EP2529407A1 - Solarzellenanordnung und dünnschichtsolarmodul, sowie herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

Solarzellenanordnung und dünnschichtsolarmodul, sowie herstellungsverfahren hierfür

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EP2529407A1
EP2529407A1 EP11701138A EP11701138A EP2529407A1 EP 2529407 A1 EP2529407 A1 EP 2529407A1 EP 11701138 A EP11701138 A EP 11701138A EP 11701138 A EP11701138 A EP 11701138A EP 2529407 A1 EP2529407 A1 EP 2529407A1
Authority
EP
European Patent Office
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solar cell
structuring
layer
electrode layer
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11701138A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Boris Philipp
Thomas Happ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Priority to EP11701138A priority Critical patent/EP2529407A1/de
Publication of EP2529407A1 publication Critical patent/EP2529407A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/30—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising thin-film photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
    • H10F10/167—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising Group I-III-VI materials, e.g. CdS/CuInSe2 [CIS] heterojunction photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F19/30—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising thin-film photovoltaic cells
    • H10F19/31—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising thin-film photovoltaic cells having multiple laterally adjacent thin-film photovoltaic cells deposited on the same substrate
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/90—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • 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
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells

Definitions

  • the invention relates to a solar cell arrangement with integrated, series-connected solar cells, in particular for use in thin-film solar modules, and to a method for the production thereof.
  • Solar modules for the photovoltaic conversion of sunlight into electrical energy are increasingly used for energy production.
  • thin-film solar modules based on polycrystalline chalcopyrite semiconductors have proved to be advantageous, with copper indium diselenide (CulnSe 2 or CIS) in particular being distinguished by a particularly high absorption coefficient due to its bandgap adapted to the spectrum of sunlight. Since only voltage levels of less than 1 volt can be achieved with individual solar cells, many solar cells in a solar module are connected in series in order to obtain a technically usable output voltage.
  • Thin-film solar modules offer the particular advantage that the solar cells can already be connected in series during layer production in integrated form. In the patent literature, such an integrated serial connection of individual solar cells has already been described several times. For example, reference is made to the patent DE 4324318 C1.
  • the thin-film solar module is connected to an electrical load by means of a connection box, which are mounted on the rear side of the solar module and serve, for example, with a contact terminal for the connection contacts of the thin-film solar module, which are generally in the form of metal strips.
  • a connection box which are mounted on the rear side of the solar module and serve, for example, with a contact terminal for the connection contacts of the thin-film solar module, which are generally in the form of metal strips.
  • connection box which are mounted on the rear side of the solar module and serve, for example, with a contact terminal for the connection contacts of the thin-film solar module, which are generally in the form of metal strips.
  • connection box which are mounted on the rear side of the solar module and serve, for example, with a contact terminal for the connection contacts of the thin-film solar module, which are generally in the form of metal strips.
  • thin-film solar modules with two connection boxes are also known in order to reduce electrical wiring within the thin-film solar module.
  • the object of the present invention is to develop conventional thin-film solar modules with integrated solar cells in an advantageous manner, in particular the long-term stability and durability of the module to be improved and its manufacturing costs to be reduced.
  • a solar cell arrangement with integrated, series-connected solar cells is shown.
  • the solar cell arrangement according to the invention comprises a substrate on which a layer structure having a plurality of layers is applied, which comprises a first electrode layer, a second electrode layer and a semiconductor layer arranged between the two electrode layers.
  • a layer structure having a plurality of layers which comprises a first electrode layer, a second electrode layer and a semiconductor layer arranged between the two electrode layers.
  • Each layer may comprise one or more individual layers. Due to the layer structure, a pn junction, i. H. a sequence of layers of different conductivity type is formed. In particular embodiments, the pn junction is formed by a heterojunction.
  • the layer structure is subdivided into a plurality of areas that are electrically separated from one another by one or more area trenches.
  • a solar cell string is formed, which consists of one or more connected in series, rectified solar cells.
  • Each solar cell has first and second electrodes formed in the first and second electrode layers, and a semiconductor material formed between the two electrodes, which is formed by the semiconductor layer. It may be advantageous if adjacent or directly adjacent solar cell strands have an anti-parallel passage direction.
  • the solar cell arrangement according to the invention furthermore comprises a first connection contact and a second connection contact, which are electrically connected to one another by the solar cell strands.
  • the solar cell strings are connected in series for this purpose by one or more intermediate contacts.
  • the solar cell arrangement according to the invention comprises at least one connection housing (eg junction box) in which the two connection contacts are electrically connected are connected.
  • the connection housing is provided for this purpose with at least one device suitable for this purpose, for example a clamping device.
  • the connection housing can be used to connect the solar cell arrangement to another electrical device.
  • the layer structure is subdivided into two areas, which are electrically separated from each other by a single area trench, in each of which a solar cell strand is formed.
  • the two solar cell strands have an anti-parallel forward direction.
  • the first connection contact and the second connection contact are electrically connected to one another by the two solar cell strands, wherein the two solar cell strands are connected in series by a single intermediate contact.
  • the two connection contacts are electrically connected in a common connection housing.
  • the layer structure is subdivided into four regions, which are electrically separated from each other by three region trenches, in each of which a solar cell strand is formed.
  • adjacent solar cell strands have an anti-parallel passage direction.
  • the first connection contact and the second connection contact are electrically connected to one another by the four solar cell strands, wherein the four solar cell strands are connected in series by three intermediate contacts.
  • the two connection contacts are each connected to a separate connection housing.
  • the solar cells are each strip-shaped, wherein the solar cell strands electrically interconnected by an intermediate contact may have an at least approximately U-shaped configuration.
  • the connection and intermediate contacts are each formed in the form of a contact strip.
  • a thin-film solar module with integrated, series-connected solar cells which has a solar cell arrangement as described above, in which each solar cell is designed in the form of a solar cell suitable for the photovoltaic conversion of sunlight into electrical power.
  • the thin-film solar cells are deposited on a carrier substrate.
  • the carrier substrate may face the incidence of light, also referred to as superstrate configuration, or be remote from the incidence of light, also referred to as the substrate configuration.
  • the first electrode layer is in the form of a transparent front electrode layer and the second electrode layer is formed as a back electrode layer, the semiconductor layer being arranged on a side of the back electrode layer facing from the front electrode layer.
  • shading of photovoltaically active regions can be avoided in a particularly advantageous manner by an electrical connection of the two connection contacts, for example with a common connection housing. Nevertheless, however, it would also be conceivable to provide the superstrate configuration for the thin-film solar module according to the invention, in which case the light is transmitted through a transparent carrier substrate.
  • the semiconductor layer comprises a chalcopyrite compound, which is in particular an I-III-VI semiconductor from the group of copper Indium / gallium disulphite / diselenide (Cu (InGa) (SSe) 2 ), for example copper indium diselenide (CulnSe 2 or CIS) or related compounds. These contain one or more of the elements Cu, In, Ga, Al, Zn, Sn, S, Se or Te. If the semiconductor layer is chalcopyrite-based, the substrate configuration is particularly advantageous. However, according to the invention, the semiconductor layer may also contain cadmium telluride, amorphous, micromorphous, microcrystalline and / or polycrystalline thin-film silicon.
  • a method for structuring a layered structure of a thin-film solar module comprising a first electrode layer, a second electrode layer and a semiconductor layer arranged between the two electrode layers, comprising the following steps:
  • a structuring line selected from the first to third structuring lines is guided so that it has a rectilinear course over at least two electrically separated regions, while the two remaining structuring lines and this structuring line are offset and preferably crossed, that a sequence of Structuring lines is reversed.
  • a method for producing a thin-film solar module which comprises the following steps:
  • the layer structure having at least a first electrode layer, a second electrode layer and a semiconductor layer arranged between the two electrode layers, through which a pn junction is formed,
  • connection contacts Connecting the two connection contacts in at least one connection housing.
  • the two connection contacts are connected in a connection housing, so that a complex wiring for electrically connecting the two connection contacts with the common connection box can be dispensed with.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of the thin-film solar module according to the invention in plan view
  • FIG. 2 shows schematic sectional views of the thin-film solar module of FIG. 1 in the intermediate region (left-hand illustration) and edge region (right-hand illustration);
  • Fig. 3 are schematic representations to illustrate the structuring of
  • 4A-4B are schematic representations of structural lines for illustrating the
  • 5A-5B are various schematic representations of structural lines for illustrating variants for structuring the layer structure of the thin-film solar module according to the invention of FIG. 1;
  • Fig. 6 is a schematic perspective view of a second
  • Embodiment of the thin-film solar module according to the invention Embodiment of the thin-film solar module according to the invention.
  • a thin film solar module generally designated by the reference numeral 1, with reference to a schematic plan view and various sectional views.
  • the thin-film solar module 1 serving for the photovoltaic conversion of sunlight into electrical energy represents an embodiment of the solar cell arrangement according to the invention.
  • the thin-film solar module 1 comprises a plurality of series-connected, integrated solar cells 2, which represent an embodiment of the solar cells of the solar cell arrangement according to the invention.
  • the thin film solar module 1 has a structure corresponding to the substrate configuration, i. it has an electrically insulating substrate 4 with a layer structure 5 of thin layers applied thereon, wherein the layer structure 5 is arranged on a main entrance surface 6 of the substrate 4 on the light entry side.
  • the substrate 4 here consists, for example, of glass with a relatively low transparency, it being equally possible to use other insulating materials with sufficient strength and inert behavior in relation to the process steps carried out.
  • the layer structure 5 comprises a rear electrode layer 7 arranged on the main surface 6 of the substrate 4 and made of, for example, an opaque material
  • the back electrode layer 7 has, for example, a layer thickness of about 1 ⁇ . In another embodiment, the back electrode layer can also consist of a layer stack of different individual layers.
  • a photovoltaically active absorber layer 8 is deposited, which consists of a doped semiconductor whose band gap preferably is able to absorb as much of the sunlight as possible.
  • the absorber layer 8 consists for example of a p-type chalcopyrite semiconductor, for example a compound of the group Cu (InGa) (SSe) 2 , in particular sodium (Na) -doped copper indium diselenide (CulnSe 2 ).
  • the absorber layer 8 has, for example, a layer thickness which is in the range of 1-5 ⁇ and, for example, about 2 ⁇ amounts.
  • a buffer layer 9 is deposited, which consists here for example of a single layer of cadmium sulfide (CdS) and a single layer intrinsic zinc oxide (i-ZnO), which is not shown in detail in the figures.
  • the buffer layer 9 has, for example, a smaller layer thickness than the absorber layer 8.
  • a front electrode layer 10 is applied to this buffer layer 9, for example by vapor deposition.
  • the front electrode layer 10 is transparent to radiation in the spectral region which is sensitive to the absorber layer 8 ("window layer”), in order to ensure only slight attenuation of the incident sunlight.
  • TCO Transparent Conductive Electrode
  • a doped metal oxide for example, n-type, aluminum (Al) -doped zinc oxide (AZO).
  • Al aluminum
  • AZO n-doped zinc oxide
  • the layer thickness of the front electrode layer 10 is for example about 800 nm.
  • a plastic layer 11 for example composed of polyvinyl butyral (PVB) or ethylene vinyl acetate (EVA), is applied to the front electrode layer 10.
  • the layer structure 5 is sealed with a sunlight-transparent cover plate 12, which consists for example of extra-white glass with low iron content.
  • the module surface of the thin-film solar module 1 is divided into a multiplicity of individual solar cells 2, which are connected to each other in series in a first solar cell string 28 and a second solar cell string 29.
  • the layer structure 5 is structured using a suitable structuring technology, such as laser writing and mechanical processing, for example by lifting or scribing. It is important here that the losses in the photoactive area are as small as possible and that the structuring technology used is selective for the material to be removed.
  • a such structuring typically comprises three structuring steps for each solar cell 3, which are abbreviated to the acronyms P1, P2, P3. This will be explained in more detail below, reference being made to FIG. 2, left illustration.
  • the back electrode layer 7 is interrupted by generating a first layer trench 13, wherein a first back electrode section 14 and a second back electrode section 15 isolated therefrom are formed.
  • the first layer trench 13 is here preferably formed by laser writing, for example by means of an excimer or neodymium YAG laser, or by mechanical processing of the back electrode layer 7.
  • the first layer trench 13 is formed before the application of the absorber layer 8 and filled in the application of the absorber layer 8 by the semiconductor material of this layer.
  • the two semiconductive layers namely the absorber layer 8 and the buffer layer 9, are interrupted by generating a second layer trench 16, wherein a first semiconductor section 17 and a second semiconductor section 18 isolated therefrom are formed.
  • the second layer trench 16 is here preferably formed by laser writing, for example by means of an excimer or neodymium YAG laser.
  • the second layer trench 16 is formed before the application of the front electrode layer 10 and filled in the application of the front electrode layer 10 by the electrically conductive material of this layer.
  • the front electrode layer 10, the buffer layer 9 and the absorber layer 8 are interrupted by producing a third layer trench 19, wherein apart from the interrupted sections of the semiconductive layers, a first front electrode section 20 and a second insulated second section
  • Front electrode section 21 is formed.
  • the third layer trench 19 is here preferably formed by mechanical processing.
  • the third layer trench 19 is formed before the application of the plastic layer 1 1 and filled in the application of the plastic layer 1 1 by the insulating material of this layer. Alternatively, it would be conceivable that the third layer trench 19 interrupts only the front electrode layer 10.
  • two series-connected solar cells 2 are formed by the three patterning steps P1, P2, P3, wherein the first front electrode section 20 and the first Rear electrode portion 14, a front and rear electrode of a solar cell 2 and the second front electrode portion 21 and the second back electrode portion 15, a front or. Form return electrode of the other solar cell 2.
  • the front electrode of a solar cell 2 with the rear electrode of the other solar cell 2 is electrically connected.
  • the layer trenches 13, 16, 19 are formed along structuring lines which, according to the designation of the structuring steps P1, P2, P3, are referred to as first, second and third structuring lines 22-24.
  • the three structuring lines 22-24 are shown schematically in FIG. 3, the left-hand view being a plan view of a section of the thin-film solar module 1, the middle representation a detailed section through the thin-film solar module 1 corresponding to the identified area, and the right-hand view a plan view of a single solar cell 2 to illustrate the structuring lines 22-24.
  • the thin-film solar module 1 has a rectangular shape in plan view, with the correspondingly rectangular layer structure 5 being in a first module region 26 through a central region trench 25, in which the layer structure 5 is completely removed as far as the substrate 4 and a second module region 27, which is electrically separated from the first module region 26, is subdivided.
  • the two module regions 26, 27 have a same shape and size and are arranged next to one another in a first direction (x) defined by the longer dimension of the thin-film solar module 1 or substrate 4.
  • the first direction (x) together with a second direction (y) perpendicular thereto, spans a plane which is parallel to the main surface 6 of the substrate 4.
  • the region trench 25 extends in a straight line along the second direction (y).
  • the two module regions 26, 27 each have a separate solar cell strand, the first solar cell strand 28 being formed in the first module region 26 and the second solar cell strand 29 being formed in the second module region 27.
  • the solar cells 2 are in each case connected rectified in series, wherein each solar cell 2 is identified by a solar cell symbol and the solar cell strings 28, 29 by the associated solar cell symbols.
  • each solar cell string 28, 29 contains, for example, eleven solar cells 2, it being understood that these may each contain a larger or smaller number of solar cells 2.
  • Each solar cell string 28, 29 may, for example, from 40 to 150, preferably from 50 to 1 10, particularly preferably from 100 to 110 and very particularly preferably 104 connected in series, rectified solar cells 2 have.
  • the strip-shaped solar cells 2 extend along the first direction (x) and are arranged along the second direction (y), with adjacent solar cells 2 being separated from one another by a (mental) separation line 3 extending along the first direction (x) the position of the associated third Schichtengrabens 19 results.
  • a structuring of the solar cells 2 through the first to third structuring lines 22-24 takes place along the first direction (x).
  • the solar cell strands 28, 29 are each connected in series along the second direction (y), which corresponds to the shorter dimension of the thin-film solar module 1 or substrate 4.
  • the two solar cell strands 28, 29 have an anti-parallel transmission direction, wherein the first solar cell strand 28 along the negative second direction (-y) and the second solar cell strand 29 along the positive second direction (y) is permeable.
  • the preparation of the anti-parallel solar cell strands 28, 29 by the three structuring steps P1, P2, P3 will be explained in more detail below.
  • a narrow edge region 30, 31 is formed, which serve as contact zones for the solar cell strands 28, 29, inter alia, wherein respective electrode layers are exposed for this purpose.
  • a first connection contact 32 and in the second module region 27 a third connection contact 34 are formed, which are electrically separated from each other.
  • an intermediate contact 33 is formed in a second edge region 31 over the two module regions 26, 27.
  • the contacts 32-34 are here, for example in the form of metal bands, which may consist in particular of aluminum formed.
  • the first connection contact 32 via the first solar cell strand 28 to the intermediate contact 34 is electrically connected, wherein - corresponding to the electrical connection of the front electrode of a preceding solar cell 2 with the back electrode of a subsequent solar cell 2 - the first terminal contact 32 with the front electrode of the first solar cell 2 and the intermediate contact 34 are electrically connected to the return electrode of the last solar cell 2.
  • the electrical connection of the intermediate contact 34 with the back electrode of the last solar cell 2 can be seen in FIG. 2, right-hand illustration, which is a sectional view of the thin-film solar module 1 in the second edge region 31. Accordingly, the back electrode layer 7 expands into the second edge region 31, wherein the intermediate contact 34 is applied to the back electrode layer 7.
  • the intermediate contact 34 is electrically conductively connected via the second solar cell strand 29 to the second connection contact 33, wherein - according to the interconnection in the first module region 26 - the intermediate contact 34 with the front electrode of the first solar cell 2 and the second connection contact 33 with the back electrode of the last solar cell 2 of the second solar cell string 29 are electrically connected.
  • the electrical contacts 32-34 in the two edge regions 31, 32 can be produced for example by welding, gluing or soldering, preferably by ultrasonic welding. According to the invention, respective electrode layers exposed for bonding are welded, glued or soldered to the metal bands according to the invention and an electrically stable permanent connection is produced.
  • the first connection contact 32 is electrically conductively connected to the second connection contact 33 via the two solar cell strands 28, 29, which are connected in series via the intermediate contact 34.
  • the series-connected solar cell strings 28, 29 all solar cells 2 are rectified.
  • a joint socket 35 common to the two solar cell strands 28, 29 is provided, which is arranged on the rear side of the substrate 4 opposite the main surface 6 and provided with a device for connecting the two connection contacts 32, 33.
  • the two terminal contacts 32, 33 are connected by a detachable or fixed device to the junction box 35.
  • the junction box 35 is used for electrically connecting the thin-film solar module 1 with an electrical load, such as an inverter, which is not shown in the figures. Referring now to FIGS. 4A and 4B, a method of patterning the layer structure 5 in manufacturing the thin film solar module 1 will be explained.
  • the first patterning line 22 of the patterning step P1 is rectilinearly guided across the complete layer structure 5 along the first direction (x).
  • the two remaining structuring lines 23, 24 of the structuring steps P2, P3 in the two module regions 26, 27 corresponding regions 36, 37 each have a lateral displacement along the second direction (y).
  • the second patterning line 23 in a first region 26 corresponding to the first region 36 of the layer structure 5 in the positive second direction (y) offset from the first structuring line 22, whereas in a second module area 27 corresponding second region 37 of the layer structure 5 in negative second direction (-y) offset from the first patterning line 22 is arranged.
  • the third structuring line 24 in the first region 36 is arranged in a positive second direction (y) offset from the second structuring line 23, whereas in the second region 37 of the layer structure 5 it is arranged in a negative second direction (-y) offset from the second structuring line 23.
  • the second and third structuring lines 23, 24 preferably cross in each case the first structuring line 22 in a third area 38 provided for forming the area trench 25, the first area 36 along the positive second direction (y) being offset from the second structuring line 23 third structuring line 24 in the second region 37 along the negative second direction (-y) offset from the second structuring line 23 is arranged.
  • the region trench 25 is formed in the third region 38, for which purpose the layer structure 5 is removed as far as the substrate 4.
  • the two mutually electrically separate module regions 26, 27 are formed.
  • the region trench 25 is formed only in the third region 38 of the layer structure 5, in the oblique to the first direction (x) extending Sections of the structuring lines 23, 24 are present.
  • a reversal of the sequence of the structuring lines can be achieved in a simple manner, with the result that the transmission directions of the solar cells 2 in the two Module regions 25, 26 are reversed or anti-parallel.
  • the second structuring line 23 of the structuring step P2 is rectilinearly guided over the complete layer structure 5 along the first direction (x).
  • the two remaining structuring lines 22, 24 in the first and second regions 36, 37 each have a lateral offset along the second direction (y).
  • the first structuring line 22 in the first region 36 of the layer structure 5 is arranged along the negative second direction (-y) offset from the second structuring line 23, whereas in the second region 37 of the layer structure 5 in the positive second direction (y) offset from the second structuring line 23 is arranged.
  • the third structuring line 24 in the first region 36 is arranged in a positive second direction (y) offset from the second structuring line 23, whereas in the second region 37 of the layer structure 5 it is arranged in a negative second direction (-y) offset from the second structuring line 23.
  • the first and third structuring lines 22, 24 preferably cross the second structuring line 22 in the third area 38.
  • the spatial sequence of the three structuring lines 22-24 in the first area 36 is compared to a spatial sequence of the three structuring lines 22-24 in the second In the first region 36, the first, second and third structuring lines are arranged successively along the positive second direction (y), whereas in the second region 37 the third, second and first structuring lines are along the positive second direction (y ) are arranged one after the other.
  • the third structuring line 24 is guided rectilinearly over the complete layer structure 5 along the first direction (x).
  • the two remaining structuring lines 22, 23 in the two regions 36, 37 each have a lateral offset along the second direction (y).
  • the second structuring line 23 is arranged offset in the first region 36 along the positive second direction (y) to the third structuring line 24, whereas in the second region 37 it is arranged in a negative second direction (y) offset from the third structuring line 24.
  • the first structuring line 22 in the first region 36 is offset in the positive second direction (y) from the second structuring line
  • first and second structuring lines 22, 23 preferably cross the third structuring line in each case
  • the spatial sequence of the three structuring lines 22-24 in the first area 36 is reversed to a spatial sequence of the three structuring lines 22-24 in the second area 37 of the layer structure 5, wherein in the first area 36, the first, second and third structuring line along the positive second direction (y) are successively arranged, whereas in the second area 37, the third, second and first structuring line are arranged successively along the positive second direction (y).
  • the various variants of the method for structuring the layer structure 5 can be part of a method for producing the thin-film solar module 1.
  • FIGS. 4A and 4B In a first variant of an exemplary method for producing the thin-film solar module 1, the first variant illustrated in FIGS. 4A and 4B is used for structuring the layer structure 5. The following steps are carried out successively:
  • step P2 for establishing an electrical connection between the front electrode section and back electrode section of adjacent solar cells, the second structuring line 23 having a straight course;
  • a third variant of an exemplary method for producing the thin-film solar module 1 the third variant of the method for structuring the layer structure 5 illustrated in FIG. 5B is used. The following steps are carried out successively:
  • Structuring step P2 for establishing an electrical connection between the front electrode section and back electrode section of adjacent solar cells, wherein the second structuring line 23 is displaced laterally as shown in FIG. 5B;
  • step P3 for structuring the adjacent solar cells 2, wherein the third patterning line 24 has a rectilinear course and EntSchichtung the layer structure 5 to the back to form contact zones within the two edge regions 30, 31;
  • the various variants for the production of the thin-film solar module 1 allow a simple generation of the anti-parallel solar cell strands 28 29 by a suitable Guide the structuring lines 22-24 in the structuring of the layer structure 5.
  • the area trench 25 is stripped together, preferably simultaneously, with the two edge regions 30, 31 outside the contact zones to the substrate.
  • a particular advantage of the thin-film solar module 1 is that only a single connection box 35 is required for connecting the two connection contacts 32, 33, which can reduce the manufacturing costs and the long-term stability and reliability of the thin-film solar module 1 due to a corrosive susceptibility to failure of the junction boxes 35 in particular by intrusion is improved by moisture.
  • the two terminal contacts 32, 33 are arranged on a same side of the thin-film solar module 1, so that advantageously on a complex wiring for electrically connecting the two terminal contacts 32, 33 with the common junction box 35th can be omitted, which would also lead to unwanted shadowing of photovoltaic active areas in the substrate configuration.
  • the width of the trench 25 depends inter alia on the breakdown voltage of the two module regions 26, 27 and is for example in a range of 1 to 10 mm.
  • the trench 25 can be filled with an electrically insulating material to increase the rollover resistance. In terms of manufacturing, the width of the trench 25 may depend on the writing speed of the structuring lines 22-24.
  • the division of the thin-film solar module 1 into two approximately equally sized module regions 26, 27 leads to a halving of the solar cell current and a doubling of the solar cell voltage.
  • the solar cell current is a function of the width of the solar cells 2 dimensioned along the first direction (x), which is, for example, in the range from 1 to 11 mm, preferably in the range from 2 to 8 mm and in particular approximately 5.5 mm in order to obtain a favorable for the technical application current / voltage characteristics.
  • FIG. 6 a second exemplary embodiment of a thin-film solar module 1 according to the invention, designated overall by the reference numeral 101, will now be described described, to avoid unnecessary repetition, only the differences from the first embodiment will be described and otherwise made to the statements made there reference.
  • the module surface of the thin-film solar module 101 is divided into a multiplicity of individual solar cells 102, which are connected to one another in series in a first solar cell string 103, second solar cell string 104, third solar cell string 105 and fourth solar cell string 106.
  • the thin-film solar module 101 which has a rectangular shape in plan view, is subdivided into a first module area 110, second module area 1111, third module area 112 and fourth module area 112, the first module area 110 and the second module area
  • the module areas 1 10-1 13 have a same shape and size and are arranged in a row in a row defined by the longer dimension of the thin-film solar module 101 first direction (x).
  • the region trenches 107-109 each extend in a straight line along the second direction (y) perpendicular thereto.
  • Each module area 1 10-1 13 has a separate solar cell string, wherein in the first module area 1 10 of the first solar cell string 103, in the second module area 1 1 1, the second solar cell string 104, in the third module area 1 12 of the third solar cell string 105 and in the fourth module area the fourth solar cell string 106 are formed.
  • the solar cells 102 are each connected rectified in series.
  • the strip-shaped solar cells 102 extend along the first direction (x) and are arranged along the second direction (y), with adjacent solar cells 103 being separated from one another by a (mental) separation line 14 running along the first direction (x).
  • a structuring of the solar cells 102 through the first to third structuring steps P1 -P3 takes place along the first direction (x).
  • the solar cell strings 103-106 are connected in series along the second direction (y) corresponding to the shorter dimension of the thin film solar module 101, respectively.
  • adjacent solar cell strings 103-106 each have an anti-parallel transmission direction, the first solar cell string 103 running along the negative second direction (-y), the second solar cell strand 29 along the positive second direction (y), the third solar cell strand 105 along the negative second direction (-y) and the fourth solar cell strand 106 along the positive second direction (y) is permeable.
  • a narrow edge region 1 15, 16 is formed along the first direction (x) on both sides, which serve inter alia as contact zones for the solar cell strands 103-106, with respective electrode layers being exposed for this purpose.
  • a first connection contact 17 is formed in the first module region 110, a second intermediate contact 1 19 over the second and third module region 11 1, 12, and a second connection contact 121 in the fourth module region 1 13. which are each electrically separated from each other.
  • a first intermediate contact 1 18 is formed over the first and second module regions 11, 1, and a third intermediate contact 120 is formed across the third and fourth module regions 12, 13, which are electrically are separated from each other.
  • the contacts 1 17-121 are here, for example, in the form of metal bands, which may consist in particular of aluminum formed.
  • the first connection contact 17 is electrically connected to the second connection contact 121 via the four series-connected solar cell strings 103-106
  • a first connection box 122 connected to the first connection contact 17 is provided in the first edge region 11 in the first module region 110, which is arranged on the rear side of the thin-film solar module 101 and has a device for Connecting the first terminal 1 17 is provided.
  • a second connection box 123 connected to the second connection contact 121 is provided in the first edge region 15 in the fourth module region 1 1, which is likewise arranged on the rear side of the thin-film solar module 101 and provided with a device for connecting the second connection contact 121.
  • the two connection boxes 122, 123 serve to electrically connect the thin-film solar module 101 to an electrical load, for example an inverter.
  • connection contacts 1 17 and 121 can also be connected in a junction box 122, 123 in this configuration.
  • the preparation of the anti-parallel solar cell strands 103-106 can take place in accordance with a lateral displacement of the structuring lines explained in FIGS. 4A, 4B, 5A and 5B in the three structuring steps P1 -P3, with an inverse of one along the negative second direction (-Y).
  • the thin-film solar module 101 shown in FIG. 6 can be manufactured by the variants of the production methods described above, using such a structuring method that enables a simple generation of the anti-parallel solar cell strings 103-106.
  • the region trenches 107-109 are decoated together, preferably simultaneously, with the two edge regions 15, 16.
  • a particular advantage of the thin-film solar module 101 is that only one single junction box 122, 123 is required per pair of antiparallel-directed solar cell strings 103-106 for connecting a connection contact 1 17, 121, whereby the manufacturing costs can be reduced and the long-term stability and reliability of the thin-film solar module 101 is improved.
  • serial connection of the two terminal contacts 1 17, 121 through the four solar cell strings 103-106, which in turn by the intermediate contacts 1 18-120 are connected in series with each other, a configuration consisting of a plurality of interconnected U's is created which eliminates the need for expensive wiring.
  • the current / voltage characteristic of the thin-film solar module 101 can be influenced in a targeted manner.
  • a thin-film solar module 101 having four module regions 1 10-1 13 is shown in FIG. 6, it will be understood that a greater or lesser number of module regions may be provided. In this case, it is preferred if an even number of module regions is present, wherein adjacent solar cell strands have an anti-parallel passage direction.
  • the invention provides a thin-film solar module which is inexpensive to produce in industrial mass production and whose long-term stability and durability over conventional thin-film solar modules is improved.
  • the current / voltage characteristic of the thin-film solar module can be deliberately influenced in the desired manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzellenanordnung, die insbesondere in Form eines Dünnschichtsolarmoduls ausgebildet sein kann, welche umfasst: ein Substrat, auf dem ein über mehrere Schichten verfügender Schichtenaufbau aufgebracht ist, wobei der Schichtenaufbau eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht und eine zwischen den beiden Elektrodenschichten angeordnete Halbleiterschicht aufweist, durch die ein pn-Übergang gebildet ist, wobei der Schichtenaufbau in eine Mehrzahl verschiedener Bereiche unterteilt ist, die durch einen oder mehrere Bereichsgräben elektrisch voneinander getrennt sind, wobei in jedem Bereich ein Solarzellenstrang ausgebildet ist, der aus einer oder mehreren seriell verschalteten, gleichgerichteten Solarzellen besteht; einen ersten Anschlusskontakt und einen zweiten Anschlusskontakt, die durch die Solarzellenstränge elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Solarzellenstränge durch einen oder mehrere Zwischenkontakte seriell verschalten sind; zumindest ein Anschlussgehäuse an das die beiden Anschlusskontakte angeschlossen sind. Ein Herstellungsverfahren hierfür umfasst eine Strukturierung des Schichtenaufbaus mittels dreier Strukturierungslinien, wobei eine Strukturierungslinie einen geradlinigen Verlauf über zumindest zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche hinweg aufweist, während die beiden übrigen Strukturierungslinien diese Strukturierungslinie so versetzt sind, dass eine Abfolge der Strukturierungslinien umgekehrt wird.

Description

Solarzellenanordnung und Dünnschichtsolarmodul, sowie Herstellungsverfahren hierfür
Die Erfindung betrifft eine Solarzellenanordnung mit integrierten, seriell verschalteten Solarzellen, insbesondere zur Verwendung für Dünnschichtsolarmodule, sowie ein Verfahren zur deren Herstellung.
Solarmodule zur photovoltaischen Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie werden zunehmend zur Energieerzeugung eingesetzt. Hinsichtlich des Wirkungsgrads haben sich Dünnschichtsolarmodule auf Basis polykristalliner Chalkopyrit-Halbleiter als vorteilhaft erwiesen, wobei sich insbesondere Kupfer-Indium-Diselenid (CulnSe2 bzw. CIS) aufgrund seines an das Spektrum des Sonnenlichts angepassten Bandabstands durch einen besonders hohen Absorptionskoeffizienten auszeichnet. Da mit einzelnen Solarzellen nur Spannungspegel von weniger als 1 Volt erreichbar sind, werden viele Solarzellen in einem Solarmodul seriell verschaltet, um eine technisch brauchbare Ausgangsspannung zu erhalten. Dabei bieten Dünnschichtsolarmodule den besonderen Vorteil, dass die Solarzellen schon während der Schichtenherstellung in integrierter Form seriell verschaltet werden können. In der Patentliteratur wurde eine solche integrierte Serienverschaltung von Einzelsolarzellen bereits mehrfach beschrieben. Lediglich beispielhaft sei auf die Patentschrift DE 4324318 C1 verwiesen.
Gewöhnlich erfolgt ein Anschluss des Dünnschichtsolarmoduls an eine elektrische Last mittels einer Anschlussdose, die auf der Rückseite des Solarmoduls angebracht und beispielsweise mit einer Kontaktklemme für die in der Regel in Form von Metallbändern ausgebildeten Anschlusskontakte des Dünnschichtsolarmoduls dienen. Es sind aber auch Dünnschichtsolarmodule mit zwei Anschlussdosen bekannt, um elektrische Verkabelungen innerhalb des Dünnschichtsolarmoduls zu reduzieren.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, herkömmliche Dünnschichtsolarmodule mit integrierten Solarzellen in vorteilhafter Weise weiterzubilden, wobei insbesondere die Langzeitstabilität und Haltbarkeit des Moduls verbessert und dessen Fertigungskosten verringert werden sollen. Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Solarzellenanordnung beziehungsweise durch ein eine solche Solarzellenanordnung verkörperndes Dünnschichtsolarmodul, sowie durch ein Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Solarzellenanordnung mit integrierten, seriell verschalteten Solarzellen gezeigt.
Die erfindungsgemäße Solarzellenanordnung umfasst ein Substrat, auf dem ein über eine Mehrzahl Schichten verfügender Schichtenaufbau aufgebracht ist, der eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht und eine zwischen den beiden Elektrodenschichten angeordnete Halbleiterschicht umfasst. Es versteht sich, dass diese Aufzählung keineswegs vollständig ist, sondern dass der Schichtenaufbau weitere Schichten enthalten kann. Jede Schicht kann eine oder mehrere Einzellagen umfassen. Durch den Schichtenaufbau wird ein pn-Übergang, d. h. eine Abfolge von Schichten mit unterschiedlichem Leitungstyp gebildet. In besonderen Ausführungsformen wird der pn- Übergang durch einen HeteroÜbergang gebildet.
In der erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung ist der Schichtenaufbau in eine Mehrzahl Bereiche unterteilt, die durch einen oder mehrere Bereichsgräben voneinander elektrisch getrennt sind. Dabei ist in jedem dieser Bereiche ein Solarzellenstrang ausgebildet, der aus einer oder mehreren in Serienschaltung verbundenen, gleichgerichteten Solarzellen besteht. Jede Solarzelle verfügt über eine erste und zweite Elektrode, die in der ersten und zweiten Elektrodenschicht geformt sind, sowie über ein zwischen den beiden Elektroden befindliches Halbleitermaterial, das durch die Halbleiterschicht geformt ist. Von Vorteil kann es sein, wenn einander angrenzende bzw. unmittelbar benachbarte Solarzellenstränge eine anti-parallele Durchlassrichtung aufweisen.
Die erfindungsgemäße Solarzellenanordnung umfasst weiterhin einen ersten Anschlusskontakt und einen zweiten Anschlusskontakt, die durch die Solarzellenstränge elektrisch miteinander verbunden sind. Die Solarzellenstränge sind zu diesem Zweck durch einen oder mehrere Zwischenkontakte seriell verschaltet.
Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Solarzellenanordnung zumindest ein Anschlussgehäuse (z. B. Anschlussdose), in dem die beiden Anschlusskontakte elektrisch angeschlossen sind. Das Anschlussgehäuse ist zu diesem Zweck mit zumindest einer hierfür geeigneten Einrichtung, beispielsweise eine Klemmeinrichtung, versehen. Das Anschlussgehäuse kann zum Anschluss der Solarzellenanordnung an ein weiteres elektrisches Gerät dienen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung, die technisch besonders einfach zu realisieren ist, ist der Schichtenaufbau in zwei Bereiche unterteilt, die durch einen einzigen Bereichsgraben elektrisch voneinander getrennt sind, in denen jeweils ein Solarzellenstrang ausgebildet ist. Vorteilhaft haben die beiden Solarzellenstränge eine anti-parallele Durchlassrichtung. Dabei sind der erste Anschlusskontakt und der zweite Anschlusskontakt durch die beiden Solarzellenstränge elektrisch miteinander verbunden, wobei die beiden Solarzellenstränge durch einen einzigen Zwischenkontakt seriell verschalten sind. Zudem sind die beiden Anschlusskontakte in einem gemeinsamen Anschlussgehäuse elektrisch angeschlossen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung, die technisch besonders einfach zu realisieren ist, ist der Schichtenaufbau in vier Bereiche unterteilt, die durch drei Bereichsgräben elektrisch voneinander getrennt sind, in denen jeweils ein Solarzellenstrang ausgebildet ist. Vorteilhaft haben benachbarte Solarzellenstränge eine anti-parallele Durchlassrichtung. Dabei sind der erste Anschlusskontakt und der zweite Anschlusskontakt durch die vier Solarzellenstränge elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die vier Solarzellenstränge durch drei Zwischenkontakte seriell verschalten sind. Zudem sind die beiden Anschlusskontakte jeweils an ein separates Anschlussgehäuse angeschlossen.
In der erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung, insbesondere in obigen Ausgestaltungen, können durch Verwenden einer im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellenanordnungen geringeren Anzahl von Anschlussgehäusen in vorteilhafter Weise Kosten in der Fertigung eingespart werden. Zudem kann hierdurch die
Langzeitstabilität und Haltbarkeit der Solarzellenanordnung verbessert werden. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung sind die verschiedenen Bereiche des Schichtenaufbaus, in denen jeweils ein Solarzellenstrang ausgebildet ist, in einer Reihe nebeneinander angeordnet, wobei die beiden Anschlusskontakte in Gegenüberstellung zu zumindest einem Zwischenkontakt angeordnet sind. Von besonderem Vorteil kann es sein, wenn die Solarzellen jeweils streifenförmig ausgebildet sind, wobei die durch einen Zwischenkontakt elektrisch miteinander verbundenen Solarzellenstränge eine zumindest annähernd U-förmige Konfiguration aufweisen können. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn die Anschluss- und Zwischenkontakte jeweils in Form eines Kontaktbands ausgebildet sind. Durch diese Maßnahmen kann die erfindungsgemäße Solarzellenanordnung in besonders einfacher Weise technisch realisiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Dünnschichtsolarmodul mit integrierten, seriell verschalteten Solarzellen gezeigt, das eine wie oben beschriebene Solarzellenanordnung aufweist, in der jede Solarzelle in Form einer zur photovoltaischen Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Leistung geeigneten Solarzelle ausgebildet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls sind die Dünnschichtsolarzellen auf einem Trägersubstrat abgeschieden. Das Trägersubstrat kann dem Lichteinfall zugewandt sein, auch als Superstrat-Konfiguration bezeichnet, oder dem Lichteinfall abgewandt sein, auch als Substrat-Konfiguration bezeichnet. In der Substrat- Konfiguration ist die erste Elektrodenschicht in Form einer transparenten Frontelektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht als Rückelektrodenschicht ausgebildet, wobei die Halbleiterschicht auf einer von der Frontelektrodenschicht zugewandten Seite der Rückelektrodenschicht angeordnet ist. Bei der Substrat- Konfiguration kann in besonders vorteilhafter Weise eine Abschattung photovoltaisch aktiver Bereiche durch eine elektrische Verbindung der beiden Anschlusskontakte beispielsweise mit einem gemeinsamen Anschlussgehäuse vermieden werden. Gleichwohl wäre jedoch auch denkbar, für das erfindungsgemäße Dünnschichtsolarmodul die Superstrat-Konfiguration vorzusehen, bei der der Lichteinfall durch ein transparentes Trägersubstrat hindurch erfolgt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls enthält die Halbleiterschicht aus einer Chalkopyritverbindung, bei der es sich insbesondere um einen I-Ill-Vl-Halbleiter aus der Gruppe Kupfer- Indium/Gallium-Dischwefel/Diselenid (Cu(lnGa)(SSe)2), beispielsweise Kupfer-Indium- Diselenid (CulnSe2 bzw. CIS) oder verwandte Verbindungen, handeln kann. Diese enthalten eines oder mehrere der Elemente Cu, In, Ga, AI, Zn, Sn, S, Se oder Te. Ist die Halbleiterschicht Chalkopyrit-basiert, so ist die Substrat-Konfiguration besonders vorteilhaft. Die Halbleiterschicht kann aber auch gemäß der Erfindung Cadmium-Tellurid, amorphes, mikromorphes, mikrokristallines und / oder polykristallines Dünnschichtsilizium enthalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Strukturieren eines, eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht und eine zwischen den beiden Elektrodenschichten angeordnete Halbleiterschicht umfassenden Schichtenaufbaus eines Dünnschichtsolarmoduls gezeigt, das die folgenden Schritte umfasst:
Erzeugen einer ersten Strukturierungslinie in der zweiten Elektrodenschicht, wodurch die zweite Elektrodenschicht in elektrisch voneinander getrennte zweite Schichtabschnitte unterteilt wird,
Erzeugen einer zweiten Strukturierungslinie in dem Schichtenaufbau zur elektrischen Verbindung der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht für eine serielle Verschaltung der Solarzellen,
Erzeugen einer dritten Strukturierungslinie in der ersten Elektrodenschicht, wodurch die erste Elektrodenschicht in elektrisch voneinander getrennte erste Schichtabschnitte unterteilt wird,
wobei eine Strukturierungslinie, gewählt aus der ersten bis dritten Strukturierungslinie so geführt wird, dass sie einen geradlinigen Verlauf über zumindest zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche hinweg aufweist, während die beiden übrigen Strukturierungslinien und diese Strukturierungslinie so versetzt sind und bevorzugt überkreuzt sind, dass eine Abfolge der Strukturierungslinien umgekehrt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichtsolarmoduls gezeigt welches die folgenden Schritte umfasst:
Aufbringen eines Schichtenaufbaus auf ein Substrat, wobei der Schichtenaufbau zumindest eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht und eine zwischen den beiden Elektrodenschichten angeordnete Halbleiterschicht aufweist, durch die ein pn- Übergang gebildet ist,
Strukturieren des Schichtenaufbaus durch ein wie oben beschriebenes Verfahren zum Strukturieren des Schichtenaufbaus eines Dünnschichtsolarmoduls, wobei eine Mehrzahl Solarzellenstränge erzeugt werden, die jeweils aus einer oder mehreren seriell verschalteten, gleichgerichteten Solarzellen bestehen, wobei einander benachbarte Solarzellenstränge vorzugsweise eine anti-parallele Durchlassrichtung haben,
Einbringen von einem oder mehreren Bereichsgräben in den Schichtenaufbau, derart, dass verschiedene Modulbereiche, die jeweils einen separaten Solarzellenstrang enthalten, elektrisch voneinander getrennt werden,
Serielles Verschalten der Solarzellenstränge durch Formen eines oder mehrerer Zwischenkontakte,
Formen eines ersten Anschlusskontakts und eines zweiten Anschlusskontakts, die mit den Solarzellenstränge elektrisch leitend verbunden sind,
Anschließen der beiden Anschlusskontakte in zumindest einem Anschlussgehäuse. Bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die beiden Anschlusskontakte in einem Anschlussgehäuse angeschlossen, so dass auf eine aufwändige Verkabelung zum elektrischen Verbinden der beiden Anschlusskontakte mit der gemeinsamen Anschlussdose verzichtet werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls in Draufsicht;
Fig. 2 schematische Schnittdarstellungen des Dünnschichtsolarmoduls von Fig. 1 im Zwischenbereich (linke Abbildung) und Randbereich (rechte Abbildung);
Fig. 3 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Strukturierung des
Schichtenaufbaus des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls von Fig. 1 ;
Fig. 4A-4B schematische Darstellungen von Strukturlinien zur Veranschaulichung der
Strukturierung des Schichtenaufbaus des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls von Fig. 1 ; Fig. 5A-5B verschiedene schematische Darstellungen von Strukturlinien zur Veranschaulichung von Varianten zur Strukturierung des Schichtenaufbaus des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls von Fig. 1 ;
Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls.
Sei zunächst Bezug auf Fig. 1 und Fig. 2 genommen, worin anhand einer schematischen Aufsicht und verschiedener Schnittdarstellungen ein insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnetes Dünnschichtsolarmodul veranschaulicht ist. Das zur photovoltaischen Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie dienende Dünnschichtsolarmodul 1 stellt eine Verkörperung der erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung dar. Dabei umfasst das Dünnschichtsolarmodul 1 eine Mehrzahl seriell verschalteter, integrierter Solarzellen 2, die eine Verkörperung der Solarzellen der erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung darstellen.
Das Dünnschichtsolarmodul 1 hat einen der Substratkonfiguration entsprechenden Aufbau, d.h. es verfügt über ein elektrisch isolierendes Substrat 4 mit einem darauf aufgebrachten Schichtenaufbau 5 aus dünnen Schichten, wobei der Schichtenaufbau 5 auf einer lichteintrittseitigen Hauptoberfläche 6 des Substrats 4 angeordnet ist. Das Substrat 4 besteht hier beispielsweise aus Glas mit einer relativ geringen Lichtdurchlässigkeit, wobei gleichermaßen andere isolierende Materialien mit genügender Festigkeit, sowie inertem Verhalten gegenüber den durchgeführten Prozessschritten eingesetzt werden können.
Der Schichtenaufbau 5 umfasst eine auf der Hauptoberfläche 6 des Substrats 4 angeordnete Rückelektrodenschicht 7, die beispielsweise aus einem lichtundurchlässigen
Metall wie Molybdän (Mo) besteht und beispielsweise durch Kathodenzerstäuben auf das Substrat 4 aufgebracht werden kann. Die Rückelektrodenschicht 7 hat beispielsweise eine Schichtdicke von ca. 1 μηι. In einer anderen Ausführungsform kann die Rückelektrodenschicht auch aus einem Schichtstapel unterschiedlicher Einzelschichten bestehen. Auf der Rückelektrodenschicht 7 ist eine photovoltaisch aktive Absorberschicht 8 abgeschieden, die aus einem dotierten Halbleiter besteht, dessen Bandabstand vorzugsweise in der Lage ist, einen möglichst großen Anteil des Sonnenlichts zu absorbieren. Die Absorberschicht 8 besteht beispielsweise aus einem p-leitenden Chalkopyrithalbleiter, beispielsweise einer Verbindung der Gruppe Cu(lnGa)(SSe)2, insbesondere Natrium (Na)-dotiertes Kupfer-Indium-Diselenid (CulnSe2). Die Absorberschicht 8 hat beispielsweise eine Schichtdicke, die im Bereich von 1 -5 μηι liegt und beispielsweise ca. 2μηι beträgt. Auf die Absorberschicht 8 ist eine Pufferschicht 9 abgeschieden, die hier beispielsweise aus einer Einzellage Cadmiumsulfid (CdS) und einer Einzellage intrinsisches Zinkoxid (i-ZnO) besteht, was in den Figuren nicht näher dargestellt ist. Die Pufferschicht 9 hat beispielsweise eine geringere Schichtdicke als die Absorberschicht 8. Auf diese Pufferschicht 9 ist eine Frontelektrodenschicht 10 beispielsweise durch Aufdampfen aufgebracht. Die Frontelektrodenschicht 10 ist für Strahlung im, für die Absorberschicht 8 empfindlichen, Spektralbereich transparent ("Fensterschicht"), um eine nur geringe Schwächung des einstrahlenden Sonnenlichts zu gewährleisten. Die transparente Frontelektrodenschicht 10, die verallgemeinernd als TCO- Schicht (TCO = Transparent Conductive Electrode) bezeichnet werden kann, basiert auf einem dotierten Metalloxid, beispielsweise n-leitendes, Aluminium (Al)-dotiertes Zinkoxid (AZO). Durch die Frontelektrodenschicht 10 wird gemeinsam mit der Pufferschicht 9 und der Absorberschicht 8 ein pn-Heteroübergang (d.h. Abfolge von unterschiedlichen Schichten vom entgegen gesetzten Leitungstyp) gebildet. Die Schichtdicke der Frontelektrodenschicht 10 beträgt beispielsweise ca. 800 nm.
Zum Schutz vor Umwelteinflüssen ist auf der Frontelektrodenschicht 10 eine beispielsweise aus Polyvinylbutyral (PVB) oder Ethylenvinylacetat (EVA) bestehende Kunststoffschicht 1 1 aufgebracht. Zusätzlich ist der Schichtenaufbau 5 mit einer für Sonnenlicht transparenten Deckplatte 12, die beispielsweise aus extraweißem Glas mit geringem Eisengehalt besteht, versiegelt.
Um die Gesamtmodulspannung zu erhöhen, ist die Modulfläche des Dünnschichtsolarmoduls 1 in eine Vielzahl einzelner Solarzellen 2 aufgeteilt, die in einem ersten Solarzellenstrang 28 und einem zweiten Solarzellenstrang 29 jeweils in Serienschaltung miteinander verbunden sind. Zu diesem Zweck wird der Schichtenaufbau 5 unter Einsatz einer geeigneten Strukturierungstechnologie wie Laserschreiben und mechanische Bearbeitung beispielsweise durch Abheben oder Ritzen, strukturiert. Wichtig hierbei ist, dass die Verluste an photoaktiver Fläche möglichst gering sind und dass die eingesetzte Strukturierungstechnologie selektiv für das zu entfernende Material ist. Eine solche Strukturierung umfasst für jede Solarzelle 3 typischer Weise drei Strukturierungsschritte, die mit den Akronymen P1 , P2, P3 abgekürzt werden. Dies wird im Weiteren näher erläutert, wobei Bezug auf Fig. 2, linke Abbildung, genommen wird.
In einem ersten Strukturierungsschritt P1 wird die Rückelektrodenschicht 7 durch Erzeugen eines ersten Schichtgrabens 13 unterbrochen, wobei ein erster Rückelektrodenabschnitt 14 und ein demgegenüber isolierter zweiter Rückelektrodenabschnitt 15 entsteht. Der erste Schichtgraben 13 wird hier vorzugsweise durch Laserschreiben, beispielsweise mittels eines Excimer- oder Neodym-YAG-Lasers, oder durch mechanische Bearbeitung der Rückelektrodenschicht 7 geformt. Der erste Schichtgraben 13 wird vor dem Aufbringen der Absorberschicht 8 geformt und beim Aufbringen der Absorberschicht 8 durch das Halbleitermaterial dieser Schicht verfüllt.
In einem zweiten Strukturierungsschritt P2 werden die beiden halbleitenden Schichten, nämlich die Absorberschicht 8 und die Pufferschicht 9, durch Erzeugen eines zweiten Schichtgrabens 16 unterbrochen, wobei ein erster Halbleiterabschnitt 17 und ein demgegenüber isolierter zweiter Halbleiterabschnitt 18 entsteht. Der zweite Schichtgraben 16 wird hier vorzugsweise durch Laserschreiben, beispielsweise mittels eines Excimer- oder Neodym-YAG-Lasers, geformt. Der zweite Schichtgraben 16 wird vor dem Aufbringen der Frontelektrodenschicht 10 geformt und beim Aufbringen der Frontelektrodenschicht 10 durch das elektrisch leitende Material dieser Schicht verfüllt.
In einem dritten Strukturierungsschritt P3 werden die Frontelektrodenschicht 10, die Pufferschicht 9 und die Absorberschicht 8 durch Erzeugen eines dritten Schichtgrabens 19 unterbrochen, wobei neben den unterbrochenen Abschnitten der halbleitenden Schichten ein erster Frontelektrodenabschnitt 20 und ein demgegenüber isolierte zweiter
Frontelektrodenabschnitt 21 entsteht. Der dritte Schichtgraben 19 wird hier vorzugsweise durch mechanische Bearbeitung geformt. Der dritte Schichtgraben 19 wird vor dem Aufbringen der Kunststoffschicht 1 1 geformt und beim Aufbringen der Kunststoffschicht 1 1 durch das isolierende Material dieser Schicht verfüllt. Alternativ wäre denkbar, dass der dritte Schichtgraben 19 nur die Frontelektrodenschicht 10 unterbricht.
Somit werden durch die drei Strukturierungsschritte P1 , P2, P3 zwei seriell verschaltete Solarzellen 2 gebildet, wobei der erste Frontelektrodenabschnitt 20 und der erste Rückelektrodenabschnitt 14 eine Front- bzw. Rückelektrode der einen Solarzelle 2 und der zweite Frontelektrodenabschnitt 21 und der zweite Rückelektrodenabschnitt 15 eine Frontbzw. Rückelektrode der anderen Solarzelle 2 bilden. Dabei ist die Frontelektrode der einen Solarzelle 2 mit der Rückelektrode der anderen Solarzelle 2 elektrisch leitend verbunden.
In den Strukturierungsschritten P1 , P2, P3 werden die Schichtgräben 13, 16, 19 entlang von Strukturierungslinien geformt, die entsprechend der Benennung der Strukturierungsschritte P1 , P2, P3 als erste, zweite und dritte Strukturierungslinien 22-24 bezeichnet werden. In Fig. 3 sind die drei Strukturierungslinien 22-24 schematisch dargestellt, wobei die linke Darstellung eine Aufsicht eines Ausschnitts des Dünnschichtsolarmoduls 1 , die mittlere Darstellung einen Detailausschnitt durch das Dünnschichtsolarmodul 1 entsprechend des kenntlich gemachten Gebiets und die rechte Darstellung eine Aufsicht auf eine einzelne Solarzelle 2 zur Veranschaulichung der Strukturierungslinien 22-24 zeigen.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, hat das Dünnschichtsolarmodul 1 eine in Aufsicht rechteckförmige Gestalt, wobei der in entsprechender Weise rechteckförmige Schichtenaufbau 5 durch einen mittigen Bereichsgraben 25, in dem der Schichtenaufbau 5 bis zum Substrat 4 hin komplett entfernt ist, in einen ersten Modulbereich 26 und einen vom ersten Modulbereich 26 elektrisch getrennten, zweiten Modulbereich 27 unterteilt wird. Die beiden Modulbereiche 26, 27 haben eine selbe Form und Größe und sind in einer durch die längere Abmessung des Dünnschichtsolarmoduls 1 bzw. Substrats 4 definierten ersten Richtung (x) nebeneinander angeordnet. Dabei spannt die erste Richtung (x) gemeinsam mit einer hierzu senkrechten, zweiten Richtung (y) eine Ebene auf, die zur Hauptoberfläche 6 des Substrats 4 parallel ist. Erkennbar erstreckt sich der Bereichsgraben 25 geradlinig entlang der zweiten Richtung (y).
Die beiden Modulbereiche 26, 27 verfügen jeweils über einen separaten Solarzellenstrang, wobei im ersten Modulbereich 26 der erste Solarzellenstrang 28 und im zweiten Modulbereich 27 der zweite Solarzellenstrang 29 ausgebildet sind. In den beiden Solarzellensträngen 28, 29 sind die Solarzellen 2 jeweils gleichgerichtet seriell verschaltet, wobei jede Solarzelle 2 durch ein Solarzellensymbol und die Solarzellenstränge 28, 29 durch die verknüpften Solarzellensymbole kenntlich gemacht sind. In Fig. 1 enthält jeder Solarzellenstrang 28, 29 beispielsweise elf Solarzellen 2, wobei es sich versteht, dass diese jeweils eine größere oder geringere Anzahl Solarzellen 2 enthalten können. Jeder Solarzellenstrang 28, 29 kann beispielsweise von 40 bis 150, bevorzugt von 50 bis 1 10, besonders bevorzugt von 100 bis 1 10 und ganz besonders bevorzugt 104 in Serienschaltung verbundene, gleichgerichtete Solarzellen 2 aufweisen.
Die streifenförmigen Solarzellen 2 erstrecken sich entlang der ersten Richtung (x) und sind entlang der zweiten Richtung (y) angeordnet, wobei benachbarte Solarzellen 2 durch eine entlang der ersten Richtung (x) verlaufende (gedankliche) Trennlinie 3 voneinander getrennt sind, die sich durch die Lage des zugehörigen dritten Schichtengrabens 19 ergibt. Eine Strukturierung der Solarzellen 2 durch die ersten bis dritten Strukturierungslinien 22-24 erfolgt entlang der ersten Richtung (x). Entsprechend sind die Solarzellenstränge 28, 29 jeweils entlang der zweiten Richtung (y), welche der kürzeren Abmessung des Dünnschichtsolarmoduls 1 bzw. Substrats 4 entspricht, seriell verschaltet.
Die beiden Solarzellenstränge 28, 29 haben eine anti-parallele Durchlassrichtung, wobei der erste Solarzellenstrang 28 entlang der negativen zweiten Richtung (-y) und der zweite Solarzellenstrang 29 entlang der positiven zweiten Richtung (y) durchlässig ist. Die Herstellung der anti-parallelen Solarzellenstränge 28, 29 durch die drei Strukturierungsschritte P1 , P2, P3 wird weiter unten näher erläutert.
In dem Dünnschichtsolarmodul 1 ist mindestens entlang der ersten Richtung (x) auf beiden Seiten jeweils ein schmaler Randbereich 30, 31 ausgebildet, die unter anderem als Kontaktzonen für die Solarzellenstränge 28, 29 dienen, wobei zu diesem Zweck jeweilige Elektrodenschichten freigelegt sind. So sind in einem ersten Randbereich 30 im ersten Modulbereich 26 ein erster Anschlusskontakt 32 und im zweiten Modulbereich 27 ein dritter Anschlusskontakt 34 geformt, die elektrisch voneinander getrennt sind. In Gegenüberstellung hierzu ist in einem zweiten Randbereich 31 über die beiden Modulbereiche 26, 27 hinweg ein Zwischenkontakt 33 geformt. Die Kontakte 32-34 sind hier beispielsweise in Form von Metallbändern, die insbesondere aus Aluminium bestehen können, ausgebildet.
Dabei ist der erste Anschlusskontakt 32 über den ersten Solarzellenstrang 28 mit dem Zwischenkontakt 34 elektrisch leitend verbunden, wobei - in Entsprechung zur elektrischen Verbindung der Frontelektrode einer vorangehenden Solarzelle 2 mit der Rückelektrode einer nachfolgenden Solarzelle 2 - der erste Anschlusskontakt 32 mit der Frontelektrode der ersten Solarzelle 2 und der Zwischenkontakt 34 mit der Rückelektrode der letzten Solarzelle 2 elektrisch verbunden sind. Die elektrische Verbindung des Zwischenkontakts 34 mit der Rückelektrode der letzten Solarzelle 2 ist in Fig. 2, rechte Abbildung, bei der es sich um eine Schnittansicht des Dünnschichtsolarmoduls 1 im zweiten Randbereich 31 handelt, erkennbar. Demnach dehnt sich die Rückelektrodenschicht 7 bis in den zweiten Randbereich 31 hinein aus, wobei der Zwischenkontakt 34 auf die Rückelektrodenschicht 7 aufgebracht ist.
Zudem ist der Zwischenkontakt 34 über den zweiten Solarzellenstrang 29 mit dem zweiten Anschlusskontakt 33 elektrisch leitend verbunden, wobei - entsprechend der Verschaltung im ersten Modulbereich 26 - der Zwischenkontakt 34 mit der Frontelektrode der ersten Solarzelle 2 und der zweite Anschlusskontakt 33 mit der Rückelektrode der letzten Solarzelle 2 des zweiten Solarzellenstrangs 29 elektrisch leitend verbunden sind.
Die elektrischen Kontakte 32-34 in den beiden Randbereichen 31 , 32 können beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder Löten hergestellt werden, bevorzugt durch Ultraschallschweißen. Gemäß der Erfindung werden zum Verbinden freigelegte jeweilige Elektrodenschichten mit den Metallbänder gemäß der Erfindung verschweißt, verklebt oder verlötet und eine elektrisch dauerhaft stabile Verbindung hergestellt wird.
Somit ist im Dünnschichtsolarmodul 1 der erste Anschlusskontakt 32 über die beiden Solarzellenstränge 28, 29, welche über den Zwischenkontakt 34 seriell verschalten sind, mit dem zweiten Anschlusskontakt 33 elektrisch leitend verbunden. In den seriell verschalteten Solarzellensträngen 28, 29 sind alle Solarzellen 2 gleichgerichtet.
Weiterhin ist im ersten Randbereich 30 eine den beiden Solarzellensträngen 28, 29 gemeinsame Anschlussdose 35 vorgesehen, die auf der der Hauptoberfläche 6 entgegen gesetzten Rückseite des Substrats 4 angeordnet und mit einer Einrichtung zum Anschließen der beiden Anschlusskontakte 32, 33 versehen ist. Beispielsweise sind die beiden Anschlusskontakte 32, 33 durch eine lösbare oder feste Vorrichtung mit der Anschlussdose 35 verbunden. Die Anschlussdose 35 dient zum elektrischen Verbinden des Dünnschichtsolarmoduls 1 mit einer elektrischen Last, beispielsweise einen Wechselrichter, was in den Figuren nicht dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 4A und 4B wird nun ein Verfahren zum Strukturieren des Schichtenaufbaus 5 bei der Herstellung des Dünnschichtsolarmoduls 1 erläutert.
Demnach wird die erste Strukturierungslinie 22 des Strukturierungsschritts P1 über den vollständigen Schichtenaufbau 5 hinweg entlang der ersten Richtung (x) geradlinig geführt. Im Unterschied hierzu, weisen die beiden übrigen Strukturierungslinien 23, 24 der Strukturierungsschritte P2, P3 in den beiden Modulbereichen 26, 27 entsprechenden Gebieten 36, 37 jeweils eine laterale Versetzung entlang der zweiten Richtung (y) auf. So ist die zweite Strukturierungslinie 23 in einem dem ersten Modulbereich 26 entsprechenden ersten Gebiet 36 des Schichtenaufbaus 5 in positiver zweiter Richtung (y) versetzt zur ersten Strukturierungslinie 22 angeordnet, wohingegen sie in einem dem zweiten Modulbereich 27 entsprechenden zweiten Gebiet 37 des Schichtenaufbaus 5 in negativer zweiter Richtung (-y) versetzt zur ersten Strukturierungslinie 22 angeordnet ist. Andererseits ist die dritte Strukturierungslinie 24 im ersten Gebiet 36 in positiver zweiter Richtung (y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie 23 angeordnet, wohingegen sie im zweiten Gebiet 37 des Schichtenaufbaus 5 in negativer zweiter Richtung (-y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie 23 angeordnet ist. Bevorzugt kreuzen zu diesem Zweck die zweite und dritte Strukturierungslinie 23, 24 jeweils die erste Strukturierungslinie 22 in einem zur Formung des Bereichsgrabens 25 vorgesehenen dritten Gebiet 38, wobei die im ersten Gebiet 36 entlang der positiven zweiten Richtung (y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie 23 angeordnete dritte Strukturierungslinie 24 im zweiten Gebiet 37 entlang der negativen zweiten Richtung (-y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie 23 angeordnet ist. Hierdurch wird die räumliche Abfolge der drei Strukturierungslinien 22-24 im ersten Gebiet 36 gegenüber einer räumlichen Abfolge der drei Strukturierungslinien 22-24 im zweiten Gebiet 37 des Schichtenaufbaus 5 umgekehrt, wobei im ersten Gebiet 36 die erste, zweite und dritte Strukturierungslinie entlang der positiven zweiten Richtung (y) nacheinander angeordnet sind, wohingegen im zweiten Gebiet 37 die dritte, zweite und erste Strukturierungslinie entlang der positiven zweiten Richtung (y) nacheinander angeordnet sind.
In einem weiteren Schritt, wird der Bereichsgraben 25 im dritten Gebiet 38 ausgebildet, wobei zu diesem Zweck der Schichtenaufbau 5 bis zum Substrat 4 hin entfernt wird. Durch Formung des Bereichsgrabens 25 werden die beiden voneinander elektrisch getrennten Modulbereiche 26, 27 gebildet. Der Bereichsgraben 25 wird lediglich im dritten Gebiet 38 des Schichtenaufbaus 5 geformt, in dem schräg zur ersten Richtung (x) verlaufende Abschnitte der Strukturierungslinien 23, 24 vorhanden sind. Wie bereits erwähnt, kann durch die laterale Versetzung der zweiten und dritten Strukturierungslinien 23, 24 entlang der zweiten Richtung (y) in einfacher Weise eine Umkehrung der Abfolge der Strukturierungslinien erzielt werden, was zur Folge hat, dass die Durchlassrichtungen der Solarzellen 2 in den beiden Modulbereichen 25, 26 umgekehrt bzw. anti-parallel gerichtet sind.
In einer in Fig. 5A veranschaulichten Variante des Verfahrens zur Strukturierung des Schichtenaufbaus 5 wird anstelle der ersten Strukturierungslinie 22 die zweite Strukturierungslinie 23 des Strukturierungsschritts P2 über den vollständigen Schichtenaufbau 5 hinweg entlang der ersten Richtung (x) geradlinig geführt. Im Unterschied hierzu, weisen die beiden übrigen Strukturierungslinien 22, 24 in den ersten und zweiten Gebieten 36, 37 jeweils eine laterale Versetzung entlang der zweiten Richtung (y) auf. Dabei ist die erste Strukturierungslinie 22 im ersten Gebiet 36 des Schichtenaufbaus 5 entlang der negativen zweiten Richtung (-y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie 23 angeordnet, wohingegen sie im zweiten Gebiet 37 des Schichtenaufbaus 5 in positiver zweiter Richtung (y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie 23 angeordnet ist. Andererseits ist die dritte Strukturierungslinie 24 im ersten Gebiet 36 in positiver zweiter Richtung (y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie 23 angeordnet, wohingegen sie im zweiten Gebiet 37 des Schichtenaufbaus 5 in negativer zweiter Richtung (-y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie 23 angeordnet ist. Bevorzugt kreuzen zu diesem Zweck die erste und dritte Strukturierungslinie 22, 24 jeweils die zweite Strukturierungslinie 22 im dritten Gebiet 38. Damit wird die räumliche Abfolge der drei Strukturierungslinien 22-24 im ersten Gebiet 36 gegenüber einer räumlichen Abfolge der drei Strukturierungslinien 22-24 im zweiten Gebiet 37 des Schichtenaufbaus 5 umgekehrt, wobei im ersten Gebiet 36 die erste, zweite und dritte Strukturierungslinie entlang der positiven zweiten Richtung (y) nacheinander angeordnet sind, wohingegen im zweiten Gebiet 37 die dritte, zweite und erste Strukturierungslinie entlang der positiven zweiten Richtung (y) nacheinander angeordnet sind.
In einer in Fig. 5B veranschaulichten weiteren Variante des Verfahrens zur Strukturierung des Schichtenaufbaus 5 wird die dritte Strukturierungslinie 24 über den vollständigen Schichtenaufbau 5 hinweg entlang der ersten Richtung (x) geradlinig geführt. Im Unterschied hierzu, weisen die beiden übrigen Strukturierungslinien 22, 23 in den beiden Gebieten 36, 37 jeweils eine laterale Versetzung entlang der zweiten Richtung (y) auf. Dabei ist die zweite Strukturierungslinie 23 im ersten Gebiet 36 entlang der positiven zweiten Richtung (y) versetzt zur dritten Strukturierungslinie 24 angeordnet, wohingegen sie im zweiten Gebiet 37 in negativer zweiter Richtung (y) versetzt zur dritten Strukturierungslinie 24 angeordnet ist. Andererseits ist die erste Strukturierungslinie 22 im ersten Gebiet 36 in positiver zweiter Richtung (y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie
23 angeordnet, wohingegen sie im zweiten Gebiet 37 in negativer zweiter Richtung (-y) versetzt zur zweiten Strukturierungslinie 23 angeordnet ist. Bevorzugt kreuzen zu diesem Zweck die erste und zweite Strukturierungslinie 22, 23 jeweils die dritte Strukturierungslinie
24 im dritten Gebiet 38. Damit wird die räumliche Abfolge der drei Strukturierungslinien 22- 24 im ersten Gebiet 36 gegenüber einer räumlichen Abfolge der drei Strukturierungslinien 22-24 im zweiten Gebiet 37 des Schichtenaufbaus 5 umgekehrt, wobei im ersten Gebiet 36 die erste, zweite und dritte Strukturierungslinie entlang der positiven zweiten Richtung (y) nacheinander angeordnet sind, wohingegen im zweiten Gebiet 37 die dritte, zweite und erste Strukturierungslinie entlang der positiven zweiten Richtung (y) nacheinander angeordnet sind.
Die verschiedenen Varianten des Verfahrens zum Strukturieren des Schichtenaufbaus 5 können Teil eines Verfahrens zur Herstellung des Dünnschichtsolarmoduls 1 sein.
In einer ersten Variante eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung des Dünnschichtsolarmoduls 1 wird die in Fig. 4A und 4B veranschaulichte erste Variante zur Strukturierung des Schichtenaufbaus 5 eingesetzt. Dabei werden die folgenden Schritte sukzessiv durchgeführt:
- Beschichten des Substrats 4 mit der Rückelektrodenschicht 7 (Molybdän);
- Strukturierungsschritt P1 zur Herstellung isolierter Rückelektrodenabschnitte 14, 15 der Rückelektrodenschicht 7, wobei die erste Strukturierungslinie 22 einen geradlinigen Verlauf hat;
- Abscheidung bzw. Bildung der dotierten Absorberschicht 8 (Cu-Ga-ln-(Se/S):Na);
- Abscheidung einer ersten Lage der Pufferschicht 9 (CdS);
Abscheidung einer zweiten Lage der Pufferschicht 9 (i-ZnO);
- Strukturierungsschritt P2 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Frontelektrodenabschnitt und Rückelektrodenabschnitt benachbarter Solarzellen, wobei die zweite Strukturierungslinie 23 entsprechend Fig. 4A lateral versetzt wird; - Abscheidung der dotierten Frontelektrodenschicht 10 (ZnO:A)
- Strukturierungsschritt P3 zur Strukturierung der benachbarten Solarzellen 2, wobei die dritte Strukturierungslinie 24 entsprechend Fig. 4A lateral versetzt wird und EntSchichtung des Schichtenaufbaus 5 bis zum zur Rückseiten zur Ausbildung von Kontaktzonen innerhalb der beiden Randbereiche 30, 31 ;
- EntSchichtung der beiden Randbereiche 30, 31 ausgenommen der Kontaktzonen und gegebenenfalls weiterer nicht näher bezeichneter Randbereiche entlang des Substrats 4 und EntSchichtung des Bereichsgrabens 25 bis zum Substrat 4;
- Herstellen der Zwischen- und Anschlusskontakte 32-34 (AI-Metallstreifen);
- Laminierung des Schichtenaufbaus 5 mit der Kunststoffschicht 1 1 ;
- Montage der Anschlussdose 35, sowie Verbinden der Anschlussdose 35 mit den beiden Anschlusskontakten 32,33.
In einer zweiten Variante eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung des Dünnschichtsolarmoduls 1 wird die in Fig. 5A veranschaulichte zweite Variante des Verfahrens zur Strukturierung des Schichtenaufbaus 5 eingesetzt. Dabei werden die folgenden Schritte sukzessiv durchgeführt:
- Beschichten des Substrats 4 mit der Rückelektrodenschicht 7 (Molybdän);
- Strukturierungsschritt P1 zur Herstellung isolierter Rückelektrodenabschnitte 14, 15 der Rückelektrodenschicht 7, wobei die erste Strukturierungslinie 22 entsprechend Fig. 5A lateral versetzt wird;
- Abscheidung bzw. Bildung der dotierten Absorberschicht 8 (Cu-Ga-ln-(Se/S):Na);
- Abscheidung einer ersten Lage der Pufferschicht 9 (CdS);
- Abscheidung einer zweiten Lage der Pufferschicht 9 (i-ZnO);
- Strukturierungsschritt P2 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Frontelektrodenabschnitt und Rückelektrodenabschnitt benachbarter Solarzellen, wobei die zweite Strukturierungslinie 23 einen geradlinigen Verlauf hat;
- Abscheidung der dotierten Frontelektrodenschicht 10 (ZnO:A)
- Strukturierungsschritt P3 zur Strukturierung der benachbarten Solarzellen 2, wobei die dritte Strukturierungslinie 24 entsprechend Fig. 5A lateral versetzt wird;
- EntSchichtung der beiden Randbereiche 30, 31 und gegebenenfalls weiterer nicht näher bezeichneter Randbereiche entlang der kürzeren Abmessung des Substrats (4) und EntSchichtung des Bereichsgrabens 25;
- Herstellen der Zwischen- und Anschlusskontakte 32-34 (AI-Metallstreifen); - Laminierung des Schichtenaufbaus 5 mit der Kunststoffschicht 1 1 ;
- Montage der Anschlussdose 35, sowie Verbinden der Anschlussdose 35 mit den beiden Anschlusskontakten 32,33.
In einer dritten Variante eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung des Dünnschichtsolarmoduls 1 wird die in Fig. 5B veranschaulichte dritte Variante des Verfahrens zur Strukturierung des Schichtenaufbaus 5 eingesetzt. Dabei werden die folgenden Schritte sukzessiv durchgeführt:
- Beschichten des Substrats 4 mit der Rückelektrodenschicht 7 (Molybdän);
- Strukturierungsschritt P1 zur Herstellung isolierter Rückelektrodenabschnitte 14, 15 der Rückelektrodenschicht 7, wobei die erste Strukturierungslinie 22 entsprechend Fig. 5B lateral versetzt wird;
- Abscheidung bzw. Bildung der dotierten Absorberschicht 8 (Cu-Ga-ln-(Se/S):Na);
- Abscheidung einer ersten Lage der Pufferschicht 9 (CdS);
- Abscheidung einer zweiten Lage der Pufferschicht 9 (i-ZnO);
- Strukturierungsschritt P2 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Frontelektrodenabschnitt und Rückelektrodenabschnitt benachbarter Solarzellen, wobei die zweite Strukturierungslinie 23 entsprechend Fig. 5B lateral versetzt wird;
- Abscheidung der dotierten Frontelektrodenschicht 10 (ZnO:A)
- Strukturierungsschritt P3 zur Strukturierung der benachbarten Solarzellen 2, wobei die dritte Strukturierungslinie 24 einen geradlinigen Verlauf hat und EntSchichtung des Schichtenaufbaus 5 bis zum zur Rückseiten zur Ausbildung von Kontaktzonen innerhalb der beiden Randbereiche 30, 31 ;
- EntSchichtung der beiden Randbereiche 30, 31 ausgenommen der Kontaktzonen und gegebenenfalls weiterer nicht näher bezeichneter Randbereiche entlang des Substrats 4 und EntSchichtung des Bereichsgrabens 25 bis zum Substrat 4;
- Herstellen der Zwischen- und Anschlusskontakte 32-34 (AI-Metallstreifen);
- Laminierung des Schichtenaufbaus 5 mit der Kunststoffschicht 1 1 ;
- Montage der Anschlussdose 35, Verbinden der Anschlussdose 35 mit den beiden Anschlusskontakten 32, 33.
Die verschiedenen Varianten zur Herstellung des Dünnschichtsolarmoduls 1 ermöglichen eine einfache Erzeugung der anti-parallelen Solarzellenstränge 28 29 durch eine geeignete Führung der Strukturierungslinien 22-24 bei der Strukturierung des Schichtenaufbaus 5. Vorteilhaft wird der Bereichsgraben 25 gemeinsam, vorzugsweise gleichzeitig, mit den beiden Randbereichen 30, 31 außerhalb der Kontaktzonen bis zum Substrat entschichtet.
Ein besonderer Vorteil des Dünnschichtsolarmoduls 1 liegt darin, dass nur eine einzige Anschlussdose 35 zum Anschließen der beiden Anschlusskontakte 32, 33 erforderlich ist, wodurch sich die Herstellungskosten vermindern lassen und die Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit des Dünnschichtsolarmoduls 1 aufgrund einer korrosiven Fehleranfälligkeit der Anschlussdosen 35 insbesondere durch Eindringen von Feuchtigkeit verbessert ist. Durch die beiden anti-parallel gerichteten Solarzellenstränge 28, 29 sind die beiden Anschlusskontakte 32, 33 auf einer selben Seite des Dünnschichtsolarmoduls 1 angeordnet, so dass in vorteilhafter Weise auf eine aufwändige Verkabelung zum elektrischen Verbinden der beiden Anschlusskontakte 32, 33 mit der gemeinsamen Anschlussdose 35 verzichtet werden kann, welche in der Substratkonfiguration überdies zu einer unerwünschten Abschattung photovoltaisch aktiver Bereiche führen würde. Durch die serielle Verschaltung der beiden Anschlusskontakte 32, 33 mittels der beiden Solarzellenstränge 28, 29, die ihrerseits durch den Zwischenkontakt 34 seriell miteinander verbunden sind, wird eine U-förmige Konfiguration geschaffen.
Die Breite des Bereichsgrabens 25 hängt unter anderem von der Überschlagsspannung der beiden Modulbereiche 26, 27 ab und liegt beispielsweise in einem Bereich von 1 bis 10 mm. Der Bereichsgraben 25 kann mit einem elektrisch isolierenden Material verfüllt werden, um die Überschlagsfestigkeit zu erhöhten. Herstellungstechnisch kann die Breite des Bereichsgrabens 25 von der Schreibgeschwindigkeit der Strukturierungslinien 22-24 abhängen. Die Aufteilung des Dünnschichtsolarmoduls 1 in zwei in etwa gleichgroße Modulbereiche 26, 27 führt zu einer Halbierung des Solarzellenstroms und einer Verdoppelung der Solarzellenspannung. Somit ist der Solarzellenstrom eine Funktion der sich entlang der ersten Richtung (x) bemessende Breite der Solarzellen 2, welche beispielsweise im Bereich von 1 bis 1 1 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 8 mm liegt und insbesondere ca. 5,5 mm beträgt, um eine für die technische Anwendung günstige Strom-/Spannungscharakteristik zu erhalten.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines insgesamt mit der Bezugszahl 101 bezeichneten erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls 1 beschrieben, wobei zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen lediglich die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben werden und ansonsten auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen wird.
Demnach ist die Modulfläche des Dünnschichtsolarmoduls 101 in eine Vielzahl einzelner Solarzellen 102 aufgeteilt, die in einem ersten Solarzellenstrang 103, zweiten Solarzellenstrang 104, dritten Solarzellenstrang 105 und vierten Solarzellenstrang 106 jeweils in Serienschaltung miteinander verbunden sind. Dabei ist das Dünnschichtsolarmodul 101 , das in Aufsicht eine rechteckige Gestalt hat, in einen ersten Modulbereich 1 10, zweiten Modulbereich 1 1 1 , dritten Modulbereich 1 12 und vierten Modulbereich 1 13 unterteilt, wobei der erste Modulbereich 1 10 und der zweite Modulbereich
1 1 1 durch einen ersten Bereichsgraben 107, der zweite Modulbereich 1 1 1 und der dritte Modulbereich 1 12 durch einen zweiten Bereichsgraben 108, und der dritte Modulbereich
1 12 und der vierte Modulbereich 1 13 durch einen dritten Bereichsgraben 109 elektrisch voneinander getrennt sind. Die Modulbereiche 1 10-1 13 haben eine selbe Form und Größe und sind in einer durch die längere Abmessung des Dünnschichtsolarmoduls 101 definierten ersten Richtung (x) in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Die Bereichsgräben 107-109 verlaufen jeweils geradlinig entlang der hierzu senkrechten zweiten Richtung (y).
Jeder Modulbereich 1 10-1 13 verfügt über einen separaten Solarzellenstrang, wobei im ersten Modulbereich 1 10 der erste Solarzellenstrang 103, im zweiten Modulbereich 1 1 1 der zweite Solarzellenstrang 104, im dritten Modulbereich 1 12 der dritte Solarzellenstrang 105 und im vierten Modulbereich 1 13 der vierte Solarzellenstrang 106 ausgebildet sind. In jedem Solarzellenstrang 103-106 sind die Solarzellen 102 jeweils gleichgerichtet seriell verschaltet. Die streifenförmigen Solarzellen 102 erstrecken sich entlang der ersten Richtung (x) und sind entlang der zweiten Richtung (y) angeordnet, wobei benachbarte Solarzellen 103 durch eine entlang der ersten Richtung (x) verlaufende (gedankliche) Trennlinie 1 14 voneinander getrennt sind. Eine Strukturierung der Solarzellen 102 durch die ersten bis dritten Strukturierungsschritte P1 -P3 erfolgt entlang der ersten Richtung (x). Entsprechend sind die Solarzellenstränge 103-106 jeweils entlang der zweiten Richtung (y), welche der kürzeren Abmessung des Dünnschichtsolarmoduls 101 entspricht, seriell verschaltet. In dem Dünnschichtsolarmodul 101 haben benachbarte Solarzellenstränge 103-106 jeweils eine anti-parallele Durchlassrichtung, wobei der erste Solarzellenstrang 103 entlang der negativen zweiten Richtung (-y), der zweite Solarzellenstrang 29 entlang der positiven zweiten Richtung (y), der dritte Solarzellenstrang 105 entlang der negativen zweiten Richtung (-y) und der vierte Solarzellenstrang 106 entlang der positiven zweiten Richtung (y) durchlässig ist.
In dem Dünnschichtsolarmodul 101 ist entlang der ersten Richtung (x) beiderseits jeweils ein schmaler Randbereich 1 15, 1 16 ausgebildet, die unter anderem als Kontaktzonen für die Solarzellenstränge 103-106 dienen, wobei zu diesem Zweck jeweilige Elektrodenschichten freigelegt sind. So sind in einem ersten Randbereich 1 15 im ersten Modulbereich 1 10 ein erster Anschlusskontakt 1 17, über den zweiten und dritten Modulbereich 1 1 1 , 1 12 hinweg ein zweiter Zwischenkontakt 1 19, und im vierten Modulbereich 1 13 ein zweiter Anschlusskontakt 121 geformt, die jeweils elektrisch voneinander getrennt sind. In Gegenüberstellung hierzu ist in einem zweiten Randbereich 1 16 über den ersten und zweiten Modulbereich 1 10, 1 1 1 hinweg ein erster Zwischenkontakt 1 18, sowie über den dritten und vierten Modulbereich 1 12, 1 13 hinweg ein dritter Zwischenkontakt 120 geformt, die elektrisch voneinander getrennt sind. Die Kontakte 1 17- 121 sind hier beispielsweise in Form von Metallbändern, die insbesondere aus Aluminium bestehen können, ausgebildet. Dabei ist der erste Anschlusskontakt 1 17 über den ersten Solarzellenstrang 103 mit dem ersten Zwischenkontakt 1 18 elektrisch leitend verbunden, der erste Zwischenkontakt 1 18 über den zweiten Solarzellenstrang 104 mit dem zweiten Zwischenkontakt 1 19 elektrisch leitend verbunden, der zweite Zwischenkontakt 1 19 über den dritten Solarzellenstrang 105 mit dem dritten Zwischenkontakt 120 elektrisch leitend verbunden, und der dritte Zwischenkontakt 120 über den vierten Solarzellenstrang 106 mit dem zweiten Anschlusskontakt 121 elektrisch leitend verbunden.
Somit ist im Dünnschichtsolarmodul 101 der erste Anschlusskontakt 1 17 über die vier seriell verschalteten Solarzellenstränge 103-106 mit dem zweiten Anschlusskontakt 121 elektrisch
leitend verbunden. In den seriell verschalteten Solarzellensträngen 103-106 sind alle Solarzellen 102 gleichgerichtet.
Weiterhin ist im ersten Randbereich 1 15 im ersten Modulbereich 1 10 eine an den ersten Anschlusskontakt 1 17 angeschlossene erste Anschlussdose 122 vorgesehen, die auf der Rückseite des Dünnschichtsolarmoduls 101 angeordnet ist und mit einer Einrichtung zum Anschließen des ersten Anschlusskontakts 1 17 versehen ist. Zudem ist im ersten Randbereich 1 15 im vierten Modulbereich 1 13 eine an den zweiten Anschlusskontakt 121 angeschlossene zweite Anschlussdose 123 vorgesehen, die gleichermaßen auf der Rückseite des Dünnschichtsolarmoduls 101 angeordnet und mit einer Einrichtung zum Anschließen des zweiten Anschlusskontakts 121 versehen ist. Die beiden Anschlussdosen 122, 123 dienen zum elektrischen Verbinden des Dünnschichtsolarmoduls 101 mit einer elektrischen Last, beispielsweise einen Wechselrichter.
Alternativ können auch in dieser Konfiguration die Anschlusskontakte 1 17 und 121 auch in einer Anschlussdose 122, 123 angeschlossen werden.
Die Herstellung der anti-parallelen Solarzellenstränge 103-106 kann entsprechend einer anhand der Figuren 4A, 4B, 5A und 5B erläuterten lateralen Versetzung der Strukturierungslinien in den drei Strukturierungsschritten P1 -P3 erfolgen, wobei eine Umkehrung einer entlang der negativen zweiten Richtung (-y) gerichteten Solarzellenstrang- Richtung in eine entlang der positiven zweiten Richtung (y) gerichteten Solarzellenstrang- Richtung durch den geradlinige Verlauf einer Strukturierungslinie und die in den Figuren dargestellte laterale Versetzung der beiden anderen Strukturierungslinien erreicht wird, während eine Umkehrung einer entlang der positiven zweiten Richtung (y) gerichteten Solarzellenstrang-Richtung in eine entlang der negativen zweiten Richtung (-y) gerichteten Solarzellenstrang-Richtung durch eine bezüglich der geradlinigen Strukturierungslinie spiegelverkehrte laterale Versetzung der beiden anderen Strukturierungslinien erreicht wird. Das in Fig. 6 gezeigte Dünnschichtsolarmodul 101 kann durch die oben dargestellten Varianten der Herstellungsverfahren gefertigt werden, wobei ein solches Strukturierungsverfahren zur Anwendung kommt, durch das eine einfache Erzeugung der anti-parallelen Solarzellenstränge 103-106 ermöglicht ist. Vorteilhaft werden die Bereichsgräben 107-109 gemeinsam, vorzugsweise gleichzeitig, mit den beiden Randbereichen 1 15, 1 16 entschichtet.
Ein besonderer Vorteil des Dünnschichtsolarmoduls 101 liegt darin, dass pro Paar antiparallel gerichteter Solarzellenstränge 103-106 nur eine einzige Anschlussdose 122, 123 zum Anschließen eines Anschlusskontakts 1 17, 121 erforderlich ist, wodurch sich die Herstellungskosten vermindern lassen und die Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit des Dünnschichtsolarmoduls 101 verbessert ist. Durch die serielle Verschaltung der beiden Anschlusskontakte 1 17, 121 durch die vier Solarzellenstränge 103-106, die ihrerseits durch die Zwischenkontakte 1 18-120 seriell miteinander verbunden sind, wird eine aus mehreren verschaltenen U's bestehende Konfiguration geschaffen, die eine aufwändige Verkabelung verzichtbar macht. Durch die Einstellung von Anzahl und Größe der Modulbereiche 1 10- 1 13, insbesondere der Anzahl der seriell verschalteteten U's, kann auf die Strom- /Spannungscharakteristik des Dünnschichtsolarmoduls 101 gezielt Einfluss genommen werden. Obgleich in Fig. 6 ein Dünnschichtsolarmodul 101 mit vier Modulbereichen 1 10-1 13 gezeigt ist, versteht es sich, dass eine größere oder kleinere Anzahl von Modulbereichen vorgesehen sein kann. Dabei ist es bevorzugt, wenn eine gerade Anzahl von Modulbereichen vorliegt, wobei benachbarte Solarzellenstränge eine anti-parallele Durchlassrichtung haben.
Die Erfindung stellt ein Dünnschichtsolarmodul zur Verfügung, das in der industriellen Serienfertigung kostengünstig herstellbar ist und dessen Langzeitstabilität und Haltbarkeit gegenüber herkömmlichen Dünnschichtsolarmodulen verbessert ist. Auf die Strom-/Spannungscharakteristik des Dünnschichtsolarmoduls kann in gewünschter Weise gezielt Einfluss genommen werden.
Bezugszeichenliste
1 Dünnschichtsolarmodul
2 Solarzelle
3 Trennlinie
4 Substrat
5 Schichtenaufbau
6 Hauptoberfläche
7 Rückelektrodenschicht
8 Absorberschicht
9 Pufferschicht
10 Frontelektrodenschicht
1 1 Kunststoffschicht
12 Deckplatte
13 erster Schichtgraben
14 erster Rückelektrodenabschnitt
15 zweiter Rückelektrodenabschnitt
16 zweiter Schichtgraben
17 erster Halbleiterabschnitt
18 zweiter Halbleiterabschnitt
19 dritter Schichtgraben
20 erster Frontelektrodenabschnitt
21 zweiter Frontelektrodenabschnitt
22 erste Strukturierungslinie
23 zweite Strukturierungslinie
24 dritte Strukturierungslinie
25 Bereichsgraben
26 erster Modulbereich
27 zweiter Modulbereich
28 erster Solarzellenstrang
29 zweiter Solarzellenstrang
30 erster Randbereich
31 zweiter Randbereich
32 erster Anschlusskontakt
33 zweiter Anschlusskontakt Zwischenkontakt
Anschlussdose
erstes Gebiet
zweites Gebiet
drittes Gebiet
Dünnschichtsolarmodul Solarzelle
erster Solarzellenstrang zweiter Solarzellenstrang dritter Solarzellenstrang vierter Solarzellenstrang erster Bereichsgraben zweiter Bereichsgraben dritter Bereichsgraben erster Modulbereich 1 zweiter Modulbereich dritter Modulbereich vierter Modulbereich Trennlinie
erster Randbereich zweiter Randbereich erster Anschlusskontakt erster Zwischenkontakt 9 zweiter Zwischenkontakt0 dritter Zwischenkontakt1 zweiter Anschlusskontakt2 erste Anschlussdose3 zweite Anschlussdose

Claims

Patentansprüche
1 . Solarzellenanordnung (1 , 101 ), insbesondere für Dünnschichtsolarmodule, welche ein Substrat (4) umfasst, auf dem ein über mehrere Schichten (7-10) verfügender Schichtenaufbau (5) aufgebracht ist, wobei der Schichtenaufbau (5) in eine Mehrzahl verschiedener Bereiche (26, 27, 1 10-1 13) unterteilt ist, die durch einen oder mehrere Bereichsgräben (25, 107-109) elektrisch voneinander getrennt sind, wobei in jedem Bereich (26, 27, 1 10-1 13) ein Solarzellenstrang (28, 29, 103-106) ausgebildet ist, der mehrere seriell verschaltete, gleichgerichtete Solarzellen (2, 102) enthält.
2. Solarzellenanordnung (1 , 101 ) nach Anspruch 1 , wobei die Solarzellenstränge (28, 29, 103 - 06) durch einen oder mehrere Zwischenkontakte (34, 1 18 - 120) seriell verschaltet sind.
3. Solarzellenanordnung (1 , 101 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Schichtenaufbau (5) eine erste Elektrodenschicht (10), eine zweite Elektrodenschicht (7) und eine zwischen den beiden Elektrodenschichten (7, 10) angeordnete Halbleiterschicht (8) aufweist, durch die ein pn-Übergang gebildet ist, bei welchem die Halbleiterschicht (8) aus einer Chalkopyritverbindung, Cadmium-Tellurid und/ oder Silizium gebildet wird.
4. Solarzellenanordnung (1 , 101 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem ersten Anschlusskontakt (32, 1 17) und einem zweiten Anschlusskontakt (33, 121 ), die durch die Solarzellenstränge (28, 29, 103-106) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Solarzellenstränge (28, 29, 103-106) durch einen oder mehrere Zwischenkontakte (34, 1 18- 120) seriell verschalten sind, zumindest ein Anschlussgehäuse (35, 122, 123), in dem die beiden Anschlusskontakte (32, 33, 1 17, 121 ) angeschlossen sind.
5. Solarzellenanordnung (1 ) nach Anspruch 4, bei welcher:
der Schichtenaufbau in zwei Bereiche (26, 27) unterteilt ist, die durch einen Bereichsgraben (25) elektrisch voneinander getrennt sind,
der erste Anschlusskontakt (32) und der zweite Anschlusskontakt (33) durch die beiden Solarzellenstränge (28, 29) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die beiden Solarzellenstränge (28, 29) durch einen Zwischenkontakt (34) seriell verschaltet sind,
die beiden Anschlusskontakte (32, 33) an ein gemeinsames Anschlussgehäuse (35) angeschlossen sind.
6. Solarzellenanordnung (101 ) nach Anspruch 4, bei welcher:
der Schichtenaufbau in vier Bereiche (1 10-1 13) unterteilt ist, die durch drei Bereichsgräben (107-109) elektrisch voneinander getrennt sind,
der erste Anschlusskontakt (1 17) und der zweite Anschlusskontakt (121 ) durch die vier Solarzellenstränge (103-106) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die vier Solarzellenstränge (103-106) durch drei Zwischenkontakte (1 18-120) seriell verschalten sind,
die beiden Anschlusskontakte (1 17, 121 ) jeweils an ein separates Anschlussgehäuse (122, 123) angeschlossen sind.
7. Solarzellenanordnung (1 , 101 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Solarzellen (2, 102) jeweils streifenförmig ausgebildet sind.
8. Solarzellenanordnung (1 , 101 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die Anschluss- und Zwischenkontakte (32-34, 1 17-121 ) jeweils in Form eines Kontaktbands ausgebildet sind.
9. Solarzellenanordnung (1 , 101 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der zumindest eine Bereichsgraben (25, 107-109) eine sich quer zu seiner Erstreckung bemessende Breite im Bereich von 0,5 bis 10 mm, insbesondere 1 bis 3 mm aufweist.
10. Solarzellenanordnung (1 , 101 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher der zumindest eine Bereichsgraben (25, 107-109) mit einem elektrisch isolierenden Material verfüllt ist.
1 1 . Dünnschichtsolarmodul (1 , 101 ), welches in Form einer Solarzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
12. Dünnschichtsolarmodul (1 , 101 ) nach Anspruch 1 1 , bei welchem die erste Elektrodenschicht (10) eine transparente Frontelektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht (7) eine Rückelektrodenschicht ist, wobei das Substrat (4) auf einer von der Frontelektrodenschicht abgewandten Seite der Rückelektrodenschicht angeordnet ist.
13. Verfahren zum Strukturieren eines, eine erste Elektrodenschicht (10), eine zweite Elektrodenschicht (7) und eine zwischen den beiden Elektrodenschichten (7, 10) angeordnete Halbleiterschicht (8) umfassenden Schichtenaufbaus (5) eines Dünnschichtsolarmoduls (1 , 101 ), mit den folgenden Schritten:
Erzeugen einer ersten Strukturierungslinie (22) in der zweiten Elektrodenschicht (7), wodurch die zweite Elektrodenschicht (7) in elektrisch voneinander getrennte zweite Schichtabschnitte (14, 15) unterteilt wird,
Erzeugen einer zweiten Strukturierungslinie (23) zur elektrischen Verbindung der ersten Elektrodenschicht (10) und der zweiten Elektrodenschicht (7) für eine serielle Verschaltung der Solarzellen,
Erzeugen einer dritten Strukturierungslinie (24) in der ersten Elektrodenschicht (10), wodurch die erste Elektrodenschicht (10) in elektrisch voneinander getrennte erste Schichtabschnitte (20, 21 ) unterteilt wird,
wobei eine Strukturierungslinie, gewählt aus der ersten bis dritten Strukturierungslinie (22 - 24) so geführt wird, dass sie einen geradlinigen Verlauf über zumindest zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche (26, 27, 1 10-1 13) hinweg aufweist, während die beiden übrigen Strukturierungslinien und diese Strukturierungslinie so zueinander versetzt sind, dass eine Abfolge der Strukturierungslinien (22-24) umgekehrt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Strukturierungslinie, gewählt aus der ersten bis dritten Strukturierungslinie (22-24) so geführt wird, dass sie einen geradlinigen Verlauf über zumindest zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche (26, 27, 1 10-1 13) hinweg aufweist, während die beiden übrigen Strukturierungslinien diese Strukturierungslinie so überkreuzen, dass eine Abfolge der Strukturierungslinien (22-24) umgekehrt wird.
15. Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichtsolarmoduls (1 , 101 ), welches die folgenden Schritte umfasst:
Aufbringen eines Schichtenaufbaus (5) auf ein Substrat (4), wobei der Schichtenaufbau (5) zumindest eine erste Elektrodenschicht (10), eine zweite Elektrodenschicht (7) und eine zwischen den beiden Elektrodenschichten (7, 10) angeordnete Halbleiterschicht (8) aufweist, durch die ein pn-Übergang gebildet ist,
Strukturieren des Schichtenaufbaus (5) durch ein Verfahren nach Anspruch 14, derart, dass eine Mehrzahl Solarzellenstränge (28, 29, 103-106) erzeugt werden, die jeweils aus mehreren seriell verschalteten, gleichgerichteten Solarzellen (2, 102) bestehen, wobei einander benachbarte Solarzellenstränge insbesondere eine anti-parallele Durchlassrichtung haben können,
Einbringen von einem oder mehreren Bereichsgräben (25, 107-109) in den Schichtenaufbau (5), derart, dass verschiedene Modulbereiche (26, 27, 1 10-1 13), die jeweils einen separaten Solarzellenstrang enthalten, elektrisch voneinander getrennt werden,
Serielles Verschalten der Solarzellenstränge (28, 29, 103-106) durch Formen eines oder mehrerer Zwischenkontakte (34, 1 18-120),
Formen eines ersten Anschlusskontakts (32, 1 17) und eines zweiten Anschlusskontakts (33, 121 ), die mit den Solarzellenstränge (28, 29, 103-106) elektrisch leitend verbunden sind,
Anschließen der beiden Anschlusskontakte (32, 33, 1 17, 121 ) in zumindest einem Anschlussgehäuse (35, 122, 123).
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