光伏薄層太陽能模塊以及用於製造這種薄層太陽能模塊的方法

2023-08-22 22:19:31 2

光伏薄層太陽能模塊以及用於製造這種薄層太陽能模塊的方法
【專利摘要】本發明涉及一種光伏薄層太陽能模塊，尤其具有黃銅礦或鋅黃錫礦半導體吸收層的薄層太陽能模塊。在玻璃襯底（2）上有後電極層（4）、傳導性勢壘層（6）、歐姆接觸層（8）、半導體吸收層（10）、緩衝層（12，14）和前電極層（22）。在該模塊內薄層太陽能電池的串聯在根據本發明的製造方法中通過以下方式來實現，即在完全施加該薄層太陽能模塊的層（4，6，8，10，12，14，22）之後才引入分離溝槽（16，20，24）。分離溝槽（16）用絕緣材料（18）填充。接著分離溝槽（20）用高導電性材料填充，並且導電橋（28）被安置用以把一個太陽能電池的前電極層（22）與相鄰太陽能電池的後電極（4，6，8）串行地電連接。通過根據本發明的方法，電池和模塊規格設計能夠在寬的範圍上也在大量製造中被改變，並且分離溝槽中的腐蝕能夠通過施加半導體吸收層被避免。
【專利說明】光伏薄層太陽能模塊以及用於製造這種薄層太陽能模塊的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及光伏薄層太陽能模塊以及用於製造這種薄層太陽能模塊的方法。

【背景技術】
[0002]光伏太陽能模塊是早已公知的，並且也是商業上可獲得的。合適的太陽能模塊一方面包括結晶和非晶矽太陽能模塊，並且另一方面包括所謂的薄層太陽能模塊。這種薄層太陽能模塊例如基於使用所謂黃銅礦半導體吸收層、例如Cu(In，Ga) (Se, S)系統，並且是複雜的多層系統。在這些薄層太陽能模塊的情況下，在玻璃襯底上通常放有鑰後電極層。在一種方法變型方案中，該鑰後電極層被配備有包含銅和銦以及必要時鎵的前體金屬薄層，並接著在存在硫化氫和/或硒化氫情況下在提高的溫度下被轉變成所謂的CIS或CIGS系統。在另一方法變型方案中，代替硒化氫和硫化氫也可以採用元素硒蒸汽和硫蒸汽。這種薄層太陽能模塊的製造從而是多階段的過程，其中由於眾多相互影響，每個方法階段必須小心地與隨後的方法階段相協調。在選擇和純化在每個層處要採用的材料時還需要特別注意。由設備技術上決定地，大規模地製成其模塊規格超過1.2mX0.5m大小的薄層太陽能模塊經常是不可能或僅能非常難地實現。迄今在各個製造階段中要應用的溫度和反應條件下也不能排除多層系統的各個層的成分、摻雜物或雜質的沾汙(Kontaminat1n)或相互擴散。利用該後電極層的選擇和製造方式，已經可以影響薄層太陽能電池的效率。例如該後電極層應該擁有高的橫向傳導能力，以確保損耗少的串聯。從襯底和/或半導體吸收層遷移出的物質也應該不影響後電極層或半導體吸收層的質量和功能。除此之外，該後電極層的材料還必須與襯底和位於其上的層的熱膨脹特性有良好的匹配，以避免微小裂紋。最後在襯底表面上的附著還應該滿足所有常見的使用要求。雖然可以通過採用特別純的後電極材料來達到良好的效率，然而隨此經常出現過分高的生產成本。另外，前述的遷移或者尤其擴散現象在通常的生產條件下經常導致後電極材料的顯著汙染。例如被引入到半導體吸收層中的摻雜物可以通過前述的擴散而擴散到後電極中，並由此在該半導體吸收層中變得缺乏。結果是所完成的太陽能模塊的明顯較低的效率。甚至在關注所有的方法優化和材料優化時，仍總是強烈地局限於為銷售所設置的薄層太陽能模塊的最終設計。
[0003]按照DE 44 42 824 Cl，通過對黃銅礦半導體吸收層用來自鈉、鉀和鋰組中的元素以114至116原子/cm2劑量來摻雜並同時在襯底和半導體吸收層之間設置擴散阻擋層，應該獲得具有在形態上良好構造的吸收層和良好效率的太陽能電池。可替換地，只要應該放棄擴散阻擋層，那麼就建議採用無鹼襯底。
[0004]B10sch等人(Thin Solid Films 2011)建議在使用聚醯亞胺襯底薄膜時使用由鈦、氮化鈦和鑰組成的層系統，以獲得良好的附著特性和令人滿意的熱特性分布圖。另外B10sch等人(IEEE，2011，卷1，第2號，第194至199頁)還針對柔性薄層太陽能電池的應用而建議採用不鏽鋼襯底薄膜，其上首先為了改善附著而施加薄的鈦層。利用用鈦/鑰/鑰三重覆層構成的這樣的CIGS薄層太陽能電池實現令人滿意的結果。還利用WO 2011/123869A2的技術教導來力求改善的薄層太陽能電池。其中所公開的太陽能電池包括鈉玻璃襯底、鑰後電極層、CIGS層、緩衝層、由本徵氧化鋅構成的層以及由用鋁摻雜的氧化鋅構成的層。第一分離溝槽經由鑰層、CIGS層和粉末層延伸，第二分離溝槽在該鑰層之上開始。在該第一分離溝槽中或上沉積絕緣材料，並可以將前電極層傾斜地包括該第一分離溝槽在內地沉積到該太陽能電池上。通過這種方式應該獲得具有改善的光輸出的薄層太陽能電池。US2004/014419 Al致力於提供一種薄層太陽能電池，其鑰後電極層擁有改善的效率。這應該通過以下方式實現，即給玻璃襯底配備由鑰構成的、其厚度不應超過500nm的後電極層。
[0005]諸如鎢、鑰、鉻、鉭、鈮、釩、鈦和錳的最不同的金屬可以考慮作為薄層太陽能電池的合適的後電極材料，可以已經在Orgassa等人的(Thin Solid Films, 2003, 431-432卷，第1987至1993頁)找到。


【發明內容】

[0006]從而值得期望的是，能夠動用用於製造光伏薄層太陽能模塊的方法，該方法不具有現有技術的缺點，並且尤其較少的過程步驟就夠用，並且雖然如此不遭受如從現有技術的方法中已知的例如在模塊規格方面的限制。另外本發明所基於的任務在於，使可得到薄層太陽能模塊，其擁有更大的填充係數和更高的效率，並且相對於該製造方法的條件是較不敏感的，並儘管如此例如在長度、寬度和形狀方面而允許大的設計多樣性。
[0007]因此獲得一種光伏薄層太陽能模塊(也稱為本發明薄層太陽能模塊的第一擴展方案)，尤其按照該順序包括
至少一個襯底層，尤其是玻璃片材，
尤其直接鄰近該襯底層的至少一個後電極層，尤其包含或基本上由鑰構成，
尤其直接鄰近該後電極層和/或該襯底層的至少一個傳導性勢壘層，尤其雙向勢壘層，
尤其直接鄰近該勢壘層的至少一個接觸層，尤其歐姆接觸層，尤其包含或基本上由鑰和/或硒化鑰和/或硫硒化鑰構成，
尤其直接鄰近該接觸層的至少一個半導體吸收層，尤其黃銅礦或鋅黃錫礦半導體吸收層，
必要時尤其直接鄰近該半導體吸收層的至少一個第一緩衝層，包含或基本上由CdS或無CdS的層構成，尤其包含或基本上由Zn (S，0H)或In2S3構成，和/或
必要時尤其直接鄰近該半導體吸收層或該第一緩衝層的至少一個第二緩衝層，包含並基本上由本徵氧化鋅和/或高歐姆氧化鋅構成，以及
尤其直接鄰近該半導體吸收層、該第一緩衝層和/或該第二緩衝層的至少一個透明前電極層，尤其包含或基本上由η摻雜的氧化鋅構成，其特徵在於，
相間隔的、填充有至少一種絕緣材料的第一結構化分離溝槽，其把相鄰的太陽能電池相互分離直至襯底層，
相間隔的、填充或配備有至少一種導電材料的第二結構化分離溝槽，其延伸直至接觸層或直至後電極層或直至勢壘層，尤其直至勢壘層，並分別與被填充的第一結構化分離溝槽相鄰，
相間隔的第三結構化分離溝槽，其延伸直至接觸層或直至後電極層或直至勢壘層，尤其直至勢壘層，並分別在該第一結構化溝槽的以下側與第二結構化溝槽相鄰，其中該第二結構化分離溝槽與該第一結構化溝槽的該側相鄰，以及
至少一個導電橋，其從填充有導電材料的或配備有這種材料的第二結構化分離溝槽越過填充有絕緣材料的相鄰第一結構化分離溝槽至與之相鄰的太陽能電池的前電極層，使得相鄰的太陽能電池電串聯。
[0008]本發明所基於的任務另外還通過一種光伏薄層太陽能模塊(也稱為本發明薄層太陽能模塊的第二擴展方案)而得到解決，尤其按照該順序包括
至少一個襯底層，尤其玻璃片材，
尤其直接鄰近該襯底層的至少一個後電極層，尤其包含或由鑰構成，
尤其直接鄰近該後電極層的至少一個傳導性勢壘層，尤其雙向勢壘層，
尤其直接鄰近該勢壘層的至少一個接觸層，尤其歐姆接觸層，尤其包含或由鑰和/或硒化鑰和/或硫硒化鑰構成，
尤其直接鄰近該接觸層的至少一個半導體吸收層，尤其黃銅礦或鋅黃錫礦半導體吸收層，
必要時尤其直接鄰近該半導體吸收層的至少一個第一緩衝層，包含或基本上由CdS或無CdS的層構成，尤其包含或基本上由Zn (S，0H)或In2S3構成，和/或
必要時尤其直接鄰近該半導體吸收層或該第一緩衝層的至少一個第二緩衝層，包含並基本上由本徵氧化鋅和/或高歐姆氧化鋅構成，以及
尤其直接鄰近該半導體吸收層、該第一緩衝層和/或該第二緩衝層的至少一個透明前電極層，尤其包含或基本上由η摻雜的氧化鋅構成，其特徵在於，
相間隔的、填充有至少一種絕緣材料的第一結構化分離溝槽，其把相鄰的太陽能電池相互分離直至襯底層，
相間隔的第四結構化分離溝槽，其延伸至接觸層或直至後電極層或直至勢壘層，尤其直至勢壘層，並分別與被填充的第一結構化分離溝槽相鄰並且包括第一容積區域，其沿著與第一結構化分離溝槽相鄰的分離溝槽壁從勢壘層延伸直至前電極層並填充有或配備有至少一種導電材料，以及與之相鄰的第二容積區域，其從接觸層或延伸直至後電極層或直至勢壘層，尤其直至勢壘層，直至前電極層，以及
至少一個導電橋，其從第二結構化分離溝槽的填充有導電材料的或配置有這種材料的第一容積區域越過填充有絕緣材料的相鄰的第一結構化分離溝槽直至與之相鄰的太陽能電池的前電極層，使得相鄰的太陽能電池電串聯。
[0009]在本發明光伏薄層太陽能模塊的所述第一和第二擴展方案的情況下，在第一實施方式中，在襯底層上可以首先存在第一傳導性勢壘層，之上存在後電極層，之上存在接觸層，之上存在半導體吸收層，之上必要時存在第一或第二緩衝層，以及之上存在前電極層。在所述第一和第二擴展方案的情況下，在第二實施方式中，另外在該襯底層上也可以首先存在第一傳導性勢壘層，之上存在後電極層，之上存在第二傳導性勢壘層，之上存在接觸層，之上存在半導體吸收層，之上必要時存在第一或第二緩衝層，以及之上存在前電極層。在本發明薄層太陽能模塊的第一和第二擴展方案的情況下，在優選的第三實施方式中，另外在該襯底層上可以首先存在後電極層，之上存在傳導性勢壘層，之上存在接觸層，之上存在半導體吸收層，之上必要時存在第一或第二緩衝層，以及之上存在前電極層。
[0010]在此在一種實施方式中可以規定，該半導體吸收層是或者包括四元IB-1IIA-VIA黃銅礦層，尤其Cu (In，Ga) Se2層、五元IB-1IIA-VIA黃銅礦層，尤其Cu (In，Ga) (Se1^ Sj 2層，或者鋅黃錫礦層，尤其Cu2ZnSn (Sex, S1J 4層，例如Cu2ZnSn (Se) 4層或Cu2ZnSn (S) 4層，其中X採取O至I的任意值。
[0011]該襯底優選地是板或薄膜。該襯底例如可以是玻璃襯底、諸如玻璃片材、柔性或非柔性的塑料層、例如塑料薄膜、或者金屬板、例如不鏽鋼層或尤其不鏽鋼薄膜，具有大於
0.5m、尤其大於2.0m的寬度，以及大於1.2m、尤其大於3.0m的長度。例如甚至可以使用具有3.2m寬度和6m長度的襯底規格、尤其襯底玻璃規格。由此例如可以獲得以1.6m x 0.7m模塊規格的16個薄層太陽能模塊。
[0012]在尤其合適的擴展方案中規定，後電極層包含或基本上由V、Mn、Cr、Mo、T1、Co、Zr、Ta、Nb和/或W來構成，和/或包含或基本上由包含V、Mn、Cr、Mo、T1、Co、Fe、N1、Al、Zr、Ta、Nb和/或W的合金構成。在本發明的意義上該後電極也可以被稱為體後電極，並且由體後電極或後電極、勢壘層和接觸層組成的系統可以被稱作多層後電極。
[0013]在此也可以規定，該勢壘層是從後電極層和/或通過該後電極層遷移、尤其擴散的或可擴散的成分、尤其摻雜物的勢壘，和/或從該接觸層和/或通過該接觸層遷移、尤其擴散或可擴散的成分、尤其摻雜物的勢壘，尤其是雙向勢壘層。在後一情況下，該勢壘層阻止半導體層在構成該層的摻雜物之一、例如鈉上的貧化，由此能夠保持效率不受損。
[0014]該勢壘層符合目的地是用於鹼離子、尤其鈉離子、或含鹼離子的化合物、硒或硒化合物、硫或硫化合物和/或金屬、尤其Cu、In、Ga、Fe、N1、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Al和/或W的勢壘。所述勢壘層優選地是雙向勢壘層，並且防止來自襯底層和/或後電極層的成分對半導體吸收層的沾汙，以及半導體層的成分、諸如Cu、In和Ga對後電極層的沾汙。在後一情況下，該勢壘層阻止該半導體層在形成該層的金屬之一上的貧化，由此能夠保持效率不受損。
[0015]在特別符合目的的擴展方案中，本發明的後電極的勢壘層相對於摻雜物，尤其相對於針對該半導體吸收層的和/或來自該半導體吸收層的摻雜物，相對於硫族元素、諸如硒和/或硫以及硫族化合物，相對於該半導體吸收層的金屬組成部分、如Cu、In、Ga、Sn和/或Zn,相對於來自後電極層的雜質、如鐵和/或鎳,和/或相對於來自襯底的成分和/或雜質擁有勢壘特性、尤其雙向勢壘特性。相對於來自襯底的摻雜物的雙向勢壘特性應該一方面阻止在後電極或接觸層與半導體吸收層的界面處用例如從玻璃襯底擴散出的鹼離子的富化。這種富化已知是半導體層剝離的原因。該傳導性勢壘層從而應該有助於避免附著問題。另一方面，針對從該半導體吸收體可擴散出或擴散出的摻雜物的勢壘特性應該防止:摻雜物以這種方式在該後電極處丟失，和從而該半導體吸收體在該摻雜物上變貧乏，這將會明顯降低太陽能電池或太陽能模塊的效率。因為例如已知的是，鑰後電極能夠吸收大量的鈉摻雜物。雙向能傳導的勢壘層從而應該能夠實現在該半導體吸收層中有針對性地摻雜摻雜物的條件，以能夠可再生地實現太陽能電池和太陽能模塊的高效率。
[0016]相對於硫族元素的勢壘特性因此應該防止:所述硫族元素到達後電極並在那裡形成金屬硫族化合物。眾所周知，這種硫族化合物、例如MoSe有助於後電極的表面附近層的明顯體積放大，這又帶來層結構中的不平坦以及附著變差。後電極材料、諸如Fe和Ni的雜質是例如黃銅礦半導體的所謂深晶格缺陷(SUrstellen)(半導體毒物)，並因此應該通過該勢壘層而與半導體吸收層相遠離。
[0017]在符合目的的擴展方案中，該勢壘層通常具有至少1nm的平均厚度，尤其至少30nm,和優選最大250nm或150nm。
[0018]由勢壘層存在的狀況決定地，例如可能明顯降低後電極材料的純度。例如後電極層可能用從由Fe、N1、A1、Cr、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W和/或Na組成的組中所選擇的至少一種元素和/或用所述元素的化合物汙染，而不持久地影響具有本發明後電極的薄層太陽能電池或模塊的效率。
[0019]特別優選以下勢壘層，所述勢壘層包含或基本上由至少一種金屬氮化物、尤其TiN, MoN, TaN, ZrN和/或WN、至少一種金屬碳化物、至少一種金屬硼化物和/或至少一種金屬氮化矽、尤其TiSiN、TaSiN和/或WSiN構成。在此情況下，特別是動用這樣的勢壘層，例如TiN，其提供反射光的表面。通過這種方式，已穿過該半導體吸收層的光可以再次通過該半導體吸收層來引導用以提高效率。
[0020]這種金屬氮化物在本發明意義上優選地作為勢壘材料，例如TiN，其中金屬關於氮而化學計量地或過化學計量地、也即氮過量地被沉積。在另一實施方式中規定，在沉積該勢壘層、尤其金屬氮化物勢壘層或金屬氮化矽勢壘層之前、期間和/或之後，在該處理階段中尤其以微小的量來添加氧。由此應該提高勢壘特性，而同時不顯著降低勢壘的傳導性。結合施加勢壘層而添加氧應該導致利用氧或氧化合物來阻擋經常的多晶薄層勢壘的晶界。
[0021]把勢壘層用作多層後電極系統(由後電極層、勢壘層和接觸層組成)的組成部分的另一優點在應用於本發明的薄層太陽能模塊中時還表現在於，半導體吸收層、例如黃銅礦或鋅黃錫礦層的厚度相對於常規的系統可以被明顯減小。因為通過該勢壘層，尤其當以金屬氮化物、例如氮化鈦、或包含這種金屬氮化物或氮化鈦的形式存在時，穿過半導體吸收層的太陽光被非常有效地反射，使得在穿過半導體吸收層的雙重通過的通路上能夠實現非常良好的量子輸出。由於所述勢壘層存在於本發明後電極中或包含所述後電極的薄層太陽能電池或薄層太陽能模塊中，該半導體吸收層的平均厚度可以被減少到例如0.4μπι至
1.5μπι範圍內的值，例如0.5μπι至1.2μπι範圍內的值。
[0022]該勢壘層優選地位於該後電極層與該接觸層之間。可替換地或附加地，也可以把至少一個勢壘層(如前所述的那樣)安置在襯底層與後電極層之間。在這種情況下，該後電極層不直接鄰近該襯底層。
[0023]在另一擴展方案中規定，該接觸層包含或基本上由Mo、W、Ta、Nb、Zr和/或Co、尤其Mo和/或W構成，和/或包含至少一種金屬硫族化物或基本上由其構成，和/或包括至少一個第一覆層，其與勢壘層相鄰，包含或基本上由Mo、W、Ta、Nb、Zr和/或Co、尤其Mo和/或W構成，以及包括至少一個第二覆層，其與勢壘層不相鄰，包含或基本上由至少一種金屬硫族化物構成。該接觸層優選地在朝向襯底的側上直接與勢壘層鄰接，和/或在朝向前電極的側直接與半導體吸收層鄰接。該接觸層以適當的方式包含至少一種金屬硫族化物。
[0024]在此情況下，接觸層或接觸層第二覆層的金屬硫族化物的金屬優選地從鑰、鎢、鉭、鋯、鈷和/或鈮中來選擇，並且金屬硫族化物的硫族元素優選從硒和/或硫中來選擇，其中該金屬硫族化物尤其是MSe2、MS2和/或M(Sei_x，Sx)2，其中M=Mo、W、Ta、Zr、Co或Nb，其中 X 採取從 O 至 I 的任意值，例如 MoSe2、WSe2、TaSe2、NbSe2、Mo (Se1^ Sx) 2, W(Se1^x, Sx) 2、Ta (Sei_x，Sx) 2 和 / 或 Nb (Se1^x, Sx) 2。
[0025]這樣的實施方式也已證實是符合目的的，其中接觸層的第一覆層的金屬和第二覆層的金屬一致，和/或接觸層的第一覆層的金屬和/或第二覆層的金屬與後電極層的金屬一致，和/或接觸層的金屬與後電極層的金屬一致。
[0026]另外接觸層通常具有至少5nm、並優選不大於150nm、特別優選地不大於50nm的平均厚度。
[0027]根據本發明的具有再次升高的效率的薄層太陽能模塊通常通過以下方式來獲得，即半導體吸收層具有至少一種摻雜物，尤其從鈉、鉀和鋰的組中所選擇的至少一種元素，和/或這些元素優選與氧、硒、硫、硼和/或滷素、例如碘或氟的至少一種化合物，和/或優選具有從鑰、鎢、鉭和/或鈮中所選擇的金屬的至少一種鹼金屬青銅、尤其鈉青銅和/或鉀青銅。
[0028]摻雜物、尤其鈉離子在此在接觸層中和/或半導體吸收層中有利地以113至117原子/cm2範圍內、尤其在114至116原子/cm2範圍內的劑量存在。
[0029]第一緩衝層不僅可以以幹化學方式而且還可以以溼化學方式沉積。在此該第一緩衝層可以包含或基本上由CdS或無CdS的層構成，尤其包含或基本上由Zn (S，0H)或In2S3構成。第二緩衝層優選包含或基本上由本徵導電氧化鋅和/或高歐姆氧化鋅構成。
[0030]對於前電極所使用的材料優選對於電磁輻射是透明的，尤其對于波長在半導體吸收波長範圍的範圍內的輻射是透明的。光伏薄層太陽能電池的合適的前電極材料以及其施加是專業人員所已知的。在一個實施方式中，該前電極包含或基本上由η摻雜的氧化鋅構成。
[0031]根據本發明的薄層太陽能模塊在特別合適的擴展方案中也通過以下方式來表徵，後電極層的平均厚度處於50nm至500nm的範圍內，尤其80nm至250nm的範圍內，和/或勢魚層的平均厚度處於1nm至250nm的範圍內，尤其20nm至150nm的範圍內，和/或接觸層的平均厚度處於2nm至200nm的範圍內，尤其5nm至10nm的範圍內，和/或半導體吸收層的平均厚度處於400nm至2500nm的範圍內，尤其500nm至2000nm的範圍內，並優選在800nm至1600nm的範圍內，和/或第一緩衝層的平均厚度處於5nm至10nm的範圍內，尤其1nm至70nm的範圍內，和/或第二緩衝層的平均厚度處於1nm至150nm的範圍內，尤其20nm至10nm的範圍內。在此，多層後電極、也即由後電極或體後電極、勢壘層和接觸層構成的系統的總厚度優選地可以如此來調節，使得多層後電極的比總電阻不超過50微歐*cm，優選10微歐*cm。在所述設定值下在串聯模塊中的歐姆損耗可以再次特別高效地被降低。
[0032]利用也具有這樣的實施方式的本發明薄層太陽能模塊出現高的效率，其中後電極層包含鑰和/或鎢、尤其鑰，或基本上由鑰和/或鎢、尤其鑰構成，傳導性勢壘層包含TiN或基本上由TiN構成，以及接觸層包含MoSe2或基本上由MoSe2構成。
[0033]第一、第二、第三和/或第四結構化分離溝槽在本發明薄層太陽能模塊的符合目的的擴展方案中至少逐段地、尤其完全地具有不大於50 μ m、尤其不大於30 μ m、並優選不大於15 μ m的平均寬度。
[0034]在此在本發明的薄層太陽能模塊中還可以規定，尤其相鄰的第一和第二結構化溝槽和/或尤其相鄰的第一和第三結構化溝槽和/或尤其相鄰的第二和第三結構化溝槽、或者尤其相鄰的第一、第二和第三結構化溝槽、或者尤其相鄰的第一和第四結構化分離溝槽至少逐段地基本平行地伸展。
[0035]另外在本發明的擴展方案中已經證實有利的是，相鄰的第一結構化分離溝槽和/或相鄰的第二結構化分離溝槽和/或相鄰的第三結構化分離溝槽和/或相鄰的第四結構化分離溝槽至少逐段地具有3mm至10mm、尤其4mm至8mm範圍內的平均間距。
[0036]在此也可以規定，相鄰的第一和第二結構化分離溝槽和/或相鄰的第二和第三結構化分離溝槽和/或相鄰的第一和第四結構化分離溝槽至少逐段地、尤其完全地具有5 μ m至100 μ m範圍內、尤其ΙΟμπι至50μπι範圍內的平均間距。
[0037]由可非常窄地構造的結構化分離溝槽決定地和/或由在相鄰的結構化分離溝槽之間小的間距決定地，成功的是:優化或儘可能大地構成太陽能電池的有效面積、也即為轉換太陽能量可供使用的面積。
[0038]在本發明的薄層太陽能模塊情況下，第一結構化分離溝槽經常超出半導體吸收層的水平、尤其超出緩衝層的水平而被填充有絕緣材料。在此情況下，在填充有絕緣體的第一結構化分離溝槽上的橋電阻優選地高於50k歐姆，尤其高於10k歐姆。
[0039]在本發明的薄層太陽能模塊情況下，經常至少兩個、尤其大量單片集成串聯的太陽能電池鄰近。
[0040]本發明所基於的任務另外還通過用於製造本發明薄層太陽能模塊的第一擴展方案的方法而得到解決，其包括:
a)提供尤其平面的襯底層，
b)尤其在該襯底層上施加至少一個後電極層，
c)尤其在該襯底層上或者在該後電極層上或者在該襯底層上和在該後電極層上，尤其在已直接安置在該襯底層上的後電極層上，施加至少一個傳導性勢壘層，
d)尤其在該勢壘層上施加至少一個尤其歐姆性的接觸層，
e)尤其在該接觸層上施加至少一個尤其鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層，
f)必要時尤其在該半導體吸收層上施加至少一個第一緩衝層，
g)必要時尤其在該第一緩衝層上或該半導體吸收層上施加至少一個第二緩衝層，
h)尤其在該半導體吸收層上或者該第一或第二緩衝層上施加至少一個前電極層，
i)至少一個第一結構化步驟，其包括在構造把相鄰的太陽能電池分離的第一結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線藉助雷射處理(第一雷射處理)來移除施加到該襯底層上的層，
j)至少一個第二結構化步驟，其包括
jl)在構造第二結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線來移除從接觸層或從後電極層或從勢魚層、尤其從該勢魚層延伸直至包括前電極層在內(einschliefilich)為止的層，其中所述第二結構化分離溝槽與第一結構化分離溝槽相鄰，或者與所述第一結構化分離溝槽鄰接並且尤其至少逐段地基本與所述第一結構化分離溝槽平行地伸展，或者
J2)在構造第一線狀導電區域下沿著彼此相間隔的線對從接觸層或從後電極層或從勢壘層、尤其從該勢壘層延伸直至包括前電極層在內為止的層進行化學相變和/或熱分解，其中所述第一線狀導電區域與第一結構化分離溝槽相鄰，或者與所述第一結構化分離溝槽鄰接並尤其至少逐段地基本與所述第一結構化分離溝槽平行地伸展，
k)至少一個第三結構化步驟，其包括在構造第三結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線來移除從接觸層或者從後電極層或者從勢壘層、尤其從該勢壘層延伸直至包括前電極層在內為止的層，其中所述第三結構化分離溝槽與第二結構化分離溝槽相鄰，或者與所述第二結構化分離溝槽鄰接並尤其逐段地基本與所述第二結構化分離溝槽平行地伸展，
I)用至少一種絕緣材料來填充第一結構化分離溝槽， m)用至少一種導電材料來填充第二結構化分離溝槽，
η)從填充有導電材料的第二結構化分離溝槽或者第一線狀導電區域越過填充有絕緣材料的相鄰的第一結構化分離溝槽至與之相鄰的太陽能電池的前電極層利用導電材料來構造至少一個導電橋，使得相鄰的太陽能電池電串聯。
[0041]本發明所基於的任務另外還通過用於製造本發明薄層太陽能模塊的第二擴展方案的方法而得到解決，其包括:
a)提供尤其平面的襯底層，
b)尤其在該襯底層上施加至少一個後電極層，
c)尤其在該襯底層上或者在該後電極層上或者在該襯底層上並在該後電極層上，尤其在已直接安置在該襯底層上的後電極層上，施加至少一個傳導性勢壘層，
d)尤其在該勢壘層上施加至少一個尤其歐姆性的接觸層，
e)尤其在該接觸層上施加至少一個尤其鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層，
f)必要時尤其在該半導體層上施加至少一個第一緩衝層，
g)必要時尤其在該第一緩衝層上或在該半導體吸收層上施加至少一個第二緩衝層，
h)尤其在該半導體吸收層上或者在第一或第二緩衝層上施加至少一個前電極層，
i)至少一個第一結構化步驟，其包括在構造把相鄰的太陽能電池分離的第一結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線藉助雷射處理(第一雷射處理)來移除施加到該襯底層上的層，
ο)至少一個第四結構化步驟，其包括
在構造第四結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線來移除從接觸層或從後電極層或從勢壘層、尤其從該勢壘層延伸直至包括前電極層在內為止的層，其中所述第四結構化分離溝槽與第一結構化分離溝槽相鄰，或者與所述第一結構化分離溝槽鄰接並尤其至少逐段地基本與所述第一結構化分離溝槽平行地伸展，
P)用至少一種絕緣材料來填充第一結構化分離溝槽，
q)在不填充/空出與之相鄰的第二容積區域的情況下用至少一種導電材料填充第四結構化分離溝槽的第一容積區域，其中該第一容積區域沿著與第一結構化分離溝槽相鄰的分離溝槽壁從勢壘層延伸直至前電極層，該第二容積區域沿著與該第一結構化分離溝槽不相鄰的分離溝槽壁從勢壘層延伸直至前電極層，
r)從第四結構化分離溝槽的填充有導電材料的第一容積區域越過填充有絕緣材料的相鄰的第一結構化分離溝槽直至與之相鄰的太陽能電池的前電極層用導電材料來構造至少一個導電橋，使得相鄰的太陽能電池電串聯。
[0042]在製造本發明薄層太陽能模塊的第一擴展方案時，也可以在一個方法步驟或一個工作流程中用至少一種導電材料來填充第二結構化分離溝槽以及從填充有導電材料的第二結構化分離溝槽越過填充有絕緣材料的相鄰的第一結構化分離溝槽至與之相鄰的太陽能電池的前電極層用導電材料來構造至少一個導電橋，使得相鄰的太陽能電池串聯，也即步驟m)和η)也可以被組合為步驟s)。
[0043]另外，在製造本發明薄層太陽能模塊的第一擴展方案時可能的是，步驟i)、jl)、k)、l)和m)的順序是任意的，只要I)直接或間接地在i)之後，並且m)直接或間接地在jl)之後，或者步驟i)、j2)、k)和I)的順序是任意的，只要I)直接或間接地在i)之後。順序
i)、jl)、I)、k)、m)和 η),或者 i)、jl)、I)、k)和 s),或者 i)、j2)、I)、k)和 η)是優選的。
[0044]尤其藉助雷射處理優選地通過對從勢壘層延伸直至包括前電極層在內為止的層進行熱分解來進行步驟j2)中的化學相變。由此沿著例如利用雷射所處理的線而相對於相鄰的未經處理的層明顯地提高所述層的傳導能力。這允許類似於填充有導電材料的第二結構化分離溝槽地利用這些被像線那樣處理的層用於相鄰太陽能電池的電串聯中的接觸。對於專業人員來說，對於相變合適的雷射波長和雷射脈衝持續時間是已知的。合適的脈衝持續時間例如為高於I納秒。
[0045]在製造本發明薄層太陽能模塊的第二擴展方案時，也可以在一個方法步驟或一個工作流程中用至少一種導電材料來填充第二結構化分離溝槽的第一容積區域以及從第二結構化分離溝槽的填充有導電材料的第一容積區域越過填充有絕緣材料的相鄰的第一結構化分離溝槽至與之相鄰的太陽能電池的前電極層用導電材料來構造至少一個導電橋，使得相鄰的太陽能電池串聯，也即該步驟q)和r)也可以組合為步驟t)。
[0046]另外，在製造本發明薄層太陽能模塊的第二擴展方案時也可能的是，步驟i)、O)、P)和q)的順序是任意的，只要P)直接或間接地在i)之後，並且q)直接或間接地在ο)之後，順序i)、o)、p)、q)和r),或者i)、o)、p)和t)是優選的。
[0047]方法步驟i)和 jl)、i)和 j2)、i)和 k)、jl)和 k)、J2)和 k)、jl)和 k)和 / 或
i)、j2)和k)在改進方案中也可以同時地進行。另外步驟i)和ο)也可以同時地進行。
[0048]在特別合適的實施方式中，襯底至少局部地對於第一雷射處理的電磁輻射是能透過的。第一結構化步驟的該雷射處理可以符合目的地尤其通過雷射燒蝕從與該襯底的經塗層的側相背離的側進行。
[0049]在本發明方法的另一實施方式中規定，在第二和/或第三和/或第四、尤其第二結構化步驟中，第二、第三或第四結構化分離溝槽藉助雷射處理(第二、第三或第四雷射處理)被生成，和/或在第二和/或第三和/或第四、尤其第三和/或第四結構化步驟中，第二、第三或第四結構化分離溝槽機械地、尤其藉助針刻劃被生成。
[0050]根據本發明方法的特別符合目的的實施方式規定，第一、第二、第三和/或第四結構化分離溝槽和/或第一線狀導電區域至少逐段地、尤其完全地以不大於50 μ m、尤其不大於30 μ m並優選不大於15 μ m的平均寬度被生成。
[0051]本發明方法的改進方案還規定，尤其相鄰的第一和第二和/或尤其相鄰的第一和第三和/或尤其相鄰的第二和第三結構化溝槽、或者尤其相鄰的第一、第二和第三結構化溝槽、或者尤其相鄰的第一和第四結構化分離溝槽、或者尤其相鄰的第一結構化分離溝槽和第一線狀導電區域至少逐段地基本平行地被弓I導。
[0052]另外這樣的方法運用已證實為有利的，其中相鄰的第一結構化分離溝槽和/或相鄰的第二結構化分離溝槽和/或相鄰的第三結構化分離溝槽和/或相鄰的第四結構化分離溝槽和/或相鄰的第一線狀導電區域至少逐段地以3mm至10mm、尤其4mm至8mm的範圍內的平均間距被生成。
[0053]利用本發明的方法，在另一實施方式中，還可以把相鄰的第一和第二結構化分離溝槽和/或相鄰的第二和第三結構化分離溝槽和/或相鄰的第一和第四結構化分離溝槽和/或相鄰的第一結構化分離溝槽和第一線狀導電區域至少逐段地、尤其完全地以5 μ m至100 μ m範圍內、尤其ΙΟμ--至50μπι範圍內的平均間距來生成。
[0054]在此情況下，這樣的實施方式是特別適合的，其中相鄰的第一、第二和第三或相鄰的第一和第四結構化分離溝槽或相鄰的第一結構化分離溝槽和第一線狀導電區域與不相鄰的第一、第二和第三或不相鄰的第一和第四結構化分離溝槽或不相鄰的第一結構化分離溝槽和第一線狀導電區域相比彼此具有更小的平均間距。
[0055]通常在本發明方法的第一擴展方案中，第三結構化分離溝槽、尤其全部的第三結構化分離溝槽通過分別相鄰的第二結構化分離溝槽或第一線狀導電區域而與分別相鄰的第一結構化分離溝槽分離。
[0056]在製造結構化分離溝槽時，優選地利用脈衝持續時間在I皮秒至I納秒範圍內的雷射脈衝來進行第一雷射處理、第二雷射處理和/或第三雷射處理。在用於第一和第二雷射處理的方法中，例如可以採用脈衝持續時間小於10皮秒的雷射脈衝。線推進例如可以為幾m/sec的速度，並且是適於大量生產的。
[0057]本發明方法的第一擴展方案的第一、第二和第三結構化步驟、或本發明方法的第二擴展方案的第一和第四結構化步驟通常導致或通常有助於太陽能電池的單片集成串聯。這些結構化步驟優選地作為像線那樣的(Iinienhaft)處理步驟來構成。
[0058]這樣的方法運用也已被證實為特別符合目的的，其中尤其包含至少一種摻雜物的接觸層包含或基本上由鑰、鉭、鋯、鈷、鈮和/或鎢(第一金屬覆層)和/或至少一種金屬硫族化物構成，所述金屬硫族化物從金屬硒化物、金屬硫化物和/或金屬硫硒化物中來選擇，其中金屬=Mo、W、Ta、Zr、Co 或 N1b，尤其從由 MoSe2、WSe2, MoS2, WS2, Mo (Se1^x, Sx) 2 和 / 或W(Se1^, Sx) 2組成的組中來選擇，其中X採取O至I的任意值。
[0059]本發明的方法優選地規定，半導體吸收層是或者包括四元IB-1IIA-VIA黃銅礦層，尤其 Cu (In, Ga) Se2 層、五元 IB-1IIA-VIA 黃銅礦層，尤其 Cu (In, Ga) (Se1^x, Sx) 2 層，或者鋅黃錫礦層，尤其Cu2ZnSn (Sex, S1J 4層，例如Cu2ZnSn (Se) 4層或Cu2ZnSn (S) 4層，其中x採取O至I的任意值。
[0060]另外這樣的做法已被證實是特別有利的，其中通過在接觸層上施加鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層，存在於接觸層中的金屬或形成該接觸層的金屬完全地或部分地被轉換成金屬硒化物、金屬硫化物和/或金屬硫硒化物。
[0061]本發明的方法在此例如可以如此來進行，使得該接觸層包括由至少一個金屬層和至少一個金屬硫族化物層組成的層序列，其中該金屬層與後電極層或者與傳導性勢壘層鄰近或鄰接，並且其中金屬硫族化物層與半導體吸收層鄰近或鄰接。這樣的做法也是有利的，其中金屬層的金屬和金屬硫族化物層的金屬一致，尤其是鑰和/或鎢。
[0062]本發明的方法例如也可以如此來構成，使得向勢壘層施加例如由鑰、鉭、錯、鈷、鎢和/或鈮組成的至少一個第一金屬覆層，並且該第一金屬覆層在製造半導體吸收層、尤其鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層時在含硒和/或含硫的氣氛中在構造接觸層的情況下部分地被轉化成金屬硫族化物層。本發明方法的另一擴展方案另外還規定，向勢壘層施加由鑰、鉭、鎢、鈷、鋯和/或鈮組成的至少一個第一金屬覆層，並且該第一金屬覆層在製造半導體吸收層、尤其鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層時在含硒和/或含硫的氣氛中在構造接觸層的情況下完全地被轉化成金屬硫族化物層。
[0063]在本發明的方法中，施加半導體吸收層、尤其鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層的步驟在一種符合目的的實施方式中因此包括在接觸層上在構造第二金屬覆層的情況下沉積半導體吸收層的尤其全部的金屬成分，尤其用於黃銅礦半導體吸收層的銅、銦以及必要時鎵，以及用於鋅黃錫礦半導體吸收層的銅、鋅和錫，以及利用硒和/或硒化合物以及必要時利用硫和/或硫化合物來處理所述第二金屬覆層，優選在高於300°C、尤其高於350°C的溫度下。
[0064]在製造半導體吸收層時，轉化溫度經常也處於500°C至600°C的範圍內。在這種溫度下，摻雜物、例如尤其鈉離子或鈉化合物從被摻雜的接觸層遷移、尤其擴散到半導體吸收層中。由勢壘層決定地，不發生到後電極層中的遷移或擴散。由於在處理半導體時的所述相對高的溫度，有利的是，把多層後電極的所選擇的層、尤其後電極和/或傳導性勢壘層如此相組合，使得其線性熱膨脹係數與該半導體吸收體和/或襯底的線性熱膨脹係數相匹配。從而尤其應該把本發明薄層太陽能模塊的後電極和/或勢壘層優選地如此相組合，使得不超過14*10_6_Κ、優選9*10-6_Κ的線性熱膨脹係數。
[0065]在本發明的方法中另外還可以規定，藉助物理氣相沉積、尤其包括物理氣相沉積(Physical Vapor Deposit1n, PVD)塗層、藉助電子射線蒸發器蒸鍍、藉助電阻蒸發器蒸鍍、感應蒸發、ARC蒸發和/或陰極濺射(濺射塗層)、尤其DC或RF磁控管濺射、分別優選在高真空下、或藉助化學氣相沉積、尤其包括化學氣相沉積(Chemical Vapour Deposit1n,CVD)、低壓(low pressure (低壓))CVD 和 / 或氣壓(atmospheric pressure (大氣壓))CVD來獲得後電極層、傳導性勢壘層、第一金屬覆層(尤其包含Mo)、接觸層、第二金屬覆層(尤其包含Cu、In和Ga)、第一緩衝層、第二緩衝層和/或前電極層。
[0066]在此情況下，特別有利的是，可以在唯一的真空塗層設備中、優選在連續濺射方法中來進行後電極層、傳導性勢壘層、第一金屬覆層或接觸層和第二金屬覆層的施加。
[0067]另外，在本發明方法中有利的是，可以在唯一的設備中來進行第一和第二結構化步驟和用絕緣材料填充第一結構化溝槽的步驟。本發明方法的結構化步驟以及填充步驟可以部分或也完全地同時進行或被執行，只要它們在事實邏輯上不必依次地進行。例如可以為此動用雷射和噴墨或氣溶膠噴射設備的多層頭裝置，利用其能夠並行地處理並填充多個溝槽。
[0068]根據本發明可能優選的是，為了藉助本發明雷射和噴墨或氣溶膠噴射設備來施加傳導性的或其他結構，墨、優選熱熔氣溶膠墨被濺射，並由此在該襯底上施加導電接觸，其中雷射和噴墨或氣溶膠噴射設備至少部分地可加熱或被加熱，優選地有如下的標準，即所採用的墨在至少40°C的溫度下具有η < IPas的粘度。這示例性地在DE 10 2007 058 972Al中進行了描述，其通過所述引用被結合於此。
[0069]如果用於尤其是(一個或多個)噴墨和/或氣溶膠噴射設備的墨包括金屬微粒，尤其從由銀、錫、鋅、鉻、鈷、鎢、鈦和/或其混合物所組成的組中選擇的金屬微粒，那麼這也可以是有利的。可替換地或附加地，墨可以包含金屬氧化物，例如氧化鉛、氧化鉍、氧化鈦、氧化鋁、氧化鎂和/或其混合物。
[0070]如果墨包含從由C16至C2tl、優選C14至C16線性脂肪醇和/或多價醇、如己烷-1，6- 二醇所組成的組中選擇的熱塑性化合物，那麼這也可以是有利的。
[0071]根據本發明也可能優選的是，在墨中所包含的溶劑從乙二醇醚、M甲基吡咯烷酮、2- (2- 丁氧乙氧基)乙醇和/或其混合物中來選擇。
[0072]也可能優選的是，墨包含分散劑和/或消泡劑作為添加劑。
[0073]結構化溝槽在此例如可以在薄層太陽能模塊的長度上以連貫的工作流程來製造。例如可以以這種方式來獲得長度為1.6m以及更長的結構化溝槽。結構化溝槽的長度的限制例如可以通過模塊或襯底的長度或者通過設備技術的設定值給出，但不通過本發明的方法本身給出。
[0074]在優選的實施方式中，利用噴墨或利用氣溶膠噴射方法來給第一結構化溝槽填充絕緣材料和/或給第二結構化溝槽或第四結構化溝槽的第一容積區域填充導電材料。利用噴墨方法，絕緣材料以及導電材料可以非常精細地被計量，如例如也從噴墨印刷工業所已知的。例如可以藉助噴墨方法和/或利用氣溶膠噴射方法來精細計量具有在約10皮升至小於I皮升範圍內的體積的小滴，並例如利用精密xyz臺來精確調節地填充或噴射到結構化分離溝槽中。另外這種微小的滴體積也能夠實現例如通過滴大小、滴速率和/或推進和/或通過相應的橫向調節僅僅部分地填充結構化分離溝槽。例如第二結構化溝槽可以在約20微米的寬度情況下擁有約3微米的高度。在這種縱橫比下例如可以容易地在唯一的工作流程中給第一結構化分離溝槽完全地填充絕緣材料，並部分地、也即在第一容積區域中給第二結構化分離溝槽填充導電材料，並另外還從該被填充的第一容積區域至相鄰太陽能電池的前電極來形成導電橋。
[0075]作為用於絕緣材料的填充材料例如可以使用快速硬化的絕緣墨或UV硬化的電絕緣漆，如由半導體技術中所已知的。優選地直接在該填充步驟之後進行UV照明。
[0076]本發明所基於的令人吃驚的認識是，通過結構化過程序列，尤其結合包含尤其雙向勢壘層的多層後電極，能夠在大量製造中以高的質量並以高的效率成本高效地並可再生地獲得具有單片集成串聯太陽能電池的光伏薄層太陽能模塊。另外在此情況下有利的是，也可以在大量製造中在其他範圍內來改變電池和模塊規格設計，並能夠大程度地考慮並實施相應的客戶願望。這對由薄層太陽能模塊的客戶所期望的開路電壓和短路電流同樣也是適用的。通過在沉積全部層直至前電極層之後才進行對太陽能電池的結構化，在製造半導體吸收層期間也不提供用於損害的侵蝕點，其中所述半導體吸收層的製造通常在腐蝕性條件下來進行，也即在高溫下並且在存在例如硒化氫、硫化氫、元素硒和/或元素硫蒸氣的情況下。例如可以在形成金屬硫族化物的情況下排除單層的滲入(Unterwanderung)。因為在由現有技術已知的方法情況下，結構化溝槽在半導體形成過程之前被製造，因此結構化溝槽處於在350°C至600°C範圍內的在半導體形成時所應用的高溫以及必要時還有鹼擴散的影響下，並且於是在硒或硫影響下經常受腐蝕。隨之出現地進行由於機械應力引起的微裂紋形成以及層滲入，其中該機械應力由在硒和/或硫影響下受腐蝕的金屬的體積膨脹引起。利用本發明的方法避開這些缺點。因此實現具有改善附著的薄膜系統，並實現由單層構成的層構造，所述單層通過與按照來自現有技術的方法所獲得的薄層太陽能模塊相比更平坦的表面來表徵。界面粗糙度或層厚度波動不再被觀測到。另外，在形成半導體吸收層期間不再存在分開的後電極，使得可以不再擔心在結構溝槽側面處的表面腐蝕。由此降低或甚至禁止微裂紋的風險。另外還可以在通過熔化後電極金屬進行雷射結構化時避免形成結構化邊緣。這樣的熔化邊緣在半導體吸收層的形成條件下一般對於與硒和/或硫的反應是特別敏感的。通常不能防止導致微裂紋的顯著的體積膨脹。利用本發明薄層太陽能模塊，這種問題不再出現。
[0077]在本發明的薄層太陽能模塊情況下也有利的是，對於每個太陽能電池都能夠可靠地提供儘可能大的光伏活性面積，這可以用於獲取能量。可構造得非常窄的結構化分離溝槽與在相鄰結構化分離溝槽之間的可調整到最低限度上的間距完全一樣地有助於這一點。
[0078]本發明的方法另外還允許避開在雷射過程時否則經常出現的對絕緣勢壘層的損壞。從而能夠防止鹼離子不受控制地從襯底玻璃到達半導體吸收層中。通過避免半導體吸收層的過摻雜,並通過給結構化溝槽填充絕緣填充材料,相對於現有技術而明顯改善了在相鄰電池之間的所期望的高的橋電阻，使得結果是明顯的填充係數增益或效率增益。另外，通過受控制地對半導體吸收層進行摻雜確保，在按照本發明方法所獲得的薄層太陽能模塊中不再出現由鹼離子而誘發的各個層的附著問題。從而可以劇烈地降低不要使用的次品的份額。
[0079]利用本發明的薄層太陽能模塊，可以實現更高的填充係數和改善的效率。
[0080]也已證實有利的是，可以在唯一的設備中實施多個方法步驟。這例如對第一和第二結構化步驟以及給第一結構化分離溝槽填充絕緣材料是適用的。本發明的方法因此在明顯性能改善的情況下允許成本更低的處理。該半導體吸收層也可以顯著更有針對性地被配備摻雜物。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0081]本發明的其他特徵和優點從隨後的描述得出，其中根據示意性附圖而示例性闡述本發明的優選實施方式。在此:
圖1示出根據本發明方法第一實施方式而獲得的本發明薄層太陽能模塊的第一實施方式的一個製造階段的示意性橫截面圖；
圖2示出根據本發明方法而獲得的本發明薄層太陽能模塊的隨後的製造階段的示意性橫截面圖；
圖3示出根據本發明方法而獲得的本發明薄層太陽能模塊的另一製造階段的示意性橫截面圖；
圖4示出根據本發明方法而獲得的本發明薄層太陽能模塊的另一製造階段的示意性橫截面圖；
圖5示出根據本發明方法而獲得的本發明薄層太陽能模塊的另一製造階段的示意性橫截面圖；
圖6示出根據本發明方法而獲得的本發明薄層太陽能模塊的另一製造階段的示意性橫截面圖；
圖7示出根據本發明方法的可替換實施方式而獲得的本發明薄層太陽能模塊的可替換實施方式的一個製造階段的示意性橫截面圖；
圖8基於根據圖7的製造階段示出本發明薄層太陽能模塊的可替換實施方式的另一製造階段的示意性橫截面圖；
圖9示出根據本發明方法的可替換實施方式而獲得的本發明薄層太陽能模塊的另一可替換實施方式的一個製造階段的示意性橫截面圖；以及
圖10基於根據圖9的製造階段示出本發明薄層太陽能模塊的可替換實施方式的另一製造階段的示意性橫截面圖。

【具體實施方式】
[0082]從得出圖1本發明薄層太陽能模塊I的一個中間製造階段的示意性橫截面圖。在玻璃襯底2上藉助薄層沉積存在例如由鑰構成的體後電極層(Bulk-Riickelektrodenschicht) 4。與之B比鄰地放上例如由TiN或ZrN構成的雙向反射勢壘層6，該勢壘層同樣可以藉助薄層沉積來獲得。在所示的實施方式中在該勢壘層6上放上由諸如硒化鑰的金屬硫族化物構成的歐姆接觸層8。如前文已經一般性闡述的，該接觸層可以以不同的方式和方法來獲得。在一個擴展方案中，例如從硒化鑰靶來濺射硒化鑰。可替換地，可以首先塗敷金屬層，該金屬層接著在形成半導體吸收層之前和/或期間被轉換為相應的金屬硫族化物。在優選的實施方式中，該接觸層8在此也可以被摻入至少一種摻雜物，例如鈉離子或鈉化合物，尤其亞硫酸鈉或硫化鈉。該層10是半導體吸收層，並且例如可以作為黃銅礦半導體吸收層或作為鋅黃錫礦半導體吸收層存在。用於塗敷所述半導體吸收層的方法是專業人員所已知的。如果在該接觸層中存在摻雜物，那麼該摻雜物通常在形成半導體吸收層的條件下擴散到後者中。於是藉助薄層沉積在該半導體吸收層10上首先施加由例如CdS、Zn (S，0H)或In2S3構成的第一緩衝層12以及由本徵氧化鋅構成的第二緩衝層14、以及接著施加由η摻雜的氧化鋅構成的前電極層22。
[0083]本發明薄層太陽能模塊I的在圖1中所示的層序列2、4、6和8可以在唯一的設備中在基本上連貫的過程中來製成。在整個過程時間段期間，可以在唯一的設備中來處理。從而不僅避免了昂貴的方法步驟，而且同樣降低了產品中間階段例如被氧沾汙的危險。
[0084]圖2示出在獲得製造階段Ib下在製造中間階段Ia處所進行的第一結構化步驟。藉助於對該透明襯底2的下側(通過箭頭符號所示)進行雷射處理來生成第一分離溝槽16，該第一分離溝槽最終確定單片集成串聯的太陽能電池的寬度。通過該第一分離溝槽16例如把太陽能電池100和200相互分離。通過這種方式，包括前電極層在內，例如通過15 μ m的平均分離溝槽寬度沿著線把位於該襯底之上的所有層都移除。
[0085]在圖3中所再現的製造階段Ic情況下，在該層系統處，這次是從上側在形成相間隔的第二分離溝槽20下藉助雷射處理來進行第二結構化過程。從前電極層22經由緩衝層以及半導體吸收層10直至包括接觸層8在內為止直至勢壘層移除所有層，優選地在15 μ m的平均寬度上。這些第二分離溝槽20也可以機械地、例如藉助針刻劃來生成。所述第二分離溝槽與第一分離溝槽16相鄰地來安置，並例如擁有小於50 μ m的平均間距，例如約為30 μ m。第一和第二分離溝槽16、20這裡優選地基本上平行。
[0086]如在圖4中所示，對第一分離溝槽16例如可以藉助噴墨方法或氣溶膠噴射方法來填充例如可利用UV光硬化的絕緣材料18。在此情況下該第一分離溝槽應該優選地如在圖中所示地直至前電極層22、也即高於第二緩衝層14被填充有絕緣材料18，以便在朝向電池200的側上在該結構化側面的壁區域中避免後來的短路。獲得製造階段Id。
[0087]第一和第二雷射結構化以及給該第一分離溝槽填充絕緣材料的步驟，在此情況下可以優選地在同一個設備中來實施。由此取消耗費的調整，相反地這僅須進行唯一一次。第一和第二分離溝槽也可以彼此以更窄的間距來安置，由此放大了該薄層太陽能模塊的光伏活性面積。
[0088]接著該製造階段Id為了在該單片集成串聯中限定絕緣結構而經受第三結構化步驟，其中生成第三分離溝槽24，所述第三分離溝槽如第二分離溝槽20 —樣延伸直至勢壘層6，即製造階段Ie (見圖5)。所述第三分離溝槽與第二分離溝槽20相鄰地安置，並例如擁有小於50 μ m的平均間距,例如約30 μ m。第二和第三分離溝槽20、24在此優選地基本上平行。第三分離溝槽24可以藉助雷射處理或機械地、例如藉助針刻劃來獲得。太陽能電池100的第一、第二和第三分離溝槽16、20和24在本發明意義上形成了彼此相鄰的分離溝槽。
[0089]在圖6中再現的下一方法階段上，在所示的實施方式中，第二分離溝槽20位置精確地用高導電性的材料26來填充，並同時利用這種導電材料26沿著前電極層22的表面越過填充有絕緣材料18的相鄰的第一分離溝槽16直至相鄰的太陽能電池200、例如直至該太陽能電池200的前電極層22來生成導電橋28。從而確保在第一太陽能電池100的後電極4與相鄰太陽能電池200的前電極22之間的導電接觸，並因此確保串聯。該導電材料的塗敷例如可以藉助噴墨方法或氣溶膠噴射方法來進行。獲得製造階段if。
[0090]在所示的方法中，在符合目的的擴展方案中，薄層太陽能模塊的目標規格可以藉助切割而從襯底的最初規格在製造階段If之後獲得。
[0091]在切割模塊之前或之後，可以加入其他常見的方法階段，例如塗敷層壓薄膜和/或施加保護玻璃層。這些方法階段對於專業人員本身是常見的。
[0092]從圖7中得出先前所示的製造階段Ic和If的替換方案。代替首先生成第二分離溝槽20，以接著用導電材料填充所述第二分離溝槽，可以藉助有針對性的雷射處理以限制為例如針對前述第一實施方式所述的第二分離溝槽的寬度的方式來生成高導電性的區域30，其優選平行於第一分離溝槽16，該區域30構成了從後電極4到前電極22的導電路徑。通過藉助脈衝式雷射進行在空間上限制於區域30的熱輸入(Eintrag)，在當前情況下導致處於勢壘層之上的層至高導電性路徑的變相。
[0093]如在圖8中所總結地，然後可以對應於製造階段Id和Ie首先給第一分離溝槽16填充絕緣材料18，並接著機械地或藉助雷射處理來生成第三分離溝槽24。之後與前述製造階段If相類似地從第一太陽能電池100的第一高導電性區域30至相鄰第二太陽能電池200的前電極層22越過填充有絕緣材料18的第一分離溝槽16來施加由導電材料26構成的橋28。以這種方式也實現本發明薄層太陽能模塊I的分別相鄰的太陽能電池的串聯。
[0094]圖9示出了用於獲得本發明薄層太陽能模塊的另一替換方案。首先，方法與在前述製造階段Ia至Ie情況下類似，也即生成第一和第二分離溝槽16和20，並且給第一分離溝槽填充絕緣材料18。與圖1至圖5中所示的本發明方法的做法不同，根據圖9的實施方式的第二分離溝槽20』比根據圖5的第二分離溝槽20更寬地來實施。在用於施加導電材料26的位置精確的方法情況下，例如通過噴墨方法或氣溶膠噴射方法所提供的，在該實施方式中第二分離溝槽20』也可以構造得不比在根據圖1至5的前述實施方式中寬。
[0095]在隨後的方法步驟中，如在圖10中所示，給第二分離溝槽20』的第一容積區域32位置精確地填充可硬化的導電材料26，而且在空出/忽略相鄰的第二容積區域34下來填充。同時在該方法步驟中，從第一太陽能電池100的填充有導電材料26的第一容積區域32至相鄰的第二太陽能電池200的前電極層22越過填充有絕緣材料18的第一分離溝槽16來生成由導電材料26構成的導電橋。也以這種方式實現本發明薄層太陽能模塊I的分別相鄰的太陽能電池的串聯。該第一容積區域32在此從與相鄰的第一分離溝槽16相鄰的第一分離溝槽壁36延伸至導電材料26的壁區域40中，該壁區域與第二分離溝槽20』的相對的第二分離溝槽壁38相間隔。該第二容積區域34因此從第二分離溝槽壁38延伸直至該壁區域40。兩者都開始於勢壘層6，並在該薄層太陽能模塊I的橫向取向上行進直至包括前電極22在內為止。可以避免第一容積區域32與第二分離溝槽壁38接觸以避免短路。
[0096]在前面的描述中、權利要求中以及附圖中所公開的本發明特徵不僅可以單獨地、而且還可以以每種任意組合對於在其不同的實施方式中實現本發明是基本的。
【權利要求】
1.光伏薄層太陽能模塊，其尤其以這種順序包括: 至少一個襯底層， 尤其直接鄰近該襯底層的至少一個後電極層， 尤其直接鄰近該後電極層和/或該襯底層的至少一個傳導性勢壘層， 尤其直接鄰近該勢壘層的至少一個接觸層，尤其歐姆接觸層， 尤其直接鄰近該接觸層的至少一個半導體吸收層，尤其黃銅礦或鋅黃錫礦半導體吸收層， 必要時尤其直接鄰近該半導體吸收層的至少一個第一緩衝層，其包含或基本上由CdS或無CdS的層構成，尤其包含或基本上由Zn (S，OH)或In2S3構成，和/或 必要時尤其直接鄰近該半導體吸收層或該第一緩衝層的至少一個第二緩衝層，其包含並基本上由本徵氧化鋅和/或高歐姆氧化鋅構成，以及 尤其直接鄰近該半導體吸收層、該第一緩衝層和/或該第二緩衝層的至少一個透明前電極層，其尤其包含或基本上由η摻雜的氧化鋅構成，其特徵在於， 相間隔的、填充有至少一種絕緣材料的第一結構化分離溝槽，其把相鄰的太陽能電池相互分離直至襯底層， 相間隔的、填充有或配備有至少一個導電材料的第二結構化分離溝槽，其延伸直至接觸層或直至後電極層或直至勢壘層，尤其直至勢壘層，並分別與被填充的第一結構化分離溝槽相鄰， 相間隔的第三結構化分離溝槽，其延伸直至接觸層或直至後電極層或直至勢壘層，尤其直至勢壘層，並分別在第一結構化溝槽的以下側與第二結構化溝槽相鄰，其中該第二結構化分離溝槽與第一結構化溝槽的該側相鄰，以及 至少一個導電橋，其從填充有導電材料的或配備有這種材料的第二結構化分離溝槽越過填充有該絕緣材料的相鄰第一結構化分離溝槽至與之相鄰的太陽能電池的前電極層。
2.光伏薄層太陽能模塊，其尤其以這種順序包括: 至少一個襯底層， 尤其直接鄰近該襯底層的至少一個後電極層， 尤其直接鄰近該後電極層和/或該襯底層的至少一個傳導性勢壘層， 尤其直接鄰近該勢壘層的至少一個接觸層，尤其歐姆接觸層， 尤其直接鄰近該接觸層的至少一個半導體吸收層，尤其黃銅礦或鋅黃錫礦半導體吸收層， 必要時尤其直接鄰近該半導體吸收層的至少一個第一緩衝層，其包含或基本上由CdS或無CdS的層構成，尤其包含或基本上由Zn (S，0Η)或In2S3構成，和/或 必要時尤其直接鄰近該半導體吸收層或該第一緩衝層的至少一個第二緩衝層，其包含並基本上由本徵氧化鋅和/或高歐姆氧化鋅構成，以及 尤其直接鄰近該半導體吸收層、該第一緩衝層和/或該第二緩衝層的至少一個透明前電極層，其尤其包含或基本上由η摻雜的氧化鋅構成，其特徵在於， 相間隔的、填充有至少一種絕緣材料的第一結構化分離溝槽，其把相鄰的太陽能電池相互分離直至襯底層， 相間隔的第四結構化分離溝槽，其延伸直至接觸層或直至後電極層或直至勢壘層，尤其直至勢壘層，並分別與被填充的第一結構化分離溝槽相鄰，並且包括第一容積區域，其沿著與第一結構化分離溝槽相鄰的分離溝槽壁從勢壘層延伸直至前電極層，並填充有或配備有至少一種導電材料，以及與之相鄰的第二容積區域，其從接觸層或從後電極層或從勢壘層、尤其是從勢壘層延伸直至前電極層，以及 至少一個導電橋，其從第二結構化分離溝槽的填充有導電材料的或配備有這種材料的第一容積區域越過填充有絕緣材料的相鄰第一結構化分離溝槽至與之相鄰的太陽能電池的前電極層。
3.根據權利要求1或2所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於，該半導體吸收層是或者包括四元IB-1IIA-VIA黃銅礦層，尤其Cu (In, Ga) Se2層、五元IB-1IIA-VIA黃銅礦層，尤其Cu(In, Ga) (Se1^x, Sx)2層，或者鋅黃錫礦層，尤其Cu2ZnSn(Sex，S1J4M，例如 Cu2ZnSn(Se)4層或Cu2ZnSn (S)4層，其中X採取O至I的值。
4.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 該襯底是玻璃片材、塑料層或者金屬板，其尤其具有大於0.5m、尤其大於2.0m的寬度以及大於1.2m、尤其大於3.0m的長度。
5.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 該後電極層包含或基本上由V、Mn、Cr、Mo、T1、Co、Zr、Ta、Nb和/或W構成，和/或包含或基本上由含V、Mn、Cr、Mo、T1、Co、Fe、N1、Al、Zr、Ta、Nb和/或W的合金構成。
6.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 該勢壘層是用於從後電極層和/或通過後電極層遷移、尤其擴散的或可擴散的成分和/或用於從接觸層和/或通過接觸層遷移、尤其擴散或可擴散的成分的勢壘，尤其是雙向勢壘層。
7.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 該勢壘層是用於鹼離子、尤其鈉離子、或含鹼離子的化合物、硒或硒化合物、硫或硫化合物和 / 或金屬、尤其 Cu、In、Ga、Fe、N1、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta，'Al 和 / 或W 的勢壘。
8.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 該勢壘層包含或基本上由至少一種金屬氮化物、尤其TiN、MoN、TaN, ZrN和/或WN、至少一種金屬碳化物、至少一種金屬硼化物和/或至少一種金屬氮化矽、尤其TiSiN、TaSiN和/或WSiN構成。
9.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 該接觸層包含或基本上由Mo、W、Ta、Nb、Zr和/或Co、尤其Mo和/或W構成，和/或 包含至少一種金屬硫族化物或基本上由其構成，和/或 包括與勢壘層相鄰的至少一個第一覆層，所述第一覆層包含或基本上由Mo、W、Ta、Nb、Zr和/或Co、尤其Mo和/或W構成， 以及與勢壘層不相鄰的至少一個第二覆層，所述第二覆層包含或基本上由至少一種金屬硫族化物構成。
10.根據權利要求9所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 接觸層或接觸層第二覆層的金屬硫族化物的金屬從鑰、鎢、鉭、鋯、鈷和/或鈮中來選擇，並且金屬硫族化物的硫族元素從硒和/或硫中來選擇，其中金屬硫族化物尤其是MSe2、MS2 和 / 或 M(Sei_x，Sx)2，其中 M=Mo、W、Ta、Zr、Co 或 Nb，其中 X 採取 O 至 I 的值。
11.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 接觸層的第一覆層的金屬和第二覆層的金屬一致，和/或接觸層的第一覆層的金屬和/或第二覆層的金屬與後電極層的金屬一致，和/或接觸層的金屬與後電極層的金屬一致。
12.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 半導體吸收層具有至少一種摻雜物，尤其從鈉、鉀和鋰組中所選擇的至少一種元素，和/或這些元素優選與氧、硒、硫、硼和/或滷素、例如碘或氟的至少一種化合物，和/或優選具有從鑰、鎢、鉭和/或鈮中所選擇的金屬的至少一種鹼金屬青銅、尤其鈉青銅和/或鉀青銅。
13.根據權利要求12所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 摻雜物、尤其鈉離子在接觸層中和/或半導體吸收層中以在113至117原子/cm2範圍內、尤其在114至116原子/cm2範圍內的劑量存在。
14.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 後電極層的平均厚度處於50nm至500nm的範圍內，尤其在80nm至250nm的範圍內，和/或勢魚層的平均厚度處於1nm至250nm的範圍內，尤其在20nm至150nm的範圍內，和/或接觸層的平均厚度處於從2nm至200nm的範圍內，尤其在5nm至10nm的範圍內，和/或半導體吸收層的平均厚度處於400nm至2500nm的範圍內，尤其在500nm至2000nm的範圍內，並優選在800nm至1600nm的範圍內，和/或第一緩衝層的平均厚度處於5nm至10nm的範圍內，尤其在1nm至70nm的範圍內，和/或第二緩衝層的平均厚度處於1nm至150nm的範圍內，尤其在20nm至10nm的範圍內。
15.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 後電極層包含鑰和/或鎢、尤其鑰，或基本上由鑰和/或鎢、尤其鑰構成， 傳導性勢壘層包含TiN或基本上由TiN構成， 以及 接觸層包含MoSe2或基本上由MoSe2構成。
16.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 第一、第二、第三和/或第四結構化分離溝槽至少逐段地、尤其完全地具有不大於50 μ m、尤其不大於30 μ m並優選不大於15 μ m的平均寬度。
17.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 尤其相鄰的第一和第二結構化溝槽和/或尤其相鄰的第一和第三結構化溝槽和/或尤其相鄰的第二和第三結構化溝槽或者尤其相鄰的第一、第二和第三結構化溝槽或者尤其相鄰的第一和第四結構化分離溝槽至少逐段地基本平行地伸展。
18.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 相鄰的第一結構化分離溝槽和/或相鄰的第二結構化分離溝槽和/或相鄰的第三結構化分離溝槽和/或相鄰的第四結構化分離溝槽至少逐段地具有3mm至10_、尤其4mm至8_範圍內的平均間距。
19.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 相鄰的第一和第二結構化分離溝槽和/或相鄰的第二和第三結構化分離溝槽和/或相鄰的第一和第四結構化分離溝槽至少逐段地、尤其完全地具有5 μ m至100 μ m範圍內、尤其10 μ m M 50 μ m範圍內的平均間距。
20.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於， 第一結構化分離溝槽超出接觸層的水平用絕緣體填充、尤其超出半導體吸收層的水平用絕緣體填充，和/或在填充有絕緣體的第一結構化分離溝槽上的橋電阻大於50k歐姆，尤其大於10k歐姆。
21.根據前述權利要求之一所述的薄層太陽能模塊，其特徵在於 至少兩個、尤其大量單片集成串聯的太陽能電池。
22.用於製造根據權利要求1和3至21之一所述的薄層太陽能模塊的方法，只要所述權利要求直接或間接引用權利要求1，其包括: a)提供尤其平面的襯底層， b)尤其在該襯底層上施加至少一個後電極層， c)尤其在該襯底層或者該後電極層上或者在該襯底層上和在該後電極層上，尤其在已直接安置在該襯底層上的後電極層上，施加至少一個傳導性勢壘層， d)尤其在該勢壘層上施加至少一個尤其歐姆性的接觸層， e)尤其在該接觸層上施加至少一個尤其鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層， f)必要時尤其在該半導體吸收層上施加至少一個第一緩衝層， g)必要時尤其在該第一緩衝層上或該半導體吸收層上施加至少一個第二緩衝層， h)尤其在該半導體吸收層上或者該第一或第二緩衝層上施加至少一個透明的前電極層， i)至少一個第一結構化步驟，其包括在構造把相鄰的太陽能電池分離的第一結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線藉助雷射處理(第一雷射處理)來移除施加到該襯底層上的層， j)至少一個第二結構化步驟，其包括 jl)在構造第二結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線來移除從接觸層或從後電極層或從勢壘層、尤其從該勢壘層延伸直至包括前電極層在內為止的層，其中所述第二結構化分離溝槽與第一結構化分離溝槽相鄰，或者與所述第一結構化分離溝槽鄰接並且尤其至少逐段地基本與所述第一結構化分離溝槽平行地伸展，或者 J2)在構造第一線狀導電區域情況下沿著彼此相間隔的線對從接觸層或從後電極層或從勢壘層、尤其從該勢壘層延伸直至包括前電極層在內為止的層進行化學相變和/或熱分解，其中所述第一線狀導電區域與第一結構化分離溝槽相鄰，或者與所述第一結構化分離溝槽鄰接並尤其至少逐段地基本與所述第一結構化分離溝槽平行地伸展， k)至少一個第三結構化步驟，其包括在構造第三結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線來移除從接觸層或者從後電極層或者從勢壘層、尤其從該勢壘層延伸直至包括前電極層在內為止的層，其中所述第三結構化分離溝槽與第二結構化分離溝槽相鄰，或者與所述第二結構化分離溝槽鄰接並尤其逐段地基本與所述第二結構化分離溝槽平行地伸展， I)用至少一種絕緣材料來填充第一結構化分離溝槽， m)用至少一種導電材料來填充第二結構化分離溝槽， η)從填充有導電材料的第二結構化分離溝槽或者第一線狀導電區域越過填充有絕緣材料的相鄰的第一結構化分離溝槽至與之相鄰的太陽能電池的前電極層利用導電材料來構造至少一個導電橋，使得相鄰的太陽能電池電串聯。
23.用於製造根據權利要求2至21之一所述的薄層太陽能模塊的方法，其包括: a)提供尤其平面的襯底層， b)尤其在該襯底層上施加至少一個後電極層， c)尤其在該襯底層上或者在該後電極層上或者在該襯底層上並在該後電極層上，尤其在已直接安置在該襯底層上的後電極層上，施加至少一個傳導性勢壘層， d)尤其在該勢壘層上施加至少一個尤其歐姆性的接觸層， e)尤其在該接觸層上施加至少一個尤其鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層， f)必要時尤其在該半導體層上施加至少一個第一緩衝層， g)必要時尤其在該第一緩衝層上或在該半導體吸收層上施加至少一個第二緩衝層， h)尤其在該半導體吸收層上或者在第一或第二緩衝層上施加至少一個透明的前電極層， i)至少一個第一結構化步驟，其包括在構造把相鄰的太陽能電池分離的第一結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線藉助雷射處理(第一雷射處理)來移除施加到該襯底層上的層， ο)至少一個第四結構化步驟，其包括 在構造第四結構化分離溝槽情況下沿著彼此相間隔的線來移除從接觸層或從後電極層或從勢壘層、尤其從該勢壘層延伸直至包括前電極層在內為止的層，其中所述第四結構化分離溝槽與第一結構化分離溝槽相鄰，或者與所述第一結構化分離溝槽鄰接並尤其至少逐段地基本與所述第一結構化分離溝槽平行地伸展， P)用至少一種絕緣材料來填充第一結構化分離溝槽， q)在不填充/空出與之相鄰的第二容積區域的情況下用至少一種導電材料填充第四結構化分離溝槽的第一容積區域，其中該第一容積區域沿著與第一結構化分離溝槽相鄰的分離溝槽壁從接觸層或者從後電極層或者從勢壘層、尤其從勢壘層延伸直至前電極層，該第二容積區域沿著與該第一結構化分離溝槽不相鄰的分離溝槽壁從勢壘層延伸直至前電極層， r)從第四結構化分離溝槽的填充有導電材料的第一容積區域越過填充有絕緣材料的相鄰的第一結構化分離溝槽直至與之相鄰的太陽能電池的前電極層利用導電材料來構造至少一個導電橋，使得相鄰的太陽能電池電串聯。
24.根據權利要求22所述的方法，其特徵在於， 步驟m)和η)組合為步驟s)。
25.根據權利要求22或24所述的方法，其特徵在於， 步驟i)、jl)、k)、l)和m)的順序是任意的，只要I)直接或間接地在i)之後，並且m)直接或間接地在jl)之後，次序尤其包括i)、jl)、l)、k)、m)和η)或者i)、jl)、l)、k)和s), 或者步驟i)、j2)、k)和I)的順序是任意的，只要I)直接或間接地在i)之後，次序尤其包括 i)、j2)、l)、k)和 η)。
26.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於， 步驟q)和r)組合為步驟t)。
27.根據權利要求23或26所述的方法，其特徵在於， 步驟i)、o)、P)和q)的順序是任意的，只要P)直接或間接地在i)之後，並且q)直接或間接地在O)之後，次序尤其包括i)、O)、P)、q)和r)或者i)、ο)、p)和t)。
28.根據權利要求22至27之一所述的方法，其特徵在於， 襯底至少局部地對於第一雷射處理的電磁輻射是可穿過的，和/或第一結構化步驟的雷射處理尤其通過雷射燒蝕從與該襯底的被塗層的側相背離的側來進行。
29.根據權利要求22至28之一所述的方法，其特徵在於， 在第二和/或第三和/或第四、尤其第二結構化步驟中，第二、第三或第四結構化分離溝槽藉助雷射處理(第二、第三或第四雷射處理)被生成，和/或在第二和/或第三和/或第四、尤其第三和/或第四結構化步驟中，第二、第三或第四結構化分離溝槽機械地、尤其藉助針刻劃被生成。
30.根據權利要求22至29之一所述的方法，其特徵在於， 第一、第二、第三和/或第四結構化分離溝槽和/或第一線狀導電區域至少逐段地、尤其完全地以不大於50 μ m、尤其不大於30 μ m並優選不大於15 μ m的平均寬度而被生成。
31.根據權利要求22至30之一所述的方法，其特徵在於， 尤其相鄰的第一和第二和/或尤其相鄰的第一和第三和/或尤其相鄰的第二和第三結構化溝槽、或者尤其相鄰的第一、第二和第三結構化溝槽、或者尤其相鄰的第一和第四結構化分離溝槽、或者尤其相鄰的第一結構化分離溝槽和第一線狀導電區域至少逐段地基本平行地被引導。
32.根據權利要求22至31之一所述的方法，其特徵在於， 相鄰的第一結構化分離溝槽和/或相鄰的第二結構化分離溝槽和/或相鄰的第三結構化分離溝槽和/或相鄰的第四結構化分離溝槽和/或相鄰的第一線狀導電區域至少逐段地以3mm至10mm、尤其從4mm至8mm範圍內的平均間距被生成。
33.根據權利要求22至32之一所述的方法，其特徵在於， 相鄰的第一和第二結構化分離溝槽和/或相鄰的第二和第三結構化分離溝槽和/或相鄰的第一和第四結構化分離溝槽和/或相鄰的第一結構化分離溝槽和第一線狀導電區域至少逐段地、尤其完全地以5 μ m至100 μ m範圍內、尤其10 μ m至50 μ m範圍內的平均間距來生成。
34.根據權利要求22至33之一所述的方法，其特徵在於， 相鄰的第一、第二和第三或相鄰的第一和第四結構化分離溝槽或相鄰的第一結構化分離溝槽和第一線狀導電區域與不相鄰的第一、第二和第三或不相鄰的第一和第四結構化分離溝槽、或不相鄰的第一結構化分離溝槽和第一線狀導電區域相比彼此具有更小的平均間距。
35.根據權利要求22至34之一所述的方法，其特徵在於， 第三結構化分離溝槽、尤其全部的第三結構化分離溝槽通過分別相鄰的第二結構化分離溝槽或第一線狀導電區域與分別相鄰的第一結構化分離溝槽相分離。
36.根據權利要求22至35之一所述的方法，其特徵在於， 尤其包含至少一種摻雜物的接觸層包含或基本上由鑰、鉭、鋯、鈷、鈮和/或鎢(第一金屬覆層)和/或至少一種金屬硫族化物構成，所述金屬硫族化物從金屬硒化物、金屬硫化物和/或金屬硫硒化物中來選擇，其中金屬=Mo、W、Ta、Zr、Co或N1b，尤其從由MoSe2、WSe2、MoS2、WS2、Mo(Sei_x，Sx)2和/或W(Sei_x，Sx)2組成的組中來選擇，其中X採取O至I的值。
37.根據權利要求22至36之一所述的方法，其特徵在於， 半導體吸收層是或者包括四元IB-1IIA-VIA黃銅礦層，尤其Cu (In，Ga) Se2層、五元IB-1IIA-VIA黃銅礦層，尤其Cu (In，Ga) (Se1^x, Sx) 2層，或者鋅黃錫礦層，尤其Cu2ZnSn (Sex，S1J4 層，例如 Cu2ZnSn (Se) 4 層或 Cu2ZnSn (S) 4 層，其中 x 採取 O 至 I 的值。
38.根據權利要求22至37之一所述的方法，其特徵在於， 通過在接觸層上施加鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層而把存在於接觸層中的金屬或形成該接觸層的金屬完全或部分地轉換成金屬硒化物、金屬硫化物和/或金屬硫硒化物。
39.根據權利要求22至38之一所述的方法，其特徵在於， 第一雷射處理、第二雷射處理和/或第三雷射處理利用脈衝持續時間在從I皮秒至I納秒範圍內的雷射脈衝來進行。
40.根據權利要求22至39之一所述的方法，其特徵在於， 第一、第二和第三結構化步驟或第一和第四結構化步驟導致或有助於太陽能電池的單片集成串聯，並且尤其構成為像線那樣的處理步驟。
41.根據權利要求22至40之一所述的方法，其特徵在於， 施加半導體吸收層、尤其鋅黃錫礦或黃銅礦半導體吸收層的步驟包括:在構造第二金屬覆層的情況下在接觸層上沉積半導體吸收層的尤其全部的金屬成分，尤其用於黃銅礦半導體吸收層的銅、銦以及必要時的鎵，以及用於鋅黃錫礦半導體吸收層的銅、鋅和錫，以及利用硒和/或硒化合物以及必要時利用硫和/或硫化合物來處理所述第二金屬覆層。
42.根據權利要求22至41之一所述的方法，其特徵在於， 後電極層、傳導性勢壘層、尤其包含有Mo的第一金屬覆層、接觸層、尤其包含有Cu、In和Ga的第二金屬覆層、第一緩衝層、第二緩衝層和/或前電極層藉助尤其包括物理氣相沉積(PVD)塗層、藉助電子射線蒸發器蒸鍍、藉助電阻蒸發器蒸鍍、感應蒸發、ARC蒸發和/或陰極濺射(濺射塗層)、尤其DC或RF磁控管濺射的物理氣相沉積分別優選在高真空下、或藉助尤其包括化學氣相沉積(CVD)、低壓(低壓)CVD和/或氣壓(大氣壓)CVD的化學氣相沉積來獲得。
43.根據權利要求22至42之一所述的方法，其特徵在於， 在唯一的真空塗層設備中、優選在連續濺射方法中來進行後電極層、傳導性勢壘層、第一金屬覆層或接觸層和第二金屬覆層的施加。
44.根據權利要求22至43之一所述的方法，其特徵在於， 第一和第二結構化步驟和給第一結構化溝槽填充絕緣材料的步驟在唯一的設備中進行。
45.根據權利要求22至44之一所述的方法，其特徵在於， 給第一結構化溝槽填充絕緣材料和/或給第二結構化溝槽或第四結構化溝槽的第一容積區域填充導電材料利用噴墨方法或利用氣溶膠噴射方法來進行。
【文檔編號】H01L31/0749GK104335351SQ201380030596
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2012年4月12日
【發明者】V.普羅布斯特 申請人:羅伯特·博世有限公司