.
Zwei Ausführungsbeispiele für die Anordnung von Isoliergräben auf einem Dünnschichtsolarmodul werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 : eine rein schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsform eines Dünnschichtsolarmoduls mit drei horizontalen Isoliergräben;
Figur 2: eine rein schematische Darstellung einer zweiten
Ausführungsform eines Dünnschichtsolarmoduls mit vier horizontalen Isoliergräben;
Figur 3: eine schematische, nicht maßstabsgetreue Schnittdarstellung durch das Solarmodul aus Figur 1 entlang der Linie III-III;
Figur 4: eine schematische, nicht maßstabsgetreue Schnittdarstellung durch das Solarmodul aus Figur 2 entlang der Linie IV- IV und
Figur 5: eine schematische, nicht maßstabsgetreue Schnittdarstellung wie in Figur 4, wobei ein Frontseitenverkapselungselement und eine Solarmodul-Anschlusseinrichtung ergänzt sind. In Figur 1 ist eine rein schematische Darstellung eines ersten Ausführungsform eines Dünnschichtsolarmoduls mit drei horizontalen Isoliergräben 11 , 12,13 gezeigt. Die nicht dargestellten monolithisch verschalteten
Dünnschichtsolarzellen sein auf einem rechteckig ausgebildeten Substrat 1 angeordnet. Das Substrat 1 weist eine schmale Oberkante, eine schmale Unterkante und zwei lange Längskanten auf. Die Dünnschichtsolarzellen verlaufen als längliche Streifen im rechten Winkel vom Bereich der schmalen Oberkante zum Bereich der parallelen schmalen Unterkante des Solarmoduls. Ein erster Isoliergraben 11 befindet sich parallel zur schmalen Oberkante des Solarmoduls in einem Abstand, der ungefähr 5 bis 10% des Maßes der langen Längskante aufweist. Der zweite Isoliergraben 12 ist ebenfalls ungefähr 5 bis 10% des Maßes der langen Längskante beabstandet von der schmalen
Unterkante des Dünnschicht-Solarmoduls beabstandet angeordnet. Ein dritter Isoliergraben 13 erstreckt sich parallel zu den beiden übrigen Isoliergräben 11 , 12 in der Mitte zwischen diesen beiden. Jeder der drei Isoliergräben 11 ,12, 13 durchtrennt dabei alle Dünnschichtsolarzellen bis auf die äußersten beiden, die jeweils benachbart zu den beiden langen Längskanten des Substrates 1 angeordnet sind. Diese beiden äußersten Dünnschichtsolarzellen dienen als so genannte Kontaktzellen, die die parallele Verschattung der durch die
Isoliergräben gebildeten Sub-Solarmodule. Zwischen den Außenkanten des Substrats 1 und den benachbarten Isoliergräben 11 ,12 und zwischen den
Isoliergräben 11 und 13 und zwischen den Isoliergräben 12 und 13 befinden sich Sub-Solarmodule, die über die beiden äußeren Kontaktzellen parallel zueinander verschaltet sind. Die üblicherweise zumindest einen Zentimeter betragende umlaufende Randentschichtung des Dünnschichtsolarmoduls ist hier ebenfalls nicht dargestellt.
Figur 2 zeigt eine rein schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Dünnschichtsolarmoduls mit vier horizontalen Isoliergräben 11 ,12, 13,14. Ansonsten stimmen die Kantanmaße des Substrats 1 mit denen aus Figur 1 überein. Auch alle übrigen Ausführungen zu Figur 1 gelten hier entsprechend. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind zwei weitere Isoliergräben 13, 14 äquidistant zueinander und zu den außen angeordneten ersten beiden Isoliergräben 11 und 12 angeordnet.
Alle Isoliergräben 11 ,12,13, 14 werden entlang von Schnittlinien S ein einem einzigen Herstellungsschritts mittels eines Lasers erzeugt. Dazu werden im Zusammenhang mit den nachfolgend gezeigten Schnittdarstellungen weitere Ausführungen gemacht.
Figur 3 zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue Schnittdarstellung durch das Solarmodul aus Figur 1 entlang der Linie III-III. Die Bruchlinien überbrücken dabei die Abschnitte des Solarmoduls bis zu den Außenkanten bzw. die gleichförmige Ausbildung der Dünnschichtpakete im Bereich der innen liegenden Sub-Module. Die Schnittdarstellung zeigt vom ganz unten liegenden Substrat 1 ausgehend folgenden Aufbau. Auf das Substrat 1 folgt eine
Barrieredünnschicht 1a, die beispielsweise auf einem Glassubstrat aus
Siliziumoxinitrid gebildet ist. Der Barrieredünnschicht 1a folgt die metallische Rückelektrodendünnschicht 2, darauf die Absorberdünnschicht 3 und die Frontelektrodenstruktur 4. Diese Frontelektrodenstruktur 4 ist aufgebaut aus einer Frontelektrodendünnschicht 40 aus transparentem, elektrisch leitfähigem Oxid und einer Elektrodensammelstruktur 41. Die Elektrodensammelstruktur kann anders als die aufgezählten Dünnschichten als Schicht mit Dicken im Bereich vieler Mikrometer hergestellt werden.
Wird nun entlang der aus der Zeichenebene heraus verlaufenden Schneidlinien S ein Laserstrahl L durch das für den Laserstrahl L hinreichend transparente Substrat 1 mit seiner ebenfalls hinreichend transparenten
Barrieredünnschicht 1a rückseitig auf den Rückelektrodendünnfilm 2 gelenkt passiert folgendes. Sind die Laserpulse des Laserstrahls L im Pico- oder
Femtosekundenbereich, weisen eine passende Pulsenergie und eine geeignete räumliche Weite auf und ist die Relativbewegung zwischen Substrat 1 und
Laserstrahl L passend ausgewählt, so wird die Barrieredünnschicht 1a nur wenig beschädigt, das darüber befindliche Schichtpaket wird jedoch komplett abgesprengt. Auf diese Weise lässt sich in wenigen Arbeitsschritten die Strukturierung der monolithisch verschalteten Dünnschichtsolarzellen in eine Mehrzahl miteinander parallel verschalteter Sub-Module realisieren.
Figur 4 zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue Schnittdarstellung durch das Solarmodul aus Figur 2 entlang der Linie IV-IV. Gleiche Elemente des Schichtaufbaus sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die vorangehend gemachten Ausführungen gelten entsprechend.
Abschließend zeigt Figur 5 in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Schnittdarstellung wie in weiteren Herstellungsschritten, die gemäß Figur 4 gezeigte Struktur von Sub-Modulen mittels eines aufgebrachten
Frontseitenverkapselungselements 5 und einer Solarmodul- Anschlusseinrichtung 6 zu einem dauerhaft wetterfest verkapselten Solarmodul vervollständigt werden.
Bezugszeichenliste:
1 Substrat
1a Barrieredünnschicht
2 Rückelektrodendünnschicht
3 Absorberdünnschicht
4 Frontelektrodenstruktur
40 Frontelektrodendünnschicht
41 Elektrodensammelstruktur
5 Frontseitenverkapselungselement
6 Solarmodul-Anschlusseinrichtung
11 ,12, 13,14 Isoliergraben
L Laserstrahl
S Schneidlinie für Isoliergraben

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen durch elektrisch isolierende Isoliergräben in einem Dünnschichtsolarmodul aufgebaut aus monolithisch miteinander verschalteten Dünnschichtsolarzellen, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Lasers mit einer Laser-Wellenlänge,
- Bereitstellen eines Substrates (1 ) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, das für die Laser-Wellenlänge transparent ist, wobei die erste Seite des Substrats (1 ) eine Mehrzahl monolithisch verschalteter Dünnschichtsolarzellen aufgebaut aus einer metallischen Rückelektrodendünnschicht (2) einer auf der metallischen Rückelektrodendünnschicht (2) angeordneten
Absorberdünnschicht (3) und einer darauf angeordneten
Frontelektrodenstruktur (4) aufweist,
- Einstrahlen eines Laserstrahls (L) auf das Substrat,
- Bewegen des Laserstrahls (L) entlang mindestens einer Schneidlinie (S) über das Substrat (1 ) und/oder Bewegen des Substrats (1 ) relativ zum Laserstrahl (L) zur Erzeugung mindestens eines Isoliergrabens (11 , 12,13, 14) mittels einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl (L) und Substrat (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (1 ) auf die zweite Seite des Substrats (1 ) eingestrahlt wird, durch das Substrat (1 ) hindurch auf die metallische Rückelektrodendünnschicht (2) fällt und mit Laserpulsen im Pico- oder im Femtosekundenbereich derart eingestellt ist und die Relativbewegung zwischen Laserstrahl (L) und Substrat (1 ) derart ausgeführt wird, dass entlang der Schneidlinie (S) samt der metallischen Rückelektrodendünnschicht (2) die darüber angeordnete
Absorberdünnschicht (3) und die darauf angeordnete Frontelektrodenstruktur (4) vom Substrat (1 ) abgesprengt werden.
2. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laserwellenlänge im nahen Infrarot oder im
sichtbaren Spektralbereich gewählt wird.
3. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein gepulster Laser mit Pulsfrequenzen im
Bereich von 33,3 bis 400 kHz verwendet wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) derart bewegt wird, dass ein räumlicher Überlapp aufeinander folgender Laserpulse von 10 bis 95%, bevorzugt von 15% bis 30% entlang der Schneidlinien (S) gewährleistet wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsenergie pro Laserpuls im Bereich 5 bis 125 μϋ, bevorzugt im Bereich 20 bis 40 μϋ gewählt wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1 ) als Glassubstrat ausgebildet ist und zwischen Rückelektrodendünnschicht (2) und dem Glassubstrat eine Barrieredünnschicht (1a) aufweist, wobei der Laserstrahl (L) derart eingestellt ist und die Relativbewegung zwischen Laserstrahl (L) und Substrat (1 ) derart ausgeführt wird, dass entlang der Schneidlinie (S) eine laserbeeinflusste Barrieredünnschicht (1a) auf dem Substrat verbleibt.
7. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Absorberdünnschicht (3) als ternärer oder als quaternärer Halbleiter
ausgebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1 ) rechteckig mit einer ersten Kantenlänge und einer zweiten Kantenlänge, einer Oberkante und einer Unterkante ausgebildet ist, wobei um einen Betrag von 10% bis 15% von der ersten oder der zweiten Kantenlänge beabstandet parallel zur Oberkante und parallel zur Unterkante ein erster Isoliergraben (11 ) und ein zweiter Isoliergraben (12) hergestellt wird.
9. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Isoliergraben (13) parallel zum ersten und zweiten Isoliergraben (11 , 12) mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Isoliergraben (11 ,12) hergestellt wird.
10. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Isoliergräben (I3, I4) parallel zum ersten und zum zweiten Isoliergraben (11 ,12) derart zwischen dem ersten und dem zweiten Isoliergraben (11 , 12) hergestellt werden, dass der Abstand zwischen den beiden weiteren Isoliergräben (13, 14) gleich groß ist wie der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Isoliergraben (11 , 12) zum jeweils benachbarten weiteren Isoliergraben.
11. Verfahren zur Herstellung von Sub-Solarmodulen gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isoliergraben (11 , 12,13, 14) aus dem parallel überlappenden Anordnen einer Mehrzahl benachbarter Schneidlinien (S) gebildet wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls aufgebaut aus monolithisch miteinander verschalteten Dünnschichtsolarzellen mit Sub- Solarmodulen, die durch elektrisch isolierende Isoliergräben voneinander getrennt sind, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Substrates mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite des Substrats eine Mehrzahl monolithisch verschalteter Dünnschichtsolarzellen aufgebaut aus einer metallischen
Rückelektrodendünnschicht einer auf der metallischen
Rückelektrodendünnschicht angeordneten Absorberdünnschicht und einer darauf angeordneten Frontelektrodenstruktur aufweist,
- Herstellen mindestens eines Isoliergrabens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche,
- dauerhaft wetterfestes Verkapseln der monolithisch verschalteten
Dünnschichtsolarzellen mit einem Frontseitenverkapselungselement und - Anbringen einer dauerhaft wetterfesten elektrischen Solarmodul- Anschlusseinrichtung auf dem Substrat.
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