Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf Dünnschicht-Solarzellenmodule mit in Reihe geschalteten Solarzellen sowie auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Dünnschicht-Solarzellenmodule.Embodiments of the invention relate to thin-film solar cell modules having series-connected solar cells, and to a method of manufacturing such thin-film solar cell modules.
Typischerweise sind die Solarzellen eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls auf einem Glasträger aufgebracht und umfassen eine unmittelbar auf dem Substrat aufliegende transparente Elektrode, ein auf der ersten Elektrode aufgebrachtes photovoltaisch aktives Element sowie eine auf dem photovoltaisch aktiven Element aufgebrachte Elektrode. Die Elektroden sowie die photovoltaisch aktiven Elemente der auf dem Solarzellenmodul ausgebildeten Solarzellen gehen jeweils aus ganzflächig auf dem Solarzellenmodul abgeschiedenen Schichten bzw. Schichtstapeln hervor, die üblicherweise durch Laserbestrahlung strukturiert werden.The solar cells of a thin-film solar cell module are typically applied to a glass carrier and comprise a transparent electrode resting directly on the substrate, a photovoltaically active element applied to the first electrode, and an electrode applied to the photovoltaically active element. The electrodes as well as the photovoltaically active elements of the solar cells formed on the solar cell module respectively emerge from layers or layer stacks deposited over the entire area on the solar cell module, which are usually patterned by laser irradiation.
Ein Verfahren zur Strukturierung von Dünnschicht-Solarzellenmodulen ist in der US 4,892,592 beschrieben. Demnach wird auf einem Trägersubstrat eine transparente Vorderseitenelektrodenschicht aufgetragen. Die Vorderseitenelektrodenschicht wird mittels Laserritzen (laser scribing) streifenartig strukturiert, wobei aus der transparenten Vorderseitenelektrodenschicht nebeneinander angeordnete und zueinander parallel verlaufende erste Elektroden hervorgehen, die durch erste Ritzgräben voneinander beabstandet sind. Danach wird eine photovoltaisch aktive Schicht konformen Charakters abgeschieden, die die ersten Ritzgräben füllt oder auskleidet. Die photovoltaisch aktive Schicht wird mittels eines zweiten Laserritzens strukturiert, wobei aus der photovoltaisch aktiven Schicht Schichtstrukturen hervorgehen, die durch zweite Ritzgräben voneinander separiert sind. Die zweiten Ritzgräben verlaufen neben und parallel zu den ersten Ritzgräben.A method for patterning thin-film solar cell modules is disclosed in US patent no US 4,892,592 described. Thus, a transparent front side electrode layer is applied to a supporting substrate. The front-side electrode layer is patterned in a strip-like manner by means of laser scribing, with first electrodes which are arranged side by side and run parallel to one another emerge from the transparent front-side electrode layer and which are spaced apart from one another by first scribing trenches. Thereafter, a photovoltaic active layer of conformal character is deposited, which fills or lines the first scribing trenches. The photovoltaically active layer is patterned by means of a second laser scribing, resulting from the photovoltaically active layer layer structures, which are separated from each other by second Ritzgräben. The second Ritz trenches run alongside and parallel to the first Ritz trenches.
Beim Abscheiden der zweiten Elektrodenschicht werden die zweiten Ritzgräben gefüllt oder ausgekleidet. Die zweite Elektrodenschicht wird zusammen mit den Schichtstrukturen mittels eines dritten Laserritzens strukturiert, wobei aus der zweiten Elektrodenschicht streifenartige Rückseitenelektroden hervorgehen, die durch dritte Ritzgräben voneinander separiert sind. Die dritten Ritzgräben verlaufen parallel und neben den ersten zweiten Ritzgräben und durchschneiden auch die photovoltaisch aktive Schicht.Upon deposition of the second electrode layer, the second scoring trenches are filled or lined. The second electrode layer is patterned together with the layer structures by means of a third laser scribe, whereby strip-like back-side electrodes emerge from the second electrode layer, which are separated from one another by third scribing trenches. The third scribing trenches run parallel and next to the first second scribing trenches and also cut through the photovoltaically active layer.
Durch das Material der Rückseitenelektrode in den zweiten Ritzgräben wird jeweils die Rückseitenelektrode einer ersten streifenförmigen Solarzelle mit der Vorderseitenelektrode der nächsten streifenartigen Solarzelle verbunden, so dass sich eine Serienverschaltung aller Solarzellen auf dem Solarzellenmodul ergibt.By the material of the backside electrode in the second Ritzgräben the back side electrode of a first strip-shaped solar cell is connected to the front side electrode of the next strip-like solar cell, so that there is a series connection of all solar cells on the solar cell module.
Ein weiteres Verfahren zur Strukturierung eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls mittels Laserritzens ist in der DE 10 2006 051 555 A1 beschrieben. Dabei wird beim Einbringen eines neuen Ritzgrabens der Verlauf eines bereits vorhandenen Ritzgrabens bestimmt und der Verlauf des neuen Ritzgrabens relativ zum Verlauf des vorhandenen Ritzgrabens geregelt.Another method for patterning a thin-film solar cell module by laser scribing is in DE 10 2006 051 555 A1 described. The course of an existing Ritzgrabens is determined when introducing a new Ritzgrabens and regulated the course of the new Ritzgrabens relative to the course of the existing Ritzgrabens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit großflächiger Solarzellenmodule ohne größeren Mehraufwand in der Herstellung zu steigern. Dieses Ziel wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention has for its object to increase the reliability of large-scale solar cell modules without much extra effort in the production. This object is achieved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben. Die Figuren sind nicht maßstabsgerecht. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, sofern sie sich einander nicht ausschließen.Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the figures. The figures are not to scale. The features of the various embodiments may be combined with each other unless they are mutually exclusive.
Die 1A ist eine schematische Draufsicht auf ein Dünnschicht-Solarzellenmodul mit mehreren gleichartigen Zellengruppen von jeweils in Serie geschalteten Solarzellen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.The 1A is a schematic plan view of a thin-film solar cell module having a plurality of similar cell groups of each series-connected solar cell according to an embodiment of the invention.
Die 1B ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Querschnitts durch das Solarzellenmodul der 1A parallel zur Stromflussrichtung in den Solarzellen.The 1B is a schematic perspective view of a cross section through the solar cell module of 1A parallel to the direction of current flow in the solar cells.
Die 1C illustriert schematisch die Orientierung des Solarzellenmoduls nach 1A zu einer Laserschreibvorrichtung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen eines Dünnschicht-Solarzellenmodus unter Verwendung eines Laserschreibers gemäß einer weiteren Ausführungsform.The 1C schematically illustrates the orientation of the solar cell module 1A to a laser writing apparatus for explaining a method of manufacturing a thin-film solar cell mode using a laser writer according to another embodiment.
Die 1D ist ein schematischer Querschnitt durch einen Abschnitt des Solarzellenmoduls nach 1A senkrecht zu Aussparungen zwischen benachbarten Zellenstreifen nach einer ersten Ausführungsform mit drei schmalen Aussparungen in der unteren Elektrodenschicht.The 1D is a schematic cross section through a portion of the solar cell module according to 1A perpendicular to recesses between adjacent cell strips according to a first embodiment with three narrow recesses in the lower electrode layer.
1E ist ein schematischer Querschnitt durch einen Abschnitt des Solarzellenmoduls nach 1A senkrecht zu Aussparungen zwischen benachbarten Zellengruppen nach einer weiteren Ausführungsform mit drei schmalen Aussparungen in der unteren Elektrodenschicht. 1E is a schematic cross section through a portion of the solar cell module according to 1A perpendicular to recesses between adjacent groups of cells according to a further embodiment with three narrow recesses in the lower electrode layer.
Die 1F zeigt schematisch die Auftrittsflächen von Laserstrahlen während der Ausbildung der Aussparungen nach den 1D und 1E bei idealer Justierung beider Schreibebenen zueinander.The 1F schematically shows the areas of occurrence of laser beams during the formation of the recesses after the 1D and 1E with ideal adjustment of both writing levels to each other.
Die 1G zeigt schematisch die Auftrittsflächen von Laserstrahlen während der Ausbildung der Aussparungen nach den 1D und 1E bei maximal zulässiger Dejustierung beider Schreibebenen. The 1G schematically shows the areas of occurrence of laser beams during the formation of the recesses after the 1D and 1E with maximum permissible misalignment of both writing levels.
Die 2A zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Solarzellenmoduls und senkrecht zu Aussparungen nach einem Vergleichsbeispiel zur Erläuterung der Ausführungsform nach 1D.The 2A shows a cross section through a portion of a solar cell module and perpendicular to recesses according to a comparative example for explaining the embodiment according to 1D ,
Die 2B zeigt die Auftrittsflächen von Laserstrahlen zur Ausbildung der Aussparungen gemäß 2A bei optimaler Justierung zweier Schreibebenen.The 2 B shows the contact surfaces of laser beams to form the recesses according to 2A with optimal adjustment of two writing levels.
Die 2C zeigt die Auftrittsflächen von Laserstrahlen zur Ausbildung der Aussparungen gemäß 2A bei maximal zulässiger Dejustierung der zwei Schreibebenen.The 2C shows the contact surfaces of laser beams to form the recesses according to 2A with maximum permissible misalignment of the two writing levels.
Die 3A ist ein schematischer Querschnitt durch einen Abschnitt eines anderen Solarzellenmoduls senkrecht zu Aussparungen zwischen benachbarten Zellengruppen nach einer anderen Ausführungsform mit drei schmalen Aussparungen in der oberen Elektrodenschicht.The 3A Figure 12 is a schematic cross-section through a portion of another solar cell module perpendicular to recesses between adjacent cell groups according to another embodiment with three narrow recesses in the top electrode layer.
3B ist ein schematischer Querschnitt durch einen Abschnitt eines anderen Solarzellenmoduls senkrecht zu Aussparungen zwischen benachbarten Zellengruppen nach einer weiteren Ausführungsform mit drei schmalen Aussparungen in der oberen Elektrodenschicht. 3B Figure 12 is a schematic cross-section through a portion of another solar cell module perpendicular to recesses between adjacent cell groups according to another embodiment with three narrow recesses in the top electrode layer.
Die 3C zeigt schematisch die Auftrittsflächen von Laserstrahlen während der Ausbildung der Aussparungen nach den 3A und 3B bei idealer Justierung beider Schreibebenen.The 3C schematically shows the areas of occurrence of laser beams during the formation of the recesses after the 3A and 3B with ideal adjustment of both writing levels.
Die 3D zeigt schematisch die Auftrittsflächen von Laserstrahlen während der Ausbildung der Aussparungen nach den 3A und 3B bei maximal zulässiger Dejustierung beider Schreibebenen.The 3D schematically shows the areas of occurrence of laser beams during the formation of the recesses after the 3A and 3B with maximum permissible misalignment of both writing levels.
Die 4A ist ein schematischer Querschnitt durch einen Abschnitt eines anderen Solarzellenmoduls senkrecht zu Aussparungen zwischen benachbarten Zellengruppen gemäß einer Ausführungsform mit zwei schmalen Aussparungen in der unteren Elektrodenschicht.The 4A FIG. 12 is a schematic cross-section through a portion of another solar cell module perpendicular to recesses between adjacent cell groups according to an embodiment with two narrow recesses in the lower electrode layer. FIG.
4B ist ein schematischer Querschnitt durch einen Abschnitt eines anderen Solarzellenmoduls senkrecht zu Aussparungen zwischen benachbarten Zellengruppen gemäß einer anderen Ausführungsform mit zwei schmalen Aussparungen in der unteren Elektrodenschicht. 4B FIG. 12 is a schematic cross-section through a portion of another solar cell module perpendicular to recesses between adjacent groups of cells according to another embodiment with two narrow recesses in the lower electrode layer. FIG.
Die 4C zeigt schematisch die Auftrittsflächen von Laserstrahlen während der Ausbildung der Aussparungen nach den 4A und 4B bei idealer Justierung beider Schreibebenen.The 4C schematically shows the areas of occurrence of laser beams during the formation of the recesses after the 4A and 4B with ideal adjustment of both writing levels.
Die 4D zeigt schematisch die Auftrittsflächen von Laserstrahlen während der Ausbildung der Aussparungen nach den 4A und 4B bei maximal zulässiger Dejustierung beider Schreibebenen.The 4D schematically shows the areas of occurrence of laser beams during the formation of the recesses after the 4A and 4B with maximum permissible misalignment of both writing levels.
Die 5 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.The 5 shows a simplified flowchart of a method for producing a thin-film solar cell module according to another embodiment of the invention.
Das in der 1A dargestellte Solarzellenmodul 100 umfasst eine Vielzahl von Solarzellen 110. Die Solarzellen 110 sind innerhalb eines im Abstand von etwa 10 bis 12 mm zur Modulkante umlaufenden Isolatorgrabens 109 vorgesehen. Der Abstand des Isolatorgrabens 109 zur Modulkante ergibt sich aus der geforderten Spannungsfestigkeit des Solarzellenmoduls 100 gegenüber der Umgebung. Beispielsweise beträgt der Abstand des Isolatorgrabens 109 zur Modulkante bei einer geforderten Spannungsfestigkeit von 1000 V etwa 12 mm. Einander in Stromflussrichtung (x-Richtung) benachbarte Solarzellen 110 sind über zwischen den jeweiligen Solarzellen ausgebildete Koppelstrukturen 103 miteinander in Serie geschaltet.That in the 1A illustrated solar cell module 100 includes a variety of solar cells 110 , The solar cells 110 are within an insulator trench surrounding the module edge at a distance of approximately 10 to 12 mm 109 intended. The distance of the insulator trench 109 to the module edge results from the required dielectric strength of the solar cell module 100 opposite the environment. For example, the distance of the Isolatorgrabens 109 to the module edge with a required dielectric strength of 1000 V about 12 mm. One another in the current flow direction (x-direction) adjacent solar cells 110 are formed by between the respective solar cells coupling structures 103 connected in series with each other.
Aus der 1B ergibt sich die Natur der Koppelstrukturen 103, die jeweils einander in Stromflussrichtung (x-Richtung) benachbarte Solarzellen 110 einerseits voneinander trennen und anderseits miteinander elektrisch zu einer Serienschaltung verbinden. Auf einem Substrat 120 sind erste Elektroden 122 vorgesehen, die von ersten Ritzgräben 131 voneinander separiert werden. Die ersten Ritzgräben 131 sind mit einem photovoltaisch aktiven Material, beispielsweise einem halbleitenden Material, gefüllt oder zumindest ausgekleidet. Die photovoltaisch aktiven Elemente 124 liegen auf den ersten Elektroden 122 auf. Zwischen zwei benachbarten photovoltaisch aktiven Elementen 124 sind jeweils ein zweiter und ein dritter Ritzgräben 132, 133 vorgesehen, wobei die zweiten Ritzgräben 132 mit dem Material der zweiten, jeweils auf den photovoltaisch aktiven Elementen 124 aufgebrachten Elektroden 126 gefüllt oder ausgekleidet sind. Die gefüllten zweiten Ritzgräben 132 bilden Verbindungsstrukturen zwischen der zweiten Elektrode 126 der jeweils linken Solarzelle mit der ersten Elektrode 124 der jeweils rechten Solarzelle. Einander benachbarte zweite Elektroden 126 sind durch die dritten Ritzgräben 133 voneinander separiert, die bis zur Oberkante der ersten Elektroden 122 reichen. Die gefüllten ersten und zweiten Ritzgräben 131, 132 sowie die ungefüllten oder mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllten oder ausgekleideten dritten Ritzgräben 133 bilden die Koppelstrukturen 103, die parallel zur y-Richtung und quer zur Stromflussrichtung ausgebildet sind.From the 1B This results in the nature of the coupling structures 103 , the solar cells adjacent to each other in the current flow direction (x-direction) 110 on the one hand separate from each other and on the other hand connect each other electrically to a series connection. On a substrate 120 are first electrodes 122 provided by first scraper trenches 131 be separated from each other. The first scratch ditches 131 are filled or at least lined with a photovoltaically active material, for example a semiconducting material. The photovoltaic active elements 124 lie on the first electrodes 122 on. Between two adjacent photovoltaically active elements 124 are each a second and a third Ritz trenches 132 . 133 provided, the second Ritzgräben 132 with the material of the second, respectively on the photovoltaically active elements 124 applied electrodes 126 filled or lined. The filled second Ritz trenches 132 form connection structures between the second electrode 126 the left solar cell with the first electrode 124 the right solar cell. Neighboring second electrodes 126 are through the third Ritz trenches 133 separated from each other, up to the top of the first electrodes 122 pass. The filled first and second ditches 131 . 132 and the unfilled or filled with an electrically insulating material or lined third Ritz trenches 133 form the coupling structures 103 , the are formed parallel to the y-direction and transverse to the current flow direction.
Im Betrieb des Solarzellenmoduls 100 nach der 1A kann es durch Umwelteinflüsse zu einer Abdeckung einer oder mehrerer Solarzellen 110 nahezu über deren ganzen Breite quer zur Stromflussrichtung kommen. Eine derart abgeschattete Solarzelle wirkt als Verbraucher für den in den anderen, mit der betreffenden Solarzelle in Reihe geschalteten Solarzellen erzeugten Strom und kann sich stark aufheizen. Ist die Solarzelle überdies nicht vollständig homogen so überheizt die Zelle bevorzugt an schwachen Stellen (hot spots), wobei es zu einer bleibenden Schädigung der Solarzelle kommen kann. Ist zum Beispiel das Material der Rückseitenelektrode Aluminium und enthält das Material des photovoltaisch aktiven Elements Silizium, so kann das Aluminium mit dem Silizium legieren.During operation of the solar cell module 100 after 1A It may be due to environmental influences to cover one or more solar cells 110 come almost across the entire width transverse to the direction of current flow. Such a shaded solar cell acts as a consumer for the electricity generated in the other solar cells connected in series with the relevant solar cell and can heat up considerably. Moreover, if the solar cell is not completely homogeneous, the cell preferably overheats at weak spots (hot spots), which can result in lasting damage to the solar cell. For example, if the material of the backside electrode is aluminum and contains the material of the photovoltaic active element silicon, then the aluminum may alloy with the silicon.
Das Solarzellenmodul 100 weist daher Trennstrukturen 101 auf, die parallel zur Stromflussrichtung verlaufen und die Solarzellen 110 jeweils zu Zellengruppen 102 gruppieren. Jede Zellengruppe 102 besteht aus der gleichen Zahl von in Reihe geschalteten Solarzellen 110. Die Anzahl der Zellengruppen 102 ist abhängig von den Abmessungen des Solarzellenmoduls 100. Beispielsweise können die Solarzellen 110 eines Solarzellenmoduls 100 mit den Abmessungen 2200 × 2600 mm zu zwölf Zellengruppen 102 gruppiert sein. Der maximale Strom durch eine abgedeckte Solarzelle 110 ist entsprechend der Anzahl der Zellengruppen 102 reduziert. Zur Ausbildung der Trenngräben 101 ist es erforderlich, beide Elektrodenschichten auf dem Solarzellenmodul 100 entlang der ersten Richtung (x-Richtung) zu trennen.The solar cell module 100 therefore has separation structures 101 on, which run parallel to the current flow direction and the solar cells 110 each to cell groups 102 group. Each cell group 102 consists of the same number of solar cells connected in series 110 , The number of cell groups 102 depends on the dimensions of the solar cell module 100 , For example, the solar cells 110 a solar cell module 100 with the dimensions 2200 × 2600 mm to twelve cell groups 102 be grouped. The maximum current through a covered solar cell 110 is according to the number of cell groups 102 reduced. For the formation of the separation trenches 101 it is necessary to have both electrode layers on the solar cell module 100 along the first direction (x-direction) to separate.
Die 1C zeigt schematisch den räumlichen Bezug zwischen einem zu strukturierenden Solarzellenmodul 100 und einer Laserschreibvorrichtung 190. Die Laserschreibvorrichtung 190 umfasst eine oder mehrere Laserquellen, wobei ein oder mehrere, zum Beispiel vier, Laserstrahlen erzeugt werden, die jeweils an einem Schreibkopf 194 austreten. Die Schreibköpfe 194 sind typischerweise in einer Linie angeordnet und voneinander unabhängig entlang der x-Richtung beweglich ausgeführt. Ein zu bearbeitendes Solarzellenmodul 100 kann gegenüber der Laserschreibvorrichtung 190 in einer zur x-Richtung senkrechten zweiten Richtung (y-Richtung) bewegt werden. Das Solarzellenmodul 100 wird zur Bearbeitung an der Laserschreibvorrichtung 190 zu dieser derart ausgerichtet, dass Lasergräben zur Ausbildung der Koppelstrukturen 103 in y-Richtung geschrieben werden, so dass alle Schreibköpfe 194 gleichzeitig eingesetzt werden können. Dagegen kann nur jeweils eine der die Trennstrukturen 101 bildenden Aussparungen (Ritzgräben) geschrieben werden. Die Gesamtzahl der Ritzvorgänge in x-Richtung ist daher kritisch bezüglich des Durchsatzes von Solarzellenmodulen 100 an der Laserschreibvorrichtung 190.The 1C schematically shows the spatial relationship between a solar cell module to be structured 100 and a laser writing device 190 , The laser writing device 190 includes one or more laser sources, wherein one or more, for example four, laser beams are generated, each at a write head 194 escape. The writing heads 194 are typically arranged in a line and are independently movable along the x-direction. A solar cell module to be processed 100 can be compared to the laser writing device 190 be moved in a direction perpendicular to the x-direction second direction (y-direction). The solar cell module 100 is for processing on the laser writing device 190 aligned to this so that laser trenches to form the coupling structures 103 written in y-direction so that all the writing heads 194 can be used simultaneously. In contrast, only one of the separation structures 101 forming recesses (Ritz trenches) are written. The total number of scratches in the x-direction is therefore critical to the throughput of solar cell modules 100 on the laser writing device 190 ,
Zur Isolierung benachbarter Zellengruppen bei höchstem Maschinendurchsatz könnte daher zunächst daran gedacht werden, beide Elektrodenschichten durch zwei überdeckende Scribes zu trennen. Es zeigt sich aber, dass nur Ritzgräben derselben Ebene ausreichend gut gegeneinander justierbar sind. Dagegen sind bei Ritzvorgängen unterschiedlicher Ebenen Dejustierungen größer 100 μm zueinander möglich. Denn zwischen etwa dem Ritzen der unteren Elektrodenschicht und dem der oberen Elektrodenschicht erfolgen weitere Prozessschritte an anderen Anlagen, so dass das Ritzen in unterschiedlichen Ebenen nicht an derselben Laserschreibvorrichtung 190 erfolgt, sondern dass das Solarzellenmodul 100 in jedem Fall zu einer weiteren Laserschreibvorrichtung neu ausgerichtet werden muss. Dabei kann ein auftretender Justierfehler größer sein als die Weite der Ritzgräben, die bei Laserscribe-Verfahren typischerweise 30 bis 80 μm beträgt.For the isolation of adjacent cell groups with the highest machine throughput, it would therefore be possible to first separate both electrode layers by two overlapping scribes. It turns out, however, that only scribing trenches of the same level are sufficiently well adjustable against each other. By contrast, in the case of scratches of different levels, misalignments greater than 100 μm are possible with respect to one another. Because between approximately the scribing of the lower electrode layer and the upper electrode layer further process steps take place at other facilities, so that the scratches in different levels not on the same laser writing device 190 takes place, but that the solar cell module 100 in each case must be realigned to another laser writing device. In this case, an occurring alignment error can be greater than the width of the scribing trenches, which is typically 30 to 80 microns in Laserscribe method.
Überdecken sich aber die Aussparungen aus dem ersten Ritzvorgang und die Aussparungen aus dem zweiten Ritzvorgang nicht oder nicht vollständig, so werden benachbarte Zellengruppen 102 nicht vollständig voneinander getrennt.However, if the recesses from the first scribing process and the recesses from the second scribing process are not or not completely covered, then adjacent cell groups will be 102 not completely separated.
Es könnte dann daran gedacht werden, dass zur Isolierung benachbarter Zellengruppen genau ein Ritzgraben in der einen Elektrodenschicht und zwei Ritzgräben mit einer Mittellinie justiert zum ersten Ritzgraben in der anderen Rückseitenelektrodenschicht vorgesehen werden. Dabei würde ein Streifen aus dem photovoltaisch aktiven Material beide durch den einen Ritzgraben zunächst getrennte Elektrodenabschnitte überlappen. Da das photovoltaische Material vergleichsweise hochohmig ist, könnte zunächst von einer hochohmigen Trennung benachbarter Zellengruppen ausgegangen werden.It might then be thought that, to isolate adjacent cell groups, exactly one scribing trench in one electrode layer and two scribing trenches having a centerline aligned with the first scribing trench are provided in the other backside electrode layer. In this case, a strip of the photovoltaically active material would both overlap by the first Ritzgraben separate electrode sections. Since the photovoltaic material is comparatively high-impedance, it would initially be possible to assume a high-resistance separation of neighboring cell groups.
Jedoch konnte von den Erfindern aufgezeigt werden, dass im Abschattungsfall längs y-Richtung benachbarte Solarzellen in einander benachbarten Zellengruppen durch Prozessinhomogenitäten in ihrer Spannung um einen Betrag divergieren können, der über der Durchbruchspannung des photovoltaisch aktiven Materials liegt, die bei amorphem Silizium etwa 7 V beträgt. Entgegen den Erwartungen kann demnach zwischen den Solarzellen derart voneinander separierter benachbarter Zellengruppen durchaus ein nicht vernachlässigbarer Strom fließen. Kommt es im Abschattungsfall zum Durchbruch zwischen benachbarten Zellengruppen, so ist die Einteilung in Zellengruppen als vorbeugende Maßnahme zur Hot-Spot-Unterdrückung wirkungslos. Zudem kann die Durchbruchstelle selbst zum „Hot-Spot” werden, wobei zum Beispiel das Aluminium der Rückseitenelektrode mit dem photovoltaisch aktiven Material legiert, so dass es zu einer dauerhaft niederohmigen Verbindung zwischen benachbarten Zellengruppen kommt. Die Wirkung der Zellengruppierung (oder Streifenstrukturierung) wird aufgehoben und es kann trotz Streifenstrukturierung bei teilweiser Abschattung des Solarzellenmoduls zur dauerhaften Schädigung einzelner Solarzellen kommen oder, wenn an einem der Hot-Spots infolge einer sehr starken lokalen Erwärmung das Glas beschädigt wird, zum Ausfall des gesamten Moduls.However, it has been demonstrated by the inventors that, in the shading case, adjacent solar cells in adjacent cell groups may diverge in their voltage by process inhomogeneities greater than the breakdown voltage of the photovoltaic active material, which is about 7V for amorphous silicon , Contrary to expectations, it is therefore possible for a non-negligible current to flow between the solar cells of neighboring cell groups that are so separated from one another. If, in the case of shading, there is a breakthrough between neighboring groups of cells, the division into cell groups is ineffective as a preventive measure for hotspot suppression. In addition, the breakthrough itself can become a "hot spot", for example, the aluminum of the back side electrode with the photovoltaic active Material alloyed, so that it comes to a permanently low-resistance connection between adjacent cell groups. The effect of the cell grouping (or stripe structuring) is eliminated and it may despite stratigraphy with partial shading of the solar cell module for permanent damage to individual solar cells or, if at one of the hot spots due to a very strong local heating the glass is damaged, the failure of the entire module.
Entsprechend der 1D umfasst ein Dünnschicht-Solarzellenmodul 100 gemäß den Ausführungsformen mindestens eine erste Zellengruppe 102a und eine Schichtstruktur 102b, die nebeneinander auf demselben Substrat 120 angeordnet sind. Nach einer Ausführungsform ist die Schichtstruktur 102b eine Randstruktur entlang der Modulkante des Solarzellenmoduls 100 mit dem Schichtaufbau der Solarzellen, siehe dazu auch 1A, Bezugszeichen 109. Nach einer anderen Ausführungsform ist die Schichtstruktur eine andere auf dem Solarzellenmodul in Dünnschichttechnik ausgeführte Funktionseinheit, beispielsweise eine Schutzdiode oder eine Anordnung aus mehreren in Dünnschichttechnik ausgeführten Bauteilen. Gemäß der in der 1D dargestellten Ausführungsform ist die Schichtstruktur 102b eine weitere Zellengruppe mit dem gleichen oder einem ähnlichem Aufbau wie die erste Zellengruppe 102a.According to the 1D includes a thin-film solar cell module 100 according to the embodiments, at least one first cell group 102 and a layered structure 102b standing side by side on the same substrate 120 are arranged. In one embodiment, the layer structure is 102b an edge structure along the module edge of the solar cell module 100 with the layer structure of the solar cells, see also 1A , Reference number 109 , According to another embodiment, the layer structure is another functional unit embodied on the solar cell module in thin-film technology, for example a protective diode or an arrangement of a plurality of thin-film components. According to the in the 1D The embodiment shown is the layer structure 102b another cell group having the same or similar structure as the first cell group 102 ,
Beispielsweise umfasst das Solarzellenmodul 100 vier, sechs, acht, zehn, zwölf oder mehr Zellengruppen 102. Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat 120 gegenüber sichtbarem Licht und Infrarotlicht weitgehend transparent und bildet sowohl eine Unterlage zum Abscheiden von Schichten im Zuge der Herstellung der Solarzellen als auch einen mechanisch stabilen Träger für die derart ausgebildeten Solarzellen zur Montage und zum Betrieb des Solarzellenmoduls 100. Gemäß einer Ausführungsform besteht oder enthält das Substrat 120 Glas und bildet die Vorderseite bzw. Lichteinfallseite des Solarzellenmoduls 100. Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst das Substrat eine reflektierende Schicht und bildet die Rückseite bzw. die dem Licht abgewandte Seite des Solarzellenmoduls 100.For example, the solar cell module comprises 100 four, six, eight, ten, twelve or more cell groups 102 , In one embodiment, the substrate is 120 Visible light and infrared light largely transparent and forms both a substrate for depositing layers in the course of the production of solar cells as well as a mechanically stable support for the thus formed solar cells for mounting and operation of the solar cell module 100 , According to one embodiment, the substrate is or contains 120 Glass and forms the front or light incident side of the solar cell module 100 , According to other embodiments, the substrate comprises a reflective layer and forms the back side or the side of the solar cell module facing away from the light 100 ,
Jede Zellengruppe 102a, 102b umfasst einen auf dem Substrat 120 ausgebildeten ersten Elektrodenstreifen 192, der die ersten Elektroden 122 der jeweils einer der Zellengruppen 102a, 102b zugeordneten Solarzellen umfasst. Die ersten Elektroden 122 können aus genau einer homogenen Lage bestehen oder mehrere Lagen aus jeweils unterschiedlichen Materialien umfassen. Gemäß einer Ausführungsform bestehen die ersten Elektroden 122 aus Materialen, die typischerweise weitgehend transparent gegenüber sichtbarem Licht und Infrarotlicht sowie gegenüber dem zur Strukturierung eingesetzten Laserlicht sind. Beispielsweise bestehen die ersten Elektroden 122 aus Zinnoxid SnO2, das beispielsweise mit Fluor dotiert sein kann, SnO2[Fl] oder Zinkoxid ZnO, das mit Aluminium und/oder mit Indium dotiert sein kann, ZnO[Al], ZnO[In], ZnO[Al, In]. Die Schichtdicke der ersten Elektrodenschicht 122 beträgt beispielsweise 800 nm bis 1 μm.Each cell group 102 . 102b includes one on the substrate 120 formed first electrode strip 192 , the first electrodes 122 each one of the cell groups 102 . 102b includes associated solar cells. The first electrodes 122 may consist of exactly one homogeneous layer or comprise several layers of different materials. According to one embodiment, the first electrodes exist 122 from materials that are typically largely transparent to visible light and infrared light as well as to the laser light used for structuring. For example, the first electrodes exist 122 tin oxide SnO 2 , which may be doped with fluorine for example, SnO 2 [Fl] or zinc oxide ZnO, which may be doped with aluminum and / or indium, ZnO [Al], ZnO [In], ZnO [Al, In] , The layer thickness of the first electrode layer 122 is for example 800 nm to 1 μm.
Jede Zellengruppe 102a, 102b umfasst weiter jeweils einen auf den ersten Elektroden 122 ausgebildeten photovoltaisch aktiven Streifen 194 aus einem Halbleitermaterial, der eine Mehrzahl von photovoltaisch aktiven Elementen 124 umfasst, die jeweils ein, zwei oder mehr pn- bzw. pin-Übergänge ausbilden. Nach einer ersten Ausführungsform bestehen die photovoltaisch aktiven Elemente 124 jeweils aus einer etwa 20 nm stark p-dotierten amorphen Siliziumschicht, einer etwa 300 nm amorphen intrinsischen Siliziumschicht und einer etwa 20 nm stark n-dotierten amorphen Siliziumschicht. Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst die photovoltaisch aktive Schicht zusätzlich eine etwa 20 nm dicke, stark p-dotierte Schicht aus nano- oder mikrokristallinem Silizium, eine etwa 1 μm dicke intrinsische Schicht aus nano- oder mikrokristallinem Silizium und eine etwa 20 nm dicke stark n-dotierte Schicht aus nano- oder mikrokristallinem Silizium. Gemäß anderen Ausführungsformen umfassen die photovoltaisch aktiven Elemente 124 alternativ oder zusätzlich weitere pin-Schichtsysteme mit anderem Bandabstand bzw. mit anderer kristalliner Struktur.Each cell group 102 . 102b each further includes one on the first electrodes 122 trained photovoltaic active strip 194 of a semiconductor material comprising a plurality of photovoltaically active elements 124 each forming one, two or more pn or pin junctions. According to a first embodiment, the photovoltaically active elements exist 124 each of an approximately 20 nm thick p-doped amorphous silicon layer, an approximately 300 nm amorphous intrinsic silicon layer and an about 20 nm heavily n-doped amorphous silicon layer. According to other embodiments, the photovoltaically active layer additionally comprises an approximately 20 nm thick, heavily p-doped layer of nano- or microcrystalline silicon, an approximately 1 .mu.m thick intrinsic layer of nano- or microcrystalline silicon and about 20 nm thick heavily n-doped Layer of nano- or microcrystalline silicon. According to other embodiments, the photovoltaically active elements comprise 124 alternatively or additionally further pin layer systems with different band gap or with another crystalline structure.
Weiter umfasst jede Zellengruppe 102a, 102b jeweils einen zweiten Elektrodenstreifen 196 umfassend jeweils auf einem der photovoltaisch aktiven Elemente 124 angeordnete zweite Elektroden 126. Jede zweite Elektrode 126 umfasst eine homogene Lage oder mehrere Lagen aus unterschiedlichen Materialien. Beispielsweise umfasst jede Elektrode 126 eine Lage aus einem Metall, zum Beispiel Aluminium oder Silber, oder einer leitfähigen Metallverbindung und eine dem Metall unterliegende Schicht aus gegebenenfalls mit Aluminium dotierten Zinn- oder Zinkoxid als Diffusionssperre, die das Eindiffundieren von Metallatomen in das photovoltaisch aktive Material unterbindet. Gemäß weiteren Ausführungsformen umfassen die zweiten Elektroden 126 eine Löthilfsschicht, beispielsweise aus Nickelvanadium, die das Auflöten von Kontaktstrukturen auf die zweiten Elektroden der letzten und der ersten Solarzelle ermöglicht. Die Elektroden 122, 126 sowie die photovoltaisch aktiven Elemente 124 jeweils einer Zellengruppe 102a, 102b, sind jeweils über Koppelstrukturen zu in Reihe geschalteten Solarzellen verbunden.Further, each cell group includes 102 . 102b each a second electrode strip 196 comprising in each case on one of the photovoltaically active elements 124 arranged second electrodes 126 , Every second electrode 126 includes a homogeneous layer or multiple layers of different materials. For example, each electrode includes 126 a layer of a metal, for example aluminum or silver, or a conductive metal compound and a layer of metal optionally doped with aluminum tin or zinc oxide as a diffusion barrier, which prevents the diffusion of metal atoms into the photovoltaically active material. According to further embodiments, the second electrodes comprise 126 a Löthilfsschicht, such as nickel vanadium, which allows the soldering of contact structures on the second electrodes of the last and the first solar cell. The electrodes 122 . 126 as well as the photovoltaic active elements 124 one cell group each 102 . 102b , Are each connected via coupling structures to series-connected solar cells.
Zwei, drei oder mehrere nebeneinander verlaufende und voneinander beabstandete schmale Aussparungen bzw. Ritzgräben 141 trennen entweder die ersten Elektrodenstreifen 192 oder die zweiten Elektrodenstreifen 196 jeweils benachbarter Zellengruppen 102a, 102b voneinander. Zusätzlich trennt eine parallel zu den schmalen Aussparungen 141 verlaufende weite Aussparung 143, die weiter ist als die weiteste schmale Aussparung, die jeweils anderen Elektrodenstreifen 196, 192 der beiden Zellengruppen 102a, 102b voneinander, wobei die weite Aussparung 143 mindestens eine der schmalen Aussparungen 141 vollständig überdeckt.Two, three or more side by side and spaced narrow recesses or Ritzgräben 141 disconnect either the first electrode strips 192 or the second electrode strip 196 each adjacent cell groups 102 . 102b from each other. In addition, one separates parallel to the narrow recesses 141 extending wide recess 143 which is wider than the widest narrow recess, the other electrode strips 196 . 192 the two cell groups 102 . 102b from each other, with the wide recess 143 at least one of the narrow recesses 141 completely covered.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1D trennen genau drei schmale Aussparungen 141 die ersten Elektrodenstreifen 192 voneinander. Mindestens eine und höchstens zwei der schmalen Aussparungen 141 sind teilweise oder vollständig mit Materialien gefüllt, die die photovoltaisch aktiven Elemente 124 und die zweiten Elektroden 126 ausbilden. Zwischen jeweils zwei der schmalen Aussparungen 141 ist jeweils ein Steg aus dem Material der ersten Elektroden 122 ausgebildet.According to the embodiment of the 1D separate exactly three narrow recesses 141 the first electrode strips 192 from each other. At least one and at most two of the narrow recesses 141 are partially or completely filled with materials containing the photovoltaic active elements 124 and the second electrodes 126 form. Between each two of the narrow recesses 141 is in each case a web made of the material of the first electrodes 122 educated.
Die schmalen Aussparungen 141 können unterschiedliche Weiten aufweisen und jeweils in unterschiedlichem Abstand zueinander angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die schmalen Aussparungen 141 jeweils die gleiche Weite auf und sind jeweils im gleichen Abstand zueinander angeordnet, so dass zum Ausgleich derselben Justierungenauigkeit ein minimaler Materialabtrag erforderlich ist.The narrow recesses 141 can have different widths and each arranged at different distances from each other. According to one embodiment of the invention, the narrow recesses 141 each have the same width and are each arranged at the same distance from each other, so that a minimum material removal is required to compensate for the same justification inaccuracy.
Eine einzige weite Aussparung 143 trennt den zweiten Elektrodenstreifen 196 der ersten Zellengruppe 102a vom zweiten Elektrodenstreifen 196 der zweiten Zellengruppe 102b. Die weite Aussparung 143 verläuft parallel zu den schmalen Aussparungen 141. Die weite Aussparung 143 überdeckt mindestens eine der schmalen Aussparungen 141 vollständig. Bei gleichartigen schmalen Aussparungen mit jeweils dem gleichen Abstand zwischen zwei benachbarten Aussparungen entspricht die Weite der weiten Aussparung 143 mindestens der Summe aus der Weite einer der schmalen Aussparungen 141 und dem Abstand zwischen zwei benachbarten schmalen Aussparungen 141. Die schmalen Aussparungen 141 bilden ein Raster für das Trennen benachbarter Zellengruppen 102a, 102b durch die weite Aussparung 143.A single wide recess 143 separates the second electrode strip 196 the first cell group 102 from the second electrode strip 196 the second cell group 102b , The wide recess 143 runs parallel to the narrow recesses 141 , The wide recess 143 covers at least one of the narrow recesses 141 Completely. For similar narrow recesses, each with the same distance between two adjacent recesses corresponds to the width of the wide recess 143 at least the sum of the width of one of the narrow recesses 141 and the distance between two adjacent narrow recesses 141 , The narrow recesses 141 form a grid for separating adjacent cell groups 102 . 102b through the wide recess 143 ,
Die 1E bezieht sich auf solche Ausführungsformen, bei welchen die Schichtdicken der ersten und zweiten Elektroden 122, 126 sowie des photovoltaisch aktiven Elements 124 klein gegenüber der Weite der schmalen Aussparungen 141 sind, so dass die schmalen Aussparungen 141 von den photovoltaisch aktiven Elementen 124 bzw. den zweiten Elektroden 126 ausgekleidet sind.The 1E refers to those embodiments in which the layer thicknesses of the first and second electrodes 122 . 126 and the photovoltaically active element 124 small compared to the width of the narrow recesses 141 are so the narrow recesses 141 from the photovoltaic active elements 124 or the second electrodes 126 are lined.
Die 1F und 1G zeigen die Querschnittsflächen der Laserstrahlen am Auftrittsort auf dem Solarzellenmodul beim Erzeugen der schmalen und weiten Aussparungen gemäß den 1D oder 1E. Der Laserstrahl wird am Auftrittsort üblicherweise zu einer etwa kreisförmigen Querschnittsfläche fokussiert. Der Laserstrahl folgt dann der gewünschten Spur, beispielsweise in x-Richtung, und trägt entlang der Spur durch Ablation Material ab. Die üblichen Strahldurchmesser am Auftrittsort betragen 30 bis 80 μm. Soll eine Aussparung mit einer größeren Weite erzeugt werden, so kann die Aussparung aus mehreren Spuren zusammengesetzt werden, die nebeneinander entlang einer zur x-Richtung senkrechten y-Richtung angeordnet sind und sich geringfügig überlappen können. Innerhalb derselben Schreiblage können die Spuren mit hoher Genauigkeit gegeneinander justiert werden.The 1F and 1G show the cross-sectional areas of the laser beams at the location on the solar cell module in producing the narrow and wide recesses according to the 1D or 1E , The laser beam is usually focused at the location of occurrence to an approximately circular cross-sectional area. The laser beam then follows the desired track, for example in the x direction, and ablates material along the track. The usual beam diameter at the place of occurrence is 30 to 80 microns. If a recess with a larger width is to be generated, then the recess can be composed of a plurality of tracks, which are arranged side by side along a vertical y-direction to the x-direction and can overlap slightly. Within the same writing position, the tracks can be adjusted with high accuracy against each other.
Die 1F und 1G beziehen sich auf Ausführungsformen, bei welchen die weite Aussparung durch Schreiben von drei unmittelbar nebeneinander vorgesehener Spuren 153a–c mit Laserstrahlen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 60 μm und die schmalen Aussparungen durch Schreiben einzelner Spuren 151 mit Laserstrahlen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 40 μm hervorgehen. Die Weite der weiten Aussparung entspricht in etwa oder ist größer der Summe aus der Weite einer der schmalen Aussparungen und dem Abstand der Mittellinien zweier schmaler Aussparungen, der im gezeichneten Beispiel etwa 120 μm beträgt.The 1F and 1G refer to embodiments in which the wide recess by writing three immediately adjacent tracks 153a -C with laser beams each about 60 μm in diameter and the narrow slots by writing individual tracks 151 come out with laser beams with a diameter of about 40 microns each. The width of the wide recess corresponds approximately to or is greater than the sum of the width of one of the narrow recesses and the distance between the center lines of two narrow recesses, which is about 120 microns in the example shown.
Die 1F bezieht sich auf den Fall einer idealen Justierung der beiden Schreibebenen. Die mittlere der Spuren 153b der weiten Aussparung 143 überdeckt die mittlere schmale Aussparung 141. Mit steigender Dejustierung beginnt eine der beiden äußeren Spuren 153a, 153c der weiten Aussparung eine der anderen schmalen Aussparungen zu überdecken. Gerade dann, wenn die mittlere der schmalen Aussparungen nicht mehr vollständig von der weiten Aussparung umfasst wird, ist eine der äußeren schmalen Aussparungen vollständig von der weiten Aussparung freigelegt.The 1F refers to the case of an ideal adjustment of the two writing levels. The middle of the tracks 153b the wide recess 143 covers the middle narrow recess 141 , With increasing misalignment begins one of the two outer tracks 153a . 153c the wide recess to cover one of the other narrow recesses. Just when the middle of the narrow recesses is no longer completely covered by the wide recess, one of the outer narrow recesses is completely exposed from the wide recess.
Steigt die Dejustierung weiter, bleibt entsprechend der 1G diese äußere schmale Aussparung bis zu einer maximal zulässigen Dejustierung Dmax immer von der weiten Aussparung umfasst. Die maximal abdeckbare Dejustierung Dmax entspricht der Summe aus dem Abstand der Mittellinien der schmalen Aussparungen und der halben Weite der weiten Aussparung abzüglich der halben Weite der schmalen Aussparung, im obigen Beispiel 190 μm. Da innerhalb der maximal zulässigen Dejustierung immer alle Schichten mindestens einmal in ihrer Gesamtheit vollständig aufgetrennt werden, ist sichergestellt, dass bei Dejustierungen von bis zu ±190 μm keine Ausgleichsströme zwischen benachbarten Solarzellen benachbarter Zellengruppen fließen. Gleichzeitig wird die Anzahl der für den Durchsatz an der Laserschreibvorrichtung entscheidenden Schreibvorgänge in x-Richtung klein gehalten.If the maladjustment continues, it remains in accordance with the 1G this outer narrow recess up to a maximum allowable misalignment Dmax always includes from the wide recess. The maximum coverable misalignment Dmax corresponds to the sum of the distance between the center lines of the narrow recesses and the half width of the wide recess minus half the width of the narrow recess, in the example above 190 μm. Since all layers are completely separated at least once in their entirety within the maximum permissible misalignment, it is ensured that in the case of misalignments of up to ± 190 μm, no compensating currents flow between adjacent solar cells of adjacent cell groups. At the same time, the number of times the throughput at the Laser writing device crucial writes in x-direction kept small.
Dies wird anhand des in den 2A–2C dargestellten Vergleichsbeispiels erläutert. Entsprechend der 1A trennt über einem Substrat 200 eine erste Aussparung 241 erste Elektroden 222 einer ersten und einer zweiten Zellengruppe 202a, 202b. Eine zweite Aussparung 243 trennt zweite Elektroden 226 und photovoltaisch aktive Elemente 224 der ersten und zweiten Zellengruppe 202a, 202b.This is based on the in the 2A - 2C illustrated comparative example explained. According to the 1A separates over a substrate 200 a first recess 241 first electrodes 222 a first and a second cell group 202a . 202b , A second recess 243 separates second electrodes 226 and photovoltaic active elements 224 the first and second cell group 202a . 202b ,
Entsprechend der 2B ergibt sich die zweite Aussparung 243 aus drei Einzelspuren 253a–c mit einer Weite von jeweils 60 μm. Die erste Aussparung 241 ergibt sich in ähnlicher Weise aus drei unmittelbar nebeneinander vorgesehenen, sich nicht oder nur geringfügig (< 10%) überlappenden Einzelspuren 251a–c mit einer Weite von jeweils 40 μm.According to the 2 B this results in the second recess 243 from three single tracks 253a -C with a width of 60 microns each. The first recess 241 similarly, there are three individual tracks provided immediately adjacent to each other, which do not or only slightly (<10%) overlap 251a -C with a width of 40 microns each.
Aus der 2C ergibt sich für diesen Fall die maximal zulässige Dejustierung Dmax2 der beiden Schreibebenen aus der Summe aus der halben Weite der zweiten Aussparung und der halben Weite einer Einzelspur der ersten Aussparung, in diesem Fall etwa ±110 μm. Um mit einer Kombination aus jeweils einteiligen ersten und zweiten Aussparungen eine Dejustierung von etwa ±190 μm zulassen zu können, wären beispielsweise vier Spuren für die erste Aussparung und fünf Spuren für die zweite Aussparung erforderlich, was insbesondere bei großflächigen Solarzellenmodulen mit mehr als vier Zellengruppen zu einem erheblichen Mehraufwand in der Produktion führt.From the 2C For this case, the maximum permissible misalignment Dmax2 of the two writing planes results from the sum of half the width of the second recess and half the width of a single track of the first recess, in this case about ± 110 μm. In order to allow a combination of each one-piece first and second recesses a misalignment of about ± 190 microns, for example, four tracks for the first recess and five tracks for the second recess would be required, which is especially true for large-scale solar cell modules with more than four cell groups a considerable additional effort in production.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3A trennen die schmalen Aussparungen 341 die zweiten Elektroden 326 und die photovoltaisch aktiven Elemente 324 von Solarzellen in benachbarten Zellengruppen 302a, 302b voneinander. Zwischen jeweils zwei der schmalen Aussparungen 341 ist jeweils ein Steg aus den Materialien der photovoltaisch aktiven Elemente 324 und der zweiten Elektroden 326 ausgebildet. Die schmalen Aussparungen 341 können unterschiedliche Weiten aufweisen und jeweils in unterschiedlichem Abstand zueinander angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die schmalen Aussparungen 341 jeweils die gleiche Weite auf und sind jeweils im gleichen Abstand zueinander angeordnet, so dass zum Ausgleich derselben Justierungenauigkeit ein minimaler Materialabtrag erforderlich ist. Die zweiten Elektroden 326 jeweils einer Zellengruppe 302a, 302b bilden zweite Elektrodenstreifen 396 und die zweiten photovoltaisch aktiven Elemente 324 jeweils einer Zellengruppe bilden photovoltaisch aktive Streifen 394 aus.According to the embodiment of the 3A separate the narrow recesses 341 the second electrodes 326 and the photovoltaic active elements 324 of solar cells in neighboring cell groups 302a . 302b from each other. Between each two of the narrow recesses 341 is in each case a web of the materials of the photovoltaically active elements 324 and the second electrodes 326 educated. The narrow recesses 341 can have different widths and each arranged at different distances from each other. According to one embodiment of the invention, the narrow recesses 341 each have the same width and are each arranged at the same distance from each other, so that a minimum material removal is required to compensate for the same justification inaccuracy. The second electrodes 326 one cell group each 302a . 302b form second electrode strips 396 and the second photovoltaically active elements 324 each one cell group form photovoltaic active stripes 394 out.
Gemäß einer Ausführungsform trennt eine einzige weite Aussparung 343 die ersten Elektroden 322 der ersten Zellengruppe 320a von den ersten Elektroden 322 der zweiten Zellengruppe 302b. Die ersten Elektroden 322 jeweils einer Zellengruppe 302a, 302b bilden erste Elektrodenstreifen 392 aus. Die weite Aussparung 343 verläuft parallel zu den schmalen Aussparungen 341 und ist teilweise mit Materialien gefüllt, die die photovoltaisch aktiven Elemente 324 und die zweiten Elektroden 326 ausbilden. Mindestens eine der schmalen Aussparungen 341 überdeckt vollständig die weite Aussparung 343. Bei gleichartigen schmalen Aussparungen 341 mit jeweils dem gleichen Abstand zwischen zwei benachbarten Aussparungen entspricht die Weite der weiten Aussparung 343 mindestens der Summe aus der Weite einer der schmalen Aussparungen 341 und dem Abstand zwischen zwei benachbarten schmalen Aussparungen 341. Die schmalen Aussparungen 341 bilden ein Raster für das Trennen benachbarter Zellengruppen 302a, 302b durch die weite Aussparung 343.According to one embodiment, a single wide recess separates 343 the first electrodes 322 the first cell group 320a from the first electrodes 322 the second cell group 302b , The first electrodes 322 one cell group each 302a . 302b form first electrode strips 392 out. The wide recess 343 runs parallel to the narrow recesses 341 and is partially filled with materials containing the photovoltaic active elements 324 and the second electrodes 326 form. At least one of the narrow recesses 341 completely covers the wide recess 343 , For similar narrow recesses 341 each with the same distance between two adjacent recesses corresponds to the width of the wide recess 343 at least the sum of the width of one of the narrow recesses 341 and the distance between two adjacent narrow recesses 341 , The narrow recesses 341 form a grid for separating adjacent cell groups 302a . 302b through the wide recess 343 ,
Die 3B bezieht sich auf solche Ausführungsformen, bei welchen die Schichtdicken der ersten und zweiten Elektroden 322, 326 sowie der photovoltaisch aktiven Elemente 324 klein gegenüber der Weite der weiten Aussparung 343 sind, so dass die weite Aussparung 343 von den photovoltaisch aktiven Elementen 324 bzw. den zweiten Elektroden 326 teilweise ausgekleidet wird.The 3B refers to those embodiments in which the layer thicknesses of the first and second electrodes 322 . 326 and the photovoltaic active elements 324 small compared to the width of the wide recess 343 are, so the wide recess 343 from the photovoltaic active elements 324 or the second electrodes 326 partially lined.
Entsprechend der 3C ergibt sich die weite Aussparung 343 aus drei Einzelspuren 353a–c mit einer Weite von beispielsweise jeweils 60 μm, die sich nicht oder nur geringfügig (< 10%) überlappen. Die schmalen Aussparungen 341 ergeben sich jeweils aus voneinander beabstandeten Einzelspuren 351 mit einer Weite von jeweils 40 μm.According to the 3C results in the wide recess 343 from three single tracks 353a -C with a width of, for example, in each case 60 .mu.m, which do not overlap or only slightly (<10%). The narrow recesses 341 each resulting from spaced apart individual tracks 351 with a width of 40 μm each.
Aus der 3D ergibt sich für diesen Fall die maximal abdeckbare Dejustierung Dmax aus der Summe aus dem Abstand der Mittellinien der schmalen Aussparungen 351 und der halben Weite der weiten Aussparung 343 abzüglich der halben Weite der schmalen Aussparung 341, im obigen Beispiel 190 μm.From the 3D For this case, the maximum coverable misalignment Dmax results from the sum of the distance between the center lines of the narrow recesses 351 and half the width of the wide recess 343 less half the width of the narrow recess 341 , in the above example 190 microns.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4A trennen genau zwei schmale Aussparungen 441 einander entsprechende erste Elektrodenstreifen 492, und genau eine weite Aussparung 443 einander entsprechende photovoltaisch aktive Streifen 494 und zweite Elektrodenstreifen 496 einer ersten Zellengruppe 402a und einer Schichtstruktur 402b voneinander. Die erste Zellengruppe 402a umfasst elektrisch in Reihe geschaltete Solarzellen mit jeweils einer ersten Elektrode 422, die dem ersten Elektrodenstreifen 492 zugeordnet ist, einem photovoltaisch aktiven Element 424 entsprechend dem photovoltaisch aktiven Streifen 494 und einer dem zweiten Elektrodenstreifen 496 zugeordneten zweiten Elektrode 426. Die Schichtstruktur 402b ist gemäß der dargestellten Ausführungsform eine zweite Zellengruppe, die gleich oder ähnlich der ersten ausgebildet ist. Gemäß anderen Ausführungsformen ist die Schichtstruktur ein elektrisch funktionsloser Randbereich an der Modulkante oder eine andere in Dünnschichttechnik ausgeführte Funktionseinheit.According to the embodiment of the 4A separate exactly two narrow recesses 441 corresponding first electrode strips 492 , and just a wide gap 443 corresponding photovoltaic active stripes 494 and second electrode strips 496 a first cell group 402a and a layered structure 402b from each other. The first cell group 402a includes electrically connected in series solar cells, each having a first electrode 422 that is the first electrode strip 492 is assigned, a photovoltaically active element 424 according to the photovoltaic active strip 494 and one of the second electrode strips 496 associated second electrode 426 , The layer structure 402b is according to the illustrated embodiment, a second cell group, which is the same or similar to the first formed. According to other embodiments, the layer structure is an electrically insignificant edge region on the module edge or another functional unit implemented using thin-film technology.
Zwischen den beiden schmalen Aussparungen 441 ist ein Steg aus den Materialien der photovoltaisch aktiven Elemente 424 ausgebildet. Die schmalen Aussparungen 441 können unterschiedliche Weiten aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die schmalen Aussparungen 441 jeweils die gleiche Weite auf.Between the two narrow recesses 441 is a bridge made of the materials of the photovoltaic active elements 424 educated. The narrow recesses 441 can have different widths. According to one embodiment of the invention, the narrow recesses 441 each the same width.
Gemäß einer Ausführungsform trennt eine einzige weite Aussparung 443 die ersten Elektroden 422 der ersten Zellengruppe 420a von den ersten Elektroden 422 der zweiten Zellengruppe 402b. Mindestens eine der schmalen Aussparungen 441 überdeckt vollständig die weite Aussparung 443. Die schmalen Aussparungen 441 bilden ein Raster für das Trennen benachbarter Zellengruppen 402a, 402b durch die weite Aussparung 443.According to one embodiment, a single wide recess separates 443 the first electrodes 422 the first cell group 420a from the first electrodes 422 the second cell group 402b , At least one of the narrow recesses 441 completely covers the wide recess 443 , The narrow recesses 441 form a grid for separating adjacent cell groups 402a . 402b through the wide recess 443 ,
Die 4B bezieht sich auf solche Ausführungsformen, bei welchen die Schichtdicken der ersten und zweiten Elektroden 422, 426 sowie der photovoltaisch aktiven Elemente 424 klein gegenüber der Weite der schmalen Aussparungen 441 sind, so dass bei einer Dejustierung der weiten Aussparung 443 eine der schmalen Aussparungen 441 von den photovoltaisch aktiven Elementen 424 bzw. den zweiten Elektroden 426 vollständig oder teilweise ausgekleidet wird.The 4B refers to those embodiments in which the layer thicknesses of the first and second electrodes 422 . 426 and the photovoltaic active elements 424 small compared to the width of the narrow recesses 441 are, so that in case of misalignment of the wide recess 443 one of the narrow recesses 441 from the photovoltaic active elements 424 or the second electrodes 426 completely or partially lined.
Entsprechend der 4C ergibt sich die weite Aussparung 443 aus drei Einzelspuren 453a–c mit einer Weite von beispielsweise jeweils 60 μm, die sich geringfügig (< 10%) überlappen. Die schmalen Aussparungen 441 ergeben sich aus zwei voneinander beabstandeten Einzelspuren 451 mit einer Weite von jeweils 40 μm und einem Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt von etwa 120 μm.According to the 4C results in the wide recess 443 from three single tracks 453a -C with a width of, for example, in each case 60 .mu.m, which overlap slightly (<10%). The narrow recesses 441 arise from two spaced apart individual tracks 451 each with a width of 40 microns and a center-to-center distance of about 120 microns.
Aus der 4D ergibt sich für diesen Fall die maximal abdeckbare Dejustierung Dmax3 in etwa aus der Summe aus dem halben Abstand der Mittelpunkte der Einzelspuren 451 abzüglich der halben Weite der ersten Einzelspur 451 und der halben Weite der zusammengesetzten Spur 453a–c, im obigen Beispiel etwa 120 μm.From the 4D For this case, the maximum coverable maladjustment Dmax3 is approximately equal to the sum of half the distance between the centers of the individual tracks 451 less half the width of the first single track 451 and half the width of the compound track 453a -C, in the above example about 120 microns.
Die 5 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls. Dabei wird eine erste auf einem Substrat vorgesehene erste Elektrodenschicht durch ein Laserablationsverfahren strukturiert, wobei aus der ersten Elektrodenschicht nebeneinander und parallel zueinander verlaufende erste Elektrodenstreifen hervorgehen (502). Nach einer Ausführungsform wird die erste Elektrodenschicht vor dem Abscheiden einer photovoltaisch aktiven Schicht strukturiert.The 5 refers to a method of manufacturing a thin-film solar cell module. In this case, a first first electrode layer provided on a substrate is structured by a laser ablation method, with first electrode strips extending side by side and parallel to one another emerge from the first electrode layer ( 502 ). According to one embodiment, the first electrode layer is patterned before the deposition of a photovoltaically active layer.
Ferner wird eine von der ersten Elektrodenschicht durch eine Halbleiterschicht getrennte zweite Elektrodenschicht durch ein weiteres Laserablationsverfahren strukturiert, wobei aus der zweiten Elektrodenschicht nebeneinander und parallel zueinander verlaufende zweite Elektrodenstreifen hervorgehen (504). Dabei werden die Laserablationsverfahren derart ausgeführt, dass aus dem einem der beiden Laserablationsverfahren mindestens zwei schmale Aussparungen zwischen den einen Elektrodenstreifen und aus dem anderen Laserablationsverfahren mindestens oder genau eine weite Aussparung zwischen den anderen Elektrodenstreifen hervorgeht.Furthermore, a second electrode layer separated from the first electrode layer by a semiconductor layer is structured by a further laser ablation method, with the second electrode layer producing side by side and parallel second electrode strips ( 504 ). In this case, the laser ablation processes are carried out in such a way that at least two narrow recesses between the one electrode strip and from the other laser ablation process emerge from the one laser ablation process at least or exactly one wide gap between the other electrode strips.
Gemäß einer Ausführungsform wird mit dem ersten Laserablationsverfahren die erste Elektrodenschicht und mit dem zweiten Laserablationsverfahren die zweite Elektrodenschicht strukturiert.According to one embodiment, the first electrode layer is patterned using the first laser ablation method and the second electrode layer is structured by the second laser ablation method.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 4892592 [0003] US 4892592 [0003]
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DE 102006051555 A1 [0006] DE 102006051555 A1 [0006]
