SE457299B - Solcell som saett att lillverka fotovoltiska don foer en solcell - Google Patents

Description

10 457 299 2 elektromagnetisk strålning eller för ett stràlknippe av elektroner av lämplig energi. Under filmens fram- kallning, varvid konventionella förfaranden utnyttjas, avlägsnas antingen de exponerade eller de Oexponerade partierna av filmen, och mönstret etsas genom det ge- nomsynliga, ledande oxidskiktet av halvledaren. Ater- stoden av fotoresisten avlägsnas och gallermönstret anbringas pà vtan av de isolerade partierna av det ge- nomsynliga skiktet. Under behandlingsförloppet utföres torknings- och härdningsàtgärder på gängse sätt i luft efter ett valt tid-temperaturschema.

På senare tid har avsevärda ansträngningar gjorts för utveckling av förfaranden för avsättning av amorfa halvledarlegeringsskikt, som kan ha relativt stor ytarea och som enkelt kan dopas för bildande av material av P-typ och N-typ. Dessa amorfa halvledare användes till PN-don, som driftmässigt är ekvivalenta med de som bil- das medelst deras kristallina motsvarigheter. Filmer av amorft kisel eller germanium (grupp IV) befanns ha mikroskopiska hålrum och dinglande bindningar samt andra defekter, som ger upphov till hög täthet av lokala tillstånd i deras energigap. Förekomsten av hög täthet av lokala tillstånd i energigapet hos amorfa kiselhalv- ledarfilmer resulterar i en låggradig fotoledningsför- måga samt kort livslängd för laddningsbärare, vilket gör sådana filmer olämpliga för fotokänslighetstillämp- ningar. Sådana filmer kan dessutom ej dopas med framgång eller modifieras på annat sätt för förskjutning av Permi- nivàn nära intill lednings- eller valensbanden, vilket gör dem olämpliga till PN-övergångar för solcellstill- lämpningar.

Amorfa kisellegeringar har nu framställts med väsentligt minskade koncentrationer av lokala tillstànd i legeringarnas energigap och med goda elektroniska egenskaper. Vissa defekter förefinns emellertid fort- farande i halvledarfilmerna, vilket sänker verknings- graden hos de fotokänsliga donen. Kristallina halvledar- material lider på likartat sätt av defekter i kristall- 457 299 3 gittret. Vissa områden av gittret kan ha en hög täthet av lokala tillstànd, vilket skulle minska verknings- graden hos vilket som helst fotokänsligt don, särskilt solceller.

Defekter i partier av ett halvledardon kan också förorsaka elektrisk kortslutning, varigenom åtminstone partier av halvledarkroppen göres elektriskt overksamma.

I beroende av läget av det defekta partiet hos halv- ledarkroppen och kortslutningens allvarlighet kan den elektriska uteffekten från hela halvledarkroppen minskas väsentligt. Det är därför fördelaktigt att kunna iden- tifiera de defekta partierna av halvledarkroppen, så att dessa elektriskt defekta partier kan fysiskt eller elektriskt isoleras fràn dess elektriskt verksamma par- tier. Detta är särskilt värdefullt för amorfa halvle- darkroppar med stor area, där det finns en lång ladd- ningsbärarbana och sannolikheten för defekta partier ökar. När enbart elektriskt verksamma partier av halv- ledarkroppen är elektriskt anslutna, göres den totala elektriska uteffekten fràn halvledardonet maximal och den totala verkningsgraden ökar.

De många ändamàlen och fördelarna med föreliggande uppfinning kommer att framgå klart av ritningarna, den detaljerade beskrivningen av uppfinningen samt patent- kraven, som följer. .

Häri avslöjas ett sätt att elektriskt isolera par- tier av halvledarkroppen hos ett halvledardon, vilket har ett gemensamt, elektriskt ledande substrat. Den främsta nyttan av att elektriskt isolera partier av en halvledarkropp, såsom beskríves enligt föreliggande uppfinning, är (1) att förbättra verkningsgraden hos fotovoltiska don, såsom solceller, (2) att förbättra verkningsgraden hos halvledardon och (3) att framställa fotovoltiska don med liten ytarea från fotovoltiska don med större ytarea.

Sättet att tillverka förbättrade solceller avser solceller av den allmänna typ som har ett gemensamt, elektriskt ledande substratskikt, en på substratskiktet 457 299 4 avsatt, amorf halvledarkropp samt ett genomsynligt, elektriskt ledande skikt avsatt ovanpå den amorfa krop- pen. Sättet innefattar åtgärderna att dela upp solcel- lens halvledarkropp i ett flertal parallella rader av elektriskt isolerade partier, som är bildade av diskre- ta, genomsynliga och ledande oxidsegment, att prova den elektriska uteffekten från varje isolerat parti av halvledarkroppen, att ansluta varje isolerat parti av halvledarkroppen som ger tillfredsställande elektrisk uteffekt till en elektriskt ledande remsa, som ger elektrisk kontakt från halvledarkroppen, att förse sub- stratet med en elektrisk kontakt och att inkapsla sol- cellen mellan ett övre, elektriskt isolerande, ljusin- släppande skyddsskikt och ett undre, elektriskt isole- rande skikt.

En förbättrad panel av solceller åstadkommes genom att fysiskt och elektriskt bilda ett flertal solceller, tillverkade genom ovanstående förfarande, pà ett ark- liknande element. Den genom ovanstående sätt framställ- da, förbättrade solcellen innefattar ett flertal i huvud- sak elektriskt isolerade partier, i vilka solcellens halvledarkropp är uppdelad, åtminstone en elektriskt ledande remsa, till vilken varje isolerat parti av halv- ledarkroppen som ger tillfredsställande elektrisk ut- signal är elektriskt ansluten, varvid den ledande remsan ger en med halvledarkroppen förbunden elektrisk kontakt, en med substratskiktet förbunden elektrisk kontakt samt ett övre, elektriskt isolerande, ljusinsläppande skydds- skikt och ett undre, elektriskt isolerande skikt för. inkapsling av solcellerna däremellan, så att endast de partier av halvledarkroppen som ger tillfredsstäl- lande elektrisk uteffekt är elektriskt anslutna, vari- genom solcellens totala verkningsgrad förbättras.

I fråga om den andra användningen av sättet att elektriskt isolera partier av en halvledarkropp, där verkningsgraden för fotovoltiska don förbättras, är de fotovoltiska donen av den typ som innefattar ett elektriskt ledande substratskikt samt en pá substrat- 457 299 skiktet avsatt halvledarkropp. Sättet innefattar ät- gärderna att dela upp halvledarkroppen i ett flertal partier, varvid varje parti är i huvudsak elektriskt isolerat från andra partier, att prova den elektriska uteffekten från varje elektriskt parti hos halvledar- kroppen för identifiering av de partier av halvledar- kroppen som ger otillfredsställande elektrisk uteffekt, att försöka förbättra den elektriska uteffekten hos varje isolerat parti av halvledarkroppen som ej ger tillfredsställande elektrisk uteffekt samt att ansluta enbart de isolerade partier av halvledarkroppen som frán början ger tillfredsställande elektrisk uteffekt och ger tillfredsställande elektrisk uteffekt efter försöket att förbättra densamma, varigenom det foto- voltiska donets totala verkningsgrad förbättras.

Vad slutligen gäller den tredje användningen av sättet att isolera partier av en halvledarkropp, varvid fotovoltiska don med liten ytarea framställes av foto- voltiska don med större ytarea, är det fotovoltiska donet med stor area av den typ som innefattar ett gemen- samt, elektriskt ledande substratskikt, en på substrat- skiktet avsatt halvledarkropp samt ett genomsynligt, elektriskt ledande skikt, som är avsatt ovanpå halv- ledarkroppen. Sättet innefattar åtgärderna at dela upp halvledarkroppen med stor area i ett flertal elektriskt isolerade partier genom att dela upp det genomsynliga skiktet i ett flertal diskreta segment, motsvarande nämnda flertal isolerade partier, i vilka halvledar- kroppen med stor area är uppdelad, och att skilja halv- ledardonet med stor area mellan isolerade partier för bildande av åtminstone ett diskret halvledardon med liten area, vilket innefattar ett segment av det gemen- samma substratet, ett motsvarande segment av halvledar- kroppen med stor area samt ett motsvarande diskret segment av det genomsynliga skiktet.

Ett första ändamål med uppfinningen är följaktligen att åstadkomma ett sätt att tillverka förbättrade foto- voltiska don, varvid varje fotovoltiskt don innefattar 457 299 6 ett gemensamt, elektriskt ledande substratskikt, en på substratskiktet avsatt halvledarkropp samt ett genom- synligt, elektriskt ledande skikt, som är avsatt över halvledarkroppen. Vid sättet utnyttjas åtgärderna att dela upp halvledarkroppen i ett flertal partier, varvid varje parti är i huvudsak elektriskt isolerat från andra partier, att prova den elektriska uteffekten från varje isolerat parti fràn halvledarkroppen, att ansluta enbart de isolerade partier som ger tillfreds- ställande elektrisk uteffekt till en elektriskt ledande remsa, vilken ger en med en halvledarkropp Sammanhörande elektrisk kontakt, samt att åstadkomma en elektrisk kontakt på substratskiktet, varigenom det fotovoltiska donets sammanlagda verkningsgrad förbättras genom elek- trisk anslutning av enbart de partier av halvledarkrop- pen som ger tillfredsställande elektrisk uteffekt.

Ett andra ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en förbättrad solcell, som innefattar ett gemen- samt, elektriskt ledande substratskikt, en pà substrat- skiktet avsatt halvledarkropp samt ett över halvledar- kroppen avsatt, genomsynligt skikt. Solcellen inne- fattar kombinationen av ett flertal väsentligen elektriskt isolerade partier, i vilka halvledarkroppen är uppdelad, åtminstone en elektriskt ledande remsa, till vilken varje isolerat parti av halvledarkroppen som ger tillfredsställande elektrisk uteffekt är an- slutet, varvid nämnda ledande remsa åstadkommer en med halvledarkroppen sammanhörande, elektrisk kontakt, en elektrisk kontakt pà substratskiktet samt ett övre, elektriskt isolerande och ljusinsläppande skyddsskikt och ett undre, isolerande skikt, varvid i de solceller som är inkapslade mellan de övre och undre skikten endast de partier av halvledarkroppen som ger tillfreds- ställande elektrisk uteffekt är elektriskt anslutna, varigenom solcellens sammanlagda verkningsgrad förbätt- ras.

Ett tredje ändamål med uppfinningen är att åstad- komma ett sätt att tillverka ett halvledardon med rela- 457 299 7 tivt liten ytarea av ett halvledardon med en större ytarea, varvid halvledardonet med den större arean inne- elektriskt ledande substratskikt, avsatt halvledarkropp samt ett fattar ett gemensamt, en på substratskiktet över halvledarkroppen avsatt, genomsynligt och elek- triskt ledande skikt. Sättet utnyttjar åtgärderna att dela upp halvledarkroppen med den stora arean i ett flertal elektriskt isolerade partier genom uppdel- ning av det genomsynliga skiktet 1 ett flertal diskreta segment, som motsvarar nämnda flertal elektriskt isole- rade partier, i vilka halvledarkroppen med stor area är uppdelad, att skilja halvledardonet med stor area mellan isolerade partier för bildande av åtminstone ett diskret halvledardon med liten area. Det diskreta halvledardonet med liten area innefattar ett segment av det gemensamma substratet, ett motsvarande segment av halvledarkroppen med stor area samt ett motsvarande diskret segment av det genomsynliga skiktet.

Den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning skall nu beskrivas som exempel under hänvis- ning till medföljande ritningar. Fig l är en fragmenta- risk tvärsnittsvy av en fotovoltisk kaskadcell, som innefattar ett flertal celler av PIN-typ, varvid varje skikt i cellerna innefattar en amorf halvledarlegering.

Fig 2a är en fragmentarisk planvy ovanifrån,av en ut- föringsform av föreliggande uppfinning och åskådliggör det elektriska gallermönstret som är bildat på det genomsynliga, ledande oxidskiktet för uppdelning av» halvledarkroppen i ett flertal isolerade partier. Fig 2b är en fragmentarisk planvy ovanifràn och åskådliggör en annan utföringsform av föreliggande uppfinning, var- vid diskreta segment av det genomsynliga, ledande oxid- skiktet delar upp halvledarkroppen i ett flertal isole- rade partier. Fig 3 är en planvy ovanifrån och åskåd- liggör det föredragna arrangemanget för en elektrisk anslutning mellan ett flertal solceller för bildande av en förbättrad solcellspanel enligt föreliggande upp- finning. Fig 4 är en tvarsnittsbild av det dubbla vakuum- 457 299 8 aggregat, i vilket bindemedlet strömmar och härdar för bindning av de inkapslade skikten mot de motstàende ytorna av en solcell enligt föreliggande uppfinning.

I. Den fotovoltiska tandemcellen_ På ritningarna och särskilt i fig l, vartill nu hänvisas, visas en staplad fotovoltisk cell l0 av tandem- eller kaskadtyp, vilken är bildad av successiva PIN- skikt, som vartdera innefattar en amcrf halvledarlege- ring. Ett av de häri beskrivna sätten är i det före- dragna utförandet anpassat för framställning av en för- bättrad fotovoltisk cell av denna typ. Det sättet och andra häri beskrivna sätt är emellertid ej begränsade enbart till framställandet av staplade fotovoltiska PIN-celler utan är av lika värde vid framställning av förbättrade celler av Schottky-typ eller MIS-typ (metall- isolator-halvledare) eller helt enkelt framställningen av förbättrade halvledardon. Oberoende av celltyp har de här beskrivna, nya framställningssätten sin största nytta i samband med fotovoltiska celler, bildade av likformiga skikt av halvledarmaterial och med ett lik- formigt, genomsynligt och ledande oxidskikt avsatt pá halvledarskikten. _ Närmare bestämt visar fig l ett flertal PIN-sol- celler l2a, l2b och l2c. Under den understa cellen l2a finns ett substrat ll, som kan vara genomsynligt eller bildat av en metallytfolie. Fastän vissa tillämpningar kan kräva ett tunt oxidskikt och/eller en serie bas- kontakter skall för denna ansökans ändamål termen substrat anses innefatta inte endast en böjlig film utan också even- tuella denna tillagda element genom en inledande be- handling. Substratet ll kan allra vanligast vara bildat av rostfritt stàl, aluminium, tantal, molybden eller före anbringandet av det amorfa materialet krom.

Var och en av cellerna l2a, l2b och l2c innefattar en amorf legeringskropp, innehållande åtminstone en kisellegering. var och en av legeringskropparna inne- fattar ett område eller skikt 20a, 20b och 20c med ' 457 299 9 ledningsförmàga av N-typ, ett egenledande område eller skikt l8a, l8b och l8c samt ett område eller skikt 16a, l6b och l6c med ledningsförmága av P-typ. Såsom visat är cellen l2b en mellancell och såsom angivet i fig l kan ytterligare mellanceller vara staplade ovanpå de åskàdliggjorda cellerna utan att man gär utanför föreliggande uppfinnings idé och ram. Fastän staplade PIN-celler är áskàdliggjorda är föreliggande uppfinning också lika tillämpbar på enkla som staplade NIP-celler.

För var och en av cellerna l2a, l2b och l2c ut- märkes skikten av P-typ av legeringsskikt med låg ljus- absorption och hög ledningsförmàga. De egenledande lege- ringsskikten utmärkes av en för solfotokänslighet juste- rad vàglängdströskel, hög ljusabsorption, låg mörker- ledningsförmàga samt hög fotoledningsförmàga, innefat- tande tillräckliga mängder av ett eller flera bandgaps- justerande ämnen för optimering av bandgapet för den särskilda cellanvändningen. De egenledande skikten är företrädesvis bandgapsjusterade för att ge cellen l2a ett minsta bandgap, cellen l2c ett högsta bandgap och cellen l2b ett bandgap mellan de andra två. Skikten av N-typ utmärkes av legeringsskikt med låg ljusabsorp- tion och hög ledningsförmàga. Tjockleken av skikten av N-typ ligger företrädesvis i området ungefär 25-500 A.

Tjockleken av de bandgapsjusterade amorfa egenledande legeringsskikten ligger företrädesvis mellan ungefär 2000 Å och 30 000 Å. Tjockleken av skikten av P-typ är företrädesvis 50-500 A. Som följd av den kortare diffusionslängden för hålen kommer skikten av P-typ ' att vara så tunna som möjligt. Det yttersta skiktet, här skiktet 20c av P-typ, kommer vidare att vara så tunt som möjligt för undvikande av ljusabsorption och behöver ej innefatta det eller de bandgapsjusterande ämnena.

Det inses att efter avsättningen av halvledarlege- ringsskikten ett ytterligare avsättningssteg utföres.

I detta steg tillägges ett kontinuerligt eller diskon- tinuerligt, genomsynligt och ledande oxidskikt 22 ovanpå 457 299 lO skiktet 20c av N-typ, vilket genomsynliga, ledande oxid- skikt exempelvis kan vara en tunn, 500 Å tjock film av indiumtennoxid, kadmiumstannat eller dopad tennoxid.

Vidare kan ett elektriskt ledande gallermönster 249 som beskrives i detalj nedan, tilläggas pà den övre ytan av det genomsynliga, ledande oxidskiktet 22, exem- pelvis med en elektriskt ledande pasta. Ett diskonti- nuerligt, genomsynligt och ledande oxidskikt 22, se fig 2b, avsättes eller anbringas 1 enlighet med före- liggande uppfinnings principer pà halvledarkroppen, när stapelcellen har tillräckligt stor ytarea eller då ledningsförmàgan hos ett kontiunerligt skikt av det genømsynliga, ledande øxldsklktet 22 är ótlilrackiig, så att laddningsbärarebanan förkortas och verknings- graden i cellens ledningsförmága ökas. Eftersom vid föreliggande uppfinning varje solcell 10 är ett i huvud- sak plant element på ungefär 30x30 cm, är det diskon- tinuerliga, genomsynliga och ledande oxidskiktet nöd- vändigt.

II. Sätt att elektriskt isolera ett parti av halvledar- kroppen Pig 2a åskådliggör en partiell sektion av den övre ytan av det genomsynliga, ledande oxidskiktet 22 hos en enda solcell l0. Såsom lätt framgår av den figuren är den enda solcellens l0 halvledarkropp uppdelad i ett flertal elektriskt isolerade partier 26 på ett i det följande beskrivet sätt. Fastän det exakta antalet och arrangemanget av de isolerade partierna 26 av halv- ledarkroppen kan variera utan att man gàr utanför före- liggande uppfinnings ram och idé, är i den föredragna utföringsformen tolv (12) parallella rader om femton (15) isolerade partier 26 (sammanlagt 180 delceller) bildade av varje solcell 10. Uttrycket "isolerat parti" definieras här som ett parti av ett halvledardon, såsom en solcell, vilket parti är elektriskt isolerat fràn andra Partier av halvledardonet men delar ett gemensamt substrat eller en gemensam elektrod med dessa andra partier.

Il!- l5 457 299 ll I den föredragna utföringsformen är de isolerade partierna 26 bildade av ett diskret segment av det genom- synliga, ledande oxidskiktet 22, vilket är avsatt ovanpå den fotovoltiska cellens 10 halvledarkropp. Varje isole- rat parti 26 kan bildas av det kontinuerliga, genomsynli- ga och ledande oxidskiktet 22 medelst något välkänt sätt för fotolitografering och kemisk etsning. En fotoresist- lösning kan exempelvis pàföras ytan av det genomsynliga, ledande oxidskiktet 22 och föruppvärmas för borttorkning av lösningsmedel, varvid en tunn film kvarlämnas som en rest. Gallermönstret 24, vars särskilda form kommer att beskrivas längre fram, lägges sedan över filmen och de av mönstret ej täckta partierna exponeras för elektro- magnetisk stràlning, typiskt i spektrumets ultraviolet- ta område, eller för ett stràlknippe av elektroner med lämplig energi för framkallning av filmen. Under fram- kallningen av filmen, varvid konventionella kemiska för- faranden eller plasmaförfaranden utnyttjas, avlägsnas de exponerade partierna (positiv resist) eller de oexpo- nerade partierna (negativ resist) av filmen och det där- under liggande genomsynliga och ledande oxidskiktet 22.

Den kvarstående fotoresistfilmen sköljes bort med ett lösningsmedel för avlägsnande av filmen från ytan av det genomsynliga, ledande oxidskiktet 22. Ett gallermönster 24 kan nu pàföras ytan av de nu isolerade partierna av det genomsynliga, ledande oxidskiktet 22.

Under loppet av ovanstående behandling innefattar torknings- eller härdningsförloppet så kallade “pre-bake"- och "post-bake“-åtgärder, som kan realiseras genom upp- värmning av fotoresistlösningen till ungefär 95-l20°C under ungefär 20-25 min. Som ett alternativ kan mikro- vàgshärdning eller vilken som helst annan känd härd- ningsteknik utnyttjas. Dessa alternativa tekniker använ- des antingen (l) för att minska längden av torktiden eller (2) för att bibehålla de undre skikten av triaden av amorfa skikt hos solcellen nära omgivningstempera- turen. Dessa olika härdningstekniker ligger samtliga inom föreliggande uppfinnings ram. lO 457 299 l2 I den i fig 2b àskàdliggjorda utföringsformen kan halvledarkroppens isolerade partier 26 bildas genom uppdelning av det genomsynliga, ledande oxidskiktet 22 i ett flertal diskreta segment 22a-22u utan att något gallermönster 24 anbringas därpå. Det är klart att för avser isolerade partier av det genomsynliga, ledande oxid- skiktet 22 med ett därpå anbringat gallermönster, medan denna uppfinnings ändamål hänvisningsnumret 26 hänvisningsnumren 22a-22u avser isolerade partier av det genomsynliga, ledande oxidskiktet 22 utan något därpå anbringat gallermönster. Det genomsynliga, le- dande oxidskiktets 22 diskreta segment 22a-22u kan bil- das antingen genom att från början avsätta det genom- synliga, ledande oxidskiktet 22 på diskontinuerligt sätt för bildande av ett flertal åtskilda, diskreta segment 22a-22u eller genom att avsätta ett kontinuer- ligt, genomsynligt och ledande oxidskikt samt sedan avlägsna mellanliggande delar medelst den tidigare be- skrivna tekniken med fotolitografi och etsning.

Ett gallermönster 24 kan vara anbringat pà varje isolerat parti 26, oavsett om detta bildats av ett kontinuerligt eller diskontinuerlígt, genomsynligt och ledande oxidskikt, såsom beskrivits ovan. Breddmáttet för varje gallermönster 24 är bestämt av ett flertal i huvudsak lika fördelade, relativt tunna,'parallella och elektriskt ledande grenar 30, som strålar ut vin- kelrätt från båda sidor av en avsmalnande, relativt tjock, elektriskt ledande samlingsskenegren 32, som bestämmer längdmàttet för gallermönstret 24. Den totala bredden av varje isolerat parti 26 är ungefär 19 mm och den totala längden av varje delcell 26 är ungefär 26 mm. Gallermönstren 24 är utformade för att göra den ström som uppsamlas från halvledarkroppen maximal sam- tidigt som den mängd ljus som hindras att komma in i halvledarkroppen minimeras. I den föredragna utförings- formen är en solcell l0 pá 30x30 cm uppdelad 1 tolv (12) parallella rader om femton (15) isolerade partier 26 eller sammanlagt etthundraàttio (180) isolerade 457 299 13 partier 26, Det är att föredraga att varje gallermönster 24 innefattar åtta (8) parallella grenar 30 samt att samlingsskenegrenen 32 ökar i tjocklek till ett maximalt mått på ungefär l,6 mm vid sin längst bort från galler- mönstret 24 belägna ände. Den på området erfarne inser lätt att arrangemanget av isolerade partier 26, längd- och breddmàtten för gallermönstren 24 och de isolerade partierna 26, antalet parallella grenar 30, antalet parallella rader av de isolerade partierna 26, det to- tala antalet isolerade partier 26 som är bildat på någon given solcell 10 och därmed storleken och utformningen av solcellen 10 eller annat fotovoltiskt don kan variera utan att man gär utanför föreliggande uppfinnings idé och ram. Oavsett vilket arrangemang som väljes kan gal- lermönstren 24 tryckas med någon välkänd teknik, såsom genomtryck, på de genomsynliga, ledande oxidsegmenten med ett elektriskt ledande material, såsom silverpasta.

Fastän tvâ sätt att bilda de isolerade partierna 26 av halvledarkroppen i en fotovoltisk cell har be- skrivits, ligger andra välkända sätt att “anbringa“ dessa isolationspartier inom föreliggande uppfinnings ram. Den häri använda termen "anbringa" är dessutom avsedd att omfatta alla sådana välkända metoder för avlägsnande av det genomsynliga, ledande oxidmönstret 22 som inbegriper men ej är begränsade till (a) kemisk etsning, (b) plasmaetsning, (c) olika lasertekniker, (d) en vattenstràleteknik samt (e) anbringande av det ursprungliga genomsynliga, ledande oxidskiktet med en mask för att från början bilda de distinkta, diskonti- nuerliga segmenten. ' III. Användning av de elektriskt isolerade partierna av en halvledarkropp Varje isolerat parti 26 i en solcell 10 kan nu provas individuellt för bestämning av om den elektriska uteffekten därifrån är tillräcklig för att göra den "elektriskt verksam" eller "elektriskt overksam”. Såsom använda häri avser uttrycken "elektriskt fungerande, 457 299 14 isolerat parti" eller "elektriskt verksamt, isolerat parti" de isolerade partier 26 av halvledarkroppen i en given solcell 10 som ger en tillfredsställande ut- spänning. Det har fastställts, att den elektriska an- slutningen av ett isolerat parti 26 av en halvledar- kropp, vilket parti ger otillfredsställande elektrisk uteffekt, minskar den sammanlagda verkningsgraden för solcellen 10. Eftersom de isolerade partier 26 av varje solcell 10 är parallellkopplade, skulle vidare den elek- triska anslutningen av något isolerat parti 26 på sol- cellen 10 som ger en mycket låg utspänning väsentligt minska den elektriska uteffekten från hela solcellen .

Efter den elektriska provningen av varje indivi- duellt parti 26 av en given solcell 10 har avslutats fästes en làngsträckt, elektriskt ledande remsa eller samlingsskena 34 av koppar vid ytan av det genomsynliga, ledande oxidskiktet 22 eller halvledarkroppen med ett elektriskt isolerande kiselbindemedel. Kiselbindemedlet kan pàföras som ett mycket tunt skikt, eftersom sam- lingsskenorna 34 skall placeras mellan varannan rad av isolerade partier 26 i halvledarkroppen. Även efter det att samlingsskenorna 34 är fästa på halvledardonet kvarstår med andra ord ett gap mellan intilliggande diskreta segment 22a-22u av de isolerade, genomsynliga och ledande oxidpartierna 26 och den tillhörande sam- lingsskenan 34. I den föredragna utföringsformen, där tolv rader isolerade partier 26 är anordnade, utnyttjas sex ledande remsor eller samlingsskenor 34, som är ungefär 3,2 mm breda och 76 um tjocka. Den samlings- skeneanslutande grenen 32 från varje elektriskt funge- rande, isolerat parti 26 av en halvledarkropp är elek- triskt ansluten till en intilliggande samlingsskena 34 med användning av en droppe av elektriskt ledande material, såsom silverpasta 35. De isolerade partierna 26, vilkas elektriska uteffekt faller under den valda minsta godtagbara nivån, förblir elektriskt isolerade av det isolerande kiselbindemedlet fràn den elektriskt O) lO 457 299 ledande kopparsamlingsskenan 34. Av fig 2a framgår det att som följd av otillfredsställande elektrisk uteffekt det isolerade partiet 26a med gallermönstret 24a an- bringat därpå ej har anslutits elektriskt medelst en droppe 35 av silverpasta till samlingsskenan 34.

Såsom framgår av den föredragna utföringsform som ' är áskàdliggjord 1 fig 3 sträcker sig ändarna av de sex kopparsamlingsskenorna 34 utanför periferin av varje solcell l0. Fastän ej visat kommer den undre sidan eller baksidan av varje solcell 10 också att vara försedd med en elektrod eller elektrisk kontakt, exempelvis genom punktsvetsning. Genom anslutning av de sex sam- lingsskenorna 34 och substratkontakten kan den elek- triska uteffekten fràn hela solcellen provas elektriskt.

De solceller 10 som lämnar tillfredsställande elektriska uteffektvärden är nu klara att inkapslas mellan skyd- dande, elektriskt ledande skikt, såsom kommer att be- skrivas fullständigt i det följande.

IV. Vakuumaggregat med dubbla kamrar En särskilt konstruerad apparat erfordras för in- kapsling av solcellerna 10 mellan isolerade skyddsark.

Fastän en föredragen utföringsform av apparaten för àstadkommande av inkapslingsfunktionen är àskàdliggjord i fig 4, är det klart att denna funktion kan åstadkommas med andra apparater, av vilka alla former ligger inom ramen för föreliggande uppfinning.

I fig 4 visas närmare bestämt ett vakuumaggregat 36 med dubbla kamrar. Vakuumaggregatet 36 innefattar en övre kammare 38, en undre kammare 40 samt ett mycket böjligt kiselgummimembran 42, vilket är inrättat att (l) bilda en vakuumförslutning mellan de övre och undre kamrarna i varkuumaggregatet 36 och att (2) ansluta till konturen av ett fotovoltiskt don i syfte att över- föra en kraft pâ donet. Fastän ej visat är det klart att åtkomst till den undre kammaren 40 är nödvändig i syfte att införa och fästa den ej inkapslade solcellen eller annat fotovoltiskt don för förbindning av sol- cellen 10 eller annat fotovoltiskt don mellan ett övre 457 299 16 genomsynligt skikt 52 och ett undre, elektriskt isolerat = skikt 53. En luftöppning 44 med en kontrollventil 45a bildar en passage in i det inre av den övre kammaren 38, och en luftöppning 46 med en kontrollventil 45 bil- A dar en passage in i det inre av den undre kammaren 40 för den samtidiga evakueringen av luft från båda kam- rarna och för efterföljande áterinföring av luft i den övre kammaren 38. Ett flertal värmeelement 50, som är anordnade i botten av den undre kammaren 40, är inrät- tade att värma vakuumaggregatet 36 till de rätta ström- nings- och härdningstemperaturerna för bindemedlet.

Ett skikt av ett bindemedel, såsom etylvinylacetat, sprides eller sprutas vid drift över åtminstone väsent- liga partier av bade det genomsynliga, ledande oxid- skiktet 22 och substratskiktet ll av solcellen 10. In- kapslingsskikt 52, såsom (l) glass eller (2) en synte- tisk plast, såsom TEDLARC), av något större längd- och breddmàtt än längd- och breddmåtten för solcellen 10 eller annat fotovoltiskt don, anbringas över etylvinyl- acetatet. Etylvinylacetatets funktion är att förbinda inkapslingsskikten 52 med solcellen 10 eller annat foto- voltiskt don. Funktionen för det övre eller frilagda inkapslingsskiktet S2 är att släppa in ljus, isolera elektriskt och skydda solcellen 10 eller annat foto- voltiskt don från omgivningsförhàllanden, när solcellen eller solcellspanelen 9 är monterad för drift pà exempelvis en taknock. Det undre inkapslingsskiktets 53 funktion är att elektriskt isolera solcellens 10 substratskikt ll från elektriskt ledande element, som det kan komma i kontakt med vid montering för drift.

För att bringa bindemedlet att flyta och härda kan laminatet av inkapslingsskikt-etylvinylacetat-solcell- etylvinylacetat-inkapslingsskikt placeras i vakuumagg- regatets 36 undre kammare 40 omedelbart under kisel- gummimembranet 42. Först avlägsnas luft samtidigt från både den övre kammaren 38 och den undre kammaren 40, varefter luft pumpas eller släppes tillbaka in i den övre kammaren 38, vilket bringar kiselgummimcmbranet 42 457 299 17 att tryckas ihop. Pumpningen fortsätter till dess att membranet 42 utövar ett tryck på l atm mot laminatet av inkapslingsskikt-etylvinylacetat-solcell-etylvinyl- acetat-inkapslingsskikt. Allteftersom luft pumpas in i den övre kammaren 38 tvingas det böjliga membranet 42 nedåt från sitt normala jämviktsläge, vilket är visat med den heldragna linjen 42a i fig 4, till ett kontur- passningsläge, visat med den streckade linjen 42b i fig 4, där membranet anligger och trycker mot solcellen eller annat fotovoltiskt don samt den inre ytan av den undre kammaren 40 med ett tryck på l atm. Vakuum- aggregatets 36 undre kammare 40 uppvärmes till l30°C medelst värmeelementen 50. Vid temperaturen på 130°C vid atmosfärstrycket flyter etylvinylacetatet och här- dar, varigenom de övre och undre inkapslingsskikten förbindes med det fotovoltiska donet. Eftersom etyl- vinylacetatet sprides i vakuum, bildas inga bubblor i det under fortgàngen av strömnings- och härdnings- processen. Tillverkningen av det fotovoltiska donet är nu slutförd och donen kan antingen användas var för sig eller i kombination alltefter önskan.

V Solcellspanelen Solcellspanelen, som allmänt är angiven med hänvis- ningsnumret 9, är áskàdliggjord i fig 3. I denna före- dragna form är åtta solceller l0a-lOh anordnade i en. 4x2-matris för àstadkommande av en solcellspanel 9 pà ungefär l,2 m x 0,6 m. I den àskàdliggjorda utförings- formen är samlingsskenorna 34 för varje enskild solcell l0a-lOh sammankopplade medelst exempelvis elektriskt ledande band l9a-l9h för bildande av en enda genomsynlig skiktkontakt. Bandet l9a från solcellen l0a är anslutet till substratkontakten pà solcellen l0b, bandet l9b fràn solcellen lOb är anslutet till substratkontakten pá solcellen l0c, bandet l9c från solcellen lOc är an- slutet till substratkontakten pà solcellen l0d, bandet l9d från solcellen l0d är anslutet till substratkon- takten pà solcellen lOh, bandet l9h från solcellen lOh är anslutet till substratkontakten på solcellen l0g, t- 457 299 18 bandet l9g från solcellen 109 är anslutet till substrat- kontakten på solcellen lOf, bandet l9f från solcellen l0f är anslutet till substratkontakten pà solcellen l0e, bandet l9e från solcellen l0e och substratkontakten fràn solcellen l0a bildar kontakter 2la resp 2lb till vilka en intilliggande solcellspanel 9 kan anslutas.

På detta sätt kan hela ytarean av exempelvis ett tak täckas genom hopkoppling av ett flertal solcellspaneler 9.

VI. Andra användningar Uppdelningen av en halvledarkropp med stor ytarea i ett flertal elektriskt isolerade partier med mindre ytarea har andra betydande användningsområden. När nu massframställningen av kontinuerliga banor av fotovol- tiska don skall börja kommer exempelvis don med så stor ytarea som en längd på 300 m och en bredd på 40 cm att framställas. För att använda donen som exempelvis de i denna ansökan diskuterade solcellerna är det nödvän- digt att den kontinuerliga banan skäres till celler om 30x30 cm. Även då de fotovoltiska donen framställes som diskreta skivor, måste dessa skivor skäras till mindre skivor för användning som strömkällor för fick- räknare, klockor, etc.

Det har framkommit, att försök att skära eller skilja de fotovoltiska donen med stor ytarea i don med mindre ytarea åstadkommer kortslutningar, vilket gör donen overksamma. Om halvledardonen med stor ytarea först delas upp i ett flertal don med mindre ytarea genom uppdelning av dess halvledarkropp i ett flertal elektriskt isolerade partier, såsom häri beskrivits, så kan emellertid halvledardonet med stor ytarea sedan skiljas utmed utrymmena eller gapen mellan enskilda, isolerade partier för bildande av lämpligt dimensio- nerade halvledardon med liten ytarea utan att donen kortslutes elektriskt.

Det har också fastställts, att de isolerade par- tierna 26 av halvledarkroppen, vilka ej ger tillräcklig elektrisk uteffekt, ibland kan lagras, exempelvis fyl- 457 299 19 medelst en laseravsökning. Efter det att defekten är avlägsnad kan de nu god+agbara, isolerade partierna och de ursprungligen godtagbara, isolerade partierna båda anslutas elektriskt. Den sammanlagda verknings- graden för halvledardonet förbättras därmed.

Claims (15)

10 15 20 25 30 45.7 299 20 PATENTKRAV
1. l. Solcell, innefattande ett gemensamt, elektriskt ledande substratskikt, en på substratskiktet avsatt, väsentligen amorf halvledarkropp samt ett ovanpå halv- ledarkroppen avsatt, genomsynligt och elektriskt ledande skikt, k ä n n e t e c k n a d av ett flertal i huvudsak elektriskt isolerade partier (26) med liten area, i vilka halvledarkroppen är uppdelad och av vilka åtminstone ett är elektriskt overksamt; åtminstone en elektriskt ledande remsa (34), varvid enbart elektriskt verksamma partier av halvledarkroppen är elektriskt anslutna till nämnda ledande remsa, vilken bildar en med halvledar- kroppen sammanhörande, elektrisk kontakt; en elektrisk kontakt på substratskiktet (11): samt ett övre elektriskt isolerande, ljusinsläppande skyddsskikt (52) och ett undre, elektriskt isolerande skikt (53), varvid solcellen (l0a-l0h och l2a-l2c) är inkpaslad mellan det övre och det undre skiktet, så att endast elektriskt verksamma partier av halvledarkroppen är elektriskt anslutna, varigenom solcellens totala verkningsgrad förbättras.
2. 2. Solcell enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att halvledarkroppen innefattar åtminstone en skikttriad, som innefattar ett skikt (l6a-l6c) med ledningsförmåga av P-typ, ett egenledande skikt (l8a-l8c) och ett skikt (20a-20c) med ledningsförmàga av N-typ.
3. 3. Solcell enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av ett gallermönster (24), som är bildat på varje isolerat parti (26) av halvledarkroppen.
4. 4. Solcell enlgit patentkravet 3, k ä n n e t e c k - n a d därav, att solcellen (l0a-l0h och l2a-l2c) är ett i huvudsak plant element med en yta av ungefär 30x30 cm, vilket element är uppdelat i ett flertal väsent- ligen parallella rader av isolerade partier (26) av halvledarkroppen.
5. 5. Solcell enligt något av patentkraven l-4, k ä n - 10 15 20 25 30 35 4 5.7 299 21 n e t e c k n a d därav, att varje ledande remsa (34) är en kopparsamlingsskena, som är fäst mellan alter- nerande rader av de isolerade partierna (26) av halv- ledarkroppen.
6. 6. Solcell enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k - n a d därav, att kopparsamlingsskenorna (34) är fästa vid isolerade partier (26) av halvledarkroppen med ett elektriskt isolerande kiselbindemedel.
7. 7. Sätt att tillverka fotovoltiska don för en sol- cell enligt patentkravet l, vilka don vartdera innefattar ett gemensamt elektriskt ledande substratskikt, en på substratskiktet avsatt, väsentligen amorf halvledar- kropp samt ett ovanpå halvledarkroppen avsatt, genom- synligt och elektriskt ledande skikt, k ä n n e t e c k - n a t av åtgärderna att dela upp halvledarkroppen i ett flertal partier, varvid varje parti är i huvudsak elektriskt isolerat frán andra partier, att prova den elektriska uteffekten från varje isolerat parti av halv- ledarkroppen, att ansluta endast de elektriskt verk- samma isolerade partierna till en elektriskt ledande remsa, som bildar en med halvledarkroppen sammanhörande elektrisk kontakt, samt att anordna en elektrisk kontakt på substratskiktet, varigenom det fotovoltiska donets totala verkningsgrad_förbättras genom elektrisk anslutning av enbart de elektriskt verksamma partierna av halvledar- kroppen.
8. 8. Sätt enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k - n a t av åtgärden att konstruktivt och elektriskt för- binda ett flertal fotovoltiska don för bildande av en panel av sådana don, där det genomsynliga skiktets kon- takt hos vart och ett av de fotovoltiska donen samt substratskiktets kontakt hos vart och ett av de foto- voltiska donen är elektriskt förbundna.
9. 9. Sätt enligt patentkravet 7 eller 8, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det genomsynliga, elektriskt ledande skiktet från början är kontinuerligt samt att halvledarkroppen uppdelas i ett flertal isolerade partier 10 15 20 25 457 299 22 genom ritsning av det genomsynliga skíktet till ett flertal diskreta segment. ,
10. 10. Sätt enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k - n a t därav, att ett gallermönster pàföres varje disk- ret segment av det genomsynliga skiktet.
11. ll. Sätt enligt patentkravet 7 eller 8, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det genomsynliga, elektriskt ledande skiktet pàföres som ett från början diskonti- nuerligt skikt för bildande av ett flertal elektriskt isolerade, diskreta segment av det genomsynliga skiktet.
12. l2. Sätt enligt patentkravet ll, k ä n n e t e c k - n a t därav, att ett gallermönster pàföres på varje diskret segment av det genomsynliga skiktet.
13. 13. Sätt enligt något av patentkraven 7-12, k ä n - n e t e c k n a t av åtgärden att inkapsla varje foto- voltiskt don mellan ett övre, elektriskt isolerande, ljusinsläppande skyddsskikt och ett undre, elektriskt isolerande skikt. _
14. 14. Sätt enligt något av patentkraven 7-13, k ä n - n e t e c k n a t av åtgärden att bilda det fotovol- tiska donet som ett stort, i huvudsak plant element, vilket är uppdelat i ett flertal i huvudsak parallella rader, som vardera är definierade av nämnda flertal isolerade partier. '
15. 15. Sätt enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k- n a t därav, att den ledande remsan är en kopparsam- lingsskena, som är fäst mellan alternerande rader av de isolerade partierna av kroppen medelst ett elektriskt isolerande kiselbindemedel.