WO2012123109A2 - Verfahren zum herstellen von flexiblen dünnschicht-solarzellen - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing flexible thin-film solar cells and to a flexible thin-film solar module produced by the method.
  • Flexible thin-film solar cells are known, for example, from DE 100 05 680 B4 and DE 100 06 823 C2.
  • a flexible substrate or flexible carrier material for example, a strip-shaped copper foil is used for the production.
  • the prior art on manufacturing problems in the Use of flexible films made of plastics or metals.
  • Claim 1 features and at a thereafter
  • the inventive measures is a
  • Manufacturing process for flexible thin-film solar cells achieved in which problems in the construction of the individual layers are avoided directly on a flexible film and in that the individual layers first in a conventional manner on a rigid substrate, such as a glass substrate constructed or superimposed and then the entire layer structure is removed as a unit from the glass substrate and placed on a flexible film.
  • FIGS. 1 to 6 The individual and successive method steps illustrated in FIGS. 1 to 6 lead to a finished flexible thin-film solar cell 10 shown in FIG. 7, which leads to a thin-film solar module individually or in a multiplicity of correspondingly interconnected thin-film solar cells. It is understood that the shape and size of the thin-film solar cell 10 may be arbitrary.
  • a preliminary carrier material 11 is a rigid carrier material, for example in the form of a
  • a front contact layer 12 in the form of a TCO layer is brought.
  • a photoactive layer 13 is made of, for example, silicon in a thin film.
  • a back contact layer 14 is brought. This from the
  • Layer structure 15 may be of conventional design.
  • the back contact layer 14 may be made of, for example, thin-film aluminum.
  • Layer structure 15 is shown in FIG.
  • a flexible film 16 is applied to the back contact layer 14, preferably laminated.
  • the flexible film 16 is the
  • the film 16 may be transparent or opaque. This consisting of the glass substrate 11, the layer structure 15 and the laminated film 16 Rohzellenhoff 17 is optionally after turning of the free
  • Laser beam is adjusted so that the boundary layer 19 between the inner surface of the glass substrate 11 and the
  • the laser light may have a wavelength in the range of 532 nm
  • the glass substrate 11 for example, has a thickness of 4 mm.
  • This transparent film 22 also has a partially electrically conductive surface in the form of conductor tracks, in particular contact wires, wherein this transparent film 22 as well as the film 16 is constructed according to DE 102 39 845 C1. In both cases, it is a
  • Solar cell 10 in the form of a thin-film solar cell, whose light incident side for the photoactive layer 13, the exposed surface 21 of the transparent film 22 is.
  • the finished very thin flexible thin-film solar cell 10 can be produced in various geometries or in particular be tailored later. Several such
  • Thin-film solar cells 10 may become larger
  • Thin-film solar cell module summarized or electrically interconnected.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht- Solarzellen weist folgende Schritte auf: e. Aufbringen eines fotoaktiven Schichtaufbaus auf ein starres Substrat aus vorzugsweise Glas mit dessen Frontkontakt-Schicht voraus, f. Aufbringen einer flexiblen Folie auf die dem Substrat abgewandte Rückkontakt-Schicht des Schichtaufbaus, g. Ablösen des fotoaktiven Schichtaufbaus vom Substrat mittels Laserstrahl, h. Aufbringen einer flexiblen Folie auf die Frontkontakt-Schicht.

Description

Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht Solarzellen
BeSchreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen sowie auf ein nach dem Verfahren hergestelltes flexibles Dünnschicht- Solarmodul .
Flexible Dünnschicht-Solarzellen sind beispielsweise aus der DE 100 05 680 B4 sowie DE 100 06 823 C2 bekannt. Als flexibles Substrat bzw. flexibles Trägermaterial wird zur Herstellung beispielsweise eine bandförmige Kupferfolie verwendet. Dabei weist der Stand der Technik auf Herstellungsprobleme bei der Verwendung von flexiblen Folien aus Kunststoffen oder Metallen hin.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen zu schaffen, bei dem ein vom Stand der Technik unterschiedlicher Weg zu deren Verwirklichung gegangen werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren zum
Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen die im
Anspruch 1 angegebenen Merkmale und bei einem danach
hergestellten Dünnschicht-Solarmodul die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein
Herstellungsverfahren für flexible Dünnschicht-Solarzellen erreicht, bei dem Probleme beim Aufbau der einzelnen Schichten unmittelbar auf einer flexiblen Folie vermieden sind und zwar dadurch, dass die einzelnen Schichten zunächst in an sich bekannter Weise auf ein starres Substrat, wie beispielsweise ein Glassubstrat aufgebaut bzw. übereinandergelegt werden und danach der gesamte Schichtaufbau als Einheit vom Glassubstrat abgenommen und auf eine flexible Folie gebracht wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen hinsichtlich des Schichtaufbaus und des Ablösens des Schichtaufbaus vom Substrat und der Verwendung entsprechender Folien als Trägermaterial und/oder als Abdeckung ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 2 bis 5.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
Figuren
1 bis 6 jeweils in schematischer geschnittener Darstellung die einzelnen Verfahrensschritte zum . Herstellen einer flexiblen Dünnschicht-Solarzelle und
Figur 7 in den vorhergehenden Figuren entsprechender
Darstellung eine fertig hergestellte Dünnschicht- Solarzelle zum Aufbau eines Solarmoduls.
Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten einzelnen und aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte führen zu einer in Figur 7 dargestellten fertigen flexiblen Dünnschicht- Solarzelle 10, die einzeln oder in einer Vielzahl entsprechend verschalteter Dünnschicht-Solarzellen zu einem Dünnschicht- Solarmodul führt. Es versteht sich, dass Form und Größe der Dünnschicht-Solarzelle 10 beliebig sein kann.
Gemäß Figur 1 wird als vorläufiges Trägermaterial 11 ein starres Trägermaterial beispielsweise in Form eines
Glassubstrats verwendet. In einem ersten Herstellungsschritt wird auf das Glassubstrat 11 eine Frontkontakt-Schicht 12 in Form einer TCO-Schicht gebracht. Auf die Frontkontakt-Schicht 12 wird eine fotoaktive Schicht 13 aus beispielsweise Silizium in Dünnschicht gebracht. Auf die fotoaktive Schicht 13 wird eine Rückkontaktschicht 14 gebracht. Dieser aus den
aufeinander gelegten Schichten 12 bis 14 hergestellte
Schichtaufbau 15 kann üblicher Bauart sein. Die Rückkontakt- Schicht 14 kann aus beispielsweise Dünnschicht-Aluminium sein. Der auf dem Glassubstrat 11 angeordnete fotoaktive
Schichtaufbau 15 ist in Figur 2 gezeigt.
In einem weiteren Herstellungsschritt wird gemäß Figur 3 auf die Rückkontakt-Schicht 14 eine flexible Folie 16 aufgebracht, vorzugsweise auflaminiert . Die flexible Folie 16 ist der
Rückkontakt-Schicht 14 zugewandt mit Leiterbahnen,
insbesondere Kontaktdrähten versehen, wie dies in der DE 102 39 845 C1 beschrieben ist. Die Folie 16 kann transparent oder opak sein. Dieser aus dem Glassubstrat 11, dem Schichtaufbau 15 und der auflaminierten Folie 16 bestehende Rohzellenaufbau 17 wird gegebenenfalls nach Wenden von der freien
Glassubstrat-Oberfläche 18 her mit einem Laserstrahl 20 beaufschlagt (Figur 4). Vor dem von einem nicht dargestellten Laser ausgehende Laserstrahl 20 wird die gesamte freie dem Schichtaufbau 15 abgewandte Oberfläche 18 des Glassubstrats 11 scannend abgetastet. Die Energie des Lasers bzw. des
Laserstrahles ist so eingestellt, dass die Grenzschicht 19 zwischen der Innenfläche des Glassubstrats 11 und der
gegenüberliegenden Fläche der Frontkontakt-Schicht 12 derart behandelt wird, dass sich ein Ablöseprozess des Glassubstrats 11 von der Frontkontakt-Schicht 12 ergibt. Beispielsweise kann das Laserlicht eine Wellenlänge im Bereich von 532 nm
besitzen, wobei das Glassubstrat 11 beispielsweise eine Dicke von 4 mm aufweist.
Gemäß Figur 5 wird das Glassubstrat 11 nach seinem Ab- bzw. Loslösen aufgrund des Laserstrahls 20 abgehoben und bei Seite gelegt. Das Glassubstrat 11 kann nach einer Reinigung wieder verwendet werden.
Anstelle des Glassubstrats 11 wird gemäß Figur 6 auf die Frontkontakt-Schicht 12 eine transparente Folie 22 auf die Frontkontakt-Schicht 12 des erhalten gebliebenen
Schichtaufbaus 15 aufgebracht, vorzugsweise laminiert. Diese transparente Folie 22 besitzt ebenfalls eine teilweise elektrisch leitende Oberfläche in Form von Leiterbahnen, insbesondere Kontaktdrähten, wobei diese transparente Folie 22 ebenso wie die Folie 16 entsprechend der DE 102 39 845 C1 aufgebaut ist. In beiden Fällen handelt es sich um eine
Kunststofffolie .
Gemäß Figur 7 ergibt sich damit die fertige flexible
Solarzelle 10 in Form einer Dünnschicht-Solarzelle, deren Lichteinfallseite für die fotoaktive Schicht 13 die frei liegende Oberfläche 21 der transparenten Folie 22 ist. Die fertige sehr dünne flexible Dünnschicht-Solarzelle 10 kann in verschiedenen Geometrien hergestellt oder insbesondere nachträglich zugeschnitten werden. Mehrere solcher
Dünnschicht-Solarzellen 10 können zu einem größeren
Dünnschicht-Solarzellenmodul zusammengefasst bzw. elektrisch verschaltet werden.
Alternativ ist es möglich, das Ablösen des Glassubstrats 11 von der Frontkontakt-Schicht 12 mittels Laserstrahl statt nach Figur 5 von der dem Glassubstrat 11 abgewandten Seite des Schichtaufbaus 15 vorzunehmen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dunnschicht- Solarzellen (10), gekennzeichnet durch folgende Schritte: a. Aufbringen eines fotoaktiven Schichtaufbaus (15) auf ein starres Substrat (11) aus vorzugsweise Glas mit dessen Frontkontakt-Schicht (12) voraus, b. Aufbringen einer flexiblen Folie (16) auf die dem Substrat (11) abgewandte Rückkontakt-Schicht (14) des Schichtaufbaus (15), c. Ablöser, des fotoaktiven Schichtaufbaus (15) vom
Substrat (11) mittels Laserstrahl (20), d. Aufbringen einer flexiblen Folie (22) auf die
Frontkontakt-Schicht (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau (15) dadurch gebildet wird, dass die Frontkontakt-Schicht (12), vorzugsweise in Form einer TCO-Schicht auf das Substrat (11), dann auf die
Frontkontakt-Schicht (12) die Schicht (13) aus
fotoaktivem Metall, beispielsweise Silizium, und danach auf die fotoaktive Schicht (13) die Rückkontakt-Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Folien (16, 22) auf die betreffende Schicht {14, 1.2) aufgebracht, vorzugsweise laminiert werden .
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ablösen des Substrats (11) das Laserlicht (20) auf die dem
Schichtaufbau (15) abgewandte Oberfläche (18) des Substrats (11) gerichtet wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die das Substrat (11) ersetzende Folie (22) eine transparente Folie vorzugsweise mit Leiterbahnen verwendet wird.
6. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 und ggf. mindestens einem der ünteransprüche hergestelltes flexibles
Dünnschicht-Solarmodul , gekennzeichnet durch eine lichteinfallsseitige transparente Folie (22), einen darunterliegenden fotoaktiven Schichtaufbau (15) aus Frontkontakt-Schicht (12), fotoaktiver Schicht (13) und Rückkontakt-Schicht (14) sowie eine unter dem
Schichtaufbau (15) angeordnete rückseitige Folie (16) .
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