WO2020007420A1 - Dünnschichtsolarmodul und verfahren zur herstellung eines dünnschichtsolarmoduls - Google Patents

Dünnschichtsolarmodul und verfahren zur herstellung eines dünnschichtsolarmoduls Download PDF

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WO2020007420A1
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substrate
section
electrode layer
edge
busbar
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PCT/DE2019/100627
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Stephan MARSCHALL
Jonas Dabelow
Ronny Hoppe
Adrian Hake
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Solibro Hi-Tech Gmbh
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Thin-film solar module and method for producing a thin-film solar module Thin-film solar module and method for producing a thin-film solar module
  • the invention relates to a thin-film solar module and a method for producing a thin-film solar module. In contrast to
  • Wafer solar modules which are constructed from series-connected semiconductor wafer solar cells with a thickness of about 120 to 240 miti each, have thin-film solar modules with thin layers of hundreds of layers
  • Nanometers to a few micrometers Nanometers to a few micrometers.
  • the invention relates to a thin-film solar module and a
  • Thin-film solar module has a substrate, a layer stack, an electrical insulation groove and an edge region with the properties described below.
  • the substrate has substrate edges and an edge section running around the substrate edges, which spatially adjoins the substrate edges.
  • a thin-film stack which is referred to below as a layer stack, is arranged on the substrate.
  • Layer stack has a back electrode layer arranged on the substrate, an active layer arranged on the back electrode layer and a front electrode layer arranged on the active layer.
  • the substrate is at least uncovered by the front electrode layer.
  • the electrical isolation groove extends into one
  • the substrate is of the
  • the edge section comprises a first edge region section which extends parallel to the direction of extension of the electrical insulation groove along the edge section of the substrate and is arranged adjacent to the electrical insulation groove. Furthermore, the edge section comprises at least one perpendicular to the
  • edge section is therefore designed to run all the way along the substrate edges.
  • a thin-film solar module is, for example, from the
  • thin-film solar modules are on the edge of the substrate.
  • the thin-film packages are removed partially or down to the substrate.
  • a thin-film packet edge remains as the boundary to the edge section.
  • Optical decoating processes usually use laser energy interactions with those previously deposited
  • Front electrode layer and the back electrode layer along the edges of the layer package resulting from the edge removal are necessary. This is done at a small distance from the edge removal
  • the resulting thin-film package edge cut an electrical insulation groove in the layer stack, in which at least the front electrode layer is removed from the layer stack.
  • the entire thin-film stack is preferably removed down to the substrate in the insulation groove. Due to the electrical insulation groove, the back electrode layer and the front electrode layer are cleanly electrically separated from one another in order to reduce or eliminate the occurrence of short-circuit or leakage currents, since these affect the performance of the thin-film solar module.
  • the provision of the electrical insulation groove creates an insulating section of the layer stack which extends parallel to the insulation groove, the edge of the thin-film package edge which is adversely affected by the laser edge decoating being separated from the active region of the thin-film solar module by the insulating groove.
  • Thin-film solar modules should also be easy and inexpensive to manufacture and have improved performance.
  • the object of the invention is to provide a thin-film solar module and a method for producing a thin-film solar module in which short-circuit or leakage currents are reduced even further.
  • the object is achieved by a thin-film solar module with the features of claim 1 and a method with the features of claim 6.
  • busbar that is perpendicular to the
  • Extension direction extends adjacent to the further edge region section and which is formed by the back electrode layer, which is uncovered by the active layer and the front electrode layer;
  • Contact tape is provided, which is arranged on the busbar and along the busbar and with a first contact tape end over a first
  • Substrate edge runs out; the busbar being adjacent to the
  • Obtained thin-film solar module in which an electrical contact between the insulating section of the layer stack and the active section of the
  • adjacent is to be understood in the sense of the invention in such a way that the adjacent layers or structures are in indirect contact with one another with material lying therebetween. are spaced from each other by the intermediate material.
  • adjacent is to be understood in the sense of the invention in such a way that the adjacent layers or structures are in direct contact with one another without any material in between.
  • the cutout section is arranged between the further edge region section and the electrical insulation groove and between the further edge region section and the insulation section of the layer stack.
  • the cutout section preferably extends further between the further edge area section and an active section area of the active section of the layer stack arranged adjacent to the electrical insulation groove. This continuation of the recess section beyond the width of the electrical insulation groove adjacent to the active section area can reliably ensure that the
  • Cutout section extends between the further edge region section and the electrical insulation groove along the entire width of the electrical insulation groove. This provides an additional safety margin in view of machine and adjustment tolerances in the manufacture of the Thin-film solar module, in particular in the manufacture of the recess section.
  • the width of the busbar section and the total busbar width represent a dimension that extends in the direction of extension of the electrical
  • Insulation groove extends while a length dimension of the busbar extends perpendicularly or substantially perpendicularly to the width dimension of the busbar i.e. extends the direction of extension of the electrical insulation groove.
  • the total bus bar width is preferably in the range from 3 to 10 mm, more preferably 4 to 7 mm.
  • the contact strip preferably has a width in the range from 1 to 5 mm, more preferably 2 to 4 mm.
  • the width of the contact tape is one
  • Insulation groove extends.
  • the recess section preferably has length and width dimensions of 4.0 to 7.0 x 1.0 to 2.0 mm with a tolerance of 0.3 mm.
  • the edge section running around the substrate edges preferably has width dimensions in the range from 2 to 25 mm, the
  • the first edge region section preferably has a width dimension in the range from 3 to 25 mm, more preferably 4 to 21 mm.
  • the further edge region section preferably has a width dimension in the range from 3 to 15 mm, more preferably 4 to 11 mm.
  • the substrate preferably extends along the first edge region section over a length of 700 to 1200 mm and along the further edge region section over a length of 1,000 to 1,800 mm.
  • the contact strip is preferably arranged decentrally in the direction of a further substrate edge running along the busbar on the busbar. This is due in particular to process technology, because a device that is used for
  • the contact strip can also be soldered, in particular using ultrasound soldering.
  • the thin-film solar module has a further electrical insulation groove which extends in the direction of extension adjacent to the first edge region section.
  • the substrate is at least one of the
  • Contact tape end is arranged on the busbar such that it ends spaced from the further insulation groove.
  • the distance between the further insulation groove and the contact strip is preferably in the range from 1.0 to 2.5 mm, more preferably from 1.4 to 1.8 mm, the mounting tolerance being around 1.0 mm.
  • the electrical insulation groove and / or the further electrical insulation groove preferably have a first insulation groove section in which the substrate is separated from the front electrode layer, the active layer and the
  • Isolation groove section in which the substrate from the
  • the electrical insulation groove and / or the further electrical insulation groove more preferably have the first insulation groove section and two of the further insulation groove sections, the first isolation groove portion between the two others
  • Isolation groove sections is arranged. This is through that
  • the front electrode and the active layer are mechanically removed up to the back electrode.
  • the back electrode layer is then removed with a laser.
  • the laser beam used to remove the back electrode is set to be significantly narrower than the width of the mechanically produced ones
  • Isolation groove This creates the two further purely mechanically realized insulation groove sections, between which there is the first insulation groove section produced mechanically and by laser.
  • the electrical insulation groove and the further electrical insulation groove preferably have a width dimension in the range from 100 to 200 pm, more preferably 140 to 160 pm, perpendicular to the direction of extension of the
  • a length dimension of the first electrical insulation groove is preferably such that it extends from the recess section to a further recess section over the substrate, while the further electrical insulation groove extends from the one further
  • Border region section extends to the other further edge region section over the substrate.
  • the insulating section has a width that extends perpendicular to the direction of extension of the electrical insulation groove and preferably in the area from 0.5 to 1.0 mm, more preferably 0.7 to 0.8 mm with a manufacturing tolerance of 0.3 mm.
  • the layer stack has the back electrode layer, the active layer and the front electrode layer.
  • the back electrode layer is preferred by a plurality of back electrode layer separation grooves in
  • the back electrode layer separation grooves are also referred to in technical jargon as P1 scribes.
  • the active layer is preferably characterized by a large number of active layer separating grooves, which are often also referred to as P2 scribes
  • the front electrode layer is preferably by a variety of
  • Front electrode layer separating grooves are divided into front electrode layer strips which extend perpendicularly or substantially perpendicularly to the direction of extension of the electrical insulation groove.
  • the front electrode layer separating grooves are often also referred to as P3 scribes.
  • the invention further relates to a method for producing a
  • Thin-film solar module comprising the following steps:
  • a layer stack arranged on the substrate, which has a back electrode layer arranged on the substrate, an active layer arranged on the back electrode layer and an arranged on the active layer
  • Extension direction extends over the substrate
  • Front electrode layer from the substrate to produce an edge portion which is parallel to the direction of extension along the Edge portion of the substrate extending first
  • Edge region portion that extends along the electrical insulation groove, and another extending perpendicular to the direction of extension along the edge portion of the substrate
  • Edge region section is arranged to produce a recess section in the bus bar, in which the substrate from the
  • Extension direction extends over the substrate
  • Front electrode layer from the substrate to produce an edge portion having a first extending parallel to the direction of extension along the edge portion of the substrate
  • Edge portion that extends along the electrical insulation groove extends, and another extending perpendicular to the direction of extension along the edge portion of the substrate
  • Edge region section is arranged to produce a recess section in the bus bar, in which the substrate from the
  • An optical method preferably includes the use of a laser.
  • This step is preferably carried out first as a mechanical scraping process after the substrate with the monolithically connected thin-film cells has been provided. This is followed by the so-called edge stripping, in which the entire thin-film package is removed down to the substrate in a peripheral edge section.
  • the production of the is preferably carried out as a third stripping step
  • Edge region section is arranged to generate a recess section in the bus bar, carried out by means of a laser.
  • the step of removing the back electrode layer, the active layer and the front electrode layer from the substrate to produce an edge section is carried out by means of a laser.
  • the contact strip is preferably applied decentrally on the busbar and the recess section in the direction of a substrate edge running along the busbar on the busbar.
  • the contact strip is preferably applied to the busbar and the cut-out section by means of an adhesive, an electrically conductive adhesion-promoting layer or one that covers the contact strip
  • the contact strip is preferably applied to the busbar using ultrasound soldering.
  • the step of removing at least comprises
  • Front electrode layer from the substrate to create an electrical isolation groove extending in an extension direction over the substrate, a first process in which the front electrode layer and the active layer are removed from the substrate, but not the back electrode layer, and another process in which the front electrode layer is removed from the substrate, but neither the active layer nor the back electrode layer is removed.
  • the first process and the further process are preferred in this way
  • Isolation groove sections are created in the further process.
  • Fig. 1 is a plan view of an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a partial top view of the thin-film solar module shown in FIG. 1
  • FIG. 3 shows a further partial top view of the thin-film solar module shown in FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the thin-film solar module shown in FIG. 2
  • FIG. 5 shows a plan view of the thin-film solar module shown in FIG. 2
  • FIGS. 6a to 6e show a method for producing the one shown in FIG. 1
  • FIG. 1 shows a top view of the thin-film solar module.
  • the thin-film solar module has a rectangular substrate 1 with a first substrate edge 11 and a further substrate edge 12. Since it is a rectangular substrate 1, it has an opposite first substrate edge running parallel to the first substrate edge 11 and an opposite second one running parallel to the further substrate edge 12
  • a layer stack is arranged around the peripheral edge section, of which, in this plan view, the top-most front electrode layer 4 and parallel to the further substrate edges 12 next to the front electrode layer 4 each have narrow strips of the hatched in opposite directions
  • the thin-film solar module has an electrical insulation groove 6, in which the substrate 1 is at least uncovered by the front electrode layer 4, so that an active layer and / or back electrode layer of the
  • the electrical insulation groove 6 extends in an extension direction E, which is oriented parallel to the first substrate edge 11.
  • the thin-film solar module has a further electrical one
  • Isolation groove 9 in which the substrate 1 at least from the Front electrode layer 4 is uncovered, so that the active layer and / or back electrode layer of the layer stack are visible in this top view, which cannot be seen in FIG. 1.
  • the further electrical insulation groove 9 extends in an extension direction E. It borders on the further edge region section 52.
  • the thin-film solar module has the edge section 5 already mentioned.
  • the substrate 1 is uncovered by the layer stack.
  • the edge section 5 has two first edge area sections 51 extending parallel to the direction of extension E and two further edge area sections 52 extending perpendicular to the direction of extension E.
  • the edge section 5 consisting of the combination of the first edge area sections 51 and the further edge area sections 52 is arranged circumferentially parallel to the substrate edges. The first one
  • Edge region section 51 is arranged adjacent to the electrical insulation groove 6, the further first edge region section 51 is arranged adjacent to the further electrical insulation groove 9. Between the first edge region section 51 and the electrical insulation groove 6 and between the first edge region section 51 and the further electrical
  • Isolation groove 9 extends in each case an insulating section 8 of the
  • the electrical insulation groove 6 or the further electrical insulation groove 9 in each case separates the insulation section 8 from a so-called active section 10 of the layer stack, which occupies the major part of the surface of the layer stack.
  • the thin-film solar module also has a bus bar 22 which is perpendicular to the direction of extension E and adjoins the other
  • Edge region section 52 extends.
  • the busbar 22 is formed by the back electrode layer 2 of the layer stack, which is uncovered by the active layer (not shown) and the front electrode layer 4, which is due to the opposite hatching of the back electrode layer 2
  • Front electrode layer 4 is illustrated. Furthermore, the thin-film solar module has a contact strip 7, which is arranged on the busbar 22 and along the busbar 22 and extends beyond the first substrate edge 11 with a first contact strip end.
  • Contact strip 7 is arranged with its second contact strip end on busbar 22 such that it ends at a distance from further insulation groove 9.
  • Fig. 2 shows an enlarged partial plan view of that shown in Fig. 1
  • Thin-film solar module which is identified as II in FIG. 1.
  • the busbar 22 has a cutout section 23 adjacent to the electrical insulation groove 6, in which the substrate 1 extends from the
  • the recess section 23 is between the further edge region section 52 and the electrical insulation groove 6 and between the further
  • Edge region section 52 and the insulating section 8 of the layer stack are arranged.
  • the bus bar 22 has a total bus bar width b.
  • Busbar section 24 runs between the cutout section 23 and the active section 10 or the insulating section 8 and has a width (not shown) that is smaller than the total busbar width b.
  • Contact strip 7 is preferably arranged decentrally in the direction of the further substrate edge 12 running along busbar 22 on busbar 22.
  • FIG. 3 shows a further enlarged partial top view of the thin-film solar module shown in FIG. 1, which is identified as III in FIG. 1.
  • FIG. 3 it is shown that the further electrical insulation groove 9 on the other Edge region section 52 is adjacent and that the contact strip 7 is arranged with its second contact strip end on the busbar 22 such that it ends at a distance from the further insulation groove 9.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of that shown in FIG. 2
  • the thin-film solar module has the substrate 1 on which the layer stack with the layers described below is arranged. There is one on the substrate 1
  • Rear electrode layer 2 arranged.
  • An active layer 3 is on the
  • Rear electrode layer 2 arranged. There is one on the active layer 3
  • Front electrode layer 4 arranged.
  • the layer stack is separated by the electrical insulation groove 6 into the insulation section 8 and the active section 10.
  • the insulating section 8 runs between the electrical
  • the electrical insulation groove 6 has a first insulation groove section 61, in which the substrate 1 is uncovered by the front electrode layer 4, the active layer 3 and the back electrode layer 2, and two others
  • Front electrode layer 4 and the active layer 3 is uncovered and covered by the back electrode layer 2.
  • the first insulation groove section 61 is arranged between the two further insulation groove sections 62. This structure is due to the way in which the insulation groove 6 is produced. It would also be possible for the insulation groove 6 to be freed from the back electrode layer 2 over its entire width.
  • FIG. 5 shows a plan view of the thin-film solar module shown in FIG. 2, the contact strip and the hatching of the front side electrode 4 being omitted for the sake of clarity.
  • the rear electrode layer (not shown) is shown by a plurality of rear electrode layer separation grooves 21, only one of which is shown in broken lines, since it is actually not visible in the plan view of the thin-film solar module
  • Active layer (not shown) by a plurality of active layer separation grooves 31, one of which is shown in dashed lines because it is actually not visible in the plan view of the thin-film solar module, divided into active layer strips (not shown).
  • the front electrode layer 4 is divided into front electrode layer strips (not shown) by a plurality of front electrode layer separation grooves 41, only one of which is shown.
  • the front electrode layer separation grooves 41, the active layer separation grooves 31 and the rear electrode layer separation grooves 21 extend vertically or in
  • FIGS. 6a to 6e show process steps for producing the thin-film solar module shown in FIG. 1. Shown are partial plan views of the resulting thin-film solar module in an orientation corresponding to FIGS. 2 and 3, the connecting piece of which is not shown, as indicated by the broken lines in FIGS. 6a to 6e. The sequence shown here
  • FIG. 6a shows the widening of the substrate 1 with a first substrate edge 11 and a further substrate edge 12 and with monolithically connected thin-film solar cells located on the substrate 1.
  • Thin-film package of thin-film solar cells shows only the front electrode layer 4 lying at the very top.
  • P1, P2 and P3 scribes with which the monolithic are
  • a strip with the back electrode layer 2 is exposed on the substrate edge.
  • the so-called edge stripping takes place.
  • the substrate along its first substrate edge 11 and its further substrate edge 12 is circumferentially freed of all layers located on the substrate material.
  • the edge stripping is carried out in one or a further separate stripping step such that a strip of the previously exposed back electrode layer 2 remains along the further substrate edge 12.
  • This strip of the back electrode layer 2 forms the busbar 22 of the thin-film solar module along the further substrate edge 12.
  • the back electrode layer 2 forming the busbar 22 is also almost completely removed by a recess section 23.
  • the back electrode layer 2 is currently exposed purely mechanically by means of a blade, it would be disadvantageous if the blade did not come to lie flush with the entire width of the thin-film package. This would be the case if the edge decoating of the edge section 5 is carried out first and then the busbar is mechanically exposed.
  • the insulation groove 6 and the further insulation groove 9 are each cut with two work steps along the direction of extension E parallel to the first substrate edge 11.
  • insulation regions 8 are formed between the insulation grooves 6, 9 and the parallel substrate edge, through the insulation grooves 6.9 are electrically isolated from the active section 10 of the thin-film solar module.
  • the front electrode layer 2 and the active layer located below are mechanically removed during the production of the insulation grooves 6, 9.
  • a write is preferably carried out centrally in the groove formed by means of a laser along the entire extension length of the insulation groove 6.9, in which the back electrode layer 2 is also removed from the insulation grooves 6.9. This leads to the step-shaped profile shown in FIG. 4 at the bottom of the insulation groove 6.
  • FIG. 6e shows that in a final
  • a contact strip 7 applied, for example, by ultrasonic soldering, has been arranged on the busbar 22 and the recess section 23 in such a way that the contact strip 7 runs in an electrically insulated manner from the insulating section 8 of the layer stack which lies between the insulating groove 6 and the first substrate edge 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dünnschichtsolarmodul, aufweisend ein Substrat (1) mit einem entlang von Substratkanten umlaufenden Randabschnitt; einen Schichtstapel mit einer Rückelektrodenschicht (2), einer Aktivschicht (3) und einer Frontelektrodenschicht (4); eine elektrische Isolierungsrille (6), in der das Substrat (1) zumindest von der Frontelektrodenschicht (4) unbedeckt ist und die sich in eine Erstreckungsrichtung (E) erstreckt; einen Randabschnitt (5), in dem das Substrat (1) von dem Schichstapel (2,3,4) unbedeckt ist und der einen ersten Randbereichsabschnitt (51), der benachbart zu der elektrischen Isolierungsrille (6) angeordnet ist, und einen sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (E) entlang des Randabschnitts des Substrats (1) erstreckenden weiteren Randbereichsabschnitt (52) aufweist; einen Busbar (22), der sich angrenzend zu dem weiteren Randbereichsabschnitt (52) erstreckt und der durch die von der Aktivschicht (3) und der Frontelektrodenschicht (4) unbedeckten Rückelektrodenschicht (2) gebildet ist; ein Kontaktband (7), das auf und entlang des Busbars (22) angeordnet ist und mit einem ersten Kontaktbandende über eine erste Substratkante (11) hinaus verläuft; wobei der Busbar (22) angrenzend zu der elektrischen Isolierungsrille (6) einen Aussparungsabschnitt (23) aufweist, in dem das Substrat (1) von der Rückelektrodenschicht (2) unbedeckt ist, so dass das Kontaktband (7) elektrisch isoliert zu einem Isolier-Abschnitt (8) des Schichtstapels ist, der zwischen der Isolierungsrille (6) und der ersten Substratkante (11) liegt.

Description

Dünnschichtsolarmodul und Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht solarmoduls
Die Erfindung betrifft ein Dünnschichtsolarmodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls. Im Unterschied zu
Wafersolarmodulen, die aus seriell verschalteten Halbleiterwafer-Solarzellen mit einer Dicke von jeweils etwa 120 miti bis 240 miti aufgebaut sind, weisen Dünnschichtsolarmodule Dünnschichten mit Schichtdicken hunderter
Nanometern bis einiger Mikrometer auf.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Dünnschichtsolarmodul und ein
Verfahren zur Herstellung des Dünnschichtsolarmoduls, wobei das
Dünnschichtsolarmodul ein Substrat, einen Schichtstapel, eine elektrische Isolierungsrille und einen Randbereich mit den nachfolgend beschriebenen Eigenschaften aufweist. Das Substrat hat Substratkanten und einen entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt, der sich räumlich unmittelbar an die Substratkanten anschließt. Auf dem Substrat ist ein Dünnschichtstapel angeordnet, der nachfolgend als Schichtstapel bezeichnet wird. Der
Schichtstapel weist eine auf dem Substrat angeordnete Rückelektrodenschicht, eine auf der Rückelektrodenschicht angeordnete Aktivschicht und eine auf der Aktivschicht angeordnete Frontelektrodenschicht auf. In der elektrischen Isolierungsrille ist das Substrat zumindest von der Frontelektrodenschicht unbedeckt. Die elektrische Isolierungsrille erstreckt sich in eine
Erstreckungsrichtung. In dem Randabschnitt ist das Substrat von der
Rückelektrodenschicht, der Aktivschicht und der Frontelektrodenschicht d.h. von dem Schichtstapel unbedeckt. Der Randabschnitt umfasst einen sich parallel zu der Erstreckungsrichtung der elektrischen Isolierungsrille entlang des Randabschnitts des Substrats erstreckenden ersten Randbereichsabschnitt, der benachbart zu der elektrischen Isolierungsrille angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Randabschnitt mindestens einen sich senkrecht zu der
Erstreckungsrichtung entlang des Randabschnitts des Substrats erstreckenden weiteren Randbereichsabschnitt. Der Randabschnitt ist daher entlang der Substratkanten umlaufend ausgebildet. Ein derartiges Dünnschichtsolarmodul ist beispielsweise aus der
DE102015121141 A1 bekannt.
Von der Substratkante ausgehend sind Dünnschichtsolarmodule auf der
Substratoberfläche im Bereich von einigen Millimetern entschichtet d.h. der Schichtstapel ist beispielsweise mit seinem Teil seiner Schichten oder mit allen seinen Schichten nachträglich vom Substrat entfernt worden, wodurch sich der umlaufende Randabschnitt ausbildet. Ebenso ist denkbar, dass der
Randabschnitt durch eine Maskierung bei der Dünnschicht-Deposition
hergestellt wurde. Für die nachträgliche Entschlichtung kommen zum Beispiel mechanische und/oder optische Verfahren zum Einsatz, mit denen im
Randabschnitt die Dünnschichtpakete teilweise oder bis hinunter zum Substrat entfernt werden. Im Ergebnis bleibt eine Dünnschichtpaket-Kante als Grenze zum Randabschnitt stehen. Optische Entschichtungs- Verfahren nutzen üblicherweise Laserenergiewechselwirkung mit den zuvor deponierten
Dünnschichten. Es wird vermutet, dass die Aktivschicht an der übrig bleibenden Dünnschichtpaket-Kante verursacht durch Energieeinwirkung bei der
benachbarten Laserentschichtung einen mikroskopischen Phasenübergang erfährt. Dieses Phänomen eröffnet Wege für unerwünschte Kriechströme, die im Bereich der Dünnschichtpaket-Kante zwischen Front- und Rückelektrode der Dünnschichtsolarzelle fließen können.
Daher ist eine elektrisch möglichst saubere Isolierung zwischen der
Frontelektrodenschicht und der Rückelektrodenschicht entlang die durch die Randentschichtung entstehenden Kanten des Schichtpakets notwendig. Dazu wird in einem kleinen Abstand zu der durch die Randentschichtung
entstandenen Dünnschichtpaket-Kante eine elektrische Isolierungsrille in den Schichtstapel geschnitten, in der zumindest die Frontelektrodenschicht von dem Schichtstapel entfernt ist. Bevorzugt ist in der Isolierungsrille der gesamte Dünnschichtstapel bis hinunter zum Substrat entfernt. Durch die elektrische Isolierungsrille sind die Rückelektrodenschicht und die Frontelektrodenschicht sauber voneinander elektrisch getrennt, um das Auftreten von Kurzschluss oder Kriechströmen zu reduzieren oder zu eliminieren, da diese die Leistung des Dünnschichtsolarmoduls verringern. Durch das Vorsehen der elektrischen Isolierungsrille entsteht ein sich parallel zur Isolierrille erstreckender Isolier- Abschnitt des Schichtstapels gebildet, wobei dessen von der Laser- Randentschichtung nachteilig beeinträchtigte Dünnschichtpaket-Kante durch die Isolierrinne vom Aktiv- Bereich des Dünnschichtsolarmoduls getrennt ist.
Über den durch die Isolierrille erzeugten Effekt der Reduktion von Kurzschluss oder Kriechströmen im Bereich der durch Laserrandentschichtung entstandenen Schichtstapelkante besteht weiterhin ein Bedarf danach, ein
Dünnschichtsolarmodul bereit zu stellen, bei dem Kurzschluss- und
Kriechströme noch weiter vermieden werden. Ein solches
Dünnschichtsolarmodul soll außerdem einfach und kostengünstig herstellbar sein und eine verbesserte Leistung aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Dünnschichtsolarmodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls bereitzustellen, bei dem Kurzschluss- oder Kriechströmen noch weiter reduziert sind.
Die Aufgabe wird durch ein Dünnschichtsolarmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Erfindungsgemäß sind ein Busbar, der sich senkrecht zu der
Erstreckungsrichtung angrenzend zu dem weiteren Randbereichsabschnitt erstreckt und der durch die Rückelektrodenschicht gebildet ist, die von der Aktivschicht und der Frontelektrodenschicht unbedeckt ist; und ein
Kontaktband vorgesehen, das auf dem Busbar und entlang des Busbars angeordnet ist und mit einem ersten Kontaktbandende über eine erste
Substratkante hinaus verläuft; wobei der Busbar angrenzend zu der
elektrischen Isolierungsrille einen Aussparungsabschnitt aufweist, in dem das Substrat von der Rückelektrodenschicht unbedeckt ist, so dass das Kontaktband elektrisch isoliert zu einem Isolier-Abschnitt des Schichtstapels ist, der zwischen der elektrischen Isolierungsrille und der ersten Substratkante liegt. Durch diese Ausgestaltung des Dünnschichtsolarmoduls wird ein
Dünnschichtsolarmodul erhalten, bei dem ein elektrischer Kontakt zwischen dem Isolier-Abschnitt des Schichtstapels und dem Aktiv-Abschnitt des
Schichtstapels durch das Kontaktband vermieden ist. Dadurch wird das
Auftreten unerwünschter Kurzschluss- oder Kriechströme verhindert oder zumindest reduziert. Weiterhin ist ein solches Dünnschichtsolarmodul kostengünstig herstellbar.
Der Ausdruck„benachbart“ ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass die benachbarten Schichten oder Strukturen mit dazwischen liegendem Material in mittelbarem Kontakt zueinander stehen d.h. durch das dazwischen liegende Material beabstandet zueinander angeordnet sind. Der Ausdruck„angrenzend“ ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass die angrenzenden Schichten oder Strukturen ohne dazwischen liegendes Material in unmittelbarem Kontakt zueinander stehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aussparungsabschnitt zwischen dem weiteren Randbereichsabschnitt und der elektrischen Isolierungsrille und zwischen dem weiteren Randbereichsabschnitt und dem Isolier-Abschnitt des Schichtstapels angeordnet. Dadurch kann eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Isolier-Abschnitt des Schichtstapels und dem Aktiv-Abschnitt des Schichtstapels durch das Kontaktband sicher vermieden werden.
Bevorzugt erstreckt sich der Aussparungsabschnitt weiterhin zwischen dem weiteren Randbereichsabschnitt und einem angrenzend an die elektrische Isolierungsrille angeordneten Aktiv-Abschnittbereich des Aktiv-Abschnitts des Schichtstapels. Durch diese Weiterführung des Aussparungsabschnittes über die Breite der elektrischen Isolierungsrille hinaus angrenzend an den Aktiv- Abschnittbereich kann zuverlässig sicher gestellt werden, dass sich der
Aussparungsabschnitt zwischen dem weiteren Randbereichsabschnitt und der elektrischen Isolierungsrille entlang der gesamten Breite der elektrischen Isolierungsrille erstreckt. Dies stellt einen zusätzlichen Sicherheitsabstand angesichts von Maschinen- und Justage-Toleranzen bei der Herstellung des Dünnschichtsolarmoduls, insbesondere bei der Herstellung des Aussparungsabschnitts, dar.
Die Breite des Busbarabschnitts und die Gesamt-Busbarbreite stellen eine Abmessung dar, die sich in die Erstreckungsrichtung der elektrischen
Isolierungsrille erstreckt, während sich eine Längenabmessung des Busbars senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Breitenabmessung des Busbars d.h. der Erstreckungsrichtung der elektrischen Isolierungsrille erstreckt. Die Gesamt-Busbarbreite liegt bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 mm, bevorzugter 4 bis 7 mm. Das Kontaktband weist bevorzugt eine Breite im Bereich von 1 bis 5 mm, bevorzugter 2 bis 4 mm auf. Die Breite des Kontaktbands ist eine
Abmessung, die sich in die Erstreckungsrichtung der elektrischen
Isolierungsrille erstreckt. Die Montage-Toleranz bei den angegebenen
Abmessungen beträgt üblicherweise 0,3 mm. Der Aussparungsabschnitt weist bevorzugt Längen- und Breitenabmessungen von 4,0 bis 7,0 x 1 ,0 bis 2,0 mm auf mit einer Toleranz von 0,3 mm.
Der entlang der Substratkanten umlaufende Randabschnitt weist bevorzugt Breitenabmessungen im Bereich von 2 bis 25 mm auf, wobei die
Breitenabmessung des ersten Randbereichsabschnitts entlang der
Erstreckungsrichtung der elektrischen Isolierungsrille verläuft und die
Breitenabmessung des weiteren Randbereichsabschnitts senkrecht zur
Erstreckungsrichtung der elektrischen Isolierungsrille verläuft. Auch
hinsichtlich dieser Maße liegt die übliche Herstellungs-Toleranz bei 0,3 mm. Bevorzugter weist der erste Randbereichsabschnitt eine Breitenabmessung im Bereich von 3 bis 25 mm, bevorzugter 4 bis 21 mm auf. Bevorzugter weist der weitere Randbereichsabschnitt eine Breitenabmessung im Bereich von 3 bis 15 mm, bevorzugter 4 bis 11 mm auf. Das Substrat erstreckt sich bevorzugt entlang des ersten Randbereichsabschnitts über eine Länge von 700 bis 1200 mm und entlang des weiteren Randbereichsabschnitts über eine Länge von 1.000 bis 1.800 mm. Bevorzugt ist das Kontaktband dezentral in Richtung einer entlang des Busbars verlaufenden weiteren Substratkante auf dem Busbar angeordnet. Dies ist insbesondere prozesstechnisch bedingt, weil eine Vorrichtung, die zum
Applizieren des Kontaktbands genutzt wird, Justage und Positionierungs- Toleranzen aufweist. Dadurch wird vermieden, dass frei liegende
Schichtstapel-Kanten des Aktiv-Abschnitts bei dem Applizieren des
Kontaktbands auf den Busbar beschädigt werden. Bevorzugt klebt das
Kontaktband auf dem Busbar und dem Aussparungsabschnitt unter Verwendung eines Klebers, einer haftvermittelnden Schicht oder einer über dem
Kontaktband befestigten Klebefolie. Alternativ lässt sich das Kontaktband auch löten insbesondere per Ultraschall-Löten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Dünnschichtsolarmodul eine weitere elektrische Isolierungsrille auf, die sich in die Erstreckungsrichtung benachbart zu dem ersten Randbereichsabschnitt erstreckt. In der weiteren elektrischen Isolierungsrille ist das Substrat zumindest von der
Frontelektrodenschicht unbedeckt. Sie grenzt an den weiteren
Randbereichsabschnitt an, wobei das Kontaktband mit seinem zweiten
Kontaktbandende auf dem Busbar derart angeordnet ist, dass es beabstandet von der weiteren Isolierungsrille endet. Der Abstand zwischen der weiteren Isolierungsrille und dem Kontaktband liegt bevorzugt im Bereich von 1 ,0 bis 2,5 mm, bevorzugter von 1 ,4 bis 1 ,8 mm, wobei die Montage-Toleranz bei rund 1 ,0 mm liegt.
Bevorzugt weisen die elektrische Isolierungsrille und/oder die weitere elektrische Isolierungsrille einen ersten Isolierungsrillenabschnitt, in dem das Substrat von der Frontelektrodenschicht, der Aktivschicht und der
Rückelektrodenschicht unbedeckt ist, und einen weiteren
Isolierungsrillenabschnitt auf, in dem das Substrat von der
Frontelektrodenschicht und der Aktivschicht unbedeckt und von der
Rückelektrodenschicht noch bedeckt ist. Bevorzugter weisen die elektrische Isolierungsrille und/oder die weitere elektrische Isolierungsrille den ersten Isolierungsrillenabschnitt und zwei der weiteren Isolierungsrillenabschnitte auf, wobei der erste Isolierungsrillenabschnitt zwischen den zwei weiteren
Isolierungsrillenabschnitten angeordnet ist. Dies ist durch das
Herstellungsverfahren der Isolierungsrille bedingt. In einem ersten Schritt wird mechanisch die Frontelektrode und die Aktivschicht bis zur Rückelektrode auf mechanische Weise entfernt. In diesem Graben der Isolierungsrille wird dann mit einem Laser die Rückelektrodenschicht entfernt. Damit unerwünschte Laserwechselwirkungen mit den umgebenden Strukturen vermieden werden, wird der für die Entfernung der Rückelektrode verwendete Laserstrahl deutlich schmaler eingestellt als die Breite der mechanisch hergestellten
Isolierungsrille. Dadurch entstehen die zwei weiteren rein mechanisch realisierten Isolierungsrillenabschnitte, zwischen denen sich der mechanisch und per Laser hergestellte erste Isolierungsrillenabschnitt befindet.
Die elektrische Isolierungsrille und die weitere elektrische Isolierungsrille weisen bevorzugt eine Breitenabmessung im Bereich von 100 bis 200 pm, bevorzugter 140 bis 160 pm senkrecht zur Erstreckungsrichtung der
elektrischen Isolierungsrille auf. Damit ist senkrecht zur Isolierungsrillen- Erstreckungsrichtung die gesamte Breite über die vorangehend beschriebenen unterschiedlichen Isolierungsrillenabschnitte gemeint. Dies gilt sofern unterschiedliche Isolierungsrillenabschnitte vorhanden sind. Ebenso ist denkbar, dass die Isolierungsrille in ihrer gesamten Breite bis zum Substrat hinunter reicht und somit keine unterschiedlichen Isolierungsrillenabschnitte vorhanden sind.
Eine Längenabmessung der ersten elektrischen Isolierungsrille ist bevorzugt derart, dass sie sich ausgehend von dem Aussparungsabschnitt zu einem weiteren Aussparungsabschnitt über das Substrat erstreckt, während sich die weitere elektrische Isolierungsrille ausgehend von dem einen weiteren
Randbereichsabschnitt zu dem anderen weiteren Randbereichsabschnitt über das Substrat erstreckt.
Der Isolier-Abschnitt weist eine Breite auf, die sich senkrecht zur Erstreckungs richtung der elektrischen Isolierungsrille erstreckt und bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1 ,0 mm, bevorzugter 0,7 bis 0,8 mm mit einer Herstellungs- Toleranz von 0,3 mm liegt.
Der Schichtstapel weist die Rückelektrodenschicht, die Aktivschicht und die Frontelektrodenschicht auf. Die Rückelektrodenschicht ist bevorzugt durch eine Vielzahl an Rückelektrodenschicht-Trennrillen in
Rückelektrodenschichtstreifen geteilt, die sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der elektrischen Isolierungsrille erstrecken. Die Rückelektrodenschicht-Trennrillen werden im Fachjargon auch als P1 -scribes bezeichnet. Die Aktivschicht ist bevorzugt durch eine Vielzahl an Aktivschicht-Trennrillen, die oft auch P2-scribes bezeichnet werden, in
Aktivschichtstreifen geteilt, die sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der elektrischen Isolierungsrille erstrecken. Die Frontelektrodenschicht ist bevorzugt durch eine Vielzahl an
Frontelektrodenschicht-Trennrillen in Frontelektrodenschichtstreifen geteilt, die sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der elektrischen Isolierungsrille erstrecken. Die Frontelektrodenschicht- Trennrillen werden oft auch P3-scribes bezeichnet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
Dünnschichtsolarmoduls, aufweisend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Substrats mit Substratkanten und einem entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt, einem auf dem Substrat angeordneten Schichtstapel, der eine auf dem Substrat angeordnete Rückelektrodenschicht, eine auf der Rückelektrodenschicht angeordnete Aktivschicht und eine auf der Aktivschicht angeordnete
Frontelektrodenschicht aufweist,
Entfernen von zumindest der Frontelektrodenschicht vom Substrat, um eine elektrische Isolierungsrille zu erzeugen, die sich in eine
Erstreckungsrichtung über das Substrat erstreckt;
Entfernen der Rückelektrodenschicht, der Aktivschicht und der
Frontelektrodenschicht von dem Substrat, um einen Randabschnitt zu erzeugen, der einen sich parallel zu der Erstreckungsrichtung entlang des Randabschnitts des Substrats erstreckenden ersten
Randbereichsabschnitt, der sich entlang der elektrischen Isolierungsrille erstreckt, und einen sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung entlang des Randabschnitts des Substrats erstreckenden weiteren
Randbereichsabschnitt aufweist;
Entfernen der Frontelektrodenschicht und der Aktivschicht von dem Schichtstapel in einem zum weiteren Randbereichsabschnitt
angrenzendem Bereich, um aus der abschnittsweise frei gelegten
Rückelektrodenschicht einen Busbar zu erzeugen;
- Entfernen eines Abschnitts des Busbars, der zwischen der elektrischen
Isolierungsrille und dem weiteren Randbereichsabschnitt und zwischen einem Isolierabschnitt des Schichtstapels und dem weiteren
Randbereichsabschnitt angeordnet ist, um einen Aussparungsabschnitt in dem Busbar zu erzeugen, in dem das Substrat von der
Rückelektrodenschicht unbedeckt ist;
Applizieren eines Kontaktbands auf dem Busbar und dem
Aussparungsabschnitt, sodass das Kontaktband elektrisch isoliert zu einem Isolier-Abschnitt des Schichtstapels ist, der zwischen der Isolierungsrille und der ersten Substratkante liegt.
Zu dem Dünnschichtsolarmodul beschriebene Modifikationen und
Ausführungsformen gelten für das Verfahren zur Herstellung des
Dünnschichtsolarmoduls entsprechend und umgekehrt. Die Arbeitsschritte des
Entfernens von zumindest der Frontelektrodenschicht vom Substrat, um eine elektrische Isolierungsrille zu erzeugen, die sich in eine
Erstreckungsrichtung über das Substrat erstreckt;
Entfernens der Rückelektrodenschicht, der Aktivschicht und der
Frontelektrodenschicht von dem Substrat, um einen Randabschnitt zu erzeugen, der einen sich parallel zu der Erstreckungsrichtung entlang des Randabschnitts des Substrats erstreckenden ersten
Randbereichsabschnitt, der sich entlang der elektrischen Isolierungsrille erstreckt, und einen sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung entlang des Randabschnitts des Substrats erstreckenden weiteren
Randbereichsabschnitt aufweist;
Entfernens der Frontelektrodenschicht und der Aktivschicht von dem Schichtstapel in einem zum weiteren Randbereichsabschnitt
angrenzendem Bereich, um aus der abschnittsweise frei gelegten
Rückelektrodenschicht einen Busbar zu erzeugen; und
Entfernens eines Abschnitts des Busbars, der zwischen der elektrischen Isolierungsrille und dem weiteren Randbereichsabschnitt und zwischen einem Isolierabschnitt des Schichtstapels und dem weiteren
Randbereichsabschnitt angeordnet ist, um einen Aussparungsabschnitt in dem Busbar zu erzeugen, in dem das Substrat von der
Rückelektrodenschicht unbedeckt ist;
können mittels jeweils eines mechanischen und/oder eines optischen
Verfahrens durchgeführt werden. Ein optisches Verfahren umfasst bevorzugt den Einsatz eines Lasers.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Arbeitsschritt des
Entfernens der Frontelektrodenschicht und der Aktivschicht von dem
Schichtstapel in einem zum weiteren Randbereichsabschnitt angrenzenden Bereich, um aus der abschnittsweise frei gelegten Rückelektrodenschicht einen Busbar zu erzeugen, ein mechanisches Entfernen der der Frontelektroden schicht und der Aktivschicht. Dieser Arbeitsschritt wird bevorzugt als erstes nach dem Bereitstellen des Substrates mit den monolithisch verschalteten Dünnschichtzellen als mechanischer Schabeprozess durchgeführt. Dem folgt die so genannte Randentschichtung, bei der in einem umlaufenden Randabschnitt das gesamte Dünnschichtpaket bis hinunter zum Substrat entfernt wird.
Bevorzugt als dritter Entschichtungs-Schritt erfolgt die Erzeugung des
Aussparungsabschnittes und anschließend werden die oder wird die
Isolierungsrille erzeugt.
Bevorzugt wird der Arbeitsschritt des Entfernens eines Abschnitts des Busbars, der zwischen der elektrischen Isolierungsrille und dem weiteren Randbereichsabschnitt angeordnet ist, um einen Aussparungsabschnitt in dem Busbar zu erzeugen, mittels eines Lasers durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Arbeitsschritt des Entfernens der Rückelektrodenschicht, der Aktivschicht und der Frontelektrodenschicht von dem Substrat, um einen Randabschnitt zu erzeugen, mittels eines Lasers durchgeführt.
Bevorzugt wird das Kontaktband auf dem Busbar und dem Aussparungsabschnitt dezentral in Richtung einer entlang des Busbars verlaufenden Substratkante auf dem Busbar appliziert. Das Kontaktband wird bevorzugt auf den Busbar und den Aussparungsabschnitt mittels eines Kleber, einer elektrisch leitfähigen haftvermittelnden Schicht oder eines das Kontaktband überdeckenden
Klebebands geklebt. Bevorzugt erfolgt die Applizierung des Kontaktbandes auf dem Busbar jedoch über Ultraschall-Löten.
Bevorzugt umfasst der Arbeitsschritt des Entfernens von zumindest der
Frontelektrodenschicht vom Substrat, um eine elektrische Isolierungsrille zu erzeugen, die sich in eine Erstreckungsrichtung über das Substrat erstreckt, einen ersten Vorgang, in dem die Frontelektrodenschicht und die Aktivschicht von dem Substrat entfernt werden, aber nicht die Rückelektrodenschicht, und einen weiteren Vorgang, in dem die Frontelektrodenschicht von dem Substrat, aber weder die Aktivschicht noch die Rückelektrodenschicht entfernt wird. Bevorzugt werden der erste Vorgang und der weitere Vorgang derart
durchgeführt, dass die elektrische Isolierungsrille derart erzeugt wird, dass der erste Isolierungsrillenschnitt in dem ersten Vorgang erzeugt wird, und zwei weitere den ersten Isolierungsrillenabschnitt umgebende
Isolierungsrillenabschnitte in dem weiteren Vorgang erzeugt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen schematisch und nicht maßstabsgerecht: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Dünnschichtsolarmoduls;
Fig. 2 eine Teil- Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Dünnschichtsolarmodul; Fig. 3 eine weitere Teil-Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Dünnschichtsolar modul;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht des in Fig. 2 gezeigten Dünnschichtsolarmoduls; Fig. 5 eine Draufsicht auf das in Fig. 2 gezeigte Dünnschichtsolarmodul; und Fig. 6a bis 6e ein Verfahren zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten
Dünnschichtsolarmoduls.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf das Dünnschichtsolarmodul.
Das Dünnschichtsolarmodul weist ein rechteckiges Substrat 1 mit einer ersten Substratkante 11 und einer weiteren Substratkante 12 auf. Da es sich um ein rechteckiges Substrat 1 handelt, weist es eine parallel zur ersten Substratkante 11 verlaufende gegenüber liegende erste Substratkante und eine parallel zur weiteren Substratkante 12 verlaufende gegenüber liegende zweite
Substratkante auf. Auf dem Substrat 1 ist bis auf den Bereich eines
umlaufenden Randabschnitts ein Schichtstapel angeordnet, von dem in dieser Draufsicht die zuoberst liegende Frontelektrodenschicht 4 und parallel zu den weiteren Substratkanten 12 neben der Frontelektrodenschicht 4 jeweils schmale Streifen der gegenläufig schraffiert dargestellten
Rückelektrodenschicht 2 sichtbar sind. Ferner weist das Dünnschichtsolarmodul eine elektrische Isolierungsrille 6 auf, in der das Substrat 1 zumindest von der Frontelektrodenschicht 4 unbedeckt ist, so dass eine Aktivschicht und/oder Rückelektrodenschicht des
Schichtstapels in dieser Draufsicht sichtbar sind, was in Fig. 1 nicht erkennbar ist. Die elektrische Isolierungsrille 6 erstreckt sich in eine Erstreckungsrichtung E, die parallel zu der ersten Substratkante 11 orientiert ist.
Weiterhin weist das Dünnschichtsolarmodul eine weitere elektrische
Isolierungsrille 9 auf, in der das Substrat 1 zumindest von der Frontelektrodenschicht 4 unbedeckt ist, so dass die Aktivschicht und/oder Rückelektrodenschicht des Schichtstapels in dieser Draufsicht sichtbar sind, was in Fig. 1 nicht erkennbar ist. Die weitere elektrische Isolierungsrille 9 erstreckt sich in eine Erstreckungsrichtung E. Sie grenzt an den weiteren Randbereichsabschnitt 52 an.
Das Dünnschichtsolarmodul weist den schon erwähnten Randabschnitt 5 auf. In dem Randabschnitt 5 ist das Substrat 1 von der dem Schichtstapel unbedeckt. Der Randabschnitt 5 weist zwei sich parallel zu der Erstreckungsrichtung E erstreckende erste Randbereichsabschnitte 51 und zwei sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung E erstreckende weitere Randbereichsabschnitte 52 auf. Der aus der Kombination der ersten Randbereichsabschnitte 51 und der weiteren Randbereichsabschnitte 52 bestehende Randabschnitt 5 ist umlaufend parallel zu den Substratkanten angeordnet. Der eine erste
Randbereichsabschnitt 51 ist benachbart zu der elektrischen Isolierungsrille 6 angeordnet, der weitere erste Randbereichsabschnitt 51 ist benachbart zu der weiteren elektrischen Isolierungsrille 9 angeordnet. Zwischen dem ersten Randbereichsabschnitt 51 und der elektrischen Isolierungsrille 6 und zwischen dem ersten Randbereichsabschnitt 51 und der weiteren elektrischen
Isolierungsrille 9 erstreckt sich jeweils ein Isolier-Abschnitt 8 des
Schichtstapels. Die elektrische Isolierungsrille 6 bzw. die weitere elektrische Isolierungsrille 9 trennt jeweils den Isolier-Abschnitt 8 von einem so genannten Aktiv-Abschnitt 10 des Schichtstapels, der den überwiegenden Großteil der Fläche des Schichtstapels einnimmt.
Das Dünnschichtsolarmodul weist ferner einen Busbar 22 auf, der sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung E angrenzend zu dem weiteren
Randbereichsabschnitt 52 erstreckt. Der Busbar 22 ist durch die Rückelek trodenschicht 2 des Schichtstapels gebildet, die von der Aktivschicht (nicht gezeigt) und der Frontelektrodenschicht 4 unbedeckt ist, was durch die gegenläufig orientierte Schraffur der Rückelektrodenschicht 2 zur
Frontelektrodenschicht 4 verbildlicht ist. Ferner weist das Dünnschichtsolarmodul ein Kontaktband 7 auf, das auf dem Busbar 22 und entlang des Busbars 22 angeordnet ist und mit einem ersten Kontaktbandende über die erste Substratkante 1 1 hinaus verläuft. Das
Kontaktband 7 ist mit seinem zweiten Kontaktbandende auf dem Busbar 22 derart angeordnet, dass es beabstandet von der weiteren Isolierungsrille 9 endet.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Teil-Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte
Dünnschichtsolarmodul, die in Fig. 1 als II gekennzeichnet ist. In Fig. 2 ist gezeigt, dass der Busbar 22 angrenzend zu der elektrischen Isolierungsrille 6 einen Aussparungsabschnitt 23 aufweist, in dem das Substrat 1 von der
Rückelektrodenschicht 2 unbedeckt ist, sodass das Kontaktband 7 elektrisch isoliert vom Isolier-Abschnitt 8 des Schichtstapels ist, der zwischen der
Isolierungsrille 6 und der ersten Substratkante (hier nicht gezeigt) liegt. Der Aussparungsabschnitt 23 ist zwischen dem weiteren Randbereichsabschnitt 52 und der elektrischen Isolierungsrille 6 und zwischen dem weiteren
Randbereichsabschnitt 52 und dem Isolier-Abschnitt 8 des Schichtstapels angeordnet.
Der Busbar 22 weist eine Gesamt-Busbarbreite b auf. Der Aussparungsabschnitt 23, in dem das Substrat 1 von der Rückelektrodenschicht 2 unbedeckt ist, ist derart gebildet, dass nicht die Gesamt-Busbarbreite b des Busbars 22 entfernt ist, sondern der Aussparungsabschnitt 23 ist zwischen einem Busbarabschnitt 24 und dem weiteren Randbereichsabschnitt 52 angeordnet, wobei der
Busbarabschnitt 24 zwischen dem Aussparungsabschnitt 23 und dem Aktiv- Abschnitt 10 bzw. dem Isolier-Abschnitt 8 verläuft und eine Breite (nicht gezeigt) aufweist, die kleiner ist als die Gesamt-Busbarbreite b. Das
Kontaktband 7 ist vorzugsweise dezentral in Richtung der weiteren entlang des Busbars 22 verlaufenden Substratkante 12 auf dem Busbar 22 angeordnet.
Fig. 3 zeigt eine weitere vergrößerte Teil-Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Dünnschichtsolarmodul, die in Fig. 1 als III gekennzeichnet ist. In Fig. 3 ist gezeigt, dass die weitere elektrische Isolierungsrille 9 an den weiteren Randbereichsabschnitt 52 angrenzt und dass das Kontaktband 7 mit seinem zweiten Kontaktbandende auf dem Busbar 22 derart angeordnet ist, dass es beabstandet von der weiteren Isolierungsrille 9 endet. Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. 2 gezeigten
Dünnschichtsolarmoduls entlang der Linie IV- IV. Das Dünnschichtsolarmodul weist das Substrat 1 auf, auf dem der Schichtstapel mit den nachfolgend beschriebenen Schichten angeordnet ist. Auf dem Substrat 1 ist eine
Rückelektrodenschicht 2 angeordnet. Eine Aktivschicht 3 ist auf der
Rückelektrodenschicht 2 angeordnet. Auf der Aktivschicht 3 ist eine
Frontelektrodenschicht 4 angeordnet. Der Schichtstapel ist durch die elektrische Isolierungsrille 6 in den Isolier-Abschnitt 8 und den Aktiv-Abschnitt 10 getrennt. Der Isolier-Abschnitt 8 verläuft zwischen der elektrischen
Isolierungsrille 6 und dem ersten Randbereichsabschnitt 51. Die elektrische Isolierungsrille 6 weist einen ersten Isolierungsrillenabschnitt 61 auf, in dem das Substrat 1 von der Frontelektrodenschicht 4, der Aktivschicht 3 und der Rückelektrodenschicht 2 unbedeckt ist, und zwei weitere
Isolierungsrillenabschnitte 62, in dem das Substrat 1 von der
Frontelektrodenschicht 4 und der Aktivschicht 3 unbedeckt und von der Rückelektrodenschicht 2 bedeckt ist. Der erste Isolierungsrillenabschnitt 61 ist zwischen den zwei weiteren Isolierungsrillenabschnitten 62 angeordnet. Diese Struktur ist durch die Art der Herstellung der Isolierungsrille 6 bedingt. Ebenso wäre es möglich, dass die Isolierungsrille 6 über ihre gesamte Breite von der Rückelektrodenschicht 2 befreit ist.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf das in Fig. 2 gezeigte Dünnschichtsolarmodul, wobei der Übersichtlichkeit halber das Kontaktband und die Schraffur der Frontseitenelektrode 4 weggelassen sind. Die Rückelektrodenschicht (nicht gezeigt) ist durch eine Vielzahl an Rückelektrodenschicht-Trennrillen 21 , von denen eine einzige gestrichelt gezeigt ist, da sie in der Draufsicht auf das Dünnschichtsolarmodul eigentlich nicht sichtbar ist, in
Rückelektrodenschichtstreifen (nicht gezeigt) geteilt. Weiterhin ist die
Aktivschicht (nicht gezeigt) durch eine Vielzahl an Aktivschicht-Trennrillen 31 , von denen eine einzige gestrichelt gezeigt ist, weil sie in der Draufsicht auf das Dünnschichtsolarmodul eigentlich nicht sichtbar ist, in Aktivschichtstreifen (nicht gezeigt) geteilt. Ferner ist die Frontelektrodenschicht 4 durch eine Vielzahl an Frontelektrodenschicht-Trennrillen 41 , von denen eine einzige gezeigt ist, in Frontelektrodenschichtstreifen (nicht gezeigt) geteilt. Die Frontelektrodenschicht-Trennrillen 41 , die Aktivschicht-Trennrillen 31 und die Rückelektrodenschicht-Trennrillen 21 erstrecken sich senkrecht oder im
Wesentlichen senkrecht zur der elektrischen Isolierungsrille 6 und seiner Erstreckungsrichtung E.
Fig. 6a bis 6e zeigen Verfahrensschritte zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Dünnschichtsolarmoduls. Gezeigt sind jeweils Teil-Draufsichten auf das entstehende Dünnschichtsolarmodul in einer Orientierung entsprechend den Fig. 2 und 3, deren Verbindungsstück nicht gezeigt ist, wie in den Fig. 6a bis 6e durch die Bruchlinien angedeutet ist. Die hier gezeigte Abfolge der
Verfahrensschritte stellt eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens dar. Gewisse Verfahrensschritte sind hinsichtlich ihrer Abfolge austauschbar, was im Folgenden näher erläutert werden wird.
In Fig. 6a ist die Breitstellung des Substrats 1 mit einer ersten Substratkante 11 und einer weiteren Substratkante 12 und mit auf dem Substrat 1 befindlichen monolithisch verschalteten Dünnschichtsolarzellen gezeigt. Vom
Dünnschichtpaket der Dünnschichtsolarzellen ist nur die ganz oben liegende Frontelektrodenschicht 4 zu sehen. Der Übersichtlichkeit halber sind die so genannten P1 -, P2- und P3-Scribes mit denen die monolithische
Serienverschaltung der Dünnschichtsolarmodule realisiert ist, nicht dargestellt. Der von den Substratkanten mit einem gewissen Mindestabstand befindliche Bereich wird für das fertig gestellte Solarmodul, den elektrischen Strom generierenden Aktiv-Abschnitt 10 bilden.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird gemäß Fig. 6b entlang der weiteren Substratkante 12 mechanisch die Frontelektrodenschicht 4 und die darunter liegende aktive Schicht entfernt, so dass entlang der weiteren
Substratkante ein Streifen mit der Rückelektrodenschicht 2 exponiert wird.
Im nun folgenden Verfahrensschritt gemäß Fig. 6c erfolgt die so genannte Randentschichtung. Insbesondere mittels eines Lasers wird das Substrat entlang seiner ersten Substratkante 11 und seiner weiteren Substratkante 12 umlaufend von allen auf dem Substratmaterial befindlichen Schichten befreit. Dadurch entsteht einerseits der umlaufende Randabschnitt 5, aufweisend einen ersten Randbereichsabschnitt 51 und einen weiteren Randbereichsabschnitt 52.
Andererseits wird die Randentschichtung in einem oder einem weiteren separaten Entschichtungsschritt derart durchgeführt, dass entlang der weiteren Substratkante 12 ein Streifen der zuvor frei gelegten Rückelektrodenschicht 2 übrig bleibt. Dieser Streifen der Rückelektrodenschicht 2 bildet entlang der weiteren Substratkante 12 den Busbar 22 des Dünnschichtsolarmoduls. Im angrenzenden Bereich zur ersten Substratkante 11 ist auch die den Busbar 22 bildende Rückelektrodenschicht 2 durch einen Aussparungsabschnitt 23 fast vollständig entfernt.
Es wäre technisch machbar, zunächst die Randentschichtung des
Randabschnitts 5 mit oder ohne Aussparungsabschnitt 23 und anschließend die Freilegung der Rückelektrodenschicht 2 für den Busbar 22 und, falls noch erforderlich, die Entfernung des Aussparungsabschnitts 23 durchzuführen. Da derzeit aber die Freilegung der Rückelektrodenschicht 2 rein mechanisch mittels einer Klinge erfolgt, wäre es unvorteilhaft, wenn die Klinge nicht bündig mit ihrer gesamten Breite auf dem Dünnschichtpaket zu liegen käme. Dies wäre der Fall, wenn zunächst die Randentschichtung des Randabschnitts 5 vorgenommen wird und im Anschluss daran die mechanische Freilegung des Busbars erfolgt.
Im nun folgenden Verfahrensschritt gemäß Fig.6d werden die Isolierungsrille 6 und die weitere Isolierungsrille 9 mit jeweils zwei Arbeitsschritten entlang der Erstreckungsrichtung E parallel zur ersten Substratkante 11 geschnitten.
Dadurch bilden sich jeweils zwischen den Isolierungsrillen 6,9 und der parallelen Substratkante Isolierungsbereiche 8, die durch die Isolierungsrillen 6,9 elektrisch vom Aktiv-Abschnitt 10 des Dünnschichtsolarmoduls isoliert sind. Im ersten Arbeitsschritt werden bei der Herstellung der Isolierungsrillen 6,9 die Frontelektrodenschicht 2 und die darunter befindliche Aktivschicht mechanisch entfernt. In einem zweiten Arbeitsschritt wird bevorzugt mittig in die entstan- dene Rille mittels eines Lasers ein Scribe entlang der gesamten Erstreckungs länge der Isolierungsrille 6,9 durchgeführt, bei dem auch die Rückelektroden - Schicht 2 aus den Isolierungsrillen 6,9 entfernt wird. Dies führt zu dem in Fig.4 gezeigten stufenförmigen Profil am Boden der Isolierungsrille 6. In Fig. 6e ist schließlich gezeigt, dass in einem abschließenden
Verfahrensschritt ein beispielsweise durch Ultraschall-Löten appliziertes Kontaktband 7 auf dem Busbar 22 und dem Aussparungsabschnitt 23 derart angeordnet worden ist, dass das Kontaktband 7 elektrisch isoliert vom Isolier- Abschnitt 8 des Schichtstapels verläuft, der zwischen der Isolierungsrille 6 und der ersten Substratkante 11 liegt.
Bezugszeichenliste: b Gesamt-Busbarbreite
E Erstreckungsrichtung
1 Substrat
11 erste Substratkante
12 weitere Substratkante
2 Rückelektrodenschicht
21 Rückelektrodenschicht-T rennrille
22 Busbar
23 Aussparungsabschnitt
24 Busbarabschnitt
3 Aktivschicht
31 Aktivschicht-Trennrille
4 Frontelektrodenschicht
41 Frontelektrodenschicht-T rennrille
5 Randabschnitt
51 erster Randbereichsabschnitt
52 zweiter Randbereichsabschnitt
6 elektrische Isolierungsrille
61 erster Isolierungsrillenabschnitt
62 weiterer Isolierungsrillenabschnitt
7 Kontaktband
8 Isolier-Abschnitt
9 weitere elektrische Isolierungsrille
10 Aktiv-Abschnitt

Claims

Patentansprüche:
1. Dünnschichtsolarmodul, aufweisend
ein Substrat (1 ) mit Substratkanten und einem entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt;
einen Schichtstapel, der eine auf dem Substrat (1 ) angeordnete
Rückelektrodenschicht (2), eine auf der Rückelektrodenschicht (2) angeordnete Aktivschicht (3) und eine auf der Aktivschicht (3) angeordnete Frontelektrodenschicht (4) aufweist;
eine elektrische Isolierungsrille (6), in der das Substrat (1 ) zumindest von der Frontelektrodenschicht (4) unbedeckt ist und die sich in eine
Erstreckungsrichtung (E) erstreckt;
einen Randabschnitt (5), in dem das Substrat (1 ) von der
Rückelektrodenschicht (2), der Aktivschicht (3) und der
Frontelektrodenschicht (4) unbedeckt ist und der einen sich parallel zu der Erstreckungsrichtung (E) entlang des Randabschnitts des Substrats (1 ) erstreckenden ersten Randbereichsabschnitt (51 ), der benachbart zu der elektrischen Isolierungsrille (6) angeordnet ist, und einen sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (E) entlang des Randabschnitts des Substrats (1 ) erstreckenden weiteren Randbereichsabschnitt (52) aufweist;
gekennzeichnet durch
einen Busbar (22), der sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (E) angrenzend zu dem weiteren Randbereichsabschnitt (52) erstreckt, wobei der Busbar (22) durch die Rückelektrodenschicht (2) gebildet ist, die von der Aktivschicht (3) und der Frontelektrodenschicht (4) unbedeckt ist; und ein Kontaktband (7), das auf dem Busbar (22) und entlang des Busbars (22) angeordnet ist und mit einem ersten Kontaktbandende über eine erste Substratkante (11 ) hinaus verläuft;
wobei der Busbar (22) angrenzend zu der elektrischen Isolierungsrille (6) einen Aussparungsabschnitt (23) aufweist, in dem das Substrat (1 ) von der Rückelektrodenschicht (2) unbedeckt ist, so dass das Kontaktband (7) elektrisch isoliert zu einem Isolier-Abschnitt (8) des Schichtstapels ist, der zwischen der Isolierungsrille (6) und der ersten Substratkante (11 ) liegt.
2. Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aussparungsabschnitt (23) zwischen dem weiteren Randbereichsabschnitt (52) und der elektrischen Isolierungsrille (6) und zwischen dem weiteren Randbereichsabschnitt (52) und dem Isolier-Abschnitt (8) des Schichtstapels angeordnet ist.
3. Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktband (7) dezentral in Richtung einer entlang des Busbars (22) verlaufenden weiteren Substratkante (12) auf dem Busbar (22) angeordnet ist.
4. Dünnschichtsolarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine weitere elektrische Isolierungsrille (9), die sich in die Erstreckungsrichtung (E) benachbart zu dem ersten
Randbereichsabschnitt (51 ) erstreckt, in der das Substrat (1 ) zumindest von der Frontelektrodenschicht (4) unbedeckt ist und die an den weiteren Randbereichsabschnitt (52) angrenzt, wobei das Kontaktband (7) mit seinem zweiten Kontaktbandende auf dem Busbar (22) derart angeordnet ist, dass es beabstandet von der weiteren elektrischen Isolierungsrille (9) endet.
5. Dünnschichtsolarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierungsrille (6) und/oder die weitere elektrische Isolierungsrille einen Isolierungsrillenabschnitt (61 ), in dem das Substrat (1 ) von der Frontelektrodenschicht (4), der
Aktivschicht (3) und der Rückelektrodenschicht (2) unbedeckt ist, und einen weiteren Isolierungsrillenabschnitt (62) aufweisen, in dem das Substrat (1 ) von der Frontelektrodenschicht (4) und der Aktivschicht (3) unbedeckt und von der Rückelektrodenschicht (2) bedeckt ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Substrats (1 ) mit Substratkanten und einem entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt, einem auf dem Substrat (1 ) angeordneten Schichtstapel, der eine auf dem Substrat (1 ) angeordnete Rückelektrodenschicht (2), eine auf der Rückelektrodenschicht (2) angeordnete Aktivschicht (3) und eine auf der Aktivschicht (3) angeordnete Frontelektrodenschicht (4) aufweist,
Entfernen von zumindest der Frontelektrodenschicht (4) vom Substrat (1 ), um eine elektrische Isolierungsrille (6) zu erzeugen, die sich in eine Erstreckungsrichtung (E) über das Substrat (1 ) erstreckt;
Entfernen der Rückelektrodenschicht (2), der Aktivschicht (3) und der Frontelektrodenschicht (4) von dem Substrat (1 ), um einen
Randabschnitt (5) zu erzeugen, der einen sich parallel zu der
Erstreckungsrichtung (E) entlang des Randabschnitts des Substrats (1 ) erstreckenden ersten Randbereichsabschnitt (51 ), der sich entlang der elektrischen Isolierungsrille (6) erstreckt, und einen sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (E) entlang des Randabschnitts des Substrats (1 ) erstreckenden weiteren Randbereichsabschnitt (52) aufweist;
Entfernen der Frontelektrodenschicht (4) und der Aktivschicht (3) von dem Schichtstapel in einem zum weiteren Randbereichsabschnitt (52) angrenzendem Bereich, um aus der abschnittsweise frei gelegten
Rückelektrodenschicht (2) einen Busbar (22) zu erzeugen;
Entfernen eines Abschnitts des Busbars (22), der zwischen der elektrischen Isolierungsrille (6) und dem weiteren Randbereichsabschnitt (52) und zwischen einem Isolier-Abschnitt (8) des Schichtstapels und dem weiteren Randbereichsabschnitt (52) angeordnet ist, um einen
Aussparungsabschnitt (23) in dem Busbar (22) zu erzeugen, in dem das Substrat (1 ) von der Rückelektrodenschicht (2) unbedeckt ist;
Applizieren eines Kontaktbands (7) auf dem Busbar (22) und dem
Aussparungsabschnitt (23), sodass das Kontaktband (7) elektrisch isoliert zu dem Isolier-Abschnitt (8) des Schichtstapels ist, der zwischen der
Isolierungsrille (6) und der ersten Substratkante (11 ) liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der
Arbeitsschritt des Entfernens der Frontelektrodenschicht (4) und der Aktivschicht (3) von dem Schichtstapel in einem zum weiteren
Randbereichsabschnitt (52) angrenzenden Bereich, um aus der
abschnittsweise frei gelegten Rückelektrodenschicht (2) einen Busbar (22) zu erzeugen, ein mechanisches Entfernen der der
Frontelektrodenschicht (4) und der Aktivschicht (3) aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Arbeitsschritt des Entfernens eines Abschnitts des Busbars (22), der zwischen der elektrischen Isolierungsrille (6) und dem weiteren
Randbereichsabschnitt (52) angeordnet ist, um einen
Aussparungsabschnitt (23) in dem Busbar (22) zu erzeugen, mittels eines Lasers durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsschritt des Entfernens der Rückelektrodenschicht (2), der Aktivschicht (3) und der Frontelektrodenschicht (4) von dem Substrat (1 ), um einen Randabschnitt (5) zu erzeugen, mittels eines Lasers durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktband (7) auf dem Busbar (22) und dem
Aussparungsabschnitt (23) dezentral in Richtung einer entlang des Busbars (22) verlaufenden Substratkante auf dem Busbar (22) appliziert wird.
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