JP2012501086A - 薄膜太陽電池および光電池連続アセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、薄膜太陽電池、本発明の太陽電池を少なくとも２つ備える光電池連続アセンブリ、本発明の太陽電池の製造方法、本発明の少なくとも２つの太陽電池を電気的に接続する方法、および本発明の太陽電池を備える光電池連続アセンブリの製造方法に関する。

Description

本発明は、光電池エレメントとも称される、とりわけストライプ形状の薄膜太陽電池、本発明による少なくとも２つの太陽電池を有する光電池連続アセンブリ、本発明による太陽電池の製造方法、本発明による少なくとも２つの太陽電池を電気接続する方法、および本発明の太陽電池を有する連続アセンブリの製造方法に関するものである。

現在の結晶シリコン技術は、光電太陽電池およびパネルに対する市場が結晶シリコン製品によって占められているので、共通のありふれたものである。約０．３ｍｍの厚さを有するこの太陽電池技術では、０．０３ｍ^２の小さな面積が製造される。これらの電池の電気接続は別個の工程で行われ、大面積の表面が形成される。残念なことにこれらの製品は、シリコンの消費量が多く、製造工程が複雑であるため高価である。新しい技術、とりわけ低価格の薄膜技術が、近年、市場のシェアを獲得するために期待されている。この概念は、さらに低コストでソーラーモジュールを生産するために異なる手続を使用する。この手続では一般的に、ほんの数μｍの厚さの太陽電池が大きな表面、主にガラスに直接デポジットされ、それらのパーツがインラインカッティング工程により直列に接続される。個別の金属層および半導体層を表面全体の上に均一にデポジットすることが、均質な光電特性に対する重要な前提条件である。現在の進歩では、約１０ｃｍ^２のモジュール面積において実験室で開発された工程を、さらに大きなモジュールに適用するにはまだ長時間必要である。大面積は新規のパラメータセットを必要とし、不均質性が増大し、これが効率を低下させる。真空被膜装置の大きさがソーラーパネルの大きさを決めるので、サイズが増大すると新しい製造装置を必要とし、すべてのプロセスパラメータを再度最適化しなければならない。

今や、銅テープ上の薄膜ＣＩＳＣｕ技術（ＣＩＳ、copper indium selenium/sulphurとも称される）が、結晶シリコンよりもはるかに低コストでソーラーモジュールを製造する可能性を拓いており、大面積の均質性および拡張のための時間と高投資といった共通の薄膜コンセプトの特別の問題点を克服すべきである。ＣＩＳＣｕＴは、オープンリール方式の技術であり、主に非真空工程の連続で動作し、１ｃｍ幅の金属フィルム上で処理され、ほぼエンドレスの太陽電池を生産する。機械的に柔軟で、無煙炭様に均一に着色されたソーラー層が、重ね合わされたテープストリップを接続し、これを機能フィルムに埋め込むことによって製造される。この薄膜コンセプトでは、太陽電池製造のための設備が、ソーラーモジュールの形状およびサイズから完全に独立している。モジュールサイズを変更しても、製造設備を変更またはスケールアップする必要はない。支持体、バック電極、吸収層、バッファ層、およびフロント電極を備え、ポテンシャル障壁を有する薄膜太陽電池は公知である。この太陽電池は、太陽電池を得るために使用される材料に基づくｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を必要とする。

擬似エンドレス太陽電池を、連続オープンリール工程で製造し、その後、これらの太陽電池からモジュールを組み立てるための装置が、例えば非特許文献１に記載されている。太陽電池製造の基本ステップは、例えば非特許文献２および非特許文献３に記載されている。

特許文献１は、ＣＩＳ（copper, indium, selenium/sulphur）技術に基づく薄膜太陽電池を開示する。特許文献１では太陽電池が、インジウム、ガリウムまたはそれらの混合物により被覆された銅からなる支持体を提供することによって製造される。引き続き、被覆された支持体が、吸収層の形成のためにセリウムおよび／または硫黄と接触される。このようにして得られた吸収層はＣＩＳタイプとなる。このＣＩＳタイプの吸収層はｎ導電性であり、したがって太陽電池中にｎ−ｐ接合が存在することを保証するために所定のフロント電極を必要とする。吸収層の上部には、ｐ導電性の透明材料、例えば酸化銅（Ｉ）からなるフロント電極が施与される。

特許文献２は、Ｉｂ／ＩＩＡ／ＶＩａコンパウンドに基づく薄膜太陽電池およびその準備工程を開示する。このセルの吸収層は、２つのＩｂ／ＩＩＡ／ＶＩａコンパウンドの異種混合物からなる多結晶層であり、この層が互いに積層されている。すなわち吸収層は２つの別個の吸収層を有する。このアセンブリ内の吸収層は付加的に、その容積内にポテンシャル障壁を示し、表面にｐ導電性材料を有している。

特許文献３は、Ｉｂ／ＩＩＡ／ＶＩａコンパウンドに基づく薄膜太陽電池およびその準備工程を開示する。この太陽電池のバック電極は、吸収層を形成するために使用される同じＩｂおよびＩＩＩａ金属の金属間相から作製される。

これらの太陽電池を光電池モジュールに組み立て、この光電池モジュールを電気エネルギーの生成に使用することも公知である。特許文献４は、これらの太陽電池をモジュールに組み立てるための１つの可能性を開示しており、ここでは複数の太陽電池が直列に接続されて群を形成し、これらの群が並列に接続されるように配置されている。このことを達成するために、各群の第１の太陽電池のバック電極が、各太陽電池の群の最後の太陽電池のバック電極と電気的に接続される。

そのような太陽電池とそれらが組み込まれたモジュールは、それらの側方エッジが定まらない構造を有しているという製造工程のため、太陽電池の効率に関して、とりわけ太陽電池がモジュールに組み込まれるときに問題となる。薄膜太陽電池モジュールでは、吸収層の厚さが数ミクロンしかなく、それらのフロント電極とバック電極は吸収層の厚さの間隔しか有していない。薄膜太陽電池が初めに擬似エンドレスストリップまたはテープとして製造され、それから個々の太陽電池に切断される場合にはさらに、切断個所で再び定まらない構造が形成され得るという別の問題がある。これら未定義の構造は、太陽電池の側面にわたるフロント電極および／またはバック電極のスミアリングとなることがあり、このことはフロント電極とバック電極を短絡することになりかねない。しかしフロント電極とバック電極が短絡すると、太陽電池の効率が低下する。

これらの問題を克服するための１つの提案が特許文献５に開示されている。ここでは太陽電池に、フレキシブルでテープ形状の支持体に配置された吸収層が設けられている。吸収層には少なくとも部分的に銅の成分と、インジウムおよびガリウムの群からの少なくとも１つの元素と、セリウムおよび硫黄の群からの少なくとも１つの元素が設けられており、吸収層は少なくとも部分的にｐ型として埋め込まれている。吸収層は少なくとも部分的に支持体の上に、メッキ法でデポジットされている。絶縁層を支持体の上にコーティングすることができ、これにより吸収層が施与されることにある非コーティング領域が得られる。吸収層が施与されるエリアが最終的に太陽電池を形成することになる。製造工程の後、テープは個々の太陽電池に、支持体上に絶縁体がコーティングされた個所で切断される。しかしコーティング領域と非コーティング領域との間のエッジは、相変わらず定まらない構造を有しており、とりわけフロント電極とバック電極の間で直接接触することがある。

加えて特許文献５による切断行程では、再び定まらない構造が太陽電池のエッジまたは側面に形成され、絶縁体を層間の電気的障壁として用いることができない。

さらに製造誤差から、未定義の構造が太陽電池のエッジまたは側面とは異なる個所に存在する可能性があり、このこともまた太陽電池の効率に関して問題を引き起こす。このような未定義の構造は、太陽電池の効率に関して、モジュールに組み込んだときに太陽電池間の、または各太陽電池内の短絡あるいは類似の欠陥の原因となるので問題である。とりわけこのような未定義の構造は、製造の不正確さから、層がエリア全体にわたり均等に施与されないことの原因ともなる。したがってフロント電極がバック電極および／または支持体に、太陽電池のエッジまたは側面以外の個所で直接接触するようになり、これはその個所での短絡を引き起こす。そのような個所は「シャント」とも称される。

太陽電池の製造が支持体から始められ、次に種々の層が互いの上に施与され、最後にフロント電極が施与される場合、フロント電極が、製造誤差のため最後の層の上だけでなく、そのエッジまたは側面にも施与されることがある。そのためフロント電極が、バック電極および／または支持体に直接接触することがある。それに加えて太陽電池の効率が減少する。というのも、フロント電極がバック電極および／または支持体と直接接触する個所が短絡の原因となるからである。

さらに、長いストリップ状の太陽電池を所望の長さの個々の太陽電池に切断する場合、切断エッジでも、フロント電極が切断エッジを介して直接接触することがある。なぜならフロント電極の硬度が低いため、フロント電極が切断中にエッジ上で「スミアリング」となるからある。

ドイツ特許公開第１９６３４５８０号 欧州特許第１０５２７０２号 欧州特許第１０５２７０３号 ドイツ特許公開第１００２０７８４号 国際特許公開公報００／６２３４７号

Guldner, R., Penndorf, J., Winklcr, M., Tober, O.著、2000 Flexible, Polymer Encapsulated Solar Modules - A New Concept for Cu-In-S Solar Devices Produced by the ClSCuT Technology Proc. 16th EPSEC, Glasgow, UK, pp 2289-2292. M. Winkler, J., Griesche, J., Konovalov, I.; Penndorf J., Wienke, J., Tober, O.著 "ClSCuT - solar cells and modules on the basis of CuInS2 on Cu-tape", Solar Energy 77, 2004, pp 705 -716. M. Winkler, J., Griesche, J., Konovalov, I.; Penndorf J., Tober, O.著 "Design, Actual Performance, and Electrical Stability of CISCuT- Based Quasi-Endless Solar Cell Tapes", Mat. Res. Soc. Symp. Proc 2001, pp. 668.

したがって本発明の課題は、上記の問題を克服した高効率の太陽電池を提供することであり、とりわけ未定義の構造が存在せず、および／またはその作用が停止された太陽電池を提供することである。

本発明の別の課題は、太陽電池を電気的に接続したときに上記の問題を克服した、本発明の太陽電池の連続アセンブリを提供することであり、とりわけこの連続アセンブリが高い電気エネルギー出力を有するようにする。本発明による太陽電池は、エッジ上または太陽電池内での短絡の発生が実質的に回避されているため、高効率である。

本発明の別の課題は、太陽電池および太陽電池からなる連続アセンブリの製造のための、経済的で信頼性のある工程を提供することである。

これら課題の解決手段は、請求項による薄膜太陽電池、薄膜太陽電池を有する光電池連続アセンブリ、太陽電池および連続アセンブリの製造方法である。

簡単に言えば本発明は、導電性支持体（１）、該支持体の直接的な上部にあるバック電極（２）、吸収層（３）およびフロント電極（４）を有する薄膜太陽電池（１０）に関するものである。

ここでフロント電極（４）は少なくとも２つの部分（７、８）に分割されており、太陽電池のフロント電極の少なくとも１つの第１の部分８は、導電性支持体、バック電極、およびフロント電極の少なくとも１つの第２の部分７から絶縁されており、この第２の部分７は太陽電池の導電性支持体およびバック電極から絶縁されておらず、好ましくは付加的に電気絶縁構造体６を有し、この電気絶縁構造体６は、導電性支持体１と前記太陽電池のバック電極が、通例はフロント電極４を介して、とりわけ少なくとも１つの第２の部分７を介して、第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’および／またはバック電極２’と、前記太陽電池１０のフロント電極４と接触するときに直接電気接触するのを防止する。

一般的に、本発明の太陽電池に電気エネルギーを形成するための光の入射は、太陽電池の上部にあるフロント電極の側面から、とりわけ少なくとも一部８を経由して行われる。したがって太陽電池上への入射光の側面から始まる、本発明の太陽電池の一般的構造は、光を通過させるために透明であり、形成された電気エネルギーを集め、導通するためのフロント電極と、光を吸収し、これを電気エネルギーに変換するために用いる光活性ダイオードを形成する吸収層と、フロント電極に対する対向電極であるバック電極と、すべての層に対する機械的支持体であり、集められた電気エネルギーを太陽電池から接続された別のものに導通するための導電性の支持体とからなる連続体を有する。

本発明の太陽電池でフロント電極を分割することにより、太陽電池が、絶縁されたフロント電極の一部８と、バック電極および導電性支持体から絶縁されないフロント電極の少なくとも一部７、好ましくは少なくとも２つの部分７と７’を有するようになる。したがって本発明の太陽電池は、そのエッジに未定義の構造を有しなくなる。すなわちこのような未定義の構造の作用がなくなる。結果として、使用される太陽電池の異なる層間に短絡が発生しなくなる。とりわけフロント電極を分割すると、使用中に形成された電気エネルギーを集め、導通するためのフロント電極の一部８と、バック電極および／または導電性支持体が電気接続することが防止される。そして、フロント電極とバック電極および／または導電性支持体との直接に接触による太陽電池内の短絡が防止される。

好ましくは、本発明の太陽電池は少なくとも１つの絶縁構造体６を有している。本発明の太陽電池にあるこの少なくとも１つの絶縁構造体６は、第１の太陽電池１０のバック電極および／または導電性支持体と、第１の太陽電池と接触される第２の太陽電池１０''のバック電極および／または導電性支持体との電気的接触が防止されるという作用を有する。このような絶縁構造体６がないと電気的接触が、太陽電池のエッジに未定義の構造が存在するために発生することがあり、とりわけ製造工程により太陽電池のエッジにわたって延在するフロント電極の特定の部分に発生することがある。

フロント電極を分割することにより、バック電極および導電性支持体から電気絶縁されたフロント電極の一部８と、オプションとしての付加的に絶縁構造体６が太陽電池に形成され、このことは一方では、太陽電池内の層間での不所望の電気的接触が回避され、他方では、互いに電気的に接触される２つの太陽電池間での不所望な電気的接触が回避されるという利点を有する。

付加的に本発明は、少なくとも２つの本発明の太陽電池１０、１０’が電気的に直列に接続された光電池連続アセンブリ１５に関連するものであり、ここでは第１の太陽電池のフロント電極が、第２の太陽電池の導電性支持体およびはバック電極と接続されている。

さらに本発明は、本発明による太陽電池の製造方法に関することであり、この製造方法は次の工程を有する。すなわち、
ａ）導電性支持体１、バック電極２、吸収層３、この吸収層の上部にあるオプションとしてのバッファ層、およびフロント電極４を有する太陽電池１０を設ける工程、
ｂ）太陽電池のフロント電極４の少なくとも一部８を、前記導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁するために、前記フロント電極４を少なくとも２つの部分７、８に分割し、
前記太陽電池の導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁されていないフロント電極４の少なくとも１つの第２の部分７を設ける工程、または
前記フロント電極４の少なくとも一部８を電気絶縁するために、前記フロント電極４を好ましくは少なくとも５つの部分（７、７’、８、１６、１６’）に分割し、
前記太陽電池の導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁されていないフロント電極４の少なくとも４つの部分７、７’、１６、１６’を設ける工程、
ｃ）前記太陽電池の導電性支持体１とバック電極２が、当該太陽電池１０のフロント電極４と接触される第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’およびバック電極２’と、直接電気的に接触するのを防止する少なくとも１つの電気絶縁構造体６をオプションとして設ける工程；である。

付加的に本発明は、本発明の少なくとも２つの太陽電池を電気接続する方法に関するものであり、この方法は、本発明の第１の太陽電池１０を設ける工程、本発明の第２の太陽電池１０’を設ける工程、そして第１の太陽電池のフロント電極を第２の太陽電池のバック電極と、導電性支持体を介して電気的に接続し、光電池連続アセンブリを形成する工程を有する。

付加的に本発明は、本発明の少なくとも２つの太陽電池を電気接続する方法に関するものであり、この方法は、本発明の第１の太陽電池を設ける工程、本発明の第２の太陽電池を設ける工程、そして第１の太陽電池の、上記のように電気絶縁されたフロント電極、とりわけその一部８を、第２の太陽電池のバック電極と、第２の太陽電池を第１の太陽電池に重ねることにより、すなわち屋根瓦状に積層するように電気接続する工程を有する。

最後に本発明は、本発明の太陽電池を少なくとも２つ有する光電池連続アセンブリの製造方法に関連するものであり、この方法は、次のステップを有する工程を実行することにより第１の太陽電池１０を設ける、すなわち；
ｉ１）導電性支持体１を設ける工程；
ｉ２）オプションとして導電性支持体１を清浄する工程；
ｉ３）バック電極２を導電性支持体１の上に施与する工程；
ｉ４）吸収層３をバック電極２の上に施与し、オプションとして表面上の吸収層の一部ではない物質を除去し、オプションとして吸収層３をアニールする工程；
ｉ５）オプションとしてバッファ層を吸収層３の上に施与し、オプションとしてバッファ層の表面を清浄する工程；
ｉ６）フロント電極４を吸収層の上に、または存在していればバッファ層の上に施与する工程；
ｉ７）オプションとして導電性支持体１を清浄する工程；
ｊ）フロント電極４を少なくとも２つの部分７、８に、該フロント電極４の部分をその少なくとも１つのエッジに沿って除去することによって分割し、とりわけオプションとしてフロント電極４を少なくとも５つの部分７、７’、８、１６、１６’に、溝５、５’、５''、５'''によって、好ましくはフロント電極を、好ましくはフロント電極と存在すればバッファ層をレーザーにより部分的に除去することによって分割し、
ｋ）オプションとして少なくとも１つのシャント１２を、フロント電極の一部を前記シャント１２のエリアで除去することによって不動態化し、これによりシャントの周囲に配置されており、フロント電極４の残りの部分から絶縁されたフロント電極の少なくとも１つの部分を形成し；
ｌ）オプションとしてフロント電極４の少なくとも一部７を、フロント電極の一部７とバック電極および／または導電性支持体との間での電気接触を排除するために、除去し、
ｍ）オプションとしてバッファ層の粒子および表面部分を、太陽電池の表面から除去し、
ｎ）導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁されていない部分７上で、フロント電極４の上部に少なくとも１つの電気絶縁体を設けることによって、少なくとも１つの絶縁構造体６を施与し、
ｏ）オプションとして少なくとも１つの付加的な絶縁構造体６’を、少なくとも１つの電気絶縁体をバック電極２および／または導電性支持体１の上部に設けることによって施与し、
ｐ）オプションとして少なくとも１つの付加的な構造体１４を、少なくとも１つの電気絶縁体をフロント電極４の部分１３の少なくとも上部に設けることによって施与し、
ｑ）オプションとして少なくとも１つの付加的な構造体１４’を、少なくとも１つの電気絶縁体をフロント電極４の部分１６の少なくとも上部に設けることによって施与し、
ｒ）光学的に高透過性で非導電性の少なくとも１つのシートを設け、第１の太陽電池１０をそのフロント電極とともに前記シートの上に取り付け、
ｓ）導電性接着剤９を、第２の太陽電池１０’のフロント電極の一部８’と電気接触されることになる導電性支持体１および／またはバック電極の一部に施与し、ただし前記一部８’は、組み立てられたときに第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’およびバック電極２’から電気絶縁され、
ｔ）第２の太陽電池１０’を設け、第１の太陽電池１０のバック電極および／または導電性支持体１を、導電性接着剤９により第２の太陽電池１０’のフロント電極４’の部分と電気接続し、
ｕ）オプションとして前記ステップｉ）からｕ）を、所望数ｎの太陽電池が直列に接続されるまで繰り返し、ここでｎは２から２５０、好ましくは６から５０の間の整数であり、
ｖ）オプションとして電気接続された太陽電池の連続体を硬化し、
ｗ）直列に接続された最後の太陽電池の導電性支持体１に電気接点を設け、直列に接続された第１の太陽電池の導電性支持体に電気接点を設け、これによりｎ−１の太陽電池がアクティブとなり、
ｘ）オプションとして効率テストを実行し、テストに合格する接続連続体を選択する；
工程である。

一般的に本発明の太陽電池は、長いストリップ状の支持体を使用する、いわゆるロールツーロール法により準備することができ、この支持体は、付加的な層を太陽電池のフロント電極の上に連続的に施与することにより擬似連続的に処理され、このとき上記の中間ステップをオプションとして加えられる。

本発明のストリップ状太陽電池の実施例の断面図である。断面は、フロント電極を備える太陽電池の長手軸に対して垂直方向の断面であり、フロント電極は太陽電池の側面に沿った２つの溝と２つの絶縁構造体によって３つの部分に分割されている。絶縁構造体は、フロント電極の上部と、導電性支持体の上部に設けられた絶縁体として構成されている。 シャントと３つの絶縁構造体を備える図１の太陽電池の長手軸に対して垂直方向の、図１とは異なる個所での断面図である。 本発明の太陽電池の一部の実施例の平面図であり、太陽電池の側面に沿った２つの溝と、２つの絶縁構造体と、不動態化されたシャントが示されている。 本発明の太陽電池の一部の実施例の平面図であり、２つの太陽電池が、４つの溝と２つの絶縁構造体を備えるラインＣに沿って切断することにより分離される前の状態を示す。ここでは２つの太陽電池が部分的に図示されている。 本発明の太陽電池の一部の実施例の別の平面図であり、２つの太陽電池が、４つの溝と２つの絶縁構造体を備えるラインＣに沿って切断することにより分離される前の状態を示す。ここでは２つの切断ラインＣの間にある１つの太陽電池が完全に、他の２つの太陽電池が部分的に図示されている。 本発明の光電池連続アセンブリの実施例の断面図であり、図１の２つの太陽電池が屋根瓦状に積層された形で直列に接続されている。 本発明の光電池連続アセンブリの実施例の断面図であり、図２の２つの太陽電池のアセンブリが示されている。 光電池連続アセンブリを形成する太陽電池連続体の平面図である。

本発明による太陽電池の一般的構造は、図１に示すように太陽電池の最下側Ａから始まって、導電性支持体１、バック電極２、光活性ダイオードを形成する吸収層３、そして太陽電池の上部Ｂにフロント電極４をこの順番に有する。オプションとして、バッファ層を吸収層３とフロント電極４の間に配置することができる。光はＢの側から入射する。

図１の好ましい実施形態において本発明は、導電性支持体１、該支持体１の上部に配置され電気的に直接接続されたバック電極２、吸収層３およびフロント電極４を有する薄膜太陽電池１０に関するものである。図１の太陽電池では、フロント電極４が３つの部分７、７’、９に２つの溝５、５’によって分割されている。

溝５、５’は、太陽電池のフロント電極４の少なくとも部分８を、導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁するために設けられており、これによりフロント電極４の第１の部分８が得られる。第１の部分８は、導電性支持体１と前記太陽電池のバック電極２、および導電性支持体１から電気絶縁されていないフロント電極４の２つの第２の部分７、７’と前記太陽電池のバック電極２から電気絶縁されている。加えて太陽電池１０は２つの絶縁構造体６、６’を含み、２つの絶縁構造体はフロント電極４および導電性支持体１の上部の絶縁コーティングの形態であってよい。フロント電極４上部の絶縁構造体６は、前記太陽電池１０の導電性支持体１とバック電極２、および第２の太陽電池１０’（図１には図示されていない）の導電性支持体１’および／またはバック電極２’が電気的に直接接触するのを防止することができる。

第２の太陽電池１０’は、前記太陽電池１０のフロント電極４と、フロント電極４の部分７で接続される。この部分７は、前記太陽電池１０の導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁されていない。導電性支持体上部の絶縁構造体６’は、太陽電池１０の導電性支持体１と、第２の太陽電池１０’（図１には図示されていない）のフロント電極の部分とが不所望に電気接触するのを付加的に防止することができる。第２の太陽電池１０’のフロント電極の部分は、図１の太陽電池の導電性支持体１と接続されても、第２の太陽電池のバック電極および導電性支持体から絶縁されない。本発明はまた、溝５および／または絶縁構造体６または６’だけが設けられている場合にも適用される。これは例えば、未定義の構造体が太陽電池の１つのエッジにだけ存在する場合、または存在が予測される場合である。

本発明の好ましい実施形態では、少なくとも１つの絶縁構造体６が、前記太陽電池１０の導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁されていないフロント電極４の第２の部分７の少なくとも一部を覆う。

本発明の別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの絶縁構造体６が、前記太陽電池１０の導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁されていないフロント電極４の第２の部分７を完全に覆う。フロント電極４は、第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’およびバック電極２’と接触するように構成されている。

本発明の別の有利な実施形態では、太陽電池が少なくとも１つの付加的な絶縁構造体６’を有し、この絶縁構造体は、前記太陽電池１０の導電性支持体１およびバック電極２が、前記太陽電池の部分７に対応する第２の太陽電池のフロント電極４の部分に電気的に直接接触するのを防止するよう構成されている。第２の太陽電池のフロント電極は、該第２の太陽電池の導電性支持体およびバック電極から電気的に絶縁されていない。

追加での好ましい実施形態では、少なくとも１つの付加的な絶縁構造体６’が導電性支持体１の部分を覆う。

別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの絶縁構造体６が、前記太陽電池１０のバック電極１の部分を完全に覆う。このバック電極１の部分は、第２の太陽電池のフロント電極４の部分７に対応するフロント電極の部分と接触するように構成されており、第２の太陽電池の部分７は第２の太陽電池の導電性支持体およびバック電極から電気絶縁されていない。加えて、図１でフロント電極の部分８は、第２の太陽電池１０’のバック電極２’および／または導電性支持体１’と、２つの太陽電池の直列アセンブリを形成するために接触するよう構成されている。

本発明による太陽電池１０の好ましい実施形態では、導電性支持体１が、金属ストリップ、導電性ポリマー、銅、ステンレス鋼、鋼、ニッケル、クロム、チタン、モリブデン、およびそれらの混合物からなる群から選択された材料を有する。とりわけ好ましくは導電性支持体１は銅を有し、とりわけ銅からなる。導電性支持体１は付加的に、製造される太陽電池がフレキシブルになるようフレキシブルである。

好ましい実施形態では、本発明の太陽電池１０が、銅、インジウム、ガリウム、亜鉛、銀、ニッケル、モリブデンおよびそれらの混合物からなる群から選択された材料、とりわけ銅およびインジウムを有するバック電極２を備えている。とくに好ましい実施形態では、太陽電池が、銅を有するか、または銅からなる導電性支持体１を有し、その上にインジウムがメッキプロセスによって施され、銅／インジウムの層が形成されている。したがってバック電極２と直接電気接触する導電性支持体１が得られる。本発明の関連で、導電性支持体１とバック電極２が、好ましい実施形態では１つの層に形成することができると理解される。

好ましい実施形態では、本発明の太陽電池１０が、Ｉｂ／ＩＩＩａ／ＶＩａ元素半導体の材料を備える吸収層３を有している。ここでとりわけ、Ｉｂ元素は銅であり、ＩＩＩａ元素はＧａおよびＩｎからなる群から選択され、とりわけＩｎであり、ＶＩａ元素はＳおよびＳｅからなる群から選択され、とりわけＳである。好ましい実施形態では、吸収層３がＣｕ／Ｉｎ／Ｓを有する。吸収層３は、導電性支持体１とバック電極２の積層体を加熱することにより形成され、加熱された積層体は硫黄蒸気に曝される。とくに好ましい実施形態で、吸収層は、特許文献２に記載された吸収層に相当する。とりわけ吸収層３は、第１の多結晶質、ｎ導電型の三元相、およびｐ導電型の第２の三元相を、入射側の表面上に有する。この好ましい実施形態で、吸収層３は、体積中にポテンシャル障壁を示す。

本発明の太陽電池１０の好ましい実施形態では、フロント電極４が、好ましくはＺｎＯ、ＳｎＯおよびインジウム酸化物（ＩＴＯ）からなる群から選択された透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）を有し、任意でＡｌ、Ｇａおよび／またはＦがドープされる。

好ましい実施形態では本発明による太陽電池１０が、追加で吸収層３とフロント電極４との間にバッファ層（図１には図示されていない）を有する。

このバッファ層は好ましくは、ｎ型半導体またはｐ型半導体を有し、好ましくはＩｂ／Ｖｉｉ元素、Ｉｂ／ＶＩａ元素、ＶＩＩｂ／ＶＩａ元素およびそれらの混合物からなる群から選択され、とりわけＣｕｌ、Ｃｕ_１−ｘＯ、Ｃｕ_２−ｘＳからなるｐ型群から選択され、ここでｘは０から１の間であり、またはｎ型群はＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｚｎ（ＯＨ）、ＭｎＯおよびそれらの混合物からなる。

とりわけ好ましい実施形態で、導電性支持体は銅を有し、バック電極は銅およびインジウムを有し、吸収層は銅、インジウムおよび硫黄を有し、バッファ層はＣｕｌを、フロント電極はＺｎＯを有する。本発明による太陽電池１０は好ましくはストリップ状の形であり、約３〜４００ｍｍ、とりわけ約５ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは約５ｍｍ〜８ｍｍ、とくに好ましくは約１０ｍｍの幅と、約０．１ｍ〜３ｋｍの長さを有する。

図１に示すように、本発明による太陽電池１０は、太陽電池１０のフロント電極４を分割する溝５を有する。溝はフロント電極４を太陽電池のエッジの近傍で部分的に除去することによって設けられ、これによりフロント電極４の部分７と部分８が直接電気接触せず、それによりフロント電極４の部分８と、導電性支持体１とをバック電極２とともに電気絶縁する。図１に示すように、本発明による太陽電池１０は、２つの溝５、５’により２つに分割されたフロント電極４を有する。溝はフロント電極４を太陽電池１０の長さに沿った２つの対向するエッジの近傍で部分的に除去することによって設けられ、これによりフロント電極４の部分７、７’と部分８が直接電気接触せず、それによりフロント電極４の部分８と、導電性支持体１とをバック電極２とともに電気絶縁する。とりわけ好ましい実施形態では、図４の太陽電池の平面図に示されるように少なくとも４つの溝５、５’、５''、５'''が、フロント電極４を、太陽電池１０の４つすべてのエッジの近傍で、太陽電池の側面に沿って部分的に除去することによって設けられている。本発明の太陽電池１０がバッファ層を有する場合、フロント電極の分割の際に、フロント電極に加えてバッファ層も少なくとも部分的に、好ましくは完全に除去されるのが好ましい。

好ましくは本発明の太陽電池１０では、フロント電極４と、任意でバッファ層が、エッジから約０．１ｍｍ〜約３ｍｍの間隔で、約２０μｍ〜約０．１ｍｍの幅で、太陽電池の側面に沿って除去される。好ましくは、フロント電極４と、任意でバッファ層の除去は、レーザーおよび／または化学エッチングにより、とりわけレーザーにより実行することができる。

好ましい実施形態では、図１に示すように、本発明の太陽電池１０が少なくとも１つの絶縁構造体６を有し、この絶縁構造体６は電気絶縁体をフロント電極の部分７上に施与することによって設けられる。フロント電極の部分７は、導電性支持体１とバック電極２から絶縁されていない。付加的に図１ａによれば、第２の絶縁構造体６’が設けられており、導電性支持体１の少なくとも一部を覆う。２つの構造体６、６’を設けることにより、２つのこのような太陽電池１０が屋根瓦状に組み立てられたときに付加的な安全性が得られる。導電性支持体１およびバック電極２から絶縁されていないフロント電極の部分７を介して、太陽電池が不所望に電気接触することがない。しかし本発明の太陽電池はまた、絶縁構造体６、６’の１つだけを有することもできる。さらに絶縁構造体６は、フロント電極４の上部、導電性支持体１の上部、または絶縁構造体６、６’と同じ両方の個所に配置することができる。

絶縁構造体６、６’は、バック電極２および／または導電性支持体１と電気接触しているフロント電極７、７’の部分が、第１の太陽電池と接続されることになる第２の太陽電池により接触されるのを防止する。したがって、電気絶縁体６がフロント電極４の上部に、フロント電極４の部分７を覆うエリアを介して設けられていると好ましい。このフロント電極４の部分７は、第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’および／またはバック電極２’と接触することになる。本発明の意味で「フロント電極の上部」とは、図１に示すように、太陽電池１０の最上側Ｂの上を意味する。図１に示されているように、部分７、７’を電気絶縁体により覆う必要はない。第１の太陽電池のフロント電極４のこれらの部分７だけが好ましくは電気絶縁体６により覆われている。これらの部分７は、第１の太陽電池が第２の太陽電池と電気接触されるときにバック電極および／または導電性支持体と接触するので短絡を形成することになる。

絶縁構造体６、６’は好ましくは、太陽電池の側面に沿って約０．１ｍｍ〜９ｍｍの幅、適切であればフロント電極４の部分７を覆う幅の太陽電池のエッジに沿って施与される。構造体６、６’はまた、太陽電池１０の側面の少なくとも部分を超えて延在することができる。

絶縁構造体は好ましくは、電気絶縁無機コーティングおよび電気絶縁有機コーティングの群から選択され、好ましくはＳｉＯ_２を含む無機コーティングである。別の好ましい実施形態では、本発明の太陽電池１０に少なくとも２つの絶縁構造体６、６’が設けられている。ここで２つの絶縁構造体６、６’は、第１の電気絶縁体６をフロント電極４の上部に、少なくとも部分的にまたは完全に部分７の上に施与することにより、また第２の電気絶縁体６’を少なくとも部分的に導電性支持体１の上部に、導電性支持体１の少なくとも一部とフロント電極の部分Ｓが導通するように施与することによって設けられている。本発明の意味で「フロント電極の上部」とは、図１に示すように、太陽電池１０の最下側Ａの上を意味する。付加的に電気絶縁体６、６’は、エッジを超えて太陽電池の側面へ延在している。図１にはこの実施例が示されている。この実施形態が好ましいのは、例えば電気絶縁体６、６’形である２つの絶縁構造体が、太陽電池がモジュールに組み立てられると両方の絶縁体が直接接触し、互いに隣接するようになり、これにより２つの太陽電池間での不所望の電気接触を防止する二重安全機構が得られるからである。

好ましくは、絶縁構造体を設けるために使用される電気絶縁体は、電気絶縁無機コーティングおよび電気絶縁有機コーティングの群から選択され、好ましくはＳｉＯ_２を含む無機コーティングである。

別の実施形態では太陽電池１０は、フロント電極４の少なくとも一部７で少なくとも部分的に除去することにより設けられる。この実施形態は図１に図示されていない。２つの太陽電池間で不所望の電気接触が生じないよう保護するために、導電性支持体および／またはバック電極と接触しているフロント電極の部分を除去することもできる。これにより、第１の太陽電池のフロント電極と接触することになる第２の太陽電池の導電性支持体および／またはバック電極が、第１の太陽電池のバック電極と短絡を生じさせ得るいずれの構造とも接触しなくなる。

好ましくはフロント電極４は、太陽電池のエッジで、約２０μｍ〜約３ｍｍの幅にわたり除去される。フロント電極４の除去はレーザーにより行うことができる。好ましい実施形態では、導電性支持体および／またはバック電極と第１の太陽電池のエッジまたは側面を介して間接的に接触し、第２の太陽電池の導電性支持体および／またはバック電極と接触することになるフロント電極４の部分７をまず除去し、それから少なくとも１つの絶縁構造体６、６’を上記のようにこれらの個所に施与することができる。好ましくは、フロント電極４のこれらの部分７の除去は、化学的エッチングおよび／または太陽電池１０のエッジまたは側面の切断により、傾斜エリアまたは傾斜面がフロント電極により、また可能であればバッファ層３および／または吸収層２により得られるように行うことができる。

図２と図３の太陽電池の実施形態に示されるように、製造公差のため、太陽電池１０は、シャントとも称される個所を太陽電池Ｂの上部に含むことがあり、このシャントはバック電極２および／または導電性支持体１まで延在しており、そこでフロント電極４がバック電極２および／または導電性支持体１と直接電気接触する。この接触により、これら個所が短絡を引き起こすので太陽電池１０の効率が損なわれる。そのような個所は「シャント」とも称される。したがって好ましい実施形態では、少なくとも１つのシャント１２が太陽電池で不動態化されている。シャント１２の不動態化は好ましくは、シャント１２の周囲のフロント電極４のエリアを残りのフロント電極４から電気絶縁することにより行われる。このような絶縁は、シャント１２の個所の周囲にあるフロント電極を、図３に示すように長方形であるラインまたは溝５０に沿って、少なくとも部分的に除去することにより行うことができる。絶縁はまた、構造５、５’を接続するシャント１２に周囲の２つのラインに沿って部分的に除去することによっても行うことができる。これによりシャント周囲のエリア１３は、フロント電極４の残りの部分８から再び絶縁される。シャントが残りのフロント電極４、とりわけその部分８から電気絶縁されることが保証されるのであれば、絶縁はいずれの形態であってもよい。

図２と図３の好ましい実施形態に示した太陽電池１０は、少なくとも１つの付加的な絶縁構造体１４を有する。この絶縁構造体１４は、前記太陽電池１０の導電性支持体１とバック電極２が、第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’および／またはバック電極２’と直接電気接触するのを防止する。第２の太陽電池１０’のバック電極２’は、前記太陽電池１０のフロント電極４と、シャント１２の個所の周囲にあるフロント電極の上部Ｂのエリア１３の部分で接触されることになる。このエリア１３は、前記太陽電池１０の導電性支持体１およびバック電極２から電気的に絶縁されておらず、第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’および／またはバック電極２’と接触されることになる。

絶縁構造体１４は好ましくは、上記の絶縁構造体６、６’に関連して説明したのと同じ材料からなる。

好ましい実施形態では、シャント１２のように漏れ電流を太陽電池１０と導通させるような欠陥の個所を位置決めする方法において、光電池素子の最小サイズを有するエリアを照明し、欠陥の位置を決定する。この欠陥位置の決定は、光電池素子と、光電池素子の電極の１つにある照明エリア内の対応する測定位置との間での光誘導された電位値に基づいて行われ、欠陥の位置が決定されたエリアで少なくとも１つの電極をエッチングにより除去する。好ましくは、エッチングはレーザーエッチングにより実施される。しかし化学エッチング、パッドプリンティングまたはジェットプリンティングによっても実施できる。少なくとも１つの電極は、所定の幅のライン５に沿ってレーザーにより、前記決定された位置のエリアで除去することができ、これにより欠陥が電気絶縁される。

付加的に位置が決定され、位置が互いに隣接する２つ以上の欠陥を、欠陥のクラスターとして同定することができる。そして特定の幅のラインが好ましくは欠陥のクラスターの周囲に、レーザーエッチングにより描画される。

光電池素子におけるシャントの不動態化方法は、ＴＣＯ層のようなフロント電極を含むことができる。任意で、バッファ層をフロント電極に沿って除去することができる。この方法は、光電池素子においてシャントの位置を決定し、光電池素子を決定された位置に位置決めし、フロント電極をシャントの決定された位置のエリアで除去し、これによりフロント電極の除去後にシャントがフロント電極と電気接触しないことを保証する。好ましくはフロント電極は、シャントの周囲で部分的にだけ除去される。さらにエッチングは好ましくはレーザーエッチングにより実施され、決定されたシャント位置の周囲のフロント電極はあらかじめ定められた幅のラインに沿ってレーザーにより除去される。これによりシャントが電気絶縁される。代案としてエッチングは化学的エッチングにより実施することもできる。

図４は、本発明のストリップ状擬似エンドレス太陽電池の別の実施形態を示す。この太陽電池は、２つの太陽電池１０、１０’の部分を平面図で有し、これらは切断エッジＣに沿って切断される。図４ａはまた、本発明のストリップ状擬似エンドレス太陽電池の別の実施形態を示す。この太陽電池は、３つの太陽電池１０、１０’、１０''の部分を平面図で有し、これらは切断エッジＣに沿って切断される。太陽電池には溝５、５’、５''と５'''が設けられている。太陽電池１０、１０’が切断エッジＣに沿って切断されると、硬度が小さいためフロント電極がエッジおよび切断エッジＣにある太陽電池１０、１０’の側面上で「スミアリング」になることがあり、そのため上に説明したように太陽電池の短絡を引き起こす。したがって図４の実施形態では、切断エッジＣに沿ったサイドにも溝５''と５'''が設けられている。

太陽電池の一部だけが図示されているが、図示されていない太陽電池１０、１０’または１０''の部分も、溝５''、５'''に対応する切断エッジを有する。

太陽電池１０と１０’に対する参照符合は、図１から３および６で説明したのと同様である。

本発明の太陽電池は好ましくはリールツーリールまたはロールツーロール技術により作製されるので、擬似エンドレス太陽電池を個別の太陽電池に分離または切断しなければならない。本発明の太陽電池は好ましくは太陽電池の側面に沿った溝５、５’、５''および５'''を有している。エッジまたは側面上の短絡の問題は、切断または製造工程により生じるものであるから、その各サイドで発生する。４つの溝５、５’、５''、５'''は好ましくは、フロント電極４を太陽電池の側面に沿って、上に述べたようにラインの形で部分的に除去することにより設けられている。溝５''と５'''は付加的に、下に図７に関連して説明するように切断マークとして用いることができる。

図４または４ａの実施形態は、図３と同じように絶縁構造体１４’を示す。この絶縁構造体１４’は、前記太陽電池１０の導電性支持体１とバック電極２が、前記太陽電池１０のフロント電極と接触することになる第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’およびバック電極２’と直接電気的に接触するのを防止する。図４と４ａでは、溝５、５’、５''により画定されたフロント電極の上部Ｂにあるエリア１６と、２つの太陽電池部分の切断後の太陽電池のエッジまたは側面との接触が防止される。同じことが、エリア１６’が切断エッジＣ、溝５、５’、５'''により画定されるエリア１６’、および２つの太陽電池部分の切断後の太陽電池１０のエッジまたは側面に沿った切断により形成されたエリア１６’にも当てはまる。

図４の実施形態は付加的に、２つの太陽電池間の、組み込まれたときの短絡を防止する絶縁構造体６を示す。図４の実施形態では、太陽電池が屋根瓦状に組み込まれたときの短絡が防止される。この形では、下により詳細に説明するように、バック電極および／または電極の導電層が第２の太陽電池のフロント電極に接続される。構造体６の機能についてはすでに図１に関連して詳細に説明した。図４の構造体１４’は、第２の太陽電池がフロント電極のエリア１６と付加的に電気接触しないようにするために用いられる。フロント電極のエリア１６は、ラインＣに沿って切断するとサイド上のフロント電極の「スミアリング」のため、バック電極および／または導電性支持体と間接的に電気接触するようになる。第２の太陽電池がエリア１６と電気接触されることになると、このことは２つの太陽電池間に短絡を引き起こす。

本発明のとくに好ましい実施形態では、太陽電池が導電性支持体１、バック電極２、吸収層３、場合によりバッファ層、そして太陽電池の上部にフロント電極をこの順番に有する。これらの層は上に説明したのと同じである。付加的にこの実施形態で太陽電池は、４つの溝５、５’、５''、５'''を、図４と４ａに示したように太陽電池の４つすべての側面またはエッジに沿ってその近傍に有する。

これらの溝はとりわけフロント電極の除去によって設けられる。太陽電池はさらに４つの絶縁構造体を有し、太陽電池の片側に沿ったフロント電極の上部にある第１の部分６は第２の太陽電池と接触されることになり、第２の部分６’は太陽電池の最下側にあり、すなわち前記太陽電池のバック電極から電気絶縁されていない第２の太陽電池のエリア７と接触することになる導電性支持体のエリアの上部にあり、第３と第４の部分１４、１４’は、導電性支持体および／またはバック電極とシャントまたは切断エッジにより接触することになるフロント電極のエリア上にあり、第３と第４の部分は第２の太陽電池と接触されることになる。

図５は、光電池モジュール１５に組み立てられた本発明の太陽電池１０、１０’の断面図である。第２の太陽電池１０’において、第１の太陽電池１０で対応する手段には、対応する番号に１つまたは複数のアポストロフィ’が付してある。図５に示された好ましい実施形態で、本発明の光電池モジュール１５は、電気的に直列に接続された少なくとも２つの太陽電池１０、１０’を有する。フロント電極４は、第１の太陽電池１０のバック電極２および導電性支持体１から電気絶縁された部分８を介して、第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’およびバック電極２’と接続されている。加えて、望ましくない電気接触が溝５、５’により防止されている。溝は、フロント電極４を太陽電池１０のエッジに沿ってラインまたは溝の形に除去することによって、または２つの絶縁構造体６、６'''によって実現されている。フロント電極４の部分８は、太陽電池１０のエッジおよび側面にあるフロント電極４の部分７、７’と接触していない。

好ましい実施形態では、第１の太陽電池１０のフロント電極４がフロント電極の部分８を介して第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’および第２の太陽電池１０’のバック電極２’と確実にしっかりと電気接触するのを保証するために、導電性接着剤９がフロント電極４の部分８と第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’との間に設けられている。導電性接着剤９は好ましくは、太陽電池のエッジに沿い、構造体５と６に隣接して施与される。これによりフロント電極４の大部分、とりわけ部分８が第２の太陽電池１０’により覆われなくなり、入射光が側面Ｂから吸収層３に達することができるようになり、そこで電気エネルギーが形成される。導電性接着剤９は好ましくは、電気的に等方性のまたは異方性の導電樹脂であり、とりわけ金属含有エポキシ樹脂である。金属は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉおよびＣからなる群から選択される。

本発明による光電池モジュール１５は、使用するための複数の太陽電池１０、１０’を有する。光電池モジュール１５は少なくとも１０、好ましくは少なくとも４０、とりわけ少なくとも５０の太陽電池１０、１０’を、１５０まで、好ましくは１００まで、とりわけ少なくとも８０の太陽電池１０、１０’を有する。光電池モジュール１５で太陽電池は好ましくは、電気的に直列に接続され、屋根瓦状に組み立てられる。好ましくは太陽電池１０、１０’は、屋根瓦状に組み立てられると、それらの側面に沿って約０．０５ｃｍから約１ｃｍ重なり合う。

図６に示すように光電池モジュールの好ましい実施形態では、太陽電池１０が付加的にさらなる絶縁構造体１４を有する。この絶縁構造体１４はシャント１２周囲のエリア１３が、図３に関連して説明したように接触されることになる第２の太陽電池１０’によって接触されるのを防止する。構造体１４は好ましくは、シャント１２周囲のエリア１３上に設けられており、このエリア１３は組み立てられると第２の太陽電池１０’と接触することになる。

第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’および／またはバック電極２’がエリア１３と接触すると、シャント１２を介して第１の太陽電池１０の導電性支持体１および／またはバック電極２との直接的電気接触が形成されることになる。したがって絶縁構造体１４は、エリア１３が第２の太陽電池と電気接触するのを防止し、ひいては太陽電池がモジュールに組み立てられたときに太陽電池間で短絡が発生するのを防止する。

モジュールに組み立てられたときに２つの太陽電池間で短絡が発生するのを防止するために導電性接着剤９を図６に示すように設けることは必ずしも必要ではない。しかし導電性接着剤９は好ましくは太陽電池の全長にわたって１つのステップで施与されるから、導電性接着剤９もその個所に存在することになる。導電性接着剤９の存在は、２つの太陽電池間の短絡を防止する絶縁構造体１４の機能を損なわない。

図７は、連続アセンブリ１７、１７’を示し、それぞれは本発明の実施形態により６つの太陽電池からなる。両方の連続アセンブリ１７、１７’に関して、第１の太陽電池と最後の太陽電池は、他の４つの太陽電池よりも長い。第１の太陽電池は連続アセンブリ１７の一方の側に延在し、最後の太陽電池は連続アセンブリ１７の他方の側に延在する。連続アセンブリ１７の第１の太陽電池は、導電性支持体および／またはバック電極上にあるバスバーによって、他の連続アセンブリの第１の太陽電池の導電性支持体および／またはバック電極と相互に接続されるように一方の側に延在する。連続アセンブリ１７の最後の太陽電池は、導電性支持体および／またはバック電極上にある別のバスバーによって、他の連続アセンブリの最後の太陽電池の導電性支持体および／またはバック電極と相互に接続されるように他方の側に延在する。各連続アセンブリにおいて６つの太陽電池のうちの５つが、本発明の実施形態ではアクティブになる。

その代わりに連続アセンブリは６つの太陽電池からなるのではなく、所望の数の太陽電池からなってもよい。さらに最後の電極がフロント電極上で相互に接続され、第１の電極がバック電極上で相互に接続される。付加的に、２つの連続アセンブリが相互に接続されるのではなく、所望の数の連続アセンブリが接続されてもよい。

さらに図７は、特別の切断マーク５''と５'''を示す。これらのマークは、太陽電池をロールツーロール技術により得られる、長いストリップ形状で別個の太陽電池に切断することから生じる。連続アセンブリを製造するのに必要な所望の位置で太陽電池を切断するために、切断マークが太陽電池の電極の１つに形成される。好ましくは切断マークは、太陽電池のフロント電極上に形成される。とりわけ好ましい実施形態では、切断マーク５''と５'''が同時に、上に説明したようにフロント電極を複数の部分に分割するための溝としても用いられる。

したがって本発明の実施形態による切断マークは、これらが太陽電池の切断のための位置を示し、マークするだけでなく、太陽電池の切断側がフロント電極の残りの部分８から電気的に絶縁されるようにフロント電極に設けられる。

好ましくは、長いストリップ形状の太陽電池をどの個所で切断すべきかを示す切断マークは、検出されたシャントを不動態化するための構造として小さな形状を有する。好ましくは、検出されたシャントを不動態化するためのマーク／構造と、太陽電池を切断するためのマーク／構造は幅が異なる。これは、例えば長方形が、検出されたシャントを不動態化するためと、どの個所で太陽電池を切断すべきかを指示するために使用されることを意味する。しかしこの長方形の幅は、使用されるその機能に応じて異なる。例えば検出されたシャントを不動態化するための長方形は第１の幅を有し、切断マークを指示するための長方形は第２の幅を有し、この第２の幅はシャントを不動態化するための幅とは異なる。

さらに連続アセンブリの第１の太陽電池と最後の太陽電池は好ましくは、連続アセンブリの他の太陽電池よりも長いから、連続アセンブリの第１の太陽電池と最後の太陽電池に対する切断マーク５ａの幅は、連続アセンブリの第２および他の太陽電池に対する切断マークの幅とは異なる。

このようにして不動態化されたシャントのエリアや、連続アセンブリの第１、第２、または最後の太陽電池の切断マークがどこにあるかを自動的に検知することができる。

それぞれのマークの検知は、前記のシャント検出方法によって実行することができる。

好ましい実施形態で本発明の太陽電池は、次の工程を有するプロセスによって製造される。
ａ）導電性支持体１、バック電極２、吸収層３、この吸収層の上部にあるオプションとしてのバッファ層、およびフロント電極４を有する太陽電池１０を設ける工程、
ｂ）太陽電池のフロント電極４の少なくとも一部８を、前記導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁するために、前記フロント電極４を少なくとも２つの部分７、８に分割し、
前記太陽電池の導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁されていないフロント電極４の少なくとも１つの第２の部分７を設ける工程、または好ましくは
前記フロント電極４の少なくとも２つの部分３、１６を電気絶縁するために、前記フロント電極４をオプションとして少なくとも４つの部分７、７’、８、１６に分割し、
前記太陽電池の導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁されていないフロント電極４の少なくとも２つの部分７、７’を設ける工程、
ｃ）前記太陽電池の導電性支持体１とバック電極２が、当該太陽電池１０のフロント電極４と接触されることになる第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’およびバック電極２’と、直接電気的に接触するのを防止するための少なくとも１つの電気絶縁構造体６を設ける工程。

好ましくは本発明の太陽電池の製造方法は付加的に、
少なくとも２つの溝５、５’、とりわけ少なくとも４つの溝５、５’、５''、５'''を、太陽電池のフロント電極４の部分を導電性支持体１およびバック電極２から電気絶縁するために、太陽電池の２つの対向するエッジに沿ってフロント電極４を少なくとも部分的に除去することによって設ける工程と、
少なくとも２つの絶縁構造体、とりわけ少なくとも４つの絶縁構造体６、６’、１４’を、前記太陽電池の導電性支持体１が、前記太陽電池のフロント電極４と接触されることになる第２の太陽電池の導電性支持体１’と直接電気接触するのを防止するために設ける工程を有する。

付加的に本発明は、本発明の方法により得られる太陽電池に関する。

最後に本発明は、本発明の太陽電池を少なくとも２つ有するモジュールアセンブリの製造方法の好ましい実施形態に関連するものであり、この方法は、
ｉ）次の工程を有するプロセスを実行することにより第１の太陽電池１０を設ける、すなわち
ｉ１）導電性支持体１、とりわけ幅１ｃｍ、厚さ１００μｍ、長さ２０００ｍの銅リールを設け；
ｉ２）オプションとして導電性支持体１を、とりわけ化学的洗浄および／または化学的エッチングとそれに続く濯ぎ処理によりクリーニングし；
ｉ３）バック電極２、とりわけ片側でインジウムを化学メッキすることで金属の相互拡散によるＣｕ−Ｉｎバック電極を導電性支持体１の上に施与し；Ｉｎ層の厚さは好ましくは、±５％のＩｎ層厚の等質性で０．７μｍであり、
ｉ４）吸収層３をバック電極２の上に施与し、オプションとして表面上の吸収層の一部ではない物質を除去し、オプションとして吸収層３をアニールし；
とりわけ固体Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓ層を、Ｃｕ−Ｉｎ層を反応ガスである硫黄雰囲気中で、６００℃、１０秒の下で部分的に転換することにより形成し、続いてテープを化学的エッチングし、
ｉ５）オプションとしてバッファ層を吸収層３の上に施与し、オプションとしてバッファ層の表面をクリーニングし、とりわけバンドギャップｐ型Ｃｕｌバッファ層を、アセトニトリルＣｕｌ溶液から、約５０ｎｍの厚さで噴霧し、続いて濯ぎおよび乾燥処理し、
ｉ６）フロント電極４を吸収層の上に、または存在していればバッファ層の上に、とりわけＤＣスパッタリングプロセスを使用してＴＣＯスタックをデポジットすることにより施与し；
最初に厚さ約５０ｎｍの固有層を好ましくはデポジットし、続いて厚さ約１μｍの高導電層を、ＺｎＯターゲットがポープされた２％Ａｌからデポジットし、ここで導電率はスパッタリング条件の変化により適合され、
ｉ７）オプションとして導電性支持体１を、とりわけ化学的エッチングとそれに続く濯ぎおよび乾燥処理によりクリーニングし；
ｊ）フロント電極４を少なくとも２つの部分７、８に、該フロント電極４の部分をその少なくとも１つのエッジに沿って、好ましくはレーザーによりＴＣＯ層を部分的に除去することによって分割し、とりわけオプションとしてフロント電極４を少なくとも５つの部分７、７’、８、１６、１６’に、溝５、５’、５''、５'''によって、好ましくはフロント電極を、好ましくはフロント電極と存在すればバッファ層をレーザーにより部分的に除去することによって分割し、
ｋ）オプションとして少なくとも１つのシャント１２を、シャント１２の領域にあるフロント電極の部分を除去することにより、とりわけ少なくとも５０μｍの幅のラインを決定されたシャントの周囲にレーザーエッチングで描くことにより不動態化し、
ここではラインに沿ってフロント電極４、とりわけＴＣＯ層とオプションとして存在すればバッファ層を除去し、
これにより当該工程の後、フロント電極４がシャントと電気的に接触しても、電極として使用される残りのフロント電極４への電気接触が行われないことが保証され、これによりシャントの周囲に配置されており、フロント電極４の残りから絶縁されたフロント電極の部分が１３が形成され、
ｌ）オプションとしてフロント電極４の少なくとも一部７を、フロント電極の当該部分７とバック電極および／または導電性支持体との間での電気接触を排除するために、除去し、
ｍ）オプションとして粒子およびバッファ層の表面部分を太陽電池の表面から、超音波クリーニングにより除去し、とりわけバッファ層を溝５、５’、５''、５'''から除去して、吸収層が見えるようにし、
ｎ）少なくとも１つの絶縁構造体６を、少なくとも１つの電気絶縁体をフロント電極４の少なくとも部分７の上部に施与することにより施与し、とりわけ無機ゾル−ゲル液体をフロント電極の上部に塗布し、続いて乾燥させ、数秒間の硬化プロセスで固体絶縁層を形成し、
ｏ）オプションとして、少なくとも１つの付加的構造体６’を、少なくとも１つの電気絶縁体をバック電極２および／または導電性支持体１の上部に施与することにより施与し、とりわけ無機ゾル−ゲル液体を導電性支持体の上部に塗布し、続いて乾燥させ、硬化プロセスで固体絶縁層を形成し、
ｐ）オプションとして少なくとも１つの付加的な構造体１４を、少なくとも１つの電気絶縁体をフロント電極４の部分１３の少なくとも上部に設けることによって施与し、とりわけ無機ゾル−ゲル液体をフロント電極の前記部分１３の少なくとも上部に部分的に塗布し、続いて乾燥させ、硬化プロセスで固定絶縁層を形成し、
ｑ）オプションとして少なくとも１つの付加的な構造体１４’を、少なくとも１つの電気絶縁体をフロント電極４の部分１６の少なくとも上部に施与することによって施与し、とりわけ無機ゾル−ゲル液体をフロント電極の前記部分１６の少なくとも上部に部分的に塗布し、続いて乾燥させ、硬化プロセスで固定絶縁層を形成し、
ｒ）光学的に高透過性で非導電性の少なくとも１つのシートを設け、第１の太陽電池１０をそのフロント電極とともに前記シートの上に取り付け、
ｓ）導電性接着剤９を、第２の太陽電池１０’のフロント電極の部分８’と電気接触されることになるバック電極２および／または導電性支持体１の一部に施与し、ただし前記部分８’は、組み立てられたときに第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’およびバック電極２’から、好ましくは塗布プロセスの使用によって電気絶縁され、
ｔ）第２の太陽電池１０’を設け、第１の太陽電池１０のバック電極および／または導電性支持体１を、導電性接着剤９により第２の太陽電池１０’のフロント電極４’の部分と電気接続し、
とりわけ、第２の太陽電池１０’のフロント電極が光高透過性の非導電シートで部分的に、およびそのフロント電極が第１の太陽電池１０のバック電極で部分的に、屋根瓦状になるよう施与し、光電池連続アセンブリを形成し、
ｕ）オプションとして前記ステップｉ）からｕ）を、所望数ｎの太陽電池が直列に接続されるまで繰り返し、ここでｎは２から２５０、好ましくは６から５０の間の整数であり、
ｖ）オプションとして、電気接続された太陽電池を、とりわけ真空ラミネーションプロセスで１０から３０分間、１１０℃から１７０℃で硬化させ、
ｗ）直列に接続された最後の太陽電池の導電性支持体１に電気接点を設け、直列に接続された第１の太陽電池の導電性支持体に電気接点を設け、これによりｎ−１の太陽電池がアクティブとなり、
ｘ）オプションとして効率テストを実行し、テストに合格した接続連続体を選択する。

一般的に、好ましくは本発明の方法は、リールツーリールプロセスで疑似エンドレスなストリップ状のＣＩＳ型薄膜太陽電池を製造するために実施される。その大きさは上に記載したとおりである。

好ましい実施形態で、ステップｉ２からｉ３は好ましくは、テープクリーニングおよびそれに続くＩｎデポジットにより実施される。第１のロールツーロールプロセスで、１ｃｍ幅のＣｕテープが化学的にクリーニングされ、濯がれる。次にインジウムが電気化学的に、テープの表側にだけデポジットされる。ＣＩＳが成長を始めるＩｎ表面であることが考慮される。Ｉｎ層の厚さは、０．７μｍの範囲である。±５％のＩｎ層の均一性は、局所的に不変のスタート条件と前駆体の性質、とりわけ均質なＣｕ濃度により得られる。

ステップｉ４は好ましくは、吸収層が硫化により設けられるように実施される。固体Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓ層は、テープが硫化反応炉内で反応ガス状の硫黄に曝されたときに、Ｉｎ−Ｃｕ前駆体がＣＩＳＣｕＴ吸収層に部分的に変換されることにより形成される。このプロセスの後、Ｃｕ裏側支持体、Ｃｕ−Ｉｎバック電極、およびＣＩＳＣｕＴ吸収層が形成される。テープサブストレートでのリールツーリールプロセスの動的特性は、反応炉全体の各場所における温度安定性と化学的条件に関連しており、テープ速度、ヒーター温度、圧力、および窒素流などの主要基本技術パラメータはコンピュータにより制御される（Ｗｉｎｋｌｅｒら、２００１年）。

吸収層でない部分の材料の除去は、好ましくはＫＣＮエッチングにより実施することができる。一般的に吸収層表面は、ＫＣＮ溶液により処理され、Ｃｕ_２−Ｓ_ｘが表面から除去される。吸収層を電気的に接触させると、このデバイスは自然にダイオード特性を示す。このようなデバイスのＩ−Ｖ特性は、吸収層のエッチング表面と直接接触するフロント電極としてのグラファイトパッドを使用して測定することができる。裏側電極はＣｕテープである。

アニールは好ましくは次のように実施することができる。テープは、常温で約３０分間、リール上でアニールされる。

ステップｉ５は、すなわちバッファ層デポジットが実行されるなら、好ましくは次のように実行される。厚さ約５０ｎｍのワイドバンドギャップｐ型Ｃｕｌバッファ層が、アセトニトリルに溶解されたＣｕｌ（８０ｍｌに０．４ｇ）を吸収表面に、約８０℃の温度でスプレーすることにより得られる。

ステップｉ６は好ましくはＴＣＯデポジットにより次のように実行することができる。ＴＣＯ積層体がＤＣスパッタリングにより、透明なフロント接点としてデポジットされる。最初に厚さ１００ｎｍの固有層をデポジットし、続いて厚さ１μｍの高導電層をデポジットする。導電率は、スパッタリングプロセス中の酸素圧の変化によって調整することができる。ターゲットが２％ＡｌがドープされたＺｎＯであり、テープ温度が１６５℃のとき、約９０％の透過率が達成される。

ステップｊは、好ましくは少なくとも１つの溝５を、フロント電極４の部分をそのエッジに沿って、上に述べたようにレーザーエッチングを使用して除去することによって施与することで実施される。

ステップｉは、少なくとも１つのシャント１２を、シャント１２周囲のフロント電極の部分を上記のように除去することで不動態化することにより実施される。

ステップｍは、実施される場合、好ましくはフロント電極４の少なくとも一部７を、傾斜領域が得られ、これがフロント電極、バッファ層、および吸収層を通って延在するように除去することで実施される。太陽電池に沿った傾斜領域へのエッジの切取りは、好ましくは構造体５がすでに施与されており、モジュールの組み立てが行われるときに次の太陽電池と接続することになる太陽電池の側面に沿って行われる。エッジの切取りは好ましくは、機械的ラバーにより実施される。

ステップｎは好ましくは次のように実施することができる。粒子と、オプションとして溝に見える吸収層がレーザーにより除去される。

ステップｏとｐは好ましくは次のように実施することができる。テープのエッジを、ナノマー溶液の絶縁ガラス層により、好ましくは上に述べたように絶縁体と関連して覆い、モジュールを最終的に組み立てるときに屋根瓦のように接続することができるようにする。

ステップｑとｒは、実施される場合、好ましくは少なくとも１つの付加的絶縁構造体１４および／または１４’がフロント電極４の部分１３および／または部分１６の上部に、ナノマー溶液の絶縁ガラス層によって施与されることで実施される。好ましくは上記のように絶縁体と関連して、アセンブリを最終的に組み立てるときに屋根瓦のように接続するができるようにする。

ステップｓからｗは好ましくは次のように実施することができる。自動化された組み立てラインでは、所定数のストリップ状擬似エンドレスフレキシブルテープが前側フォイルに埋め込まれ、屋根瓦状に重なることにより直列に電気接続される。重なり領域は１ｍｍの範囲とする。接続材料として、金属充填接着剤を使用することができる。透明な正面側接点での集電格子は不要である。太陽電池ストリップを屋根瓦状に連続体として接続する場合、所定の電圧（ストリップの数）、所定の電流（ストリップの長さ）、および連続体をバスバーを使用して並列に接続することで所定の電力を、前に述べたように得ることができる（Ｇｕｅｌｄｅｒら、２０００年）。機能フォイル、フレキシブルモジュールにカプセル化された前側および後側が得られ、これらは出力、形状、および大きさに適合することができる。

ステップｘは、実施される場合好ましくは、効率テストを実施し、テストに合格した接続連続体を選択することで実施される。

Claims (9)

1. 導電性支持体（１）、該支持体（１）の直接的な上部にあるバック電極（２）、吸収層（３）およびフロント電極（４）を有する薄膜太陽電池（１０）であって、
   前記フロント電極（４）は少なくとも２つの部分（７、８）に分割されており、
   太陽電池のフロント電極の少なくとも１つの第１の部分（８）が、導電性支持体（１）、バック電極（２）、およびフロント電極（４）の少なくとも１つの第２の部分（７）から絶縁されており、該第２の部分（７）は前記太陽電池の導電性支持体（１）およびバック電極（２）から絶縁されていない太陽電池。
2. 付加的に少なくとも１つの絶縁構造体（６）を有し、該絶縁構造体（６）は、前記太陽電池（１０）の導電性支持体（１）とバック電極（２）が、第２の太陽電池（１０’）の導電性支持体（１’）および／またはバック電極（２’）と電気的に直接接触するのを防止するように構成されており、
   前記第２の太陽電池１０’は、前記太陽電池（１０）のフロント電極（４）と、当該フロント電極（４）の少なくとも１つの部分（７）で接続されることになり、
   該部分（７）は、前記太陽電池の導電性支持体（１）およびバック電極（２）から電気絶縁されていない請求項１記載の太陽電池（１０）。
3. 太陽電池はストリップ形状である請求項１または２記載の太陽電池（１０）。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の太陽電池（１０、１０’）を少なくとも２つ有し、電気的に直列に接続された光電池連続アセンブリ（１５）であって、
   第１の太陽電池（１０）の導電性支持体（１）およびバック電極（２）から電気絶縁されたフロント電極（４）の少なくとも一部（８）が、第２の太陽電池（１０’）の導電性支持体（１’）および／またはバック電極（２’）と接続されている光電池連続アセンブリ。
5. 第１の太陽電池（１０）のフロント電極（４）の少なくとも部分（８）で、第２の太陽電池（１０’）の導電性支持体（１’）および／またはバック電極（２’）が導電性接着剤（９）により接続されている請求項４記載の光電池連続アセンブリ。
6. 少なくとも４０の、請求項１から３までのいずれか１項に記載の太陽電池が直列に接続されている請求項４または５記載の光電池連続アセンブリ。
7. 請求項１から３までのいずれか１項による太陽電池（１０）の製造方法であって、
   ａ）導電性支持体（１）、バック電極（２）、吸収層（３）、およびフロント電極（４）を有する太陽電池（１０）を設ける工程、
   ｂ）太陽電池のフロント電極（４）の少なくとも一部（８）を、前記導電性支持体（１）およびバック電極（２）から電気絶縁するために、前記フロント電極（４）を少なくとも２つの部分（７、８）に分割し、
   前記太陽電池の導電性支持体（１）およびバック電極（２）から電気絶縁されていないフロント電極（４）の少なくとも１つの第２の部分（７）を設ける工程、そして
   ｃ）前記太陽電池の導電性支持体１とバック電極２が、当該太陽電池１０のフロント電極４と接触される第２の太陽電池１０’の導電性支持体１’およびバック電極２’と、直接電気的に接触するのを防止する少なくとも１つの電気絶縁構造体６をオプションとして設ける工程；
   を有する製造方法。
8. 請求項７の方法により得られる太陽電池（１０）。
9. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の太陽電池を少なくとも２つ有する光電池連続アセンブリの製造方法であって、
   ｉ）次の工程を有するプロセスを実行することにより、請求項１から３までのいずれか１項記載の第１の太陽電池１０を設ける、すなわち
   ｉ１）導電性支持体（１）を設ける工程；
   ｉ２）オプションとして導電性支持体（１）を清浄する工程；
   ｉ３）バック電極（２）を導電性支持体（１）の上に施与する工程；
   ｉ４）吸収層（３）をバック電極（２）の上に施与し、オプションとして表面上の吸収層の一部ではない物質を除去し、オプションとして吸収層（３）をアニールする工程；
   ｉ５）オプションとしてバッファ層を吸収層（３）の上に施与し、オプションとしてバッファ層の表面を清浄する工程；
   ｉ６）フロント電極（４）を吸収層の上に、または存在していればバッファ層の上に施与する工程；
   ｉ７）オプションとして導電性支持体（１）を清浄する工程；
   ｊ）フロント電極（４）を少なくとも２つの部分（７、８）に、該フロント電極（４）の部分をその少なくとも１つのエッジに沿って除去することによって分割し、
   ｋ）オプションとして少なくとも１つのシャント（１２）を、フロント電極の一部を前記シャント（１２）のエリアで除去することによって不動態化し、
   ｌ）オプションとしてフロント電極（４）の少なくとも一部（７）を、フロント電極の当該部分（７）とバック電極および／または導電性支持体との間での電気接触を排除するために、除去し、
   ｍ）オプションとしてバッファ層の粒子および表面部分を、太陽電池の表面から除去し、
   ｎ）オプションとして、導電性支持体（１）およびバック電極（２）から電気絶縁されていない部分（７）上で、フロント電極（４）の上部に少なくとも１つの電気絶縁体を設けることによって、少なくとも１つの絶縁構造体（６）を施与し、
   ｏ）オプションとして少なくとも１つの付加的な構造体（６’）を、少なくとも１つの電気絶縁体をバック電極（２）および／または導電性支持体（１）の上部に設けることによって施与し、
   ｐ）オプションとして少なくとも１つの付加的な構造体（１４）を、少なくとも１つの電気絶縁体をフロント電極（４）の部分（１３）の少なくとも上部に設けることによって施与し、
   ｑ）オプションとして少なくとも１つの付加的な構造体（１４’）を、少なくとも１つの電気絶縁体をフロント電極（４）の部分（１６）の少なくとも上部に設けることによって施与し、
   ｒ）光学的に高透過性で非導電性の少なくとも１つのシートを設け、第１の太陽電池（１０）をそのフロント電極とともに前記シートの上に取り付け、
   ｓ）導電性接着剤（９）を、第２の太陽電池（１０’）のフロント電極の一部（８’）と電気接触されることになる導電性支持体（１）および／またはバック電極（２）の一部に施与し、ただし前記一部（８’）は、組み立てられたときに第２の太陽電池（１０’）の導電性支持体（１’）およびバック電極（２’）から電気絶縁され、
   ｔ）第２の太陽電池（１０’）を設け、第１の太陽電池（１０）のバック電極および／または導電性支持体（１）を、導電性接着剤（９）により第２の太陽電池（１０’）のフロント電極（４’）の部分と電気接続し、
   ｕ）オプションとして前記ステップｉ）からｕ）を、所望数ｎの太陽電池が直列に接続されるまで繰り返し、
   ｖ）オプションとして電気接続された太陽電池の連続体を硬化し、
   ｗ）直列に接続された最後の太陽電池の導電性支持体（１）に電気接点を設け、直列に接続された第１の太陽電池の導電性支持体に電気接点を設け、これによりｎ−１の太陽電池がアクティブとなり、
   ｘ）オプションとして効率テストを実行し、テストに合格した接続連続体を選択する；
   製造方法。

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