WO2013045117A1 - Fotovoltaikmodul, verfahren und herstellungsanlage zur herstellung eines fotovoltaikmoduls - Google Patents

Fotovoltaikmodul, verfahren und herstellungsanlage zur herstellung eines fotovoltaikmoduls Download PDF

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WO2013045117A1
WO2013045117A1 PCT/EP2012/053803 EP2012053803W WO2013045117A1 WO 2013045117 A1 WO2013045117 A1 WO 2013045117A1 EP 2012053803 W EP2012053803 W EP 2012053803W WO 2013045117 A1 WO2013045117 A1 WO 2013045117A1
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photovoltaic module
dividing line
conductive material
electrically conductive
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PCT/EP2012/053803
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Wilhelm Stein
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Wilhelm Stein
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0465—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic module, a method for producing a photovoltaic module and a
  • the semiconductor material used in the photoactive layer or layers may be amorphous or
  • microcrystalline be microcrystalline. Also a combination of layers of amorphous and layers of microcrystalline
  • triple cells The semiconductor materials used are Si, Ge and compound semiconductors such as CdTe or Cu (In, Ga) Se2 (abbreviated CIS or CIGS) as well as compound semiconductors based on III-V (GaAs) and organic substances.
  • Si Si, Ge and compound semiconductors such as CdTe or Cu (In, Ga) Se2 (abbreviated CIS or CIGS) as well as compound semiconductors based on III-V (GaAs) and organic substances.
  • Thin-film photovoltaic modules usually divided into a plurality of segments.
  • the strip-shaped and usually a few millimeters to centimeters wide segments usually run parallel to an edge of the module.
  • the segments are formed by continuous substrate individual layers of the layer structure of the solar cell are interrupted by thin dividing lines.
  • the separating lines lead to the fact that identical layers of adjacent segments are electrically insulated from one another and, on the other hand, that layers subsequently applied along one
  • Dividing lines can be achieved in this way a series connection of the individual segments.
  • Photovoltaic module with a plurality of electrically connected in series segments arranged on a substrate layer stack.
  • the layer stack has a first electrode arranged on the substrate, a photoactive absorber arranged thereon and a second electrode arranged thereon.
  • a dividing line interrupts the layer stack to form the segments.
  • the photovoltaic module includes a plurality of contacting areas spaced apart along the dividing line. The contacting areas each have an electrical
  • the contacting regions furthermore each have an electrically conductive material, which is on the side of the second electrode facing away from the absorber
  • the contacting areas for series connection of the segments are provided only in individual areas along the dividing line. As a result, the area not usable for energy conversion is reduced or the usable area is increased.
  • the dividing line has, for example, a width of about 10 ⁇ to 40 ⁇ , in particular 20 to 40 ⁇ .
  • Contact areas have a width of about 100 ⁇ to 500 ⁇ , in particular from about 200 ⁇ to 300 ⁇ , on.
  • the distance between the individual contacting regions is for example approximately between 1 mm and 100 mm, in particular between 40 mm and 80 mm.
  • the individual layers of the layer stack are electrically isolated from each other on both sides of the dividing line. Due to the electrically conductive material, this interruption for the second electrode is bridged again, so that the
  • Insulation applied on the side facing away from the substrate of the first electrode, so that the second electrode is electrically coupled by means of the electrically conductive material with the first electrode.
  • the conductive material is applied in such a way that it at least partially covers both the side of the second electrode facing away from the absorber in the contacting regions and partially protrudes into the electrical insulation and is electrically coupled to the first electrode.
  • the electrical insulation is not completely filled by the conductive material, so that the second
  • the contacting comprises a conductive material compound and / or a conductive alloy of elements of the photoactive absorber and the second electrode.
  • the second electrode and the photoactive absorber are locally limited melted by irradiation of laser light, but not evaporated.
  • a silicide for example AgAISi with a quasi-metallic conductivity or a eutectic of Si and Ag, which also has a high conductivity, are formed. This can be done this point current from the backside electrode into the
  • the conductive material serves to contact the second electrode on one side of the parting line with the conductive material compound
  • Insulation on the side facing away from the substrate of the first electrode is applied, so that the second electrode is electrically coupled by means of the electrically conductive material with the first electrode, it is no longer
  • Electrode with the first electrode to electrically couple The dividing line interrupts the layer stack according to further embodiments linearly completely along the entire length of the layer stack.
  • Photovoltaic module is low.
  • a photovoltaic module comprises a plurality of electrically connected in series segments.
  • the photovoltaic module comprises a layer stack arranged on a substrate with a first electrode arranged on the substrate, a photoactive absorber arranged thereon and one thereon
  • the Photovoltaic module has a plurality of
  • the first electrode is interrupted in the contacting areas in each case by a further dividing line.
  • the electrode has locally different physical properties in the region of the further separating line than outside the further separating line.
  • Properties in the region of the further separating line are based on a change in the doping after a recrystallization of the first electrode in the region of the further separating line and / or on the formation of an oxide of an element from the photoactive absorber adjacent to the first electrode in the region of the further separating line.
  • the second electrode extends in the contacting regions in each case above the other
  • the further dividing line is introduced into the first electrode after the absorber and the second electrode are arranged on the first electrode.
  • the further separation line is produced by irradiating a laser radiation which has no or only a slight influence on the photoactive absorber and the second electrode.
  • a layer stack on a substrate is provided with an electrode disposed thereon, a photoactive absorber disposed thereon, and a second electrode disposed thereon.
  • the module segmented by a dividing line. The back contact is severed in regions in a plurality of regions. The regions are arranged along the dividing line.
  • Rear contact is separated by the dividing line severed.
  • a plurality of ohmic contacts between each of the first electrode and the second electrode become regions between the insulating line and the region
  • FIG. 1A shows a schematic illustration of a plan view of a photovoltaic module according to an embodiment
  • Figures 1B and 1C each show a schematic representation of a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a detailed view of the photovoltaic module according to FIG. 1A
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a contacting according to an embodiment
  • Figure 4 is a schematic representation of a contact according to an embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of a contact according to an imple mentation form.
  • Figure 1A shows schematically an embodiment of a
  • Photovoltaic module 40 in supervision.
  • the photovoltaic module 40 is set up to convert radiant energy into electrical energy when ready for operation.
  • the photovoltaic module 40 is a type of a thin-film photovoltaic module, too
  • the photovoltaic module 40 has a plurality of segments 5, 7 which are arranged on a common substrate 1 (FIGS. 1B, 1C, 3 to 5). The segments 5, 7 also become photovoltaic cells
  • each two immediately juxtaposed segments for example, the segments 5 and 7 are by a
  • the photovoltaic module 40 is, for example, a silicon thin-film photovoltaic module, a CIS thin-film photovoltaic module, a CdTe thin-film photovoltaic module or a III-IV thin-film photovoltaic module.
  • the photovoltaic module 40 is, according to other embodiments, a photovoltaic module comprising organic materials.
  • a plurality of regions 15 are arranged in the contacting region, in each of which a series connection of the two segments 5 and 7 is realized. Outside the regions 15, the segments 5 and 7 are completely electrically isolated from each other. In particular, outside the regions 15, all layers of the
  • the dividing lines 31 each extend linearly along the photovoltaic module 40.
  • the dividing lines 31 are in accordance with FIG.
  • the dividing lines 31 extend in the
  • FIG. 1B schematically shows a section of the
  • Photovoltaic module 40 in cross section according to embodiments.
  • a first electrode 2 is in operation of the sun
  • a second electrode 4 is arranged facing away from the sun or the incident radiation (100) during operation.
  • the substrate 1 is in operation of the sun
  • the substrate 1 is transparent.
  • Photovoltaic module 40 is for example of the type
  • the first electrode 2 is in particular transparent, for example a TCO.
  • the second electrode 4 is in particular metallic and
  • Figure IC schematically shows a section of the
  • Photovoltaic module 40 in cross section according to embodiments.
  • the first electrode 2 is in operation of the sun
  • the second electrode 4 is in operation of the sun or the incident radiation (100) arranged facing.
  • the substrate 1 is in operation of the sun
  • the photovoltaic module 40 is, for example, of the type of a CIS thin-film photovoltaic module.
  • electrode 4 is transparent, for example a TCO.
  • the first electrode 2 is in particular metallic and, for example, reflective.
  • a substrate (not shown) is arranged on the side of the second electrode 4 facing away from the substrate 1.
  • Figure 2 shows a schematic detail view of a region 15.
  • the dividing line 31 is linearly linear.
  • An electrical insulation 30 runs starting at the
  • Dividing line 31 transversely to the dividing line 31, then spaced from the dividing line 31 rectified, substantially parallel to the dividing line 31 and then again transverse to the dividing line 31.
  • the electrical insulation 30 has a U-shape.
  • Dividing line 31 and electrical insulation 30 include a region in which the electrical contact between the second electrode 4 of the segment 5 and the first electrode 2 of the segment 7 ( Figures 1B, IC, 3 to 5) is realized.
  • the electrical insulation 30 has a V-shape.
  • the electrical insulation 30 has, according to further embodiments, a form
  • the electrical insulation 30 has, according to other embodiments, a further shape that allows the electrical insulation 30 and the
  • Dividing line 31 delimit an area in which the
  • Material compound and / or alloy 33 is formed.
  • the material compound and / or alloy 33 is electrically conductive.
  • the material compound and / or alloy 33 is electrically coupled to an electrically conductive material 32.
  • the electrically conductive material 32 extends transversely to the longitudinal direction of the dividing line 31 and extends from one side of the dividing line 31 to the other side of the dividing line 31
  • Dividing line 31 The electrically conductive material 32 couples the region between the dividing line 31 and the electrical insulation 30 with the side of the dividing line 31 facing away from the electrical insulation 30.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of
  • Figure 3 shows a sectional view of the representation of Figure 2 along the line AA '.
  • the photovoltaic module 40 has the electrically conductive layer 2 on the extensively extended substrate 1 transversely to the main propagation direction of the substrate 1.
  • the electrically conductive layer 2 serves as the first electrode of the
  • Photovoltaic module 40 On a side facing away from the substrate 1
  • Page 11 of the first electrode 2 is a photoactive absorber
  • the further electrically conductive layer On the surface of the absorber 3 facing away from the substrate 1, the further electrically conductive layer
  • the further electrically conductive layer 4 serves as a second electrode.
  • TCO transparent conductive oxide layers, transparent conductive oxide layer
  • Vacuum coating processes applied without the substrate 1 has to be removed from the vacuum. It is also possible to start with a substrate 1 that is already provided with a TCO layer as the first electrically conductive layer 2. In this case, only the photoactive
  • Layer sequence 3 and the further electrically conductive layer 4 apply.
  • the first electrically conductive layer 2 which faces the sun during operation, is the first one
  • Electrode includes, for example Sn02, ZnO or ITO.
  • the embodiments according to embodiments in the operation of the sun are described.
  • remote second electrically conductive layer which forms the second electrode may also have a TCO layer or be formed by metals such as Ag, Al, No or combinations of TCO and a metal layer.
  • the absorber 3 typically comprises at least one p- and one n-doped semiconductor layer. In case of
  • Silicon-based thin-film photovoltaic cells are usually still separated by an extended substantially intrinsic (ie undoped) layer (I-layer) of the p- and n-doped layers.
  • I-layer substantially intrinsic layer
  • I-layer substantially intrinsic layer
  • Such a silicon tandem cell has, for example, a pin layer sequence of amorphous silicon and a pin layer sequence of crystalline silicon. It can also be provided a further pin layer sequence of amorphous silicon germanium. In this case we speak of triple cells.
  • the p-doped layer faces the sun. It is also possible that the n-doped layer faces the sun.
  • a growth substrate glass or a (metal) film is used as a growth substrate glass or a (metal) film. The substrate through which the
  • Sunlight is incident, when using a metal foil until the end of the manufacturing process on the module
  • the layer stack remains with the
  • amorphous or microcrystalline semiconductors of group 4 for the absorber 3
  • Example A-Si, A-SiGe, ⁇ - ⁇ , or compound semiconductors, such as CdTe or Cu (In, Ga) Se2 (short CIS or CIGS called) are used.
  • the absorber may comprise organic material that is set up,
  • absorber 3 layers of different materials mentioned can also be combined in the absorber 3. Furthermore, in the absorber 3 partially reflective layers (intermediate reflectors) of a conductive oxide and / or a
  • the electrical insulation 30 is introduced into the second electrode 4 and the absorber. In other aspects, the Insulation 30 is introduced only in the second electrode 4. The electrical insulation 30 separates the second electrode 4 so that the two adjacent regions of the second electrode 4 on both sides of the electrical insulation 30 electrically
  • the electrical insulation 30 is a recess in the second electrode 4 and the absorber 3.
  • the first electrode 2 is intact in the region of the electrical insulation 30.
  • the material compound and / or alloy 33 is generated in particular by irradiation of laser light of suitable wavelength from a range of, for example, 200 nm to 10 ⁇ m.
  • the second electrode 4 and the photoactive layer sequence 3 are locally limited melted, but not evaporated.
  • the electrically conductive material 32 is applied to a side facing away from the absorber 3 10 of the second electrode 4.
  • the electrically conductive material 32 is during the manufacture of
  • Photovoltaic module forms a viscous mass, such as a paste or ink.
  • Conductive material 32 is capable of being applied by a printing process.
  • the electrically conductive material 32 For example, it is applied with ink jet printing. According to further embodiments, this becomes electrical
  • the electrically conductive material 32 is different in shape from the material of the second electrode 4.
  • the electrically conductive material is Ag ink or Cu or Ni or Al ink.
  • the dividing line 31 is filled according to embodiments with electrically insulating material 14.
  • the electrically insulating material 14 is introduced into the dividing line 31, for example by a printing process.
  • the dividing line 31 is
  • Material connection and / or alloy 33 is an ohmic contact between the second electrode 4 and the first
  • Electrode 2 The material compound and / or alloy 33 extends from the side 10 to the absorber facing side 11 of the first electrode 2.
  • FIG. 4 shows a series circuit in the
  • Electrode 4 of the segment 5 with the first electrode 2 of the segment 7, the electrically conductive material 32 is applied so that it is in the electrical insulation 30th
  • Insulation 30 has. Another subsection 13 of the
  • Insulation 30 adjacent to the segment 7 is free of electrically conductive material 32, so that the second
  • Electrode 4 of the segment 7 electrically from the second
  • Electrode 4 is separated in the contacting region 6 and 5 segment.
  • electrically conductive material 32 is an ohmic contact between the second electrode 4 on the side facing the segment 5 of the parting line 31 and the first electrode 2 on the segment 7 facing side of
  • Electrode 2 the absorber 3 and the second electrode 4 symbolize the current flow and the series connection of the segments 5 and 7.
  • the series connection according to FIG. 5 essentially corresponds to the exemplary embodiment of FIG. 3.
  • the photovoltaic module 40 according to the exemplary embodiment of FIG. 5 has no electrically conductive material 32 and no separation line 31 in the contacting regions 6 that cuts through the entire layer stack 9.
  • a dividing line 34 for electrical insulation of the first electrode 2 is inserted into the first electrode 2, that the absorber 3 and the second electrode 4 on the Substrate 1 side facing away from the first electrode. 2
  • the electrical conductivity of the second electrode 4 above the dividing line 34 is maintained.
  • laser radiation of a wavelength absorbed in the front side electrode for example, 1064 nm, is introduced through the substrate 1.
  • the power of the laser radiation and the processing time is chosen so that the first electrode 2 is locally heated and excited to recrystallization processes, without material being physically removed.
  • Mechanism that leads to a reduction in conductivity is a mixing of the material of the first
  • Electrode 2 with the material of the overlying absorber 3.
  • the oxygen of the TCO material of the first electrode 2 forms with the silicon of the absorber 3 electrically insulating silicon oxide (SiO or S1O2).
  • the dividing line 31 is arranged, which completely cuts through the layer stack 9.
  • the dividing line 31 and the dividing line 34 immediately adjoin one another and thus extend alternately linearly along along the entire length of the layer stack 9.
  • the first electrode 2 is electrically interrupted over the entire length of the layer stack 9 by the dividing lines 31 and 34.
  • the photovoltaic module 40 according to the exemplary embodiment of FIG. 5 has in the contacting regions 6
  • Photovoltaic module 40 the recrystallized or silicon oxide-containing separation line 34 in the first electrode 2.
  • the series connection and the current flow are symbolized by the arrows.
  • the dividing line 34 can also without irradiation of
  • the dividing line 34 is through the material of the photoactive
  • Absorbers 3 formed. For electrically insulating the first electrode 2 to the left and to the right of the dividing line 34, a recess in the region of the dividing line 34 is introduced into the first electrically conductive layer 2 before the photoactive absorber 3 is arranged on the first electrode 2. During the application of the photoactive absorber 3 to the first electrode 2, the material of the photoactive absorber 3 then settles in this recess and has an electrically insulating effect.
  • Fotovoltaikmoduls 40 first of the layer stack 9 completely deposited on the substrate. After the layer stack is completely applied, the segmentation of the Layer stack performed by the dividing line 31. The transection of the back contact by the electrical
  • the structuring takes place in particular by
  • Structuring measures are summarized in a process header. This also leads to a cost savings, both in the manufacturing plants, as well as during production.
  • Contact areas 6 are the dead zones, which can not contribute to the conversion of energy, compared to conventional modules in which the contacting areas elongated elongated over the entire length of the module run reduced.
  • the module becomes, for example, the
  • the electrical insulation 31 has a width of approximately 20 to 40 ⁇ .
  • Segments 5 and 7 enter regions 15, respectively
  • Dividing line 31 includes a plurality of spaced apart islands for series connection. In these islands, the ohmic contact is formed for series connection. In each case two of the immediately adjacent regions 15 have a distance of approximately 1 mm to 100 mm from each other. Thus, the high efficiency of the photovoltaic module 40 through

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Abstract

Ein Fotovoltaikmodul mit einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Segmenten (5, 7) umfasst: einen auf einem Substrat (1) angeordneten Schichtstapel (9) mit : einer auf dem Substrat angeordneten ersten Elektrode (2), einem darauf angeordneten fotoaktiven Absorber (3), einer darauf angeordneten zweiten Elektrode (4), eine Trennlinie (31), die den Schichtstapel (9) zur Bildung der Segmente (5, 7) unterbricht, eine Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen (6), die voneinander beabstandet entlang der Trennlinie (31) angeordnet sind und die jeweils aufweisen: eine elektrische Isolierung (30) der zweiten Elektrode (4), eine Kontaktierung (32, 33), über die die zweite Elektrode (4) elektrisch mit der ersten Elektrode (2) gekoppelt ist zur Reihenschaltung der Segmente (5, 7), ein elektrisch leitfähiges Material (32), das auf der dem Absorber (3) abgewandten Seite (10) der zweiten Elektrode (4) aufgebracht ist zur elektrischen Überbrückung der Trennlinie.

Description

Beschreibung
Fotovoltaikmodul , Verfahren und Herstellungsanlage zur
Herstellung eines Fotovoltaikmoduls
Die Erfindung betrifft ein Fotovoltaikmodul, ein Verfahren zur Herstellung eines Fotovoltaikmoduls sowie eine
Herstellungsanlage zur Herstellung eines Fotovoltaikmoduls nach einem solchen Verfahren.
Dünnschichtsolarzellen-Module, auch
Dünnschichtfotovoltaikmodule genannt, weisen fotoaktive
Schichten mit Schichtdicken in der Größenordnung von
Mikrometern auf. Das in der oder den fotoaktiven Schichten eingesetzte Halbleitermaterial kann dabei amorph oder
mikrokristallin sein. Auch eine Kombination von Schichten aus amorphen und Schichten aus mikrokristallinem
Halbleitermaterial innerhalb einer Zelle ist möglich, zum Beispiel bei den so genannten Tandemzellen und den so
genannten Tripelzellen. Als Halbleitermaterialien kommen Si, Ge und Verbindungshalbleiter wie CdTe oder Cu(In, Ga) Se2 (kurz CIS oder CIGS genannt) sowie Verbindungshalbleiter auf III-V-Basis (GaAs) und organische Stoffe zum Einsatz. Um wirtschaftliche Module mit möglichst großer Fläche
einsetzen zu können, ohne dass der in den Elektroden der Solarzellen lateral abgeführte Strom so groß wird, dass hohe ohmsche Verluste auftreten, werden
Dünnschichtfotovoltaikmodule üblicherweise in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt. Die streifenförmigen und in der Regel einige Millimeter bis Zentimeter breiten Segmente verlaufen dabei meist parallel zu einer Kante des Moduls. Die Segmente werden gebildet, indem bei durchgehendem Substrat einzelne Schichten des Schichtaufbaus der Solarzelle durch dünne Trennlinien unterbrochen werden. Die Trennlinien führen zum einen dazu, dass gleiche Schichten benachbarter Segmente gegeneinander elektrisch isoliert sind und zum anderen dazu, dass nachfolgend aufgebrachte Schichten entlang einer
Kontaktierung mit darunter liegenden Schichten elektrisch verbunden werden können. Bei geeigneter Anordnung der
Trennlinien lässt sich auf diese Weise eine Reihenschaltung der einzelnen Segmente erreichen. In dem Bereich der
Trennlinien wird kein elektrischer Strom erzeugt.
Es ist wünschenswert, ein Fotovoltaikmodul anzugeben, das effizient ist. Es ist weiterhin wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung eines effizienten Fotovoltaikmoduls
anzugeben, das eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Herstellungsanlage zur Herstellung eines effizienten Fotovoltaikmoduls anzugeben.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein
Fotovoltaikmodul mit einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Segmenten einen auf einem Substrat angeordneten Schichtstapel. Der Schichtstapel weist eine auf dem Substrat angeordnete erste Elektrode, einen darauf angeordneten fotoaktiven Absorber und eine darauf angeordnete zweite Elektrode auf. Eine Trennlinie unterbricht den Schichtstapel zur Bildung der Segmente. Das Fotovoltaikmodul umfasst eine Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen, die voneinander beabstandet entlang der Trennlinie angeordnet sind. Die Kontaktierungsbereiche weisen jeweils eine elektrische
Isolierung der zweiten Elektrode auf. Die
Kontaktierungsbereiche weisen jeweils weiterhin eine
Kontaktierung auf, über die die zweite Elektrode elektrisch mit der ersten Elektrode gekoppelt ist zur Reihenschaltung der Segmente. Die Kontaktierungsbereiche weisen weiterhin jeweils ein elektrisch leitfähiges Material auf, das auf der dem Absorber abgewandten Seite der zweiten Elektrode
aufgebracht ist, um die Trennlinie elektrisch zu überbrücken.
Die Kontaktierungsbereiche zur Reihenschaltung der Segmente sind nur in einzelnen Bereichen entlang der Trennlinie vorgesehen. Dadurch wird die zur Energieumwandlung nicht nutzbare Fläche reduziert beziehungsweise die nutzbare Fläche erhöht. Die Trennlinie hat beispielsweise eine Breite von in etwa 10 μπι bis 40 μπι, insbesondere 20 bis 40 μπι. Die
Kontaktierungsbereiche weisen eine Breite von etwa 100 μπι bis 500 μπι, insbesondere von etwa 200 μπι bis 300 μπι, auf. Der Abstand zwischen den einzelnen Kontaktierungsbereichen beträgt beispielsweise in etwa zwischen 1 mm und 100 mm, insbesondere zwischen 40 mm und 80 mm. Die Trennlinie
isoliert die einzelnen Schichten des Schichtstapels jeweils beidseitig der Trennlinie elektrisch voneinander. Durch das elektrisch leitfähige Material ist diese Unterbrechung für die zweite Elektrode wieder überbrückt, sodass die
Reihenschaltung der beiden Segmente erreicht ist.
Dadurch, dass für die elektrische Kontaktierung zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode nur
abschnittsweise an mehreren Stellen des Fotovoltaikmoduls erfolgt, ist der Kontaktierungsbereich, der nicht zur
Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie beiträgt, zwischen einem ersten und einem zweiten Segment des Fotovoltaikmoduls mit einem möglichst kleinen Anteil an der Gesamtfläche des Fotovoltaikmoduls ausgebildet. Damit wird bezogen auf das Fotovoltaikmodul möglichst wenig Fläche für die Kontaktierung benötigt und entsprechend steht mehr Fläche zur Verfügung, die im Betrieb zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie beiträgt. Bei gleichbleibender Modulgröße wird somit die Effizienz des Fotovoltaikmoduls gesteigert. Gemäß weiteren Aus führungs formen ist das elektrisch
leitfähige Material in einem Bereich der elektrischen
Isolierung auf der dem Substrat abgewandten Seite der ersten Elektrode aufgebracht, sodass die zweite Elektrode mittels des elektrisch leitfähigen Materials mit der ersten Elektrode elektrisch gekoppelt ist.
Das leitfähige Material ist so aufgebracht, dass es in den Kontaktierungsbereichen jeweils sowohl die dem Absorber abgewandte Seite der zweiten Elektrode zumindest teilweise bedeckt als auch in die elektrische Isolierung teilweise hineinragt und elektrisch mit der ersten Elektrode gekoppelt ist. Die elektrische Isolierung wird nicht vollständig von dem leitfähigen Material aufgefüllt, sodass die zweite
Elektrode in dem Bereich der elektrischen Isolierung
elektrisch isoliert ist. So kann die für die
Kontaktierungsbereiche benötigte Fläche weiter reduziert werden .
Gemäß weiteren Aus führungs formen enthält die Kontaktierung eine leitfähige Materialverbindung und/oder eine leitfähige Legierung aus Elementen des fotoaktiven Absorbers und der zweiten Elektrode. Insbesondere sind die zweite Elektrode und der fotoaktive Absorber durch Einstrahlung von Laserlicht lokal begrenzt aufgeschmolzen, aber nicht verdampft. Durch Diffusionsprozesse in der Schmelze bilden sich entweder ein Silizid, zum Beispiel AgAISi mit einer quasi metallischen Leitfähigkeit oder auch ein Eutektikum aus Si und Ag, das ebenfalls eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Dadurch kann an dieser Stelle Strom von der Rückseitenelektrode in die
Frontseitenelektrode fließen. Das leitfähige Material dient zur Kontaktierung der zweiten Elektrode auf der einen Seite der Trennlinie mit der leitfähigen Materialverbindung
und/oder der leitfähigen Legierung auf der anderen Seite der Trennlinie. So ist es möglich, die für die
Kontaktierungsbereiche benötigte Fläche weiter zu reduzieren.
Gemäß den Aus führungs formen bei denen das elektrisch
leitfähige Material in dem Bereich der elektrischen
Isolierung auf der dem Substrat abgewandten Seite der ersten Elektrode aufgebracht ist, sodass die zweite Elektrode mittels des elektrisch leitfähigen Materials mit der ersten Elektrode elektrisch gekoppelt ist, ist es nicht mehr
notwendig, die leitfähige Materialverbindung und/oder die leitfähige Legierung aus Elementen des fotoaktiven Absorbers und der zweiten Elektrode auszubilden, um die zweite
Elektrode mit der ersten Elektrode elektrisch zu koppeln. Die Trennlinie unterbricht den Schichtstapel gemäß weiteren Aus führungs formen linear vollständig entlang der gesamten Länge des Schichtstapels. Somit ist eine einfache Herstellung der Trennlinie möglich und der Serienwiderstand des
Fotovoltaikmoduls ist niedrig.
Gemäß weiteren Ausführungs formen der Erfindung umfasst ein Fotovoltaikmodul eine Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Segmenten. Das Fotovoltaikmodul umfasst einen auf einem Substrat angeordneten Schichtstapel mit einer auf dem Substrat angeordneten ersten Elektrode, einem darauf angeordneten fotoaktiven Absorber und einer darauf
angeordneten zweiten Elektrode. Eine Trennlinie unterbricht den Schichtstapel zur Bildung der Segmente bereichsweise. Das Fotovoltaikmodul weist eine Mehrzahl von
Kontaktierungsbereichen auf, die voneinander beabstandet entlang der Trennlinie angeordnet sind. Die
Kontaktierungsbereiche weisen jeweils eine elektrische
Isolierung der zweiten Elektrode und eine Kontaktierung, über die die zweite Elektrode elektrisch mit der ersten Elektrode gekoppelt ist zur Reihenschaltung der Segmente, auf. Die erste Elektrode ist in den Kontaktierungsbereichen jeweils durch eine weitere Trennlinie unterbrochen. Die erste
Elektrode weist im Bereich der weiteren Trennlinie lokal andere physikalische Eigenschaften auf, als außerhalb der weiteren Trennlinie. Die lokal anderen physikalischen
Eigenschaften im Bereich der weiteren Trennlinie beruhen auf einer Änderung der Dotierung nach einer Rekristallisation der ersten Elektrode im Bereich der weiteren Trennlinie und/oder auf einer Bildung eines Oxids eines Elements aus dem zur ersten Elektrode benachbarten fotoaktiven Absorber im Bereich der weiteren Trennlinie. Die zweite Elektrode verläuft in den Kontaktierungsbereichen jeweils oberhalb der weiteren
Trennlinie durchgängig. Die weitere Trennlinie ist in die erste Elektrode eingebracht, nachdem der Absorber und die zweite Elektrode auf der ersten Elektrode angeordnet sind. Insbesondere wird die weitere Trennlinie durch Einstrahlen einer Laserstrahlung erzeugt, die keinen oder nur einen geringen Einfluss auf den fotoaktiven Absorber und die zweite Elektrode hat.
Aus führungs formen der Erfindung umfassen eine
Herstellungsanlage und ein Verfahren zur Herstellung eines Fotovoltaikmoduls . Ein Schichtstapel auf einem Substrat wird bereitgestellt mit einer darauf angeordneten Elektrode, einem darauf angeordneten fotoaktiven Absorber und einer darauf angeordneten zweiten Elektrode. Nachfolgend wird das Modul durch eine Trennlinie segmentiert. Der Rückkontakt wird in einer Mehrzahl von Regionen bereichsweise durchtrennt. Die Regionen sind entlang der Trennlinie angeordnet. Der
Rückkontakt wird beabstandet von der Trennlinie durchtrennt. Eine Mehrzahl von ohmschen Kontakten jeweils zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode wird in Bereichen zwischen der Isolierlinie und der bereichsweisen
Durchtrennung ausgebildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den Figuren
erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne
Elemente, wie beispielsweise Bereiche oder Schichten zum besseren Verständnis übertrieben groß oder dick dimensioniert dargestellt sein.
Es zeigen:
Figur 1A eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf ein Fotovoltaikmodul gemäß einer Ausführungsform,
Figuren 1B und IC jeweils eine schematische Darstellung einer
Schnittansicht des Fotovoltaikmoduls gemäß einer Aus führungs form,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Detailansicht des Fotovoltaikmoduls gemäß Figur 1A, Figur 3 eine schematische Darstellung einer Kontaktierung gemäß einer Ausführungsform,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Kontaktierung gemäß einer Ausführungsform, und
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Kontaktierung gemäß einer Aus führungs form. Figur 1A zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines
Fotovoltaikmoduls 40 in Aufsicht. Das Fotovoltaikmodul 40 ist eingerichtet, im betriebsfertigen Zustand Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Das Fotovoltaikmodul 40 ist vom Typ eines Dünnschichtfotovoltaikmoduls , auch
Dünnfilmfotovoltaikmodul genannt. Das Fotovoltaikmodul 40 weist eine Mehrzahl von Segmenten 5, 7 auf, die auf einem gemeinsamen Substrat 1 (Figuren 1B, IC, 3 bis 5) angeordnet sind. Die Segmente 5, 7 werden auch Fotovoltaikzellen
genannt .
Jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Segmente, beispielsweise die Segmente 5 und 7 sind durch eine
Trennlinie 31 beziehungsweise einen Kontaktierungsbereich 6 getrennt. Das Fotovoltaikmodul 40 ist beispielsweise ein Siliziumdünnschichtfotovoltaikmodul, ein CIS- Dünnschichtfotovoltaikmodul , ein CdTe- Dünnschichtfotovoltaikmodul oder ein III-IV- Dünnschichtfotovoltaikmodul . Das Fotovoltaikmodul 40 ist gemäß weiteren Aus führungs formen ein Fotovoltaikmodul, das organische Materialien umfasst.
Entlang der Trennlinie 31 ist in dem Kontaktierungsbereich eine Mehrzahl von Regionen 15 angeordnet, in denen jeweils eine Reihenschaltung der beiden Segmente 5 und 7 realisiert ist. Außerhalb der Regionen 15 sind die Segmente 5 und 7 vollständig voneinander elektrisch isoliert. Insbesondere sind außerhalb der Regionen 15 alle Schichten des
Schichtstapels 9 des Segments 5 elektrisch von allen
Schichten des Schichtstapels 9 des Segments 7 isoliert.
Die Trennlinien 31 erstrecken sich jeweils linear entlang des Fotovoltaikmoduls 40. Die Trennlinien 31 weisen gemäß
Aus führungs formen jeweils keine nicht-linearen
Unterbrechungen auf. Die Trennlinien 31 verlaufen im
Wesentlichen parallel zueinander.
Figur 1B zeigt schematisch einen Ausschnitt des
Fotovoltaikmoduls 40 im Querschnitt gemäß Aus führungs formen . Eine erste Elektrode 2 ist im Betrieb der Sonne
beziehungsweise der einfallenden Strahlung (100) zugewandt angeordnet. Eine zweite Elektrode 4 ist im Betrieb der Sonne beziehungsweise der einfallenden Strahlung (100) abgewandt angeordnet. Das Substrat 1 ist im Betrieb der Sonne
beziehungsweise der einfallenden Strahlung (100) zugewandt angeordnet. Das Substrat 1 ist transparent. Das
Fotovoltaikmoduls 40 ist beispielsweise vom Typ der
Siliziumdünnschichtfotovoltaikmodule . Die erste Elektrode 2 ist insbesondere transparent, beispielsweise ein TCO. Die zweite Elektrode 4 ist insbesondere metallisch und
beispielsweise reflektierend.
Figur IC zeigt schematisch einen Ausschnitt des
Fotovoltaikmoduls 40 im Querschnitt gemäß Aus führungs formen . Die erste Elektrode 2 ist im Betrieb der Sonne
beziehungsweise der einfallenden Strahlung (100) abgewandt angeordnet. Die zweite Elektrode 4 ist im Betrieb der Sonne beziehungsweise der einfallenden Strahlung (100) zugewandt angeordnet. Das Substrat 1 ist im Betrieb der Sonne
beziehungsweise der einfallenden Strahlung (100) abgewandt angeordnet. Das Fotovoltaikmoduls 40 ist beispielsweise vom Typ der ein CIS-Dünnschichtfotovoltaikmodulen . Die zweite
Elektrode 4 ist insbesondere transparent, beispielsweise ein TCO. Die erste Elektrode 2 ist insbesondere metallisch und beispielsweise reflektierend. Gemäß Aus führungs formen ist auf der dem Substrat 1 abgewandten Seite der zweiten Elektrode 4 ein Substrat (nicht gezeigt) angeordnet.
Figur 2 zeigt eine schematische Detailansicht einer Region 15. Die Trennlinie 31 verläuft linear geradlinig. Eine elektrische Isolierung 30 verläuft beginnend an der
Trennlinie 31 quer zu der Trennlinie 31, dann beabstandet zur Trennlinie 31 gleichgerichtet, im Wesentlichen parallel, zur Trennlinie 31 und dann wiederum quer zur Trennlinie 31. Die elektrische Isolierung 30 weist eine U-Form auf. Die
Trennlinie 31 und die elektrische Isolierung 30 schließen einen Bereich ein, in dem die elektrische Kontaktierung zwischen der zweiten Elektrode 4 des Segments 5 und der ersten Elektrode 2 des Segments 7 (Figuren 1B, IC, 3 bis 5) realisiert ist. Gemäß weiteren Aus führungs formen weist die elektrische Isolierung 30 eine V-Form auf. Die elektrische Isolierung 30 weist gemäß weiteren Aus führungs formen eine
Halbkreis-Form auf. Die elektrische Isolierung 30 weist gemäß weiteren Aus führungs formen eine weitere Form auf, die es ermöglicht, dass die elektrische Isolierung 30 und die
Trennlinie 31 einen Bereich eingrenzen, in dem die
elektrische Kontaktierung zwischen der zweiten Elektrode 4 des Segments 5 und der ersten Elektrode 2 des Segments 7 realisierbar ist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel, das im Querschnitt in Figur 3 dargestellt ist, ist zwischen der elektrischen Isolierung 30 und der Trennlinie 31 eine
Materialverbindung und/oder Legierung 33 ausgebildet. Die Materialverbindung und/oder Legierung 33 ist elektrisch leitfähig. Die Materialverbindung und/oder Legierung 33 ist elektrisch mit einem elektrisch leitfähigen Material 32 gekoppelt. Das elektrisch leitfähige Material 32 erstreckt sich quer zur Längsrichtung der Trennlinie 31 und reicht von einer Seite der Trennlinie 31 zu der anderen Seite der
Trennlinie 31. Das elektrisch leitfähige Material 32 koppelt den Bereich zwischen der Trennlinie 31 und der elektrischen Isolierung 30 mit der Seite der Trennlinie 31, die der elektrischen Isolierung 30 abgewandt ist.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der
Reihenschaltung gemäß einer Aus führungs form. Figur 3 zeigt eine Schnittansicht der Darstellung der Figur 2 entlang der Linie AA' .
Das Fotovoltaikmodul 40 weist auf dem flächig ausgedehnten Substrat 1 quer zur Hauptausbreitungsrichtung des Substrats 1 die elektrisch leitfähige Schicht 2 auf. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 dient als erste Elektrode des
Fotovoltaikmoduls 40. Auf einer dem Substrat 1 abgewandten
Seite 11 der ersten Elektrode 2 ist ein fotoaktiver Absorber
3 angeordnet. Auf der dem Substrat 1 abgewandten Oberfläche des Absorbers 3 ist die weitere elektrisch leitfähige Schicht
4 angeordnet. Die weitere elektrisch leitfähige Schicht 4 dient als zweite Elektrode.
Beispielhaft handelt es sich bei dem Substrat 1 um Flachglas, bei der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 2 um eine Frontseitenelektrode aus TCO (TCO = transparent conductive oxide layers; transparente leitfähige Oxidschicht) und bei dem Absorber 3 um eine fotoaktive Schichtfolge mit einer Abfolge von p-dotiertem, im Wesentlichen intrinsischen und n- dotiertem amorphen oder mikrokristallinen Silizium. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 2 und die fotoaktive
Schichtfolge 3 sowie die weitere elektrisch leitfähige
Schicht 4 sind in aufeinanderfolgenden
Vakuumbeschichtungsprozessen aufgebracht, ohne dass das Substrat 1 dazu aus dem Vakuum geschleust werden muss. Ebenso ist es möglich, mit einem Substrat 1 zu starten, dass bereits mit einer TCO-Schicht als erste elektrisch leitfähige Schicht 2 versehen ist. In diesem Fall ist nur die fotoaktive
Schichtfolge 3 und die weitere elektrisch leitfähige Schicht 4 aufzubringen.
Die gemäß Aus führungs formen im Betrieb der Sonne zugewandte erste elektrisch leitfähige Schicht 2, die die erste
Elektrode ausbildet, umfasst beispielsweise Sn02, ZnO oder ITO. Die gemäß Aus führungs formen im Betrieb der Sonne
abgewandte zweite elektrisch leitfähige Schicht, die die zweite Elektrode ausbildet, kann ebenfalls eine TCO-Schicht aufweisen oder auch durch Metalle wie Ag, AI, No oder aus Kombinationen von TCO und einer Metallschicht ausgebildet sein.
Der Absorber 3 umfasst typischerweise zumindest eine p- und eine n-dotierte Halbleiterschicht. Im Falle von
Dünnschichtfotovoltaikzellen auf der Basis von Silizium werden die p- und die n-dotierten Schichten üblicherweise noch durch eine ausgedehnte im Wesentlichen intrinsische (also undotierte) Schicht (I-Schicht) getrennt. Zur besseren Ausnutzung des Wellenlängenspektrums können mehrere pin- Schichtfolgen mit unterschiedlichen Absorberspektren
übereinander in dem Absorber 3 vorgesehen sein. Eine solche Siliziumtandemzelle weist beispielsweise eine pin- Schichtfolge aus amorphem Silizium und eine pin-Schichtfolge aus kristallinem Silizium auf. Es kann auch eine weitere pin- Schichtfolge aus amorphem Siliziumgermanium vorgesehen sein. In diesem Fall spricht man von Triplezellen .
Typischerweise ist die p-dotierte Schicht im Betrieb des Fotovoltaikmoduls der Sonne zugewandt. Es ist auch möglich, dass die n-dotierte Schicht der Sonne zugewandt ist. Als Aufwachssubstrat wird Glas oder auch eine (Metall-) Folie eingesetzt. Das Substrat, durch das im Betrieb das
Sonnenlicht einfällt, wird bei Verwendung einer Metallfolie erst am Ende des Herstellungsprozesses auf das Modul
auflaminiert . Der Schichtstapel bleibt dabei mit dem
Aufwachssubstrat verbunden.
Als aktives Halbleitermaterial für den Absorber 3 können amorphe oder mikrokristalline Halbleiter der Gruppe 4, zum
Beispiel A-Si, A-SiGe, μΟ-Ξί, oder Verbindungshalbleiter, wie zum Beispiel CdTe oder Cu (In, Ga) Se2 (kurz CIS oder CIGS genannt) eingesetzt werden. Weiterhin kann der Absorber organisches Material umfassen, das eingerichtet,
Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Dabei können in dem Absorber 3 auch Schichten verschiedener der genannten Materialien kombiniert werden. Weiterhin können in dem Absorber 3 teilweise spiegelnde Schichten ( intermediate reflectors) aus einem leitfähigen Oxid und/oder einer
leitfähigen Halbleiterschicht vorgesehen sein.
Die elektrische Isolierung 30 ist in die zweite Elektrode 4 und den Absorber eingebracht. Gemäß weiteren Aspekten ist die Isolierung 30 nur in die zweite Elektrode 4 eingebracht. Die elektrische Isolierung 30 trennt die zweite Elektrode 4 so, dass die zwei angrenzenden Bereiche der zweiten Elektrode 4 beidseitig der elektrischen Isolierung 30 elektrisch
voneinander getrennt sind. Die elektrische Isolierung 30 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Ausnehmung in der zweiten Elektrode 4 und dem Absorber 3. Die erste Elektrode 2 ist im Bereich der elektrischen Isolierung 30 intakt.
Zwischen der Trennlinie 31 und der elektrischen Isolierung 30 ist ein ohmscher Kontakt durch die Materialverbindung
und/oder Legierung 33 ausgebildet. Die Materialverbindung und/oder Legierung 33 ist insbesondere durch Einstrahlen von Laserlicht geeigneter Wellenlänge aus einem Bereich von beispielsweise 200 nm bis 10 μπι erzeugt. Dadurch werden die zweite Elektrode 4 und die fotoaktive Schichtfolge 3 lokal begrenzt aufgeschmolzen, aber nicht verdampft. Durch
Diffusionsprozesse in der Schmelze bilden sich entweder ein Silizid, zum Beispiel AgAISi mit einer quasi metallischen Leitfähigkeit oder ein Eutektikum aus Si und Ag, das
ebenfalls eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Dadurch kann an dieser Stelle elektrischer Strom von der zweiten Elektrode 4 in die erste Elektrode 2 fließen. Zur elektrischen Kopplung der Materialverbindung und/oder
Legierung 33 mit der zweiten Elektrode 44 ist das elektrisch leitfähige Material 32 auf eine dem Absorber 3 abgewandte Seite 10 der zweiten Elektrode 4 aufgebracht. Das elektrisch leitfähige Material 32 ist während der Herstellung des
Fotovoltaikmoduls gemäß Aus führungs formen eine viskose Masse, beispielsweise eine Paste oder Tinte. Das elektrisch
leitfähige Material 32 ist geeignet, durch ein Druckverfahren aufgebracht zu werden. Das elektrisch leitfähige Material 32 wird beispielsweise mit einem Tintenstrahldruck aufgebracht. Gemäß weiteren Aus führungs formen wird das elektrisch
leitfähige Material 32 mit Maskentechnologien oder mit
Siebdruckverfahren aufgebracht. Das elektrisch leitfähige Material 32 ist gemäß Aus führungs formen von dem Material der zweiten Elektrode 4 verschieden. Beispielsweise ist das elektrisch leitfähige Material Ag-Tinte oder Cu- oder Ni- oder AI-Tinte. Die Trennlinie 31 ist gemäß Aus führungs formen mit elektrisch isolierendem Material 14 gefüllt. Das elektrisch isolierende Material 14 ist beispielsweise durch ein Druckverfahren in die Trennlinie 31 eingebracht. Die Trennlinie 31 ist
insbesondere eine Ausnehmung in dem Schichtstapel 9, die von der Seite 10 der zweiten Elektrode bis zu dem Substrat 1 reicht .
Durch das elektrisch leitfähige Material 32 sowie die
Materialverbindung und/oder Legierung 33 besteht ein ohmscher Kontakt zwischen der zweiten Elektrode 4 und der ersten
Elektrode 2. Die Materialverbindung und/oder Legierung 33 reicht von der Seite 10 bis zu der dem Absorber zugewandten Seite 11 der ersten Elektrode 2. Die eingezeichneten Pfeile in der ersten Elektrode 2, dem Absorber 3 und der zweiten Elektrode 4 symbolisieren den Stromfluss und die
Reihenschaltung der Segmente 5 und 7.
Figur 4 zeigt eine Reihenschaltung in den
Kontaktierungsbereichen 6 gemäß einer weiteren
Aus führungs form. Die Reihenschaltung entspricht im
Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 3. Im
Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 3 wurde auf die Ausbildung der Materialverbindung oder Legierung 33 verzichtet. Zur elektrischen Kontaktierung der zweiten
Elektrode 4 des Segments 5 mit der ersten Elektrode 2 des Segments 7 ist das elektrisch leitfähige Material 32 so aufgebracht, dass es in die elektrische Isolierung 30
hineinragt und mit der Seite 10 der ersten Elektrode 2 eine gemeinsame Kontaktfläche in einem Teilbereich 12 der
Isolierung 30 aufweist. Ein weiterer Teilbereich 13 der
Isolierung 30, der an das Segment 7 angrenzt, ist frei von elektrisch leitfähigem Material 32, sodass die zweite
Elektrode 4 des Segments 7 elektrisch von der zweiten
Elektrode 4 im Kontaktierungsbereich 6 und Segment 5 getrennt ist. Durch das elektrisch leitfähige Material 32 besteht ein ohmscher Kontakt zwischen der zweiten Elektrode 4 auf der dem Segment 5 zugewandten Seite der Trennlinie 31 und der ersten Elektrode 2 auf der dem Segment 7 zugewandten Seite der
Trennlinie 31. Die eingezeichneten Pfeile in der ersten
Elektrode 2, dem Absorber 3 und der zweiten Elektrode 4 symbolisieren den Stromfluss und die Reihenschaltung der Segmente 5 und 7.
Figur 5 zeigt eine Reihenschaltung in den
Kontaktierungsbereichen 6 gemäß einer weiteren
Aus führungs form. Die Reihenschaltung gemäß der Figur 5 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 3. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 3 weist das Fotovoltaikmodul 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 kein elektrisch leitfähiges Material 32 und in den Kontaktierungsbereichen 6 keine Trennlinie 31 auf, die den gesamten Schichtstapel 9 durchtrennt.
Eine Trennlinie 34 zur elektrischen Isolierung der ersten Elektrode 2 ist so in die erste Elektrode 2 eingebracht, dass der Absorber 3 und die zweite Elektrode 4 auf der dem Substrat 1 abgewandten Seite der ersten Elektrode 2
unversehrt sind. Dadurch ist die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Elektrode 4 oberhalb der Trennlinie 34 erhalten. Zur Ausbildung der Trennlinie 34 wird Laserstrahlung einer Wellenlänge, die in der Frontseitenelektrode absorbiert wird, zum Beispiel 1064 nm, durch das Substrat 1 eingebracht. Die Leistung der Laserstrahlung und die Bearbeitungszeit wird so gewählt, dass die erste Elektrode 2 lokal erwärmt und zu Rekristallisationsprozessen angeregt wird, ohne dass Material physikalisch entfernt wird.
Im Gegensatz zu dem im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschriebenen Beispielen wird im vorliegenden
Ausführungsbeispiel bei der Trennlinie 34 Material also nicht entfernt, sondern nur in seinen Eigenschaften, insbesondere seiner Leitfähigkeit, verändert. Es wird keine Lücke
gebildet. Grund für die Herabsetzung der Leitfähigkeit im Bereich der Trennlinie 34 ist, dass für die Leitfähigkeit von TCO-Schichten im Wesentlichen Dotierstoffe verantwortlich sind, die als Folge des Rekristallisationsprozesses nicht mehr im Kristall eingebaut sind. Ein möglicher zweiter
Mechanismus, der zu einer Herabsetzung der Leitfähigkeit führt, ist ein Durchmischen des Materials der ersten
Elektrode 2 mit dem Material des darüberliegenden Absorbers 3. Dabei bilden der Sauerstoff des TCO-Materials der ersten Elektrode 2 mit dem Silizium des Absorbers 3 elektrisch isolierendes Siliziumoxid (SiO oder S1O2) ·
Außerhalb der Kontaktierungsbereiche 6 ist die Trennlinie 31, wie in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 erläutert, angeordnet, die den Schichtstapel 9 vollständig durchtrennt. Die Trennlinie 31 und die Trennlinie 34 schließen unmittelbar aneinander angrenzend an und erstrecken sich somit abwechselnd linear vollständig entlang über die gesamte Länge des Schichtstapels 9. Die erste Elektrode 2 ist über die gesamte Länge des Schichtstapels 9 durch die Trennlinien 31 und 34 elektrisch unterbrochen.
Das Fotovoltaikmodul 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 weist in den Kontaktierungsbereichen 6
siliziumhaltige Materialverbindungen und/oder Legierungen 33 in der zweiten Elektrode 4 und dem Absorber 3 auf, die elektrisch leitfähig sind. Weiterhin weist das
Fotovoltaikmodul 40 die rekristallisierte oder Siliziumoxid enthaltende Trennlinie 34 in der ersten Elektrode 2 auf. Die Reihenschaltung und der Stromfluss sind durch die Pfeile symbolisiert .
Die Trennlinie 34 kann auch ohne Einstrahlung von
Laserstrahlung ausgebildet werden. Gemäß Aus führungs formen ist die Trennlinie 34 durch Material des fotoaktiven
Absorbers 3 ausgebildet. Zur elektrischen Isolierung der ersten Elektrode 2 links und rechts von der Trennlinie 34 wird eine Ausnehmung im Bereich der Trennlinie 34 in die erste elektrisch leitfähige Schicht 2 eingebracht, bevor der fotoaktive Absorber 3 auf die erste Elektrode 2 angeordnet wird. Während des Aufbringens des fotoaktiven Absorbers 3 auf die erste Elektrode 2 setzt sich dann das Material des fotoaktiven Absorbers 3 in dieser Ausnehmung ab und wirkt elektrisch isolierend.
Unabhängig von der Art der Reihenschaltung in den
Kontaktierungsbereichen 6 wird zur Herstellung des
Fotovoltaikmoduls 40 zuerst der Schichtstapel 9 vollständig auf das Substrat abgeschieden. Nachdem der Schichtstapel vollständig aufgebracht ist, wird die Segmentierung des Schichtstapels durch die Trennlinie 31 durchgeführt. Die Durchtrennung des Rückkontakts durch die elektrische
Isolierung 30 und das Ausbilden der ohmschen Kontakte
zwischen der Trennlinie 31 und der elektrischen Isolierung zur Reihenschaltung erfolgt, nachdem der Schichtstapel 9 vollständig abgeschieden wurde.
Die Strukturierung erfolgt insbesondere durch
Lasereinstrahlung. Zur Herstellung des Fotovoltaikmoduls 40 ist es möglich, in einer Herstellungsanlage die
Prozessschritte zum Strukturieren der Schichten des
Schichtstapels 9 zusammenzufassen. Dadurch ist der
Herstellungsprozess zeitlich effektiver, da weniger Ein- und Ausschleuseprozesse durchgeführt werden müssen und
Strukturierungsmaßnahmen in einem Prozesskopf zusammengefasst werden. Dies führt auch zu einer Kosteneinsparung, sowohl bei den Herstellungsanlagen, als auch während der Produktion.
Auch wird für die Herstellungsanlagen weniger Fläche
benötigt. Auf zusätzliche Reinigungsschritte zwischen den einzelnen Beschichtungsprozessen kann verzichtet werden.
Damit kann auch auf die dafür notwendigen Produktionsanlagen verzichtet werden.
Durch die inselartige Patterningstruktur in den
Kontaktierungsbereichen 6 sind die Dead Zones, die nicht zur Umwandlung von Energie beitragen können, im Vergleich zu herkömmlichen Modulen, bei denen die Kontaktierungsbereiche länglich ausgestreckt über die gesamte Länge des Moduls verlaufen, reduziert. Das Modul wird beispielsweise zur
Reduzierung des Serienwiderstands über die gesamte Länge des Schichtstapels durch die Trennlinie 31 isoliert. Außerhalb der Kontaktierungsbereiche 6 in den Regionen 15 wird jedoch keine Reihenschaltung zwischen den Segmenten 5 und 6 erzeugt. Die elektrische Isolierung 31 weist eine Breite von zirka 20 bis 40 μπι auf. Dadurch wird möglichst viel der vorhandenen Modulfläche zur Umwandlung der Strahlungsenergie in
elektrische Energie genutzt und somit ist das
Fotovoltaikmodul 40 effektiv. Zur Reihenschaltung der
Segmente 5 und 7 wird in den Regionen 15 jeweils ein
Kontaktierungsbereich 6 ausgebildet, der lokal begrenzt ist. Dazu ist an die lineare Trennlinie 31 die nichtlineare, U- förmige Isolierung 30 angebracht, die gemeinsam mit der
Trennlinie 31 eine Vielzahl von beabstandeten Inseln zur Reihenschaltung einschließt. In diesen Inseln wird der ohmsche Kontakt zur Reihenschaltung ausgebildet. Jeweils zwei der unmittelbar aneinander angrenzenden Regionen 15 weisen einen Abstand von zirka 1 mm bis 100 mm zueinander auf. So wird die hohe Effizienz des Fotovoltaikmoduls 40 durch
Verringerung der dead zone quasi auf die Breite Trennlinie 31 erreicht .

Claims

Patentansprüche
1. Fotovoltaikmodul mit einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Segmenten (5, 7), umfassend:
- einen auf einem Substrat (1) angeordneten Schichtstapel (9) mit :
-- einer auf dem Substrat angeordneten ersten Elektrode (2), -- einem darauf angeordneten fotoaktiven Absorber (3),
-- einer darauf angeordneten zweiten Elektrode (4),
- eine Trennlinie (31), die den Schichtstapel (9) zur Bildung der Segmente (5, 7) unterbricht,
- eine Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen (6), die
voneinander beabstandet entlang der Trennlinie (31)
angeordnet sind und die jeweils aufweisen:
- eine elektrische Isolierung (30) der zweiten Elektrode (4),
- eine Kontaktierung (32, 33), über die die zweite Elektrode (4) elektrisch mit der ersten Elektrode (2) gekoppelt ist zur Reihenschaltung der Segmente (5, 7),
- ein elektrisch leitfähiges Material (32), das auf der dem Absorber (3) abgewandten Seite (10) der zweiten Elektrode (4) aufgebracht ist zur elektrischen Überbrückung der Trennlinie.
2. Fotovoltaikmodul nach Anspruch 1, bei dem das elektrisch leitfähige Material (32) in einem Bereich (12) der
elektrischen Isolierung (30) auf der dem Substrat abgewandten Seite (11) der ersten Elektrode (2) aufgebracht ist, so dass die zweite Elektrode (4) mittels des elektrisch leitfähigen Materials (32) mit der ersten Elektrode (2) elektrisch gekoppelt ist.
3. Fotovoltaikmodul nach Anspruch 2, bei dem die erste
Elektrode (2) in einem weiteren Bereich (13) der Trennlinie frei von dem elektrisch leitfähigen Material (32) ist.
4. Fotovoltaikmodul nach Anspruch 1, bei dem die Kontaktierung eine leitfähige Materialverbindung (33)
und/oder eine leitfähige Legierung (33) aus Elementen des fotoaktiven Absorbers (3) und der zweiten Elektrode (4) enthält .
5. Fotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Trennlinie (31) mit einem elektrisch isolierenden
Material (14) gefüllt ist.
6. Fotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die elektrische Isolierung (30) die zweite Elektrode (4) und den fotoaktiven Absorber (3) unterbricht.
7. Fotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Trennlinie (31) den Schichtstapel (9) linear vollständig entlang der gesamten Länge des Schichtstapels (9)
unterbricht .
8. Fotovoltaikmodul mit einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Segmenten (5, 7), umfassend:
- einen auf einem Substrat (1) angeordneten Schichtstapel (9) mit :
-- einer auf dem Substrat angeordneten ersten Elektrode (2), -- einem darauf angeordneten fotoaktiven Absorber (3),
-- einer darauf angeordneten zweiten Elektrode (4),
- eine Trennlinie (31), die den Schichtstapel (9) zur Bildung der Segmente (5, 7) bereichsweise unterbricht,
- eine Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen (6), die
voneinander beabstandet entlang der Trennlinie (31)
angeordnet sind und die jeweils aufweisen:
- eine elektrische Isolierung (30) der zweiten Elektrode (4), - eine Kontaktierung (32, 33), über die die zweite Elektrode (4) elektrisch mit der ersten Elektrode (2) gekoppelt ist zur Reihenschaltung der Segmente (5, 7), wobei
- die erste Elektrode (2) in den Kontaktierungsbereichen (6) jeweils durch eine weitere Trennlinie (34) unterbrochen ist und die erste Elektrode (2) im Bereich der weiteren
Trennlinie (34) lokal andere physikalische Eigenschaften aufweist, als außerhalb der weiteren Trennlinie (34), wobei die lokal anderen physikalischen Eigenschaften im Bereich der weiteren Trennlinie (34) auf einer Änderung der Dotierung nach einer Rekristallisation der ersten Elektrode (2) im Bereich der weiteren Trennlinie (34) und/oder auf einer
Bildung eines Oxids eines Elements aus dem zur ersten
Elektrode (2) benachbarten fotoaktiven Absorber (3) im
Bereich der weiteren Trennlinie (34) beruht, und wobei
- die zweite Elektrode (4) in den Kontaktierungsbereichen (6) jeweils oberhalb der weiteren Trennlinie (34) durchgängig verläuft .
9. Verfahren zur Herstellung eines Fotovoltaikmoduls ,
umfassend :
- Bereitstellen eines Schichtstapels (9) auf einem Substrat (1) mit:
-- einer darauf angeordneten ersten Elektrode (2),
-- einem darauf angeordneten fotoaktivem Absorber (3),
-- einer darauf angeordneten zweiten Elektrode (4);
nachfolgend
- Segmentieren des Moduls durch eine Trennlinie (31),
- bereichsweises Durchtrennen (30) des Rückkontakts (4) in einer Mehrzahl von Regionen (15), die entlang der Trennlinie
(31) angeordnet sind, beabstandet von der Trennlinie (31), - Ausbilden einer Mehrzahl von ohmschen Kontakten jeweils zwischen der ersten Elektrode (2) und der zweiten Elektrode (4) in Bereichen zwischen der Trennlinie (31) und der
bereichsweisen Durchtrennung (30) .
10. Verfahren nach Anspruch 9, umfassend:
- Ausbilden des ohmschen Kontakts durch Lasereinstrahlung, so dass eine elektrisch leitfähige Materialverbindung (33) aus Material der zweiten Elektrode (4) und des Absorbers (3) entsteht .
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, umfassend:
- Aufbringen von elektrisch leitfähigem Material (32) auf einer dem Absorber (3) abgewandten Seite (10) der zweiten Elektrode (4) .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, umfassend:
- Aufbringen von elektrisch leitfähigem Material (32) in einem Bereich (12) der elektrischen Isolierung (30) auf einer dem Substrat (1) abgewandten Seite (11) der ersten Elektrode (2), um die zweite Elektrode (4) mittels des elektrisch leitfähigen Materials (32) mit der ersten Elektrode (2) elektrisch zu koppeln.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem das elektrisch leitfähige Material (32) durch ein
Druckverfahren aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das elektrisch leitfähige Material (32) so aufgebracht wird, dass die Seite (11) der ersten Elektrode (2) in einem weiteren Bereich (13) der elektrischen Isolierung (30) frei von dem elektrisch leitfähigen Material (32) bleibt.
15. Herstellungsanlage, die ausgebildet ist zur Herstellung eines Fotovoltaikmoduls nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14.
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PCT/EP2012/053803 WO2013045117A1 (de) 2011-09-27 2012-03-06 Fotovoltaikmodul, verfahren und herstellungsanlage zur herstellung eines fotovoltaikmoduls

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9130094B2 (en) 2010-09-25 2015-09-08 M-Solv Ltd. Method and apparatus for dividing thin film device into separate cells

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