半透明薄膜太阳能模块的制作方法

文档序号:21191656发布日期:2020-06-20 18:32阅读:149来源:国知局
在开放空间系统中,可以观察到太阳能模块中的大的增长;然而,在建筑物集成设置中的应用当前仍然以小得多的规模在进展。鉴于朝着分散式能量解决方案的增强的努力,真正的需求正在发展成能够也使用外观表面以用于光伏发电。出于建筑和结构工程的原因,平坦不透明太阳能模块和透光的太阳能模块都是对于集成到建筑物中所必需的。太阳能模块的总面积上平均的对可见光的渗透率在从5%到50%(光学半透明)的范围内是可期望的,以便在一方面具有充足的电功率,并且在另一个方面确保足够的光透射率。对于半透明太阳能模块的其它应用领域为消声壁(道路、铁路)、室外区块(area)中的隐私屏障或用于温室的壁。与晶体硅技术(c-si)(其中,太阳能电池原则上只能被实现为不透明的)形成对照,薄膜太阳能电池具有以下优点:作为单片串联连接的结果,电和光学活性区块以及围绕的消极区域可以被非常灵活地设计。此外,与利用基于非晶硅的吸收涂层相比,通过基于黄铜矿的吸收涂层可以实现显著更高的效率水平。薄膜太阳能电池制造中的工艺技术的一个特性是全表面涂层和局部去涂层的顺序执行,其中,例如,为了制造太阳能电池,将不同的层直接施加到载体基板上,该载体基板在将这些层图案化到前侧透明覆盖层之后被胶合(“层压”)以形成耐候稳定的(weathering-stable)复合物。借助于全表面涂层和局部去涂层的方式避免了如微电子技术中通常的掩模工艺。对于大型薄膜太阳能模块,掩模工艺是非常成本密集且耗时的。直到现在,主要已使用薄膜硅作为用于吸收涂层的起始材料以用于制造半透明模块,特别是结合透明的前电极和透明的后电极。为此,已经将吸收涂层制作得如此薄,使得整个层系统对于红外和红色波长范围内的电磁辐射是透明的。然而,作为薄的吸收涂层的结果,产生不期望的滤色器效果。形成对照,本发明的目的在于有利地改进现有技术中已知的半透明薄膜太阳能模块以及它们的制造,其中所述模块应具有在可见光范围内有显著透明度的相对大的光学活性区块。而且,这些模块应当是视觉上吸引人的,并且特别地,不具有滤色器效果。根据本发明的提议,通过半透明薄膜太阳能模块以及根据并列权利要求的用于其制造的方法来实现这些和其他目的。通过从属权利要求的特征来指示本发明的有利实施例。在本发明的上下文中,术语“透明度”是指至少85%的可见光透射率。典型地,可见光在从380nm至780nm的波长范围内。术语“不透明度”是指小于5%的可见光透射率。因此,太阳能电池的光学透明区具有在从85%至100%的范围内的可见光透射率;不透明区具有在从0%(完全不透明)至小于5%的范围内的可见光透射率。术语“半透明”指的是在5%到小于85%的范围内的可见光透射率。在本发明的上下文中,术语“半透明”与在薄膜太阳能模块的所有太阳能电池的整个面积上平均的可见光透射率结合使用,换句话说,期望的半透明由对薄膜太阳能模块的所有太阳能电池上的不透明和光学透明区域的光学透射率进行平均引起。根据本发明,呈现了一种具有集成的串联连接的太阳能电池的半透明薄膜太阳能模块。与术语“半透明”的以上定义一致,薄膜太阳能模块具有太阳能电池的(光学)不透明和光学透明区域,其中太阳能电池的半透明是在所有太阳能电池的整个面积上平均可见光透射率的结果。薄膜太阳能模块的(半)透明可以通过测量布置来以简单的方式确定,其中,例如,白色光源(可见光源)布置在薄膜太阳能模块的一侧上,而可见光的检测器布置在薄膜太阳能模块的另一侧上。这里必要的是,检测器可以(例如,同时)检测穿过薄膜太阳能模块的所有太阳能电池的光,以便能够对在太阳能电池的整个面积上的薄膜太阳能模块的光学透明度进行平均。根据本发明的薄膜太阳能模块包括具有层结构的基板,所述层结构具有用于光伏能量生成的太阳能电池的单片集成的串联连接。与术语“薄膜太阳能模块”的通常使用一致,它是指具有层结构的模块,该层结构具有例如几微米的低厚度,使得需要载体基板以用于足够的机械稳定性。载体基板可以例如由无机玻璃、塑料或金属制成(特别是由金属合金制成),并且可以依赖于相应的层厚度和特定材料性质被设计为刚性板或柔性膜。本发明涉及基板配置中的薄膜太阳能模块以及上覆层配置中的薄膜太阳能模块两者,其中,为了制造太阳能电池,将所述层结构施加在面向光入射侧的基板表面上,在所述覆层配置中,基板是透明的并且所述层结构被施加在背向光入射侧的基板表面上。以本身已知的方式,层结构包括后电极层、前电极层和布置在后电极和前电极层之间的光伏活性吸收涂层。优选地,吸收涂层由黄铜矿化合物制成,其是例如来自铜铟/二硫化镓/二硒化物(cu(in,ga)(s,se)2)的i-iii-vi半导体,例如铜铟二硒化物(cuinse2或cis)或相关化合物。吸收涂层典型地是不透明的,或者如果其非常薄,则至少是频率选择性透明的,使得一般而言,发生某种滤色器效果或滤频器效果。后电极层典型地是不透明的。前电极层典型地是光学透明的,特别是在基板配置中的薄膜太阳能模块的情况下,因为必须实现光到层结构的通过。在层结构中,常规地借助于图案化区来形成集成的串联连接的太阳能电池。因此,至少后电极层由第一图案化线p1细分成区段,这些区段形成太阳能电池的后电极。另外,至少吸收涂层由第二图案化线p2细分成区段,这些区段在每种情况下都是与太阳能电池相关联的吸收涂层,且至少前电极层由第三图案化线p3细分成区段,这些区段形成太阳能电池的前电极。彼此相邻的太阳能电池经由第二图案化线p2彼此串联电连接,其中一个太阳能电池的前电极电连接到相邻太阳能电池的后电极,并且典型地但并非强制地直接接触它。一般而言,图案化线以顺序p1-p2-p3来布置。图案化区由第一至第三图案化线p1-p2-p3的直接序列形成。图案化区可以是例如线性的,特别是直线的。一般而言,图案化线以包括第一至第三图案化线p1-p2-p3的序列彼此平行地布置,并且例如平行于矩形或正方形模块的一个边缘而延展。例如,图案化线p1-p2-p3在每种情况下可以一直延伸到层结构的边缘。图案化线p1-p2-p3的延伸方向可被定义为模块或太阳能电池宽度;垂直于其的方向可以被定义为模块或太阳能电池长度。每个太阳能电池具有例如与层结构的宽度对应的宽度。与该术语的普遍使用一致,在本发明的上下文中,术语“太阳能电池”是指具有前电极层的区段(其形成太阳能电池的前电极)、吸收涂层的区段(其形成太阳能电池的光伏活性吸收涂层)和后电极层的区段(其形成太阳能电池的后电极)的层结构的区域(在下文中也称为“层区域”),并且由彼此直接相邻的两个图案化区来界定,在每种情况下都由图案化线p1-p2-p3组成。这通过类比而应用于模块的边缘区域中,其中,代替图案化区,存在用于电接触太阳能电池的串联连接的连接区段,使得太阳能电池由具有前电极、吸收涂层和后电极的层区域限定,所述太阳能电池位于图案化区和紧邻的连接区段之间。典型地,层区域沿着(一个或多个)相邻图案化区的完整的长度而延伸。每个图案化区形成光伏无活性(死)区,然而,形成对照,层区域具有(单个)光伏活性区并且是光伏活性的。每个图案化区形成光伏无活性(死)区,然而,形成对照,层区域具有(单个)光伏活性区并且是光伏活性的。特别地,在薄膜太阳能模块的至少一个层区域的情况下,层区域还可以具有根据本发明所提供的光伏无活性区。如果层区域除了光伏活性区之外没有光伏无活性区,则层区域和光伏活性区是相同的。否则,层区域由光伏活性区和一个或多个光伏无活性区构成。根据本发明,薄膜太阳能模块的至少一个层区域(换句话说,至少一个太阳能电池)除了光伏活性区之外还具有一个或多个光学透明区,这些光学透明区为了实现期望的光学透明度在每种情况下是无后电极层的。有利地,出于该目的,光学透明区也是无吸收涂层的。由于缺少后电极层和可选地缺少吸收涂层,可以在光学透明区中获得至少85%的高可见光透射率。由于至少缺少后电极层,所以光学透明区是光伏无活性的。这里必要的是,对于太阳能电池的一个或多个光学透明区要被实现为使得属于太阳能电池并由作为太阳能电池的后电极的图案化区所定义的后电极层的区段是(区块上)连续的并且未完全细分。因此,薄膜太阳能模块的每个太阳能电池具有区块上连续的后电极或后电极层(即,属于太阳能电池的后电极层的区段)。这假设没有光学透明区被实现为使得其在完整的太阳能电池上延伸。因此,串联连接的太阳能电池不细分成多个太阳能电池串。如果太阳能电池具有多个光学透明区,则光伏活性区的区段总是位于彼此直接相邻的两个光学透明区之间。优选地,但不是强制地,太阳能电池的一个或多个光学透明区被附加地实现为使得太阳能电池的吸收涂层是(区块上)连续的。除了有利的光学半透明之外,可以通过连续的后电极层实现其它有利的效果。特别地,避免了对光伏活性区域的局部阴影的高灵敏度的主要问题,因为太阳能电池的光伏活性区可以被实现为相当大,并且特别地,为了制造光学半透明,不必形成完全细分太阳能电池的线,借助于所述线太阳能电池细分成多个平行的太阳能电池串。另一个重要的效果是避免热点,即,由于高电流密度引起的局部过热的部位。此外,由于连续的后电极用作电补偿电势表面,因此可以避免层不均匀性的不利影响。有利地,薄膜太阳能模块的多个太阳能电池(特别是所有太阳能电池)在每种情况下具有一个或多个光学透明区,该光学透明区特别地可以线性方式布置。有利地,至少一个太阳能电池,特别是多个太阳能电池,具有多个光学透明区,特别是以线性方式布置。光学透明区可特别地嵌入在层区域中,外围地布置到层区域,突出到图案化区中,或在图案化区上完全延伸。根据实施例,存在至少一个图案化区,其中光学透明区在该图案化区上完全延伸或突出。有利地,所有光学透明区的总面积与薄膜太阳能模块的所有太阳能电池的总面积的比率在从5%至50%的范围内。在薄膜太阳能模块上平均的对可见光的光学透明度优选在从5%至50%的范围内,并且特别地为20%。以此方式,一方面,可实现相对高的电输出,而另一方面,光学透射率对于实际应用来说足够高,使得可实现对于“光学透明度”和“输出”的冲突性质的良好折衷。在根据本发明的薄膜太阳能模块的特别有利的实施例中,至少一个光学透明区至少部分地,特别是完全地,被紧邻的边缘区围绕,该边缘区域无吸收涂层但具有后电极层。当将热激光工艺用于制造光学透明区的去涂层工艺(例如,通过使用具有在从5至50纳秒范围内的脉冲持续时间的脉冲激光束)时,通常存在对于短路电流路径(“分流”)在去涂层区块的边缘上发展的风险,从而增加功率损耗。这种不利的效果可以通过在边缘区中的部分去涂层来避免,并且可以有利地提高模块的效率。根据本发明,优选的是,对于光学透明区的总面积与边缘区的总面积的比率大于1,优选大于10。通过这种方式,可以令人满意地实现所提及的有利效果,而不维持通过光伏无活性边缘区的过度功率损耗。根据本发明,优选的是,对于多个太阳能电池在每种情况下具有多个光学透明区,使得根据本发明的优点(半透明和有利的电效果)是相当显著的。根据本发明,优选的是,对于多个光学透明区沿至少一个(假想)线而线性地布置。光学透明区的此线性布置可例如垂直于(即,以90°的角度)或平行于(即,以0°的角度)图案化区而布置。然而,对于光学透明区的线性布置也可能以不同于相对于图案化区倾斜0°或90°的角度来布置。一般来说,光学透明区的线性布置具有工艺-技术优点,即光学透明区可特别简单、快速且经济地通过用于制造光学透明区的工具的线性移动来实现。根据具有在多个图案化区上延伸的光学透明区的线性布置的实施例,存在具有光学透明区的至少一个图案化区突出到光学透明区中或在光学透明区上完全延伸。有利地,多个光学透明区沿着多个(大组的)相互平行(假想)线而布置。还可以有利的是,对于沿着至少两个这样的大组布置多个光学透明区,在每种情况下,这些大组具有多个相互平行的(假想)线,其中不同组的线相对于图案化区以相互不同的角度定向。借助于这种措施,可以实现薄膜太阳能模块的特别好的整体视觉印象。有利地,光学透明区的至少一个线性布置在多个太阳能电池上延伸,由此意味着可实现薄膜太阳能模块的特别好的整体印象。原则上,光学透明区可以具有任何形状。例如,光学透明区在每种情况下是线性的、点状的、圆盘形的或正方形的。特别有利地,光学透明区例如在至少一个太阳能电池上布置成分布式棋盘状。本发明还延伸到用于制造如上所述实现的薄膜太阳能模块的方法。首先,提供平坦基板。在基板的一侧上沉积后电极层。后电极层可以直接沉积到基板的表面上。备选地,至少一个附加层可以位于基板和后电极层之间。在后电极层之上沉积吸收涂层。后电极层位于基板和吸收涂层之间。吸收涂层可直接沉积到后电极层的一个表面上。备选地,至少一个附加层可位于后电极层和吸收涂层之间。在吸收涂层之上沉积前电极层。吸收涂层位于前电极层和后电极层之间。前电极层可直接沉积到吸收涂层的表面上。备选地,至少一个附加层可位于前电极层和吸收涂层之间。典型地,至少一个缓冲层位于吸收涂层和前电极层之间。层结构由至少由后电极层、吸收涂层和前电极层组成的层序列形成。至少后电极层被第一图案化线(p1)图案化(细分)。在沉积吸收涂层之前,典型地但不是强制地完成后后电极层的图案化。至少吸收涂层被第二图案化线(p2)图案化(细分)。在沉积前电极层之前,典型地但不是强制地完成吸收涂层的图案化。至少前电极层被第三图案化线(p3)图案化(细分)。图案化线的创建典型地按以下顺序进行:p1-p2-p3。第一图案化线(p1)、第二图案化线(p2)和第三图案化线(p3)的直接序列形成图案化区(14),其中太阳能电池的单片串联连接由图案化区形成。由于通过第一图案化线(p1)对后电极的细分,太阳能电池在每种情况下具有后电极层区段。根据本发明,在每种情况下无后电极层的一个或多个光学透明区通过以区段方式至少去除针对至少一个太阳能电池的后电极层而制造,使得太阳能电池的后电极层是连续的。可选地,围绕光学透明区的边缘区在每种情况下通过以区段方式至少去除吸收涂层而制造,所述边缘区在每种情况下无吸收涂层但具有后电极层区段。根据本发明的方法的一个实施例,通过由利用脉冲激光束照射和/或由机械材料去除来以区段方式至少去除后电极层来制造光学透明区。根据本发明的方法的另一实施例,通过由利用脉冲激光束照射和/或机械材料去除来以区段方式至少去除吸收涂层来制造边缘区。一般来说,在制作图案化区之前(换句话说,在太阳能电池的形成和单片串联连接的工艺期间),或在制作图案化区之后(换句话说,在制造太阳能电池的单片串联连接之后),可制造光学透明区。对于可选制造的边缘区也是如此,该可选制造的边缘区可在制作图案化区期间或之后制造。在本发明的有利实施例中,在制作图案化区之前制造光学透明区,并且,可能地,在制作图案化区之后制造可选的边缘区。有利地,这样的方法包括其中在沉积吸收涂层之前通过以区段方式至少去除后电极层而制造光学透明区的步骤。后电极层的去涂层优选通过利用激光束照射来完成。该方法可选地包括另外的步骤,在其中在沉积吸收涂层和前电极层之后以及在制造第三图案化线(p3)之后,通过以区段方式至少去除吸收涂层和前电极层来制造边缘区。吸收涂层和前电极层的去涂层优选通过机械材料去除来完成。在本发明的另一有利实施例中,仅在制作图案化区之后(换句话说,在制造太阳能电池的单片串联连接之后)制造光学透明区以及可选地制造边缘区。该过程具有如下优点:常规制造的薄膜太阳能模块的太阳能电池的串联连接可经受根据本发明的方法,以便为薄膜太阳能模块提供期望的半透明。可有利地保留已经用于制造串联连接的太阳能电池的方法。有利地,用于制造由边缘区围绕的光学透明区的这样的方法包括其中至少吸收涂层在处理区中以区段被去除的步骤。处理区在每种情况下在其尺寸方面对应于要制造的光学透明区和边缘区的尺寸。这里,在处理区的内部区域中制造光学透明区,并且在每种情况下在围绕内部区域的处理区的边缘区域中制造边缘区。在处理区中的层去除优选地通过机械材料去除来完成。该方法包括另外的步骤,其中在处理区的内部区域中至少去除后电极层,由此意味着制造光学透明区。围绕处理区的无后电极层的内部区域的边缘区域形成无吸收涂层的边缘区,然而其确实具有后电极层的区段。优选地通过利用脉冲激光束照射来完成内部区域中的层去除。根据本发明的一个实施例,通过利用脉冲激光束照射至少后电极层(特别是层结构)来制造光学透明区,其中脉冲具有小于1纳秒的脉冲持续时间。备选地,通过利用脉冲激光束照射至少后电极层(特别是层结构)来制造光学透明区,其中脉冲具有至少1纳秒的脉冲持续时间。还可以想到的是机械材料去除,例如,通过针写入、刷涂或刮擦。优选地,脉冲激光束(其脉冲具有小于1纳秒,特别优选地小于100皮秒的持续时间)用于制造光学透明区。如由发明人的实验揭示的,使用具有在例如从5纳秒到50纳秒的范围内的较长脉冲宽度的激光脉冲导致层结构的局部损坏,这是由于进入吸收涂层中的高热流入和前电极层与后电极层之间的熔合连接的制造。令人惊讶的是,有利的是可以通过使用具有小于1纳秒的持续时间的激光脉冲来显著降低这些不利影响。优选地,甚至可通过利用脉冲激光束照射至少吸收涂层而制造边缘区,其中脉冲具有小于1纳秒的脉冲持续时间。备选地,可通过机械材料去除(例如,通过针写入、刷涂或刮擦)来完成层去除。特别有利地,其脉冲具有小于1纳秒(优选地,小于100皮秒)的持续时间的激光束也可用于制造围绕光学透明区的边缘区,以便避免制造熔合连接。使用激光束在层结构中选择性去除层以用于制造光学透明区以及可选地制造边缘区可被实现,尤其可通过改变以下工艺参数中的一个或多个来实现:-激光功率,-激光束相对于基板或层结构的被照射的表面的行进速度,-激光脉冲重复率,-脉冲持续时间,-激光的接通或断开周期。特别地,特别是在层结构中制造的孔的深度可以通过激光脉冲的空间重叠而变化,由此意味着,例如,在边缘区的情况下,基本上只有在后电极层上面的层可以被去除。例如,通过改变激光脉冲的工艺参数照射功率和/或重复率,例如在单个工艺步骤期间在单级过程中借助于激光脉冲可完成透明区和边缘区的制造。这里,在每种情况下,制造光学透明区,然后制造边缘区。然而,还可能的是两级过程,其中在第一工艺步骤中制造所有光学透明区,并且在具有改变的工艺参数的另外的工艺步骤中制造所有边缘区。这里,顺序是不相关的。在成本方面有利的本发明的实施例中,使用激光束源的脉冲激光束来制造层结构中的光学透明区(即,制作图案化区),其中激光束的脉冲具有大于1纳秒(特别是在从5纳秒到50纳秒的范围内)的脉冲持续时间。然后,可选地,使用激光束源的脉冲激光束制造边缘区,其中激光束的脉冲具有小于1纳秒(优选小于100皮秒)的持续时间。备选地,可使用在层结构中的机械材料去除来制造边缘区,例如,通过针写入、刷涂或刮擦。出于经济原因,优选的是在层结构中使用机械材料去除以用于制造边缘区。在根据本发明的方法中,层结构中的层去除(在制作图案化区之后)可以通过使用脉冲激光从层结构的侧面照射来完成,以用于制造光学透明区以及可选地制造边缘区。备选地,可通过透明基板(“烧蚀”)完成层去除。为此,在透明基板(例如,玻璃)上施加层结构。在烧蚀期间,引入的激光能量被吸收在后电极层上,其中后电极的一小部分汽化,使得后电极层(在其上面具有完整的层结构)由于膨胀气体而凸出。这发生直到凸出区域以圆形形状从周围的层堆叠断开为止。作为断开的结果,圆形区域的边缘保持不分流,因为没有明显的激光能量已经熔化了该边缘区域或者甚至熔合后电极和前电极。以这种方式,可以制造具有相对小比例的分流路径的透明区,由此意味着可以降低模块的性能损失。有利地,可通过使用具有小于1纳秒的脉冲持续时间的脉冲激光束以区段方式至少去除后电极层而制造光学透明区,其中,对于激光束直接撞击透明基板、穿透基板以及对于通过烧蚀完成的层去除是特别有利的。因此,穿过透明基板完成层去除。本发明的各种实施例可以单独地或以任何组合来实现。特别地,在不脱离本发明的范围的情况下,上面提到的和将在下面解释的特征不仅可以在所指示的组合中使用,而且还可以在其它组合中或独立使用。现在使用示例性实施例并参考附图详细解释本发明。它们以简化的方式描绘而非按比例表示:图1在横截面图中根据根据本发明的薄膜太阳能模块的一个实施例的太阳能电池的集成串联连接的示意性表示;图2在平面图中根据本发明的薄膜太阳能模块的示例性实施例的示意性表示;图3在平面图中根据本发明的薄膜太阳能模块的另一示例性实施例的示意性表示;图4在平面图中根据本发明的薄膜太阳能模块的另一示例性实施例的示意性表示;图5具有周围边缘区的光学透明区的示意性表示;图6沿着剖面线a–a的图5的光学透明区和边缘区的横截面图;图7用于图示根据本发明的方法的示例性实施例的流程图。具体实施方式图1示意性图示了使用横截面图的作为整体用数字1引用的根据本发明的薄膜太阳能模块。薄膜太阳能模块1包括以集成形式彼此串联连接的多个太阳能电池11,其中以大大简化的方式仅描绘了两个太阳能电池11。当然,一般而言,在薄膜太阳能模块1中,大量太阳能电池11(例如,大约100-150个)串联连接。薄膜太阳能模块1在基板配置中具有复合窗格结构,换句话说,其具有第一基板2,第一基板2具有由施加在其上的薄膜制成的层结构3,其中层结构3布置在第一基板2的光进入侧表面上。这里,第一基板2例如被实现为具有相对高的光透射率的刚性玻璃板,而相对于所执行的工艺步骤具有期望的稳定性和惰性行为的其他电绝缘材料可同样地被使用。层结构3包括布置在第一基板2的光进入侧表面上的不透明后电极层5,其例如由诸如钼(mo)的不透光金属制成并且通过气相沉积或磁控管增强型阴极溅射(溅射)施加在第一基板2上。后电极层5具有例如在从300nm至600nm范围内的层厚度。在后电极层5上施加由掺杂有金属离子的半导体制成的光伏活性(不透明)吸收涂层6,所述金属离子的带隙能够吸收最大可能的太阳光份额。吸收涂层6例如由p-导电黄铜矿化合物半导体制成,例如,族cu(in/ga)(s/se)2(特别是钠(na)掺杂的cu(in/ga)(s/se)2)的化合物。前述化学式被理解为意指铟(in)或镓(ga)以及硫(s)或硒(se)可以备选地或组合地呈现。吸收涂层6具有例如在从1到5μm的范围内的层厚度,并且特别地大约是2μm。典型地,对于吸收涂层6的制造,各种材料层例如通过溅射被施加,并且随后通过在熔炉(rtp=快速热处理)(可选地,在包含s-和/或se的气氛中)中加热而被热转化以形成化合物半导体。化合物半导体的这种制造方式对于本领域技术人员是公知的,使得不需要在此详细讨论。沉积在吸收涂层6上的是缓冲层7,其在此例如由单层硫化镉(cds)和单层本征氧化锌(i-zno)组成,未在图1中详细描绘。例如,通过溅射在缓冲层7上施加前电极层8。前电极层8对可见光谱范围(“窗口电极”)中的辐射是透明的,使得入射的太阳光(在图1中由四个平行箭头描绘)仅轻微地被削弱。前电极层8例如基于掺杂的金属氧化物,例如,n-导电铝(al)-掺杂的氧化锌(zno)。这样的前电极层8通常被称为tco层(tco=透明导电氧化物)。前电极层8的层厚度例如为大约500nm。异质结(即,相反导体类型的层的序列)通过前电极层8与缓冲层7和吸收涂层6一起形成。缓冲层7可实现吸收涂层6与前电极层8之间的电子适配。对于太阳能电池11的形成和串联连接,使用合适的图案化技术(例如,激光光刻和/或机械去除)来图案化层结构3。典型地,在每种情况下,以层沟槽形式的三个图案化线p1-p2-p3的多个紧接序列以这种顺序被引入层结构3中。这里,通过制造相应沟槽,至少后电极5被第一图案化线p1细分;至少吸收涂层被第二图案化线p2细分;以及至少前电极层8被第三图案化线p3细分。例如,经由第二图案化线p2,一个太阳能电池11的前电极层8在每种情况下电导通地连接到相邻太阳能电池11的后电极层5,其中前电极层8直接接触后电极层5。在所描绘的示例性实施例中,第一图案化线p1的沟槽由吸收涂层6的材料填充。第二图案化线p2的沟槽由前电极层8的材料填充,且第三图案化线p3的沟槽由在以下提及的粘合剂层9填充。第一、第二和第三图案化线p1-p2-p3的每个紧接序列形成图案化区14。在图1中,举例来说,仅描绘了单个图案化区14,借助于该单个图案化区14定义了两个相邻太阳能电池11的串联连接,其中要理解,在薄膜太阳能模块1中,提供了大量的这样的图案化区14以用于太阳能电池11的图案化和串联连接。在这里描绘的示例性实施例中,薄膜太阳能模块1的正电源连接器(+)和负电源连接器(-)两者都经由后电极层5布线并且在那里电接触。为此目的,层结构3的层一直被去除到薄膜太阳能模块1的两个外围连接区段13中的后电极层5。为了保护免遭环境影响,用于封装层结构3的(塑料)粘合剂层9被施加在前电极层8上。与粘合剂层9粘连地结合的是对太阳光透明的第二基板10,其例如以由具有低铁含量的特别白的玻璃制成的玻璃片的形式实现,其中同样可能使用相对于所执行的工艺步骤具有期望强度和惰性行为的其它电绝缘材料。第二基板10用做密封并且用做层结构3的机械保护。薄膜太阳能模块1可以经由第二基板10的前侧模块表面4吸收光,以便在两个电源连接器(+、-)上产生电压。通过串联布置的箭头在图1中描绘了所得到的电流路径1。两个基板2、10经由粘合剂层9彼此固定结合(“层压”),其中粘合剂层9在此实现为例如热塑性粘合剂层,其可通过加热而塑性地再成型并且在其冷却期间将两个基板2、10彼此固定结合。粘合剂层9在此例如由pvb制成。两个基板2、10与嵌入在粘合剂层9中的太阳能电池11一起形成层压复合物12。现在参考图2和3,其中,在每种情况下,在平面图中描绘了根据本发明的薄膜太阳能模块1的示例性实施例的示意性表示。两个薄膜太阳能模块1在每种情况下具有太阳能电池11的集成串联连接,如参考图1所描述的。首先考虑图2:正方形或典型地为矩形形状的薄膜太阳能模块1在平面图中是可辨别的。图案化区14在每种情况下被描绘为直线。在每种情况下,图案化区14形成可对能量产生没有贡献的光伏无活性死区15。如图2中所描绘的,在每个情况下,图案化区14被布置成平行于模块边缘,这里例如在x方向上,其也可以被称为薄膜太阳能模块1的宽度。于其垂直的y方向可被称为薄膜太阳能模块1的长度。图1中描绘的外围连接区段13未在图2中详细示出。在每种情况下,两个连接区段13也形成可以对能量产生没有贡献的光伏无活性死区。在每种情况下,位于邻接图案化区14的两侧上的是层结构3的层区域16,其在本发明的上下文中定义太阳能电池11。每个太阳能电池11具有(单个)光伏活性区17。太阳能电池11的光伏活性区17包括后电极层5、吸收涂层6、缓冲层7和前电极层8的相应区段,它们是太阳能电池1的后电极、吸收涂层和前电极。在薄膜太阳能模块1的内部区域中,每个层区域16(换句话说,太阳能电池11)布置在两个紧邻的图案化区14之间并且由此界定。在两个外围太阳能电池11的情况下,在每种情况下,层区域16被布置在图案化区14和相邻的连接器区段13之间并且由此界定。层区域16在每种情况下在相邻的图案化区14的完整的尺寸上在x方向上延伸。根据本发明,至少一个层区域16(换句话说,至少一个太阳能电池11)除了光伏活性区17之外还具有多个光伏无活性的光学透明区18(其在每种情况下是无后电极层的),以用于实现薄膜太阳能模块1的期望光学透明度。优选地,光学透明区18也是无吸收涂层的。因此,层区域16包括(不透明的)光伏活性区17和多个光学透明区18。在图2的示例性实施例中,所有太阳能电池11具有光学透明区18。光学透明区18沿着假想(例如,直)线19布置在薄膜太阳能模块1之上,其中光学透明区18或者嵌入在层区域16中、外围地布置到层区域16、突出到图案化区14中,或者在图案化区14之上延伸。光学透明区18沿着第一大组的相互平行的线19布置,所述第一大组的相互平行的线19在每种情况下以相对于图案化区14成45°的角度定向,以及沿着第二大组的相互平行的线19布置,所述第二大组的相互平行的线19以相对于图案化区14成135°的角度定向。因此,光学透明区18的线性布置以90度的角度交叉。举例来说,绘制了两条线19,光学透明区18沿着两条线19而布置。线19仅用做图示而不是薄膜太阳能模块1的一部分。这里必要的是,光学透明区18被实现为使得每个太阳能电池11的后电极层5(即,太阳能电池11的后电极)在区块上连续并且未被光学透明区18完全细分。因此,在层区域16中没有由光学透明区18制造的在空间上彼此分离的后电极层5的区段。特别地,没有层区域16被细分为彼此分离的多个光伏活性区,使得没有发生将太阳能电池11分裂成多个太阳能电池串。光伏活性区17的区域或区区段20总是位于两个光学透明区18之间,所述两个光学透明区18沿同一条线19布置在同一个层区域16中。此外,在每个层区域16中,吸收涂层6优选地但非强制地是连续的。这里,光学透明区18本身例如在每种情况下具有线性形状。然而,原则上,透明区18可具有任何形状,并且例如可以为点状、圆盘形或正方形。同样可能的是,对于光学透明区18的线性布置相对于图案化区14将以不同于45°或135°的角度定向。图2中描绘的光学透明区18沿着假想线19的设计实现了使用脉冲激光束的特别简单的制造,其中从工艺-技术的立场来看,可以有利地沿着假想线19引导激光束。如以下在图5和图6中所描绘的,在光学透明区18中,例如,层结构3的所有层一直被去除到基板2(即,后电极层5、吸收涂层6、缓冲层7和前电极层8)。然而,可以想到的是,并非层结构的所有层都在透明区18中被去除,其中,在任何情况下,后电极层5和优选地还有吸收涂层6被去除。太阳能电池11的光伏活性区17(即,没有光学透明区18的层区域16)是不透明的并且在此具有例如小于5%的对于可见光的透射率。与此形成对照,光学透明区18具有例如至少85%的对于可见光的透射率。所有光学透明区18的总面积与太阳能电池11的总面积的比率在从5%至50%的范围内。因此,在薄膜太阳能模块1的总面积上平均的半透明薄膜太阳能模块的光学透明度也在从5%至50%的范围内,并且特别地为20%。光学透明区18被布置成沿着假想线19均匀地分布并且在薄膜太阳能模块1之上,由此可以借助于在两个空间方向上的周期性图案来获得非常平滑的整体视觉效果。借助于层区域16中的连续后电极层5,可以实现介绍中已经提及的本发明的优点(例如,对阴影的低敏感度、热点的避免、层不均匀性的潜在补偿)。现在考虑图3,其中,在平面图中描绘了根据本发明的薄膜太阳能模块1的另一示例性实施例。为了避免不必要的重复,仅解释相对于图2的示例性实施例的差异,并且,换句话说,对关于图2的陈述进行参考。因此,光学透明区18在此在每种情况下具有圆形形状并且沿着平行于图案化区14定向的假想线19而布置。两个相邻的假想线19的光学透明区18可以布置成相对于彼此偏移,其中一个线性布置的一个光学透明区18定位在大约另一线性布置的两个光学透明区18之间的间隙的水平处。在图3中以举例的方式绘制了一条假想线19。光伏活性区17的一个区区段20总是位于沿同一条假想线19布置的同一层区域16的两个相邻光学透明区18之间。图4在平面图中描绘了根据本发明的薄膜太阳能模块1的另一示例性实施例,其中,再次,仅解释相对于图2的示例性实施例的差异,并且,换句话说,对那里做出的陈述进行参考。因此,光学透明区18在每种情况下具有正方形形状且沿着平行于图案化区14定向的假想线19而布置。以举例的方式绘制一条假想线19。彼此相邻的两条线19的光学透明区18布置成相对于彼此偏移,其中一条线19的一个光学透明区18精确地布置在另一条线19的两个光学透明区18之间的间隙的中心,使得整体上,光学透明区18在层区域16(即,太阳能电池11)和薄膜太阳能模块1上方的棋盘状分布形成。现在考虑图5和图6,其中描绘了光学透明区18的示例性实施例。层序列在沿着图5的剖面线a-a的图6的截面图中是可辨别的。因此,在光学透明区18中,例如,去除层结构3的所有层,包括后电极层5。光学透明区18至少部分地、优选完全地由边缘区21围绕。在边缘区21中,例如,除了后电极层5之外,所有层被去除。然而,还可以想到,不是层结构3的所有层都在光学透明区18和边缘区21两者中都被去除,其中在光学透明区18中在任何情况下后电极层被去除,并且在边缘区21中在任何情况下后电极层5都不被去除。借助于边缘区21,可以有利地避免在去涂层的区块的边缘上的短路路径(分流)。有利地,光学透明区18的总面积与边缘区21的总面积的比率大于1,优选地大于10。图7图示了用于制造根据本发明的薄膜太阳能模块i的示例性方法。因此,在步骤i中,提供了其上施加有层结构3的基板2,其中图案化区14引入基板中,以用于串联连接的太阳能电池11的形成。在步骤ii中,通过使用激光束源的脉冲激光束将层结构3的所有层一直被去除到基板2来创建光学透明区18。为此目的,用脉冲激光束照射层结构3,其中脉冲具有小于1纳秒的持续时间。优选通过透明基板2照射层结构3;然而,从背向基板2的侧面直接照射层结构3也是可能的。备选地,光学透明区18可通过机械材料去除而创建。光学透明区18不完全细分层区域16,使得层区域16的后电极层5在每种情况下是连续的。在可选的步骤iii中,在光学透明区18周围创建边缘区21。通过利用脉冲激光束照射层结构3和/或通过机械材料去除来创建边缘区21,其中脉冲具有小于1纳秒的持续时间。当在光学透明区18周围创建边缘区21时,也可以通过利用脉冲激光束照射来创建光学透明区18,脉冲激光束的脉冲具有至少1纳秒的持续时间。本发明使对可见光半透明的薄膜太阳能模块是可得到的。在至少一个太阳能电池中,除了光伏活性区之外,还存在一个或多个光学透明区,其中太阳能电池的后电极层和优选地还有吸收涂层被连续地实现。特别地,这使得能够以相对复杂的图案布置多个光学透明区。因此,可以以简单的方式实现将表面图案化成小部分的视觉上吸引人的划分。例如,可以在两个空间方向上实现图案(例如,周期性图案),从而带来较平滑的整体效果的优点。因此,可以获得薄膜太阳能模块的非常吸引人的视觉外观。连续的后电极层防止由于高电流密度而引起的局部阴影和局部过热的部位的问题。此外,由于连接的后电极用作电势补偿表面,因此可以避免层不均匀性的不利影响。如从以上描述显而易见的,本发明有利地实现了半透明薄膜太阳能模块的技术上相对不复杂、高度通用且经济的制造,其中可以获得具有薄膜太阳能模块的相对高可见光透射率的相对大的光学活性区块。参考符号列举1薄膜太阳能模块2第一基板3层结构4模块表面5后电极层6吸收涂层7缓冲层8前电极层9粘合剂层10第二基板11太阳能电池12复合物13连接区段14图案化区15死区16层区域17光伏活性区18光学透明区19假想线20区区段21边缘区当前第1页12当前第1页12
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