WO2011063894A4 - Photovoltaik-modulstruktur und verfahren zum herstellen einer elektrisch leitenden verbindung zwischen zwei voneinander beabstandeten kontaktschichten, insbesondere in der photovoltaik-modulstruktur - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Modulstruktur 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei beabstandeten Kontaktschichten 4", 6', insbesondere in der erfindungsgemäßen Photovoltaik- Modulstruktur 1. Die Herstellungsverfahren ist besonders einfach und kostengünstig und die erfindungsgemäße Photovoltaik-Modulstruktur 1 ermöglicht einen bedeutenden Wirkungsgradzugewinn.

Claims

16 GEÄNDERTE ANSPRÜCHE beim Internationalen Büro eingegangen am 18. Oktober 201 1 (18.10.201 1)
1. Photo voltaik-Modulstruktur (1), insbesondere für die Dünnschichtphoto voltaik, wobei die Modulstruktur (1) zumindest zwei photovoltaisch wirksame Bereiche (2', 2") aufweist, wobei jeder Bereich (2', 2") in vertikaler Richtung zumindest eine optisch aktive Schicht (5', 5") aufweist, die zwischen zwei elektrischen ersten und zweiten Kontakten (4', 4", 6', 6") angeordnet ist, wobei die Kontakte (4', 4", 6', 6") jeweils zumindest eine elektrisch leitende Schicht umfassen, wobei die zwei Bereiche (2', 2") horizontal so aneinander mit einem Übergang (7) angrenzen, dass der Übergang (7) zwischen den zwei Bereichen (2', 2") eine horizontale Abfolge einer ersten elektrischen Leitungsunterbrechung (8) zwischen den ersten Kontakten (4', 4") des ersten (2') und zweiten Bereichs (2"), einer elektrischen Leitungsverbindung (9) zwischen dem zweiten Kontakt (6') des ersten Bereichs (2') und dem ersten Kontakt (4") des zweiten Bereichs (2") und eine zweite elektrische Leitungsunterbrechung (10) zwischen den zweiten Kontakten (6', 6") des ersten (2') und zweiten Bereichs (2") umfasst, so dass die beiden Bereiche (2', 2") in Reihe verschaltet sind, wobei die Photo voltaik-Modulstruktur (1) bevorzugt auf einem transparenten Substrat (3), insbesondere Glas angeordnet ist, wobei zumindest die elektrische Leitungsverbindung (9) und die zweite elektrische Leitungsunterbrechung (10) direkt aneinander angrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitungsverbindung (9) eine Breite im Bereich von 0,01 μιη bis 40 μιη aufweist.
2. Photo voltaik-Modulstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der elektrischen Leitungsverbindung (9) 30 μιη beträgt und/oder die erste elektrische Leitungsunterbrechung (8), die Leitungsverbindung (9) und die zweite elektrische Leitungsunterbrechung (10) des Übergangs (7) als im Wesentlichen Vertikalstrukturierung ausgebildet sind.
3. Photovoltaik-Modulstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Leitungsunterbrechung (8) ebenfalls in der optisch aktiven Schicht (5') des ersten Bereichs (2') vorgesehen ist und bevorzugt als in eine Strukturierung eingebrachter isolierender Füllstoff ausgebildet ist.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 17
4. Photo voltaik-Modulstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitungsverbindung (9) das Material des ersten (4', 4) und/oder des zweiten Kontakts (6", 6) umfasst und insbesondere ein Metall oder ein transparentes leitendes Oxid aufweist.
5. Photo voltaik-Modulstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Leitungsunterbrechung (10) durch eine strukturierte Unterbrechung in der zweiten Kontaktschicht (6") des zweiten Bereichs (2") gebildet ist, wobei die Unterbrechung sich bevorzugt zumindest auch über die optisch aktive Schicht (5") des zweiten Bereichs (2") erstreckt.
6. Photo voltaik-Modulstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch aktiven Schichten (5', 5") und die elektrischen ersten (4', 4") und zweiten Kontakte (6', 6") als horizontale Photoschicht (5) und erste (4) und zweite Kontaktschichten (6) ausgebildet sind.
7. Photovoltaik-Modulstruktur (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Photoschicht (5) die Materialien CdTe und CdS, die erste Kontaktschicht (4) ein transparentes leitendes Oxid, bevorzugt ITO, und die zweite Kontaktschicht (6) Mo aufweisen, die erste elektrische Leitungsunterbrechung (8) als elektrisch isolierendes Füllmaterial Lacke, Photoresist und dgl. umfasst und die zweite elektrische Leitungsunterbrechung (10) als elektrisch isolierendes Füllmaterial Luft umfasst, wobei bevorzugt die erste Kontaktschicht
(4) eine Dicke im Bereich von 0,01 bis 1 μηι, bevorzugt 0,05 bis 0,5 μηι aufweist und insbesondere 0,25 μπι beträgt, die zweite Kontaktschicht (6) eine Dicke im Bereich von 0,01 bis 1 μιη, bevorzugt 0,1 bis 0,8 μηι aufweist und insbesondere 0,5 μηι beträgt, die Photoschicht
(5) eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 10 μη , bevorzugt 1 bis 5 μηι aufweist und insbesondere 3 μπι beträgt, die erste elektrische Leitungsunterbrechung (8) eine Breite im Bereich von 5 bis 100 μηι, bevorzugt 20 bis 80 μπι aufweist und insbesondere 50 μπι beträgt und die zweite elektrische Leitungsunterbrechung (10) eine Breite im Bereich von 5 bis 100 μηι, bevorzugt 20 bis 80 μηι aufweist und insbesondere 30 μπι beträgt.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 18
8. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Leitungsverbindung (9) zwischen zumindest zwei, bevorzugt in einem vertikal geschichteten Schichtensystem (1) von voneinander beabstandeten ersten (4) und zweiten Kontaktschichten (6) für eine Reihenverschaltung, insbesondere Verfahren zur Herstellung der elektrischen Leitungsverbindung (9) zwischen dem zweiten Kontakt (6') des ersten Bereichs (2') und dem ersten Kontakt (4") des zweiten Bereichs (2") einer Photovoltaik-Modulstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein asymmetrischer Strukturierungsschritt vorgenommen wird zur gleichzeitigen Erzeugung der elektrischen Leitungsverbindung (9) und einer direkt angrenzenden elektrischen Leitungsunterbrechung in einer der beiden Kontaktschichten (4, 6), bei dem insbesondere die Strukturierungsintensität des Strukturierungspulses in einem äußeren Bereich des Strukturierungspulses soviel geringer ist, als in den übrigen Bereichen, dass sich in den mit geringerer Strukturierungsintensität erzeugten Strukturbereichen die elektrisch leitende Verbindung (9) zwischen der ersten (4) und zweiten Kontaktschicht (6) ausbildet, wobei die elektrisch leitende Verbindung (9) Material der ersten (4) und/oder zweiten Kontaktschicht (6) umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturierungsschritt mittels Laserstrukturierung durchgeführt wird und die Bereiche unterschiedlicher Strukturierungsintensität dadurch erzeugt werden, dass ein asymmetrisches optisches Element verwendet wird, um durch Brechung, Beugung, Reflektion und/oder Streuung eine Intensitätsreduzierung zu erreichen, insbesondere ein Glas, das in einem ersten Bereich planparallel ist und dessen Dicke sich in einem zweiten Bereich bogenförmig verjüngt, und/oder dass zumindest zwei Laser verwendet werden, die eine unterschiedliche Intensität aufweisen und/oder das ein asymmetrisches Filterelement eingesetzt wird.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

19

IN ARTIKEL 19 (1) GENANNTE ERKLÄRUNG

Die DE 43 24 318 Cl (Dl) verwendet einen ersten Strukturierungsprozess für die Frontelektrodenschicht FE (vgl. Sp. 3, Z. 33-39), anschließend erfolgt eine erste Laserbestrahlung Wl zur Erzeugung eines Strukturgrabens SG und daran anschließend eine zweite Laserbestrahlung W2, wodurch über eine Phasenumwandlung des Halbleitermaterials im bestrahlten Bereich ein niederohmiger Bereich NB entsteht (vgl. Sp. 3, Z. 65 bis Sp. 4, Z. 58). Daraus ergibt sich dann die in Fig. 3 gezeigte Struktur. Außerdem offenbart die Dl in Sp. 6, Z. 19-27, dass der zweite Laserstrukturierungsschritt W2 mit einer Breite von 50 bis 100 μπι durchgeführt wird, woraus sich in erster Näherung eine Dicke der vertikalen Schicht NB von mindestens 50 um ergibt.

Die Dl offenbart somit nur elektrische Leitungsverbindungen mit einer Breite von minimal 50 um und diese minimale Breite wird benötigt, um während der Laserbestrahlung eine Phasenumwandlung zur Herstellung der Leitungsverbindung zu bewirken (vgl. Spalte 6, Zeilen 19 bis 27).

Zwar mag zur Verlustvermeidung grundsätzlich eine geringere Breite der elektrischen Leitungsverbindung wünschenswert zu sein, jedoch ist diese mit dem Verfahren der Dl nicht herstellbar. Erst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem neuen Anspruch 8 lässt sich eine solch dünne e- lektrische Leitungs Verbindung mit Breiten von 0,01 um bis 40 um verwirklichen. Dies erfolgt dadurch, dass sich Elektrodenmaterial an der vertikalen Strukturierungskante während des asymmetrischen Strukturierungsschrittes anlagert.

Die US 4,517,403 A (D2) verwendet ebenfalls drei Strukturierungsschritte, wobei zum einen die transparente leitfähige Schicht 29 mittels Laserstrukturierung unterteilt wird (vgl. Sp. 5, letzter Abs.), danach eine schon strukturierte Rückseitenelektrode 22 aufgedruckt wird (vgl. Sp. 6, Z. 24- 28) und schließlich sowohl die Rückelektrode 22 als auch die photovoltaisch aktive Schicht mittels des Laserstrahls 56 erhitzt werden, wodurch Elektrodenmaterial in die aktive Schicht eindiffundiert und eine leitende Schicht 56 ausgebildet wird (vgl. Sp. 7, Z. 33-40).

Zur Vermeidung von Verunreinigungsproblemen bzw. Kurzschlussausbildungen schlägt die KR 2009 0067351 A (D3) ein Verfahren gemäß Fig. 4 vor, wo zwei Laserstrukturierungsschritte und ein Druckverfahren so angewendet werden, dass in einem ersten Laserstrukturierungsschritt die Front- 20 elektrode 120 strukturiert wird und in einem zweiten Laserstrukturierungsschritt gleichzeitig die Ausnehmungen 170 und 172 geschaffen werden, wobei im Druckverfahren dann nur die Ausnehmung 170 mit Material der Rückseitenelektrode verfüllt wird. Zur Durchführung des zweiten Laser- strukturierungsschrittes wird ein geteilter Laserstrahl entsprechend der Figuren 5 und 6 verwendet, der ggf. entsprechend der Figur 7 noch einer Strahlformung unterzogen wird. Die Strukturgrößen aus Anspruch 1 lassen sich mit dem Verfahren der D3 nicht erzeugen.

Hinsichtlich des Verfahrens scheinen im schriftlichen Bescheid die Verfahrensschritte der Figur 4 mit dem erzeugten Produkt nach Fig. 8 vermengt worden zu sein. In Fig. 8 besteht zwar ein direktes Angrenzen der Leitungsverbindung mit einer elektrischen Leitungsunterbrechung und in Fig. 4e liegt ein asymmetrischer Laserstrukturierungsschritt dahingehend vor, dass die Breite des Bereiches 170 größer zu sein scheint als die Breite des Bereiches 172. Allerdings lässt sich mit dem Verfahren nach Fig. 4 nicht der Gegenstand nach Fig. 8 herstellen und im Übrigen erfolgt auch keine gleichzeitig Erzeugung der elektrischen Leitungsverbindung und der elektrischen Leitungsunterbrechung, wie es von Anspruch 8 gefordert wird. Außerdem erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren kein zusätzlicher Maskendruckschritt, sondern es werden ausschließlich zwei Laserstrukturierungsschritte vorgenommen. Im Übrigen weist die Lehre der D3 ausdrücklich von Kurzschlüsse erzeugendem Material weg, was aber in der vorliegenden Patentanmeldung gerade vorteilhaft zur Ausbildung der Leitungsverbindung genutzt wird.

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