WO2009059752A2 - Verfahren und mittel zum verbinden dünner metallschichten - Google Patents

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WO2009059752A2
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Alexander Braun
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Lothar Gerlach
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Solarion AG
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    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
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    • H10F77/933—Interconnections for devices having potential barriers
    • H10F77/935—Interconnections for devices having potential barriers for photovoltaic devices or modules
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for bonding two metal films deposited on flexible supports and a method of realizing this connection.
  • the invention relates to the electrical connection of thin film solar cells with flexible printed circuit boards and a method for producing the same.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of such a cell, which consists essentially of a front contact ⁇ 5 ⁇ , a back contact ⁇ 2 ⁇ and a semiconducting absorber layer ⁇ 3 ⁇ .
  • the front contact faces the incoming light and consists of a transparent conductive oxide (TOC), the back contact consists of a metal layer.
  • the light-converting semiconductor layer (absorber) ⁇ 3 ⁇ may consist of various materials, for. Amorphous and microcrystalline or polycrystalline silicon, copper indium gallium diselenide (CIGS) and other semiconducting materials.
  • An additional thin semiconducting film ⁇ 4 ⁇ of opposite conductivity is required to make the pn junction with the semiconducting absorber layer ⁇ 3 ⁇ .
  • the pn junction is formed by a heterojunction of the CIGS layer and a thin CdS layer.
  • the electrical energy produced in the solar cell must for
  • the thin layers must be electrically contacted and connected to a Leitbahnsystem.
  • this contact must also be flexible, so that thin layers, thin foils or similar thin metallic conductors should also be used.
  • a standard process for connecting the contact pads of solid solar cells, such as silicon wafer solar cells, is the soldering of contact strips to soldering points of the front and back contact, for. B. by irradiation with high power lamps.
  • the soldering of thin layers is more complicated because of the small layer thickness of about 1 ⁇ m and below.
  • the alloying processes that occur during soldering are known to cause damage to the thin films or pads.
  • connection technologies are known that manage without additional materials such as conductive adhesive or solder.
  • the connection of thin wires to semiconductor chips is known from the semiconductor industry and is realized by a so-called bonding process.
  • this process requires special surfaces and materials and can only be done with special metals such as gold and aluminum.
  • high pressures act on bonding the surface of the thin layers.
  • the mechanical rigidity of the polymer films does not meet the requirements of the bonding process, as it is used in the semiconductor industry.
  • Modern laser technology provides powerful laser sources with power in the kW range. Mechanical engineering applications require such power, however, a few watts are usually sufficient for micro processes.
  • the laser beam can be focused on very small areas and guided in a controlled manner to any point on the surface. Splitting powerful laser beams into sub-beams is often used to increase performance, speed, and processing quality.
  • JP2005191584 an integrated solar battery is presented in the connection pads tap the voltage of the solar cell.
  • additional solder was applied to the bonding points.
  • the contact can be realized by soldering.
  • Laser beam processing is used regularly in solar cell production. Especially in thin film solar cell manufacturing, laser scribing is used to isolate the different parts of the solar cell from each other. Such scribe methods are also used in the serial interconnection of solar cells, as shown in EP1727211.
  • the currently available laser technologies allow the connection of metallic parts by laser irradiation. Typical processes are welding and soldering with and without additional materials. For a reliable connection, diffusion processes cause the mixing of the metals and can lead to the formation of additional phases. When different metals are joined by heat or laser processes, problems may arise due to the different phase transition temperatures, insufficient formation of alloys or dissolution of the thin films during liquid / molten state processing.
  • the invention is based on the object to provide a novel method for connecting thin metal layers on a flexible support that allows connection of the thin layer with the outer wiring with little effort and with a small space requirement.
  • the aim is a reliable method for connecting at least two metal layers to provide that allow the mechanical and electrical bonding preferably two different materials.
  • the object is achieved by the use of pulsed laser radiation according to the features mentioned in claim 1.
  • the present invention provides a process for micro-riveting thin films and films which enables the mechanical and electrical bonding of thin metal layers by geometrically interlocking the materials and forming mixtures of the materials involved.
  • a method for producing such micro-bies for thin layers and films is provided.
  • the current invention shows a configuration for micro bonding two thin layers or two thin film stacks by means of micro (hollow) rivets, which preferably consist of the material of one of the two thin layers involved and a process for micro riveting such thin layers or thin film stacks by laser irradiation.
  • Fig. 1 Schematic view of the principle of a thin-film solar cell on flexible substrates.
  • Fig. 2 3D scheme of the area of bonding of a solar cell with the contact ribbon by micro riveting.
  • Fig. 3 The most important process steps for laser riveting or laser bonding are shown schematically.
  • Fig. 4 Examples of different types of laser riveting connections using the example of the connection of a thin-film solar cell with a flexible connecting line.
  • Fig. 5 Example of the use of laser rivets for connecting the front and back contact of a solar cell with a flexible connecting cable.
  • Fig. 6 Schematic view of the current flow in the connection of the front and back contact of a solar cell with a flexible connecting line system.
  • Fig. 7 SEM illustration of a laser bond between a flexible copper circuit board and a thin-film solar cell on a Kapton film.
  • the top layers of the solar cell are first removed to expose the thin film back contact ⁇ 2 ⁇ , which in this case consists of molybdenum.
  • the polymer support film ⁇ 1 ⁇ in a limited area ⁇ 8 ⁇ is removed down to the thin metal layer ⁇ 2 ⁇ , as shown in Fig. 3 b).
  • This can be done by ablation with a pulsed UV laser whose pulse duration is less than 1 ⁇ s.
  • the laser ablation parameters e.g.
  • the laser fluence are selected so that the Ablation of the carrier film ⁇ 1 ⁇ to realize so that the non-destructive removal of the carrier sheet material of the thin metal layer ⁇ 2 ⁇ is possible, so that the production of a now free-standing thin metal layer is secured.
  • Analogous processes can be used for the preparation of the contact area of the flexible connection line.
  • the cover layers ⁇ 6a ⁇ etc. for example a possible covering layer of the contact metal, must be removed at least in the region in which the laser riveting is to be carried out.
  • a small hole is drilled in the thin metal layer of the back contact.
  • This drilling process is preferably carried out after polymer ablation of the carrier film of the solar cell according to FIG. 3 b), but can also take place there. after happened.
  • sufficiently precise registration accuracy is required in the process steps to ensure that the drilled metal hole ⁇ 9 ⁇ lies within the shaded area ⁇ 8 ⁇ . This is especially guaranteed if the same system or even the same laser beam is used for both process steps.
  • a combination of the laser ablation of the carrier film ⁇ 1 ⁇ and the metal layer ⁇ 2 ⁇ by using the same laser beam, even if different laser parameters are used if necessary, can improve the production speed and reliability.
  • the process steps shown in Fig. 3 b) to c) can also be carried out when the flexible connecting line already supports the solar cell foil, as shown in Fig. 3 d) is shown.
  • the thin metal back contact of the thin film solar cell is in contact with the metal of the flexible connection line.
  • Both metals ⁇ 2, 6 ⁇ are connected by laser irradiation ⁇ 12 ⁇ , as shown in Fig. 3 f).
  • laser irradiation ⁇ 12 ⁇ preferably pulsed laser radiation with pulse lengths greater than 1 ⁇ s is used.
  • the wavelength can be selected according to requirements. However, for cost reasons, an Nd: YAG laser with a wavelength of 1, 06 microns is preferred. Due to the laser irradiation and the processes triggered by it, a connection which mechanically connects both metal layers to one another and also forms an electrical contact is formed, which in section resembles a riveted connection. After releasing the forces that pressed the two parts together, a stable laser rivet connection ⁇ 13 ⁇ was formed, as shown schematically in Fig. 3 g.
  • micron rents For a stable and reproducible bonding of a thin-film solar cell with a flexible connecting line usually several micron rents are desirable, as shown in Fig. 4.
  • the rivets can also be slot-shaped.
  • Individual laser rentals may be arranged in rows or form a dense array.
  • both metal surfaces must be as close together as possible during laser riveting.
  • the following methods can be used or combined: vacuum suction, pressure of a gas flow, or use of the pressure of the ablation cloud.
  • vacuum suction By far, the slides on curved workpiece carrier, z. B. roles are performed. Other technical aids are also possible.
  • a hole drilled in the top metal layer assists in the formation of the micron rivets.
  • This hole can be inserted at various stages of the production process.
  • a laser is used, wherein different types of lasers can be used.
  • the laser used for riveting can also be used for drilling.
  • the optimal temporal energy supply can be done by controlling the output power or the pulse duration of the laser beam.
  • An elegant method is the modification of the pulse duration by suitable means, eg. B. e-electro-optical elements.
  • a likewise preferred embodiment is the electrical control of the laser output power. Including such control methods, the drilling and laser rental process can be performed with a laser. Also, a variation of the pulse duration may be useful to both drill and weld with one and the same laser. Likewise, proper control of the pulse shape of the laser is possible to drill and weld with the same laser.
  • the laser beam can be split and thus simultaneously used several times for the laser riveting process.
  • a series of riveting connections can be generated simultaneously.
  • the application of the Laser Montgomerymethode for contacting thin-film solar cells is shown schematically in Fig. 5.
  • the diagram shows the plan view of the bonded area with the front contact on top.
  • both the back and front contacts were simultaneously connected to the contact ribbon. Therefore, additional process steps before laser riveting had to be inserted at various stages of manufacturing the solar cell ⁇ A ⁇ and the flexible electrical connection line ⁇ B ⁇ .
  • the back contact of the solar cell ⁇ 2 ⁇ must be scribed for safe electrical insulation from the parts of the back contact intended for bonding with the front contact.
  • the metal layer ⁇ 6 ⁇ of the flexible electrical connection line ⁇ B ⁇ must be scored so that Two lines ⁇ 6a ⁇ and ⁇ 6b ⁇ arise.
  • the cracks are denoted ⁇ 14 ⁇ .
  • an additional metal layer ⁇ 15 ⁇ was applied to bond the front contact to the isolated back area.
  • This electrical connection can also alternatively, z. B. by conductive adhesive produced.
  • the metal layer ⁇ 15 ⁇ can also be positioned on the surface of the back contact layer ⁇ 2 ⁇ , whereby the laser leasing process can be improved. As a result, careful selection of the metal layer ⁇ 15 ⁇ is required.
  • the cross sections of the front and back contact of the solar cell prepared for bonding are shown schematically in Fig. 5 b). Now, the Lasemietrata can be done in the manner previously described. To increase the strength of the bond, several rivets can be attached.
  • Fig. 6 the current flow of a first thin metal layer, for. B. a solar cell, to a second metal layer, for. B. a flexible electrical connection line, shown schematically.
  • the laser riveting processes are carried out similarly to those described. With respect to electrical contacting, laser riveting enables the flow of current between two thin flexible supports coated with different metals. In addition, the laser rivets also achieve a mechanical connection and can only be used for this purpose.
  • the SEM image in Fig. 7 shows a laser rivet connection between the back contact of a thin film solar cell and the copper coating of a flexible circuit board.
  • the metal of the back contact is molybdenum, which does not solder or weld well.
  • the edges of the opened backing film are visible. In the vicinity of the center, material ejected around the entire hole is visible, which arises during the laser riveting process and forms the rivet after re-solidification from the liquid state.
  • Molybdenum foil specifically described with a flexible Kupferuttonbändchen. Such thin molybdenum layers are used as back contacts for solar cells, z. B. CIGS solar cells as in Fig. 1, used.
  • the topmost layers of the solar cell as a front contact, absorber, etc., can be removed mechanically or by laser until the back contact, to expose the molybdenum layer, as shown in Fig. 3 a).
  • the polymer carrier film is removed by laser ablation.
  • the solar cell front side in the region of the backside ablation of the polymer carrier film is closely connected to a stable holder and is irradiated with a laser of sufficient pulse energy.
  • a laser of sufficient pulse energy In order to gently ablate the polymer film (UPILEX® Alex (SOLARlON) thickness about 25 ⁇ m), a UV laser beam with a wavelength ⁇ 300 nm is used. The energy density of the ablating laser beam is reduced during back-up ablation with increasing Abtragtiefe and reduced film thickness to the back contact to ensure a selective ablation of the polymer carrier to the metallic back contact.
  • an excimer laser with a wavelength of 248 nm and a laser fluence of 200 to 600 mJ / cm 2 is used.
  • alternative processes such as plasma etching can be used.
  • a small hole in the refractory molybdenum layer can assist and enhance the laser riveting process.
  • a small hole is drilled in the molybdenum layer, as shown in Fig. 3 c). The hole later supports the formation of the laser rivet.
  • the hole was drilled in the 5 ⁇ m thin molybdenum back contact within 0.1 s with a UItra short pulse laser irradiation at a wavelength of 775 nm and a fluence of 3 J / cm 2 . Due to the ultrashort laser pulse, almost no melting of the thin metal layer takes place outside the hole, so that a peripheral bead can be avoided.
  • the hole size was chosen to be slightly smaller than the size of the laser beam used for laser riveting. In this example, a laser spot of about 15 ⁇ m was used. The appropriate hole size can be adjusted by circular movements of the laser spot on the metal layer to be drilled. However, although it was drilled in this example after ablation of the polymer carrier sheet, the hole may also be previously created.
  • a flexible connecting line consisting of a 25 micron thick copper layer on a carrier film Kapton ® (d -50 micron) was used for the Laserniet- try.
  • the flexible connection line was cleaned in the area of laser leasing by washing with solvents and removing ioser contamination. This ensures good contact of the copper surface of the flexible connection line with the molybdenum back contact.
  • both the molybdenum and the copper layer are heated to the melting point or to the vaporization point. Parts of the laser radiation are also through the hole down to the Surface of the copper layer passes. Because of its lower melting and evaporation temperature, the copper melts and then evaporates. Parts of the molten copper pass through the hole due to the copper vapor pressure and deposit around the laser-irradiated area. Because the laser spot for riveting is larger than the hole drilled in the molybdenum layer, the molybdenum layer is heated to the melting point or even higher. As a result, involving both molten metals, the formation of a stable compound due to metallurgical processes and interlocking of the metals after re-solidification occurs.
  • the transport of the molten copper of the contact strip can also be assisted by the ablation or evaporation of the printed circuit board carrier, for example a polyimide film. Due to the generation of pressure during the ablation of this very Kapton all the molten copper is thrown through the hole and can thus form the rivet.
  • the printed circuit board carrier for example a polyimide film. Due to the generation of pressure during the ablation of this very Kapton all the molten copper is thrown through the hole and can thus form the rivet.
  • the materials of the thin-film support, of the thin layer or of the thin-film system, of the laser used and of the type, size, shape and spacing of the openings, depending on the application, from the point of view of electrical contacting, the electrical Conductivity, stability, reliability or manufacturing reliability and effort are selected.
  • the quantitative information particular to materials, the general process steps as well as the preferred dimen ⁇ solutions that are listed in connection with the description of the invention or the individual embodiments are not limited thereto but can be applied to the others, if necessary.
  • the invention is not limited to the embodiments.
  • the person skilled in the art will be familiar with modifications and combinations. List of identifiers

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Abstract

Eine Konfiguration zum Bonden von einer dünnen Metallschicht auf zwei Werkstücken {B} und {A}, z. B. Solarzellen und foliengestützen/verstärkten Kontaktbändchen, und eine Methode zur stabilen Herstellung einer solchen Verbindung einschließlich der Schritte (i) zur Entfernung der Trägerfolie von der Solarzelle, (ii) dem Zusammenpressen der beiden Folien/Schichten gegeneinander und (iii) der Bestrahlung der beiden Teile von der Seite des Rückkontaktes {} der Dünnschichtsolarzelle wird vorgestellt. Entsprechend der Erfindung werden vorzugsweise zwei oder drei Laserbearbeitungsschritte angewendet, um die Trägerfolie der Dünnschichtsolarzelle durch Ablation mit einem Kurzpulslaser zu entfernen und die erste Metallschicht, z. B. den Rückkontakt der Solarzelle, mit der zweiten Metallschicht, z. B. dem Kontaktbändchen, durch Bestrahlung mit einem Langzeitpulslaser zu vernieten. Die Energiedichte, Pulsdauer und temporäre Pulsform, die Pulsfrequenz und die Wellenlänge werden bezüglich der Ablation und des Schweiß/Vernietungsprozesses entsprechend der spezifischen verwendeten Materialien gewählt. Eine derartige Laservernietung kann zum elektrischen Kontaktieren von Dünnschichtsolarzellen mit flexiblen Kontaktbändchen angewendet werden.

Description

Verfahren und Mittel zum Verbinden dünner Metallschichten
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Bonden von zwei Metallfilmen, die auf flexible Träger aufgebracht sind, und ein Ver- fahren zur Realisierung dieser Verbindung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die elektrische Verbindung von Dünnschichtsolarzellen mit flexiblen Leiterplatten und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
[0002] Gegenwärtig werden verschiedene Typen von Dünnschichtsolarzellen, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln, entwickelt. Abb. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer solchen Zelle, die im Wesentlichen aus einem Frontkontakt {5}, einem Rückkontakt {2} und einer halbleitenden Absorberschicht {3} besteht. Der Frontkontakt ist dem ankommende Licht zugewandt und besteht aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TOC - transparent conductive oxide), der Rückkontakt besteht aus einer Metallschicht. Die Licht umwandelnde Halbleiterschicht (Absorber) {3} kann aus verschiedenen Materialien bestehen, z. B. aus amorphem sowie mikro- oder polykristallinem Silizium, Kupfer-Indium-Gallium- Diselenid (CIGS) und anderen halbleitenden Materialien. Ein zusätzlicher dünner halbleitender Film {4} mit entgegengesetzter Leitfähigkeit ist erforderlich, um den pn-Übergang mit der halbleitenden Absorberschicht {3} herzustellen. Für CIGS- Soiarzellen wird der pn-Übergang durch einen HeteroÜbergang der CIGS-Schicht und einer dünnen CdS-Schicht gebildet.
[0003] Die Herstellung von dünnen Solarzellen auf flexiblen Substraten wurde schon gezeigt bzw. vorgestellt. Polymere bieten exquisite Eigenschaften wie zum Beispiel Festigkeit, Dichte, Oberflächenqualität usw. bei geringem Gewicht. Allerdings ist die maximale Gebrauchstemperatur aufgrund der Stabilität des Po- lymer-materials begrenzt. Für eine qualitativ hochwertige Halbleiterschichtab- scheidung ist dennoch ein zusätzlicher Energieeintrag in Form von Wärmeenergie oder Strahlung notwendig. Aus diesem Grund werden für den industriellen Pro- zess der Abscheidung dünner Halbleiterschichten für flexible Solarzellen oft Hochleistungspolymerfolien wie z. B. Kapton® verwendet. [0004] Diese Materialien werden mit oder ohne textile Verstärkung auch für starre und flexible Leiterplatten verwendet. Die Technologie der Herstellung sowohl des Basismaterials als auch verschiedener Produkte ist bekannt.
[0005] Die in der Solarzelle produzierte elektrische Energie muss zum
Verbraucher weitergeleitet werden. Zu diesem Zweck müssen die dünnen Schichten elektrisch kontaktiert und mit einem Leitbahnsystem verbunden werden. Bei Dünnschichtsolarzellen und besonders bei flexiblen Solarzellen muss dieser Kontakt ebenfalls flexibel sein, sodass auch dünne Schichten, dünne Folien oder ähn- liehe dünne metallische Leiter verwendet werden sollten.
[0006]
[0007] Ein Standardprozess zur Verbindung der Kontaktpads massiver Solar- zellen, wie beispielsweise Siliziumwafer-Solarzellen, ist das Anlöten von Kontaktstreifen an Lötpunkte von Vorder- und Rückkontakt, z. B. durch Bestrahlung mit Hochleistungslampen. Das Löten dünner Schichten ist aufgrund der geringen Schichtdicke von etwa 1 μm und darunter komplizierter. Die Legierungsprozesse, die während des Lötens auftreten, können bekanntermaßen Schädigungen der dünnen Schichten oder Kontaktstellen verursachen.
[0008] Ein weiteres Verfahren, Dünnschichtsolarzellen mit den externen Kontakten zu verbinden, besteht in der Verwendung von Kontaktklebern. Dieser weitverbreitete Prozess setzt allerdings die Verwendung eines zusätzlichen Materials voraus. Die Kontaktfläche sollte wegen der spezifischen Widerstandswerte des
Kontaktklebers und der üblichen Applikationstechniken der Pasten, beispielsweise Siebdruck oder ähnlicher Verfahren, von mittlerer Größe sein.
[0009] Ferner sind Verbindungstechnologien bekannt, die ohne zusätzliche Materialien wie Leitkleber oder Lötzinn auskommen. Der Anschluss dünner Drähte an Halbleiterchips ist aus der Halbleiterindustrie bekannt und wird durch einen sogenannten Bondprozess realisiert. Allerdings setzt dieser Prozess spezielle Oberflächen und Materialien voraus und kann nur mit speziellen Metallen wie Gold und Aluminium ausgeführt werden. Außerdem wirken beim Bonden hohe Drücke auf die Oberfläche der dünnen Schichten ein. Die mechanische Starrheit der Polymerfolien entspricht nicht den Erfordernissen des Bondprozesses, wie er in der Halbleiterindustrie angewendet wird.
Die moderne Lasertechnologie stellt leistungsfähige Laserquellen mit Leistungen im kW-Bereich zur Verfügung. Maschinenbau-Anwendungen erfordern solche Leis-tungen, allerdings sind für Mikroprozesse in der Regel einige Watt ausreichend. Des Weiteren kann der Laserstrahl auf sehr kleine Flächen fokussiert und kontrolliert zu beliebigen Punkten auf der Oberfläche geführt werden. Das Aufspalten leistungsstarker Laserstrahlen in Teilstrahlen wird oft benutzt, um die Leistung, die Geschwindigkeit bzw. die Bearbeitungsqualität zu erhöhen.
[0010] In JP2005191584 wird eine integrierte Solarbatterie vorgestellt, bei der Anschlusspads die Spannung der Solarzelle abgreifen. Um die Solarbatterie mit einer verzinnten Kupferfolie zu verbinden, wurde zusätzlich Lötzinn auf die Bond- stellen aufgetragen. Hierdurch kann die Kontaktierung durch Löten realisiert werden.
[0011] Laserstrahlbearbeitung kommt bei der Solarzellenherstellung regelmäßig zur Anwendung. Speziell bei der Dünnschichtsolarzellenherstellung wird das Laserritzen eingesetzt, um die verschiedenen Teile der Solarzelle voneinander zu isolieren. Derartige Ritzverfahren werden auch bei der seriellen Verschaltung von Solarzellen angewendet, wie in EP1727211 dargestellt ist.
[0012] Ein anderes Konzept der Verbindung von Dünnschichtsolarzellen mit einem externen Kontakt wird in von EJ. Simburger et al. in "Development of a thin film solar cell interconnect for the PowerSphere concept", Materials Science and Engineering B 116 (2005) 321-325 vorgeschlagen und in ähnlicher Weise in US20050011551 dargestellt. Das Konzept beruht auf der Verwendung eines umgreifenden Randkontaktes, der an der Kante einer Dünnschichtsolarzelle ange- ordnet ist, um elektrische Verbindungen zwischen den Schichten einer Dünnschichtsolarzelle und den Kontaktpads, die auf der Rückseite der Solarzelle angeordnet sind, herzustellen. Ein Laserstrahl wird für die Verschweißung der Kupferfolie mit flexiblen Kontaktbändchen benutzt. Bei dieser Ausführungsform muss der umgreifende Randkontakt durch eine komplizierte Folge von Dünnschicht- Beschichtungsprozessen hergestellt werden. Außerdem wird die Verbindung des Umgriffkontaktes mit dem externen Kontaktbändchen durch Laserschweißen hergestellt. Aufgrund der verwendeten Metalle bildet sich ein Metallübergangskontakt, der typisch für die Bildung von Legierungen ist, die während der Vermischung der flüssigen Phasen beim Schweißen auftritt.
[0013] In US6114185 wird vorgeschlagen, das Laserschweißen zur Verbindung von Halbleiterbauelementen mit Metallteilen anzuwenden. Allerdings ist ein Kontakt zu den Elektroden der Solarzelle nicht vorgesehen. Weiterhin wird betont, dass die Halbleiterbauelemente den Temperaturen während des Schweißvorgan- ges standhalten müssen.
[0014] Die gegenwärtig verfügbaren Lasertechnologien ermöglichen die Verbindung metallischer Teile durch Laserbestrahlung. Typische Prozesse sind Schweißen und Löten mit und ohne zusätzliche Materialien. Für eine zuverlässige Verbindung bewirken Diffusionsprozesse die Vermischung der Metalle und können zur Bildung zusätzlicher Phasen führen. Wenn unterschiedliche Metalle durch Wärme- oder Laserprozesse verbunden werden, kann es aufgrund der unterschiedlichen Phasenübergangstemperaturen, ungenügender Bildung von Legierungen oder das Auflösen der dünnen Schichten während der Bearbeitung im flüssigen/geschmolzenen Zustand zu Problemen kommen.
[0015] Die gegenwärtig verfügbaren Verfahren zur Verbindung von dünnen Schichten mit der Außenverdrahtung haben Nachteile. Sie erfordern zur Herstellung der Verbindung entweder einen hohen technischen, verfahrenstechnischen oder technologischen Aufwand, besondere Materialien oder spezifische Oberflächen. Insbesondere bei flexiblen Trägem gewinnen dies Aspekte besonders an Bedeutung.
[0016] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein neuartiges Verfahren zur Verbindung von dünnen Metallschichten auf flexiblen Träger bereitzustellen, das mit geringem Aufwand und bei geringem Flächenbedarf eine Verbindung der dünnen Schicht mit der Außenverdrahtung ermöglicht. Insbesondere wird angestrebt, eine zuverlässige Methode zur Verbindunα von mindestens zwei Metallschichten zur Verfügung zu stellen, die das mechanische und elektrische Bonden vorzugsweise zweier unterschiedlicher Materialien ermöglichen.
[0017] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Anwendung von gepulster Laserstrahlung entsprechend den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die aktuelle Erfindung bietet einen Prozess zur Mikrovernietung dünner Schichten und Folien, der die mechanische und elektrische Verbindung dünner Metallschichten durch geometrische Verzahnung der Materialien und die Bildung von Gemischen der beteiligten Materialien ermöglicht. Zusätzlich wird eine Methode zur Herstel- lung derartiger Mikrovernietungen für dünne Schichten und Folien bereitgestellt.
[0018] Die aktuelle Erfindung zeigt eine Konfiguration zum Mikrobonden von zwei dünnen Schichten oder zwei Dünnschichtstapeln mittels Mikro(hohl)nieten, die vorzugsweise aus dem Material einer der beiden beteiligten dünnen Schichten bestehen sowie einen Prozess zur Mikrovernietung derartiger dünner Schichten oder Dünnschichtstapel durch Laserbestrahlung.
[0019] Die Ziel, Charakteristiken, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung zu- sammen mit den beigefügten Abbildungen verdeutlicht.
Beschreibung der Abbildungen
[0020]
Abb. 1 : Schematische Ansicht des Prinzipaufbaus einer Dünnschichtsolarzelle auf flexiblen Substraten.
Abb. 2: 3D-Schema des Bereiches des Bondens einer Solarzelle mit dem Kontakt- bändchen durch Mikrovernietung.
Abb. 3: Die wichtigsten Prozessschritte für das Lasernieten bzw. das Laserbonden sind schematisch gezeigt. Abb. 4: Beispiele für unterschiedliche Ausführungen von Lasernietverbindungen am Beispiel der Verbindung einer Dünnschichtsolarzelle mit einer flexiblen Verbindungsleitung.
Abb. 5: Beispiel für die Anwendung von Lasernieten zur Verbindung von Front- und Rückkontakt einer Solarzelle mit einer flexiblen Verbindungsleitung. Abb. 6: Schematische Ansicht des Stromflusses bei der Verbindung von Vorder- und Rückkontakt einer Solarzelle mit einem flexiblen Verbindungsleitungssystem. Abb. 7: REM-Darstellung einer Laservernietung zwischen einem flexiblen Kupferleiterplatte und einer Dünnschichtsolarzelle auf einer Kaptonfolie.
[0021] Die Erfindung soll nachstehend anhand von den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den Abbildungen kennzeichnen identische Bezeichnungen (Nummern, Abkürzungen, Namen usw.) identische oder gleichartige Komponenten oder Prozesse. [0022] In Abb. 3 a) bis g) werden die hauptsächlichen Schritte zum Bonden von Dünnschichtstrukturen mittels Lasernietens schematisch in einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Bonden von Dünnschichtsolarzellen mit einem flexiblen elektrischen Verbindungsleitung dargestellt.
Wie in Abb. 3 a) dargestellt ist, werden zunächst die obenliegende Schichten der Solarzelle (insbesondere der Frontkontakt und die Absorberschicht) entfernt, um den Dünnschichtrückkontakt {2}, der in diesem Fall aus Molybdän besteht, freizulegen. Des Weiteren wird die Polymerträgerfolie {1} in einem begrenzten Gebiet {8} bis auf die dünne Metallschicht {2} entfernt, wie in Abb. 3 b) dargestellt wird. Das kann durch Ablation mit einem gepulsten UV-Laser geschehen, dessen Pulsdauer geringer als 1 μs ist. Die Laserablationsparameter, z. B. die La- serfluenz, werden so ausgewählt, dass die Ablation der Trägerfolie {1} so zu realisieren, dass der zerstörungsfreie Abtrag des Trägerfolienmaterials von der dünnen Metallschicht {2} möglich ist, so dass die Herstellung einer nun freistehenden dün- nen Metallschicht gesichert ist. Analoge Prozesse können für die Präparation des Kontaktbereiches der flexiblen Verbindungsleitung angewendet werden. Speziell die Deckschichten {6a} etc., beispielsweise eine mögliche Deckschicht des Kontaktmetalls, müssen zumindest in dem Bereich entfernt werden, in dem das Lasernieten durchgeführt werden soll.
[0023] Bei einer speziellen Ausführung des Prozesses, welche in Abb. 3 c) gezeigt wird, wird ein Kleines Loch in die dünne Metallschicht des Rückkontakts gebohrt. Dieser Bohrprozess wird vorzugsweise nach der Polymerablation der Trägerfolie der Solarzelle entsprechend Abb. 3 b) erfolgen, kann aber auch da- nach geschehen. Bei beiden Ausführungsarten ist eine ausreichend exakte Überdeckungsgenauigkeit bei den Prozessschritten erforderlich, um zu sichern, dass das gebohrte Metallloch {9} innerhalb des ablauerten Bereiches {8} liegt. Das ist insbesondere dann garantiert, wenn für beide Prozessschritte dieselbe Anlage o- der sogar derselbe Laserstrahl benutzt wird. Eine Kombination der Laserablation des Trägerfolie {1} und der Metallschicht {2} durch Verwendung desselben Laserstrahles, auch wenn erforderlichenfalls unterschiedliche Laserparameter verwendet werden, kann die Herstellung bezüglich Geschwindigkeit und Funktionssicherheit verbessern. Die in Abb. 3 b) bis c) dargestellten Prozessschritte können auch durchgeführt werden, wenn die flexible Verbindungsleitung schon die Solarzellenfolie abstützt, wie in Abb. 3 d) dargestellt ist.
[0024] Im nächsten Schritt, vergleiche Abb. 3 e), wird der so vorbereitete Bereich der Dünnschichtsolarzelle auf die flexible Verbindungsleitung aufeinander- gepresst. In diesem Schritt werden Kräfte {10, 11} an die Dünnschichtsolarzelle und die flexible Verbindungsleitung {7} angelegt, um die Entfernung zwischen beiden Metallschichtoberflächen ausreichend zu verringern.
[0025] Nun befindet sich der dünne Metallrückkontakt der Dünnschichtsolarzelle in Kontakt mit dem Metall der flexiblen Verbindungsleitung. Beide Metalle {2, 6} werden durch Laserbestrahlung {12} verbunden, wie in Abb. 3 f) dargestellt ist. Dafür wird vorzugsweise gepulste Laserstrahlung mit Pulslängen von größer 1 μs verwendet. Die Wellenlänge kann entsprechend der Erfordernisse ausgewählt werden. Allerdings wird aus Kostengründen ein Nd:YAG-Laser mit eine Wellenlänge von 1 ,06 μm bevorzugt. Aufgrund der Laserbestrahlung und der dadurch ausgelösten Prozesse wird eine Verbindung, die beide Metallschichten mechanisch miteinander verbindet und auch einen elektrischen Kontakt bildet, geformt, die im Schnitt einer Nietverbindung ähnelt. Nach dem Lösen der Kräfte, die die beiden Teile aufeinander gepresst haben, ist eine stabile Laser- Nietverbindung {13} entstanden, wie schematisch in Abb, 3 g dargestellt ist.
[0026] Für ein stabiles und reproduzierbares Bonden einer Dünnschichtsolarzelle mit einer flexiblen Verbindungsleitung sind üblicherweise mehrere Mikroniete wünschenswert, wie in Abb. 4 dargestellt ist. In der Abbildung sind verschiedene Möglichkeiten der Konfiguration von Mikronieten und dem geöffneten Rückseiten- kontakt bezüglich Form, Gestaltung und Größe zu sehen. Andere Formen, Konfigurationen und Größen sind ebenfalls möglich. Die Niete können ebenfalls schlitzförmig sein. Einzelne Lasernietungen können in Reihen angeordnet sein oder eine dichte Anordnung bilden.
[0027] Um qualitative hochwertige Nietverbindungen zu erreichen, müssen beide Metalloberflächen während des Lasernietens so eng wie möglich beieinander sein. Um dies zu erreichen, können die folgenden Methoden angewendet oder miteinander kombiniert werden: Vakuumsaugtische, Druck eines Gasstroms oder der Nutzung des Drucks der Ablationswolke. Des Weitem können die Folien über gekrümmte Werkstückträger, z. B. Rollen, geführt werden. Andere technische Hilfsmittel sind ebenfalls möglich.
[0028] Speziell zum Lasernieten verschiedener Materialien unterstützt ein in die obere Metallschicht gebohrtes Loch die Bildung der Mikronieten. Dieses Loch kann in verschiedenen Stadien des Produktionsprozesses eingebracht werden. Vorzugsweise wird aber ein Laser verwendet, wobei unterschiedliche Lasertypen nutzbar sind. Zweifellos kann der zum Nieten verwendete Laser auch zum Bohren benutzt werden. Die hierfür optimale zeitliche Energiezuführung kann durch Steuerung der Ausgangsleistung oder der Pulsdauer des Laserstrahl erfolgen. Eine ele- gante Methode ist die Modifizierung der Pulsdauer durch geeignete Mittel, z. B. e- lektrooptische Elemente. Eine ebenfalls bevorzugte Ausführungsart ist die elektrische Kontrolle der Laserausgangsleistung. Unter Einbeziehung derartiger Kontrollverfahren kann der Bohr- und Lasernietprozess mit einem Laser durchgeführt werden. Auch eine Variation der Pulsdauer kann zweckmäßig sein, um mit ein und demselben Laser sowohl zu bohren als auch zu schweißen. Ebenso ist eien geeignete Steuerung der Pulsform des Lasers möglich, um mit dem gleichen Laser zu bohren und zu schweißen.
[0029] Um eine Serie von Mikronieten simultan zu erzeugen, kann der Laser- strahl aufgespaltet werden und so gleichzeitig mehrfach für den Lasernietprozess zum Einsatz kommen. Folglich kann eine Reihe von Nietverbindungen simultan erzeugt werden. [0030] Die Anwendung der Lasernietmethode zur Kontaktierung von Dünnschichtsolarzellen ist in Abb. 5 schematisch dargestellt. Das Schema zeigt die Draufsicht auf den gebondeten Bereich, wobei der Frontkontakt obenauf liegt. Als ein Beispiel für die praktische Anwendung wurden beide, der Rückseiten- und der Frontkontakt, simultan mit dem Kontaktbändchen verbunden. Deshalb mussten zusätzliche Prozessschritte vor dem Lasernieten in verschiedenen Stadien der Herstellung der Solarzelle {A} und der flexiblen elektrischen Verbindungsleitung {B} eingefügt werden. Zunächst muss der Rückkontakt der Solarzelle {2} zur sicheren elektrischen Isolation von den Teilen des Rückkontaktes, die für das Bonden mit dem Frontkontakt vorgesehen sind, angeritzt werden Zusätzlich muss die Metallschicht {6} der flexiblen elektrischen Verbindungsleitung {B} so geritzt werden, dass zwei Leitungen {6a} und {6b} entstehen. Die Ritze sind mit {14} bezeichnet. Um den Frontkontakt mit dem isolierten Rückseitenbereich zu verbinden, wurde beispielsweise eine zusätzliche Metallschicht {15} aufgebracht. Diese elekt- rische Verbindung kann auch alternativ, z. B. durch Leitkleber, hergestellt werden. Die Metallschicht {15} kann auch auf der Oberfläche der Rückkontaktschicht {2} positioniert werden, womit der Lasemietprozess verbessert werden kann. Demzufolge ist eine sorgfältige Auswahl der Metallschicht {15} erforderlich. Die Querschnitte des zum Bonden vorbereiteten Front- und Rückkontakts der Solarzelle sind in Abb. 5 b) schematisch dargestellt. Nun kann der Lasemietprozess in der zuvor geschilderten Art und Weise erfolgen. Um die Festigkeit der Bondstelle zu erhöhen, können mehrere Niete angebracht werden.
[0031] In Abb. 6 wird der Stromfluss von einer ersten dünnen Metallschicht, z. B. einer Solarzelle, zu einer zweiten Metallschicht, z. B. einer flexiblen elektrischen Verbindungsleitung, schematisch dargestellt. Die Lasernietprozesse werden ähnlich den beschriebenen ausgeführt. Bezüglich der elektrischen Kontaktierung ermöglichen Laserniete den Stromfluss zwischen zwei mit verschiedenen Metallen beschichteten dünnen flexiblen Trägern. Außerdem erzielen die Laserniete auch ein mechanische Verbindung und kann auch nur für diesen Zweck eingesetzt werden.
[0032] Die REM-Abbildung in Abb. 7 zeigt eine Lasernietverbindung zwischen dem Rückkontakt einer Dünnschichtsolarzelle und der Kupferbeschichtung einer flexiblen Leiterplatte. Das Metall des Rückkontaktes ist Molybdän, welches sich weder gut löten noch schweißen lässt. Auf der linken und der unteren Seite der Abbildung sind die Kanten der geöffneten Trägerfolie sichtbar. In der Nähe des Zentrums ist um das gesamte Loch herum ausgeworfenes Material sichtbar, wel- ches während des Lasernietprozesses entsteht und nach dem Wiedererstarren aus dem flüssigen Zustand den Niet bildet.
Anwendungsbeispiele
Die aktuelle Erfindung wird nun anhand unterschiedlicher Beispiele detaillierter beschrieben.
Erstes Beispiel
[0033] Die aktuelle Erfindung wird nun anhand des Vernietens einer dünnen
Molybdänfolie mit einem flexiblen Kupferkontaktbändchen konkreter beschrieben. Derartig dünne Molybdänschichten werden als Rückkontakte für Solarzellen, z. B. CIGS-Solarzellen wie in Abb. 1 , verwendet. Für den Vernietungsprozess können die obersten Schichten der Solarzelle, als Frontkontakt, Absorber usw., bis zum Rückkontakt mechanisch oder mittels Lasers entfernt werden, um die Molybdänschicht freizulegen, wie in Abb. 3 a) zu sehen ist.
[0034] Von der so vorbereiteten Solarzelle wird die Polymerträgerfolie mittels Laser ablation entfernt. Um dies durchzuführen, ist die Solarzellenvorderseite im Bereich der rückseitigen Ablation der Polymerträgerfolie eng mit einer stabilen Halterung verbunden und wird mit einem Laser ausreichender Pulsenergie be- strahlt. Um die Polymerfolie (UPILEX ??? Alex(SOLARlON) Dicke ca. 25 μm) schonend zu ablatieren, wird ein UV-Laserstrahl mit einer Wellenlänge < 300 nm verwendet. Die Energiedichte des ablatierenden Laserstrahles wird während der anhaltenden Ablation mit zunehmender Abtragtiefe und reduzierter Folienrestdicke zum Rückkontakt reduziert, um eine selektive Ablation des Polymerträgers zum metallischen Rückkontaktes zu gewährleisten. Bei diesem Beispiel wird ein Exci- merlaser mit einer Wellenlänge von 248 nm und einer Laserfluenz von 200 bis 600 mJ/cm2 verwendet. Zum selektiven, lokalen Entfernen der Polymerschicht können alternative Prozesse wie Plasmaätzen angewendet werden. [0035] Es wird darauf verwiesen, dass ein kleines Loch in der hochschmelzenden Molybdänschicht den Lasernietprozess unterstützen und verbessern kann. Zu diesem Zweck wird nach der Ablation der die Solarzelle stützenden Polymerfolie ein kleines Loch in die Molybdänschicht gebohrt, wie in Abb. 3 c) dargestellt ist. Das Loch unterstützt später die Bildung des Laserniets. Bei diesem Beispiel wurde das Loch in den 5 μm dünnen Molybdän-Rückkontakt innerhalb 0,1 s mit einer UIt- rakurzpulslaserbestrahlung bei einer Wellenlänge von 775 nm und einer Fluenz von 3 J/cm2 gebohrt. Aufgrund des ultrakurzen Laserpulses findet fast kein Schmelzen der dünnen Metallschicht außerhalb des Loches statt, sodass eine Randwulst vermieden werden kann. Die Lochgröße wurde etwas geringer als die Größe des für das Lasernieten verwendeten Laserstrahles gewählt. In diesem Beispiel wurde ein Laserspot von ca. 15 μm verwendet. Die passende Bohrlochgröße kann durch kreisförmige Bewegungen des Laserspots auf der zu bohrenden Metallschicht eingestellt werden. Allerdings kann das Loch, obwohl es in diesem Beispiel nach der Ablation der Polymerträgerfolie gebohrt wurde, auch vorher erzeugt werden.
[0036] Eine flexible Verbindungsleitung, bestehend aus einer 25 μm starken Kupferschicht auf einer Kapton®-Trägerfolie (d -50 μm) wurde für die Laserniet- versuche verwendet. Die flexible Verbindungsleitung wurde im Bereich der Laservernietung durch Waschen mit Lösungsmitteln und Entfernen ioser Kontaminationen gereinigt. Das gewährleistet einen guten Kontakt der Kupferoberfläche der flexible Verbindungsleitung mit dem Molybdän Rückkontakt.
[0037] Nun werden die flexible Verbindungsleitung und die Solarzelle entsprechend der Abb. 3 d) verbunden. Zusätzlich wird eine Vakuumspanπvorrichtung genutzt, um beide Metalloberflächen zusammenzupressen. Nachdem das Molybdän und die Kupferschicht der flexiblen Verbindungsleitung miteinander, entspre- oi ici ιu r\υυ. j u), vci uui iuci i sn iu, wu u ein cii i-^cinci Lαaci μuia VUI I l u i us uαuci . und einer Energie von 0,15 J sowie einer Wellenlänge von 1064 nm appliziert. Der Laserstrahl mit einem Durchmesser von ca. 30 μm wird auf das gebohrte Loch fokussiert. Aufgrund der Energie des Laserstrahls werden sowohl die Molybdän- a,ls auch die Kupferschicht bis zum Schmelz- bzw. bis zum Verdampfungspunkt erhitzt. Teile der Laserstrahlung sind auch durch das Loch hindurch bis auf die Oberfläche der Kupferschicht gelangt. Wegen seiner niedrigeren Schmelz- und Verdampfungstemperatur schmilzt und verdampft das Kupfer daraufhin. Teile des geschmolzenen Kupfers gelangen infolge des Kupferdampfdruckes durch das Loch hindurch und lagern sich um das laserbestrahlte Gebiet herum ab. Weil der Laserspot zum Nieten größer als das in der Molybdänschicht gebohrte Loch ist, wird die Molybdänschicht bis zum Schmelzpunkt oder gar darüber hinaus erhitzt. Daraufhin kommt es unter Beteiligung beider geschmolzener Metalle zur Herausbildung einer stabilen Verbindung infolge metallurgischer Prozesse und einer Verzahnung der Metalle nach dem Wiedererstarren. Der Transport des geschmolzenen Kupfers des Kontaktbändchens kann auch durch die Ablation oder Verdampfung des Leiterplattenträgers, z.B. einer Polyimidfolie, unterstützt werden. Aufgrund der Druckerzeugung während der Ablation eben dieses Kaptons wird das gesamte geschmolzene Kupfer durch das Loch geschleudert und kann so den Niet bilden.
[0038] Generell gilt für das erfindungsgemäße Verfahren, dass die Materialien des Dünnschichtträgers, der Dünnschicht bzw. des Dünnschichtsystems, des verwendeten Lasers sowie der Art, Größe, Form und Abstand der Öffnungen je nach Anwendung unter den Gesichtspunkten der elektrischen Kontaktierung, der elekt- Tischen Leitfähigkeit, der Stabilität, der Zuverlässigkeit oder Herstellungssicherheit und -aufwand ausgewählt werden. Die quantitativen Angaben insbesondere zu Materialien, dem generellen Verfahrensschritten sowie der bevorzugten Abmes¬ sungen, die im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung oder den einzelnen Ausführungsbeispielen aufgeführt werden, sind nicht auf diese beschränkt, sondern lassen sich auf die anderen, ggfs. für den Fachmann erkennbar, sinngemäß übertragen. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele begrenzt. Dem Fachmann erschließen sich Abwandlungen und Kombinationen. Liste der Bezeichner
1 Träger der Metallschicht #1 ; Trägerfolie der Solarzelle
2 Metallschicht #1 ; Rückkontakt der Solarzelle
3 Halbleiter Typ 1 ; Absorberschicht der Solarzelle; CIGS-Schicht
4 Halbleiter Typ 2; CdS-Schicht
5 Vorderseitenkontakt der Solarzelle
6 Metallschicht #2; Kupferbeschichtung der flexiblen elektrischen Verbindungsleitung a) Vorderseitenbeschichtung b) Rückseitenbeschichtung
7 Träger der Metallschicht #2; Trägerfolie der flexiblen elektrischen Verbindungsleitung
8 Öffnen der Trägerschicht zur Freilegung der Metallschicht #1
9 Bohrung in der Metallschicht #1
10 Andruckkraft
11 Andruckkraft
12 Laserstrahl
13 Laserniet
14 Ritzen der Metallschicht zur elektrischen Isolierung
15 zusätzlich aufgebrachte Metallschicht; zur Kontaktierung der Vorderseite mit dem isolierten Metall
16 Stromfluss

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten, insbesondere der Kontaktflä- chen von Dünnschichtsolarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass unter Anwendung eines Laserstrahles in die Trägerfolie einer flexiblen Dünn- schicht-solarzelle eine Öffnung eingebracht wird, wobei Teile des Frontkontaktes und der Absorberschicht entfernt und der Dünnschichtrückkontakt freigelegt wird, in die Rückseite einer Dünnschichtsolarzelle durch Ablation mit einem gepulsten UV-Laser eine Öffnung eingebracht wird, wobei durch Wahl einer geringen Laserpulsdauer eine Zerstörung der Metallschicht ausgeschlossen wird, die Metallschichten der Dünnschichtsolarzelle und eines Kontaktbändchens einander zugewandt positioniert werden, die Öffnung auf das Kontaktbändchen aufgepresst wird, das aus einer Trägerfolie einer flexiblen elektrischen Verbindungsleitung mit Kup- ferbeschichtung besteht, die aneinander gepressten Metalle durch Lasereinwirkung miteinander verbunden werden, wozu Laserstrahlen mit einer Pulslänge > 1 μs verwendet werden, die entstandenen Dünnschichtsolarzellen mit Kontaktbändchen beliebig parallel oder in Reihe geschaltet werden können.
2. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl aus gleicher Quelle mit unterschiedlicher
Energie eingesetzt wird.
3. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden der beiden Metallfolien ein Nd.YAG-Laser eingesetzt wird, de reine Wellenlänge von 1 ,06 μm sichert.
4. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nietenverbindungen eingebracht werden.
5. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laservemietung eines Kontaktbändchens und der Dünnschichtsolarzelle mehrmals wiederholt wird, um die Festigkeit der Verbindung nachträglich zu erhöhen.
6. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung der oberen Schichten durch Laserbearbei- tung, mechanisches Ritzen oder Maskieren während der Dünnfilmbeschichtung nach der Positionierung des Rückkontakts erfolgt.
7. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gepulste Laserbestrahlung des Trägermaterials der So- larzelle mit dem Ziel erfolgt, sie bis auf den Rückkontakt zu entfernen, von einer Laser- quelle mit einer Wellenlänge im Bereich von 600 bis 190 nm, einer Pulsdauer von < 10 μs und einer Spotgröße im Bereich von 5 bis 500 μm durch/ausgeführt wird.
8. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Laserpuls zum Vernieten eine Pulsdauer > 10 μs und eine Wellenlänge im infraroten oder sichtbaren Spektralbereich hat.
9. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bohren des Loches in den Rückkontakt der Solarzelle von einem gepulsten Laser mit einer Pulsdauer < 1 μs durch/ausgeführt wird.
10. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl in mehrere Teilstrahlen zur simultanen La- serbearbeitung aufgesplittet wird.
11. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Bohren des Loches in den Rückkontakt derselbe Laser verwendet wird wie zum Vernieten.
12. Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die temporäre Leistung des Laserpulses durch mechanische, elektrooptische oder optische Mittel eingestellt wird.
13. Kontaktbändchen, bestehend aus einer Metallschicht auf einem flexiblen Träger geeignet zur Mikrovemietung mit einer flexiblen Dünnschichtsolarzelle.
14. Kontaktbändchen nach Anspruch 13, bestehend aus einer Kupferschicht auf einem Polymersubstrat.
15. Kontaktbändchen nach Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eine flexible Leiterplatte zur Kontaktierung einer CIGS-Solarzelle auf einer fle- xiblen Polymerfolie ist.
16. Kontaktbändchen nach Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des Metallfilms des Kontaktbändchens 2 μm übersteigt.
17. Kontaktbändchen nach Ansprüchen13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Mikroniete im Bereich von 5 bis 500 μm liegt.
18. Kontaktbändchen nach Ansprüchen 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroniete in einer definierten Art und Weise angeordnet sind und der Abstand zwischen den Zentren der Mikroniete im Bereich von 1 bis 10 mal der Größe der Mikroniete liegt.
19. Kontaktbändchen nach Ansprüchen 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikronieten dicht in einer Reihe angeordnet sind und ein Schlitz/Spalt/Langniet bilden.
20. Kontaktbändchen nach Ansprüchen 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es auf eine Dünnschichtsolarzelle mit einer Rückkontaktschichtendicke < 5 μm befestigt wird.
21. Kontaktbändchen nach Ansprüchen 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es an die Dünnschichtsolarzelle durch Druckluft angepresst wird.
22. Dünnschichtsolarzelle mit einem durch Lasernieten stabil verbundenem Kon- taktbändchen.
23. Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet dass entsprechend Abbildung 6 b, in der die Bezugszeichen die folgende Bedeutung haben: 1 Trägerfolie der Dünnschichtsolarzelle
2 Rückkontakt der Dünnschichtsolarzelle
3 Absorberschicht der Dünnschichtsolarzelle
4 entfällt
5 Vorderseitenkontakt der Dünnschichtsolarzelle 6 Kupferbeschichtung des Kontaktbändchens
7 Trägerfolie des Kontaktbändchens
8 Zugang zur Metallschicht der Dünnschichtsolarzelle 13 Laserniet
16 Stromfluss eine Vielzahl in Reihe oder parallel geschaltet werden können.
24. Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend Abbildung 2, in der die Bezugszeichen die folgende Bedeutung haben: 1 Trägerfolie der Dünnschichtsolarzelle
2 Rückkontakt der Dünnschichtsolarzelle
3 Absorberschicht der Dünnschichtsolarzelle
4 CdS-Schicht
5 Vorderseitenkontakt der Dünnschichtsolarzelle 6 Kupferbeschichtung des Kontaktbändchens
7 Trägerfolie des Kontaktbändchens
8 Zugang zur Metallschicht der Dünnschichtsolarzelle 13 Laserniet eine zuverlässige Durchkontaktierung gesichert ist.
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