JP2015514323A - 薄膜太陽電池モジュールの製造方法、並びに、当該製造方法によって製造される薄膜太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
・特に平面形の、基板を供給するステップと、
・前記基板の上に少なくとも1つの裏面電極層を堆積させるステップと、
・少なくとも1つの導電性のバリア層を堆積させるステップと、
・特にオーム性の、少なくとも1つのコンタクト層を堆積させるステップと、
・特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の、少なくとも1つの半導体吸収体層を堆積させるステップと、
・場合によっては、少なくとも1つの第1バッファ層を堆積させるステップと、
・場合によっては、少なくとも1つの第2バッファ層を堆積させるステップと、
・レーザー処理(第1レーザー処理)によって、堆積された前記各層を、互いに離間した線に沿って除去して、隣接する太陽電池セル同士を分離させる第1分離トレンチを形成する、第1パターニングステップと、
・少なくとも1つの絶縁材料によって前記第1分離トレンチを充填するステップと、
・第2パターニングステップであって、
−前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記1つ又は複数のバッファ層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って除去して、対応する前記第1分離トレンチに隣接する第2分離トレンチ、又は、対応する前記第1分離トレンチと境界を接する第2分離トレンチ、特に対応する前記第1分離トレンチに対して平行に延在する第2分離トレンチ、を形成する第2パターニングステップ、
若しくは、
−前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記バッファ層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って化学的相転移又は熱分解させて、第1線形導電性領域を形成する第2パターニングステップと、
・少なくとも1つの透明な前面電極層を堆積させて、前記第2分離トレンチを充填及びコンタクトさせ又は前記第1線形導電性領域をコンタクトさせ、これによって、隣接する太陽電池セル同士を直列接続させるステップと、
・前記バリア層から前記少なくとも1つの前面電極層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って除去して、対応する前記第2分離トレンチに隣接する第3分離トレンチ、又は、対応する前記第2分離トレンチと境界を接する第3分離トレンチ、特に前記第2分離トレンチに対して平行に延在する第3分離トレンチを形成する、少なくとも1つの第3パターニングステップと、
を有する製造方法が発明された。
Claims (33)
- 光起電性の薄膜太陽モジュールの製造方法において、
・特に平面形の、基板を供給するステップと、
・前記基板の上に少なくとも1つの裏面電極層を堆積させるステップと、
・少なくとも1つの導電性のバリア層を堆積させるステップと、
・特にオーム性の、少なくとも1つのコンタクト層を堆積させるステップと、
・特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の、少なくとも1つの半導体吸収体層を堆積させるステップと、
・場合によっては、少なくとも1つの第1バッファ層を堆積させるステップと、
・場合によっては、少なくとも1つの第2バッファ層を堆積させるステップと、
・レーザー処理(第1レーザー処理)によって、堆積された前記各層を、互いに離間した線に沿って除去して、隣接する太陽電池セル同士を分離させる第1分離トレンチを形成する、第1パターニングステップと、
・少なくとも1つの絶縁材料によって前記第1分離トレンチを充填するステップと、
・第2パターニングステップであって、
−前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記バッファ層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って除去して、対応する前記第1分離トレンチに隣接する第2分離トレンチ、又は、対応する前記第1分離トレンチと境界を接する第2分離トレンチ、特に対応する前記第1分離トレンチに対して平行に延在する第2分離トレンチ、を形成する第2パターニングステップ、
若しくは、
−前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記1つ又は複数のバッファ層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って化学的相転移及び/又は熱分解させて、第1線形導電性領域を形成する第2パターニングステップと、
・少なくとも1つの透明な前面電極層を堆積させて、前記第2分離トレンチを充填及びコンタクトさせ又は前記第1線形導電性領域をコンタクトさせ、これによって、隣接する太陽電池セル同士を直列接続させるステップと、
・前記バリア層から前記少なくとも1つの前面電極層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って除去して、対応する前記第2分離トレンチに隣接する第3分離トレンチ、又は、対応する前記第2分離トレンチと境界を接する第3分離トレンチ、特に前記第2分離トレンチに対して平行に延在する第3分離トレンチを形成する、少なくとも1つの第3パターニングステップと、
を有することを特徴とする製造方法。 - 前記基板は、前記第1レーザー処理の電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である、及び/又は、前記第1パターニングステップの前記レーザー処理を、前記基板の、堆積されている側とは反対の側から、特にレーザーアブレーションによって実施する、
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。 - 前記少なくとも1つのコンタクト層は、少なくとも1つの金属カルコゲン化物を含むか又は金属カルコゲン化物層である、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の製造方法。 - 前記第2及び/又は第3パターニングステップにおいて、前記第2乃至第3分離トレンチ、並びに、前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記バッファ層の方向に堆積された各層の前記化学的相転移部を、レーザー処理を用いて形成する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の製造方法。 - 少なくとも1つの第2分離トレンチ、特に全ての第2分離トレンチを、それぞれ1つの充填された前記第1分離トレンチに対して離間して隣接配置する、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の製造方法。 - 少なくとも1つの第3分離トレンチ、特に全ての第3分離トレンチを、それぞれ対応する充填された前記第2分離トレンチによって、又は、前記第1線形導電性領域によって、それぞれ対応する充填された前記第1分離トレンチから分離する、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記裏面電極は、タングステン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、コバルト、及び/又は、モリブデンを含むか又は実質的にこれらから形成され、有利にはタングステン、チタン、及び/又は、モリブデンを含むか又は実質的にこれらから形成され、
若しくは、
前記裏面電極は、タングステン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム、及び/又は、モリブデンを含む合金から形成される、
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記導電性のバリア層は、双方向に作用するバリア層であり、特に前記裏面電極層から及び/又は前記裏面電極層を超えて移動する成分、特に拡散する成分、乃至、拡散可能な成分、特にドーピング材料に対するバリアであり、かつ、前記コンタクト層から及び/又は特に前記半導体吸収体層から前記コンタクト層を超えて移動する成分、特に拡散する成分、乃至、拡散可能な成分、特にドーピング材料に対するバリアである、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記バリア層は、特にナトリウムイオンのようなアルカリイオン、セレン若しくはセレン化合物、硫黄若しくは硫黄化合物、及び/又は、特に鉄、ニッケルのような金属、及び/又は、前記半導体吸収体層の金属に対するバリアであり、
及び/又は、
前記バリア層は、少なくとも1つの金属窒化物、少なくとも1つの金属ケイ素窒化物、少なくとも1つの金属炭化物、及び/又は、少なくとも1つの金属ホウ化物を含む又は実質的にこれらから形成され、
特にTiN、TiSiN、MoN、TaSiN、MoSiN、TaN、WN、ZrN、及び/又は、WSiNを含む又は実質的にこれらから形成される、
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記少なくとも1つのコンタクト層は、前記半導体吸収体層と直接境界を接している、
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項記載の方法。 - 前記コンタクト層は、
モリブデン、タンタル、ニオブ、及び/又は、タングステンを含むか又は実質的にこれらから形成され、
及び/又は、
金属セレン化物、金属硫化物、及び/又は、金属硫セレン化物から選択された少なくとも1つの金属カルコゲン化物を含むか又は実質的にこれらから形成され、金属としてMo、W、Ta、Zr、Co、又は、Nbを含み、
特にMoSe2、WSe2、MoS2、WS2、Mo(Se1-x,Sx)2、及び/又は、W(Se1-x,Sx)2から選択された少なくとも1つの金属カルコゲン化物を含むか又は実質的にこれらから形成され、但し、xは0〜1の任意の値を取る、
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記コンタクト層は、前記薄膜太陽電池セルの前記半導体吸収体層に対する少なくとも1つのドーピング材料を含み、
前記ドーピング材料は特に、
ナトリウム、カリウム、リチウムの群から選択される、及び/又は、これらの元素と、有利には酸素、セレン、硫黄、ホウ素、及び/又は、例えばヨウ素又はフッ素のようなハロゲンとの少なくとも1つの化合物、
及び/又は、
少なくとも1つのアルカリ金属ブロンズ、特にナトリウムブロンズ及び/又はカリウムブロンズ、
を含む、
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記半導体吸収体層は、4元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)Se2層か、又は、5元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)(Se1-x,Sx)2層か、又は、黄錫亜鉛鉱層、特にCu2ZnSn(Sex,S1-x)4層、例えばCu2ZnSn(Se)4層又はCu2ZnSn(S)4層であるか、又はこれらを含み、但し、xは0〜1の任意の値を取る、
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか一項記載の製造方法。 - 黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の前記半導体吸収体層を前記コンタクト層の上に堆積させることによって、当該コンタクト層の中に存在する金属、又は、当該コンタクト層を形成する金属を、完全に又は部分的に、金属セレン化物、金属硫化物、及び/又は、金属硫セレン化物に変換させる、
ことを特徴とする請求項1から13のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記第1バッファ層を、乾式化学的又は湿式化学的に堆積させる、
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記第1バッファ層は、CdS層又はCdSフリー層を含むか又は実質的にこれらから形成され、特にZn(S,OH)又はIn2S3を含むか又は実質的にこれらから形成され、
及び/又は、
前記第2バッファ層は、導電性の真性酸化亜鉛及び/又は高抵抗酸化亜鉛を含むか又は実質的にこれらから形成される、
ことを特徴とする請求項1から15のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記第1レーザー処理、前記第2レーザー処理、及び/又は、前記第3レーザー処理を、10ナノ秒未満、特に100ピコ秒未満のパルス持続時間を有するレーザー光パルスを用いて実施する、
ことを特徴とする請求項1から16のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記前面電極は、nドープされた酸化亜鉛を含むか又はnドープされた酸化亜鉛から実質的に形成される、
ことを特徴とする請求項1から17のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記第1、第2、及び、第3パターニングステップは、前記薄膜太陽電池セルのモノリシック集積型直列接続構造をもたらし、又は、前記薄膜太陽電池のモノリシック集積型直列接続構造に寄与し、特に線形の処理ステップとして構成されている、
ことを特徴とする請求項1から18のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記第3分離トレンチを、前記第3パターニングステップにおいて、特にニードルスクライビングのような機械的なパターニングによって、及び/又は、第3レーザー処理によって形成する、
ことを特徴とする請求項1から19のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記金属カルコゲン化物の金属は、モリブデン、タングステン、タンタル、コバルト、ジルコニウム、及び/又は、ニオブからなる群から選択され、
及び/又は、
前記カルコゲンは、セレン及び/又は硫黄からなる群から選択される、
ことを特徴とする請求項1から20のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記バリア層の上に、モリブデン、タンタル、タングステン、コバルト、ジルコニウム、及び/又は、ニオブからなる少なくとも1つの第1金属層を堆積させ、セレン及び/又は硫黄を含有する雰囲気中で前記半導体吸収体層、特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の前記半導体吸収体層を製造する際に、当該第1金属層を、部分的に金属カルコゲン化物層に変換させて、前記コンタクト層を形成する、
ことを特徴とする請求項1から21のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記バリア層の上に、モリブデン、タンタル、タングステン、コバルト、ジルコニウム、及び/又は、ニオブからなる少なくとも1つの第1金属層を堆積させ、さらに、セレン及び/又は硫黄を含有する雰囲気中で前記半導体吸収体層、特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の前記半導体吸収体層を製造する際に、当該第1金属層を、完全に金属カルコゲン化物層に変換させて、前記コンタクト層を形成する、
ことを特徴とする請求項1から22のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記バリア層の平均厚さは、少なくとも10nm、特に少なくとも30nm、有利には最大250nm又は150nmであり、
及び/又は、
前記コンタクト層の平均厚さは、少なくとも5nm、有利には150nm以下、特に有利には50nm以下である、
ことを特徴とする請求項1から23のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記第1、第2、及び/又は、第3分離トレンチの平均幅は、30μm以下、有利には15μm以下である、
ことを特徴とする請求項1から24のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記基板は、幅が0.5mより大きく、特に2mより大きく、かつ、長さが1.2mより長く、特に3mより長いガラスプレートである、
ことを特徴とする請求項1から25のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記半導体吸収体層、特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の前記半導体吸収体層を堆積させるステップは、
前記半導体吸収体層の特に全ての金属成分を、特に黄銅鉱の半導体吸収体層の場合には銅、インジウム、場合によってはガリウムを、黄錫亜鉛鉱の半導体吸収体層の場合には銅、亜鉛、錫を、前記コンタクト層の上に堆積させて、第2金属層を形成するステップと、
当該第2金属層を、セレン及び/又はセレン化合物と、場合によっては硫黄及び/又は硫黄化合物とを用いて処理するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1から26のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記第2金属層、特に銅/インジウムの金属層、乃至、銅/インジウム/ガリウムの金属層、又は、銅/亜鉛/錫の金属層を、セレン及び/又はセレン化合物と、場合によっては硫黄及び/又は硫黄化合物とを用いて処理する前に、堆積された前記基板を、個々の複数のモジュールに分割、特に切断する、
ことを特徴とする請求項28記載の製造方法。 - 第1及び/又は第2金属層を、
各々有利には高真空下で実施される物理蒸着(PVD)による堆積、電子ビーム蒸発による蒸着、抵抗蒸発による蒸着、誘導蒸発、アーク蒸発、及び/又は、特にDC若しくはRFマグネトロンスパッタリングのようなカソードスパッタリング(スパッタリング堆積)を含む物理気相蒸着法によって形成するか、
又は、
特に化学蒸着(CVD)、低圧CVD、及び/又は、大気圧CVDを含む化学気相蒸着法によって形成する、
ことを特徴とする請求項1から28のいずれか一項記載の製造方法。 - 前記裏面電極層と、前記導電性のバリア層と、前記コンタクト層と、特に黄銅鉱の半導体吸収層を形成する場合にはCu、In、Ga層であり、黄錫亜鉛鉱の半導体吸収層を形成する場合にはCu、Zn、Sn層である前記半導体吸収体層の金属とを、ただ1つの真空堆積装置において、有利には連続スパッタリング法によって堆積させる、
ことを特徴とする請求項1から29のいずれか一項記載の製造方法。 - 請求項1から30のいずれか一項記載の方法によって製造される、光起電性の薄膜太陽モジュール。
- 前記光起電性の薄膜太陽電池モジュールは、順番に、
少なくとも1つの基板層と、
少なくとも1つの裏面電極層と、
少なくとも1つの導電性のバリア層と、
特にオーム性の、少なくとも1つのコンタクト層と、
特に前記コンタクト層の上に直接堆積された、少なくとも1つの半導体吸収体層、特に黄銅鉱又は黄錫亜鉛鉱の半導体吸収体層と、
場合によっては少なくとも1つのバッファ層、特にCdS層又はCdSフリー層を含むか又は実質的にこれらから形成される、特にZn(S,OH)又はIn2S3を含むか又は実質的にこれらから形成される、少なくとも1つの層(第1バッファ層)、及び/又は、
場合によっては、真性酸化亜鉛及び/又は高抵抗酸化亜鉛を含む及び実質的にこれらから形成される、少なくとも1つの層(第2バッファ層)と、
少なくとも1つの前面電極と、
を含むことを特徴とする請求項32記載の薄膜太陽電池モジュール。 - 前記半導体吸収体層は、4元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)Se2層か、又は、5元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)(Se1-x,Sx)2層か、又は、黄錫亜鉛鉱層、特にCu2ZnSn(Sex,S1-x)4層、例えばCu2ZnSn(Se)4層又はCu2ZnSn(S)4層であるか、又はこれらを含み、但し、xは0〜1の任意の値を取る、
ことを特徴とする請求項32又は33記載の薄膜太陽電池モジュール。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012205378A DE102012205378A1 (de) | 2012-04-02 | 2012-04-02 | Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtsolarmodulen sowie nach diesem Verfahren erhältliche Dünnschichtsolarmodule |
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