用于通过电绝缘的绝缘沟槽在薄层太阳能模块中制造子太阳能模块的方法以及用于制造 ...的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于通过电绝缘的绝缘沟槽在薄层太阳能模块中制造子太阳能模块的方法，该薄层太阳能模块由一体式彼此互连的薄层太阳能电池来构建，该方法具有以下步骤：?提供具有激光波长的激光；?提供基底(1)，该基底对于激光波长来说是透明的，其中，基底(1)的第一侧具有多个一体式互连的薄层太阳能电池，这些薄层太阳能电池由金属的背电极薄层(2)、布置在金属的背电极薄层(2)上的吸收薄层(3)和布置在该吸收薄层上的前电极结构(4)来构建；?将激光射束(L)射入到基底上；?使激光射束(L)运动，用以产生至少一个绝缘沟槽(l1、l2、l3、l4)。根据本发明设置的是，激光射束(l)射入到基底(1)的第二侧上、穿过基底(1)落到金属的背电极薄层(2)上并且以在皮秒或飞秒范围内的激光脉冲以如下方式调节，即，连同金属的背电极薄层(2)一起将布置在该金属的背电极薄层上的吸收薄层(3)和布置在该吸收薄层上的前电极结构(4)沿着切割线(S)从基底(1)烧蚀掉。
【专利说明】
用于通过电绝缘的绝缘沟槽在薄层太阳能模块中制造子太阳能模块的方法以及用于制造具有这种类型的绝缘沟槽的薄层太阳能模块的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于通过电绝缘的绝缘沟槽在薄层太阳能模块中制造子太阳能模块的方法，并且本发明还涉及一种用于制造具有这种类型的绝缘沟槽的薄层太阳能模块的方法。
【背景技术】
[0002]薄层太阳能模块通常具有一体式串联互连的薄层太阳能电池。为了建立一体式互连，依次沉积用于前电极和背电极的和用于光伏吸收器的薄层。在完成这三个薄层沉积过程中的每一个之后，都首先进行结构化步骤，以便最终建立起单个的且相邻地布置的条带状的薄层太阳能电池的一体式串联互连。
[0003]该依次交替的薄层沉积和结构化例如由DE3129344A1所公知。由该文献同样公知的是，产生了所谓的绝缘沟槽，这些绝缘沟槽割断了整个薄层堆直至基底。这些绝缘沟槽垂直于条带状的薄层太阳能电池的延伸长度方向地延伸。因此，绝缘沟槽导致将太阳能模块划分成多个相邻地布置在相同的基底上的彼此分别并联的子太阳能模块。该子模块结构带来了一系列优点。如果在薄层太阳能模块运行时发生表面被部分遮挡光线，不产生光电流的被遮挡光线的电池相对于其余的串联的电池来说作为欧姆电阻器起作用。作为欧姆电阻器起作用的被遮挡光线的太阳能电池的温度依赖于流过串联的薄层太阳能电池的总电流强度地上升，因此出现了所谓的热斑(Hotspots)。这些热斑降低了太阳能模块的效率，但也可能导致太阳能模块的局部损坏。通过将太阳能模块划分成多个子模块，明显降低了这种遮挡光线或起同样作用的、由生产引起的分路电阻器(Shunt分流器)对整个太阳能模块的功能的影响。
[0004]例如可以刻入或者借助激光射束来产生绝缘沟槽。借助激光射束产生这种类型的绝缘沟槽例如由US 4，667，058所公知。为此，提供了对于激光波长来说透明的具有第一侧和第二侧的基底，其中，基底的第一侧具有多个一体式互连的薄层太阳能电池，薄层太阳能电池由背电极薄层、布置在背电极薄层上的吸收薄层和布置在吸收薄层上的前电极结构来构建。激光射束射入到基底上，并且激光射束沿着至少一条切割线在基底上运动并且/或者基底相对于激光射束运动，用以借助激光射束与基底之间的相对运动产生至少一个绝缘沟槽。
[0005]但在使用由现有技术公知的借助激光射束的结构化方法时不利的是，由于薄层材料的熔融、蒸发、升华存在如下危险，即，在薄层材料冷凝和凝固之后或再升华之后，在产生的绝缘沟槽的侧面上可能在电极层之间出现短路。为了应对该危险，根据US 4，667，058在刻写绝缘沟槽之后执行蚀刻步骤，尤其是等离子蚀刻步骤，其清除了绝缘沟槽的侧面上的可能引起短路或分路的残留物。
[0006]对于借助机械式的刮划方法来产生绝缘沟槽来说所需的工具必然承受机械磨损并且因此表现为重要的成本因素。借助激光产生的绝缘沟槽需要后续的蚀刻步骤，用以清洁借助激光射束产生的侧面并且同样表现为生产中附加的时间因素和成本因素。
【发明内容】
[0007]由于光伏行业的整个生产过程存在有巨大的成本压力，因此本发明的任务在于，提供一种用于通过电绝缘的绝缘沟槽在薄层太阳能模块中制造子太阳能模块的方法以及提供一种用于制造具有这种类型的绝缘沟槽的薄层太阳能模块的方法，这些方法是成本明显更低廉的。
[0008]该任务通过具有权利要求1的特征的用于制造子太阳能模块的方法来解决。
[0009]根据本发明设置的是，将激光射束射入到基底的第二侧上、穿过基底落到金属的背电极薄层上并且以在皮秒或飞秒范围内的激光脉冲以如下方式调节并且激光射束与基底之间的相对运动以如下方式实施，即，连同金属的背电极薄层一起将布置在该金属的背电极薄层上的吸收薄层和布置在该吸收薄层上的前电极结构沿着切割线从基底烧蚀掉。大于I飞秒直至小于1000皮秒的范围可以被理解为皮秒范围和飞秒范围。即使前电极结构分区段地具有几微米范围内的层厚度时，这样的作用机制也起作用。这例如是如下的情况，即，前电极结构构造为由导电的氧化物构成的透明的薄层与网状地构造在其上的、形式为电极汇流结构的较厚的层的组合体。如果激光脉冲从光入射侧落到电极汇流结构上，那么这些激光脉冲在该区域中不生成直至玻璃基底的沟槽或孔隙。
[0010]由于在皮秒或飞秒范围内的激光射束有很高的时间上和空间上的能量密度，所以通常在切割线的区域中不出现对薄层材料熔融和蒸发。在激光脉冲的范围内生成的震荡波导致整个薄层叠组的沿着激光感应出的震荡波的运动方向的爆炸式剥脱。由于该震荡波从背电极薄层/基底的分界面起向外指向，所以被剥脱的薄层颗粒在此从基底向外抛出。留下了在薄层叠组中具有断裂棱边的沟槽，而基本上没有断裂颗粒。
[0011]重要的参数是每体积单位和每时间单位放出的激光能量的时间上和空间上的变化曲线。这取决于如下参数，例如波长、脉冲持续时间、脉冲能量、脉冲频率、脉冲直径、射束型廓和激光射束与基底之间的相对运动。
[0012]优选地，在接近红外线范围内或可见光的频谱范围内选择激光波长。可能的激光波长例如为515]1111、53211111、1030nm、1047nm、1053nm、1060nm、1064nm、1080nm和 1150nm。少量掺杂的固态激光是尤其适合的。因此，可能的激光波长是其基波波长和更高次的谐波。优选地，使用具有在33.3kHz至400kHz范围内的脉冲频率的脉冲式激光。
[0013]有利的是，激光射束被运动，从而确保沿着切割线相继跟随的激光脉冲的10%至95%,优选15%至30%在空间上重叠。在此，优选使用每激光脉冲在5yJ至125yJ的范围内，优选在20yJ至40yJ的范围内的脉冲能量。小于20皮秒的时间范围作为脉冲长度已被证实是有利的。
[0014]方法的有利变型方案设置的是，基底构造为玻璃基底并且在背电极薄层与玻璃基底之间具有阻挡薄层，其中，以如下方式来调节激光射束并且以如下方式实施激光射束与基底之间的相对运动，即，沿着切割线在基底上保留有被激光影响过的阻挡薄层。该阻挡薄层例如构造为具有小于150纳米厚的氮氧化硅层。通过显微镜的研究表明的是，该阻挡薄层仅略微受到激光脉冲影响。保留下来的被激光射束影响过的阻挡薄层在绝缘沟槽的区域中通常损失了不足其层厚度的10%，优选仅不足5%。
[0015]当吸收薄层构造为三元的或四元的半导体，例如由CIGS半导体或CIS半导体构成时，优选使用该用于制造子太阳能模块的方法。
[0016]对于制造方法有利的是，基底呈矩形地构造有第一棱边长度和第二棱边长度，上棱边和下棱边，其中，平行于上棱边和平行于下棱边地、以第一或第二棱边长度的10%至15%的量间隔开地制造出第一和第二绝缘沟槽。优选地，串联互连的薄层太阳能电池从基底的上棱边的区域向下棱边的区域延伸。在此，绝缘沟槽垂直于用于一体式互连薄层太阳能电池的结构化沟槽地延伸并且例如割断所有薄层电池直至与第一棱边长度平行且相邻地布置的薄层太阳能电池，该薄层太阳能电池被当作朝第二棱边长度的方向联接的并联的子太阳能模块的第一接触电池。此外，与第二棱边长度平行且相邻地布置的薄层太阳能电池被当作封闭的第二接触电池，并且绝缘沟槽也没有割断该第二接触电池，而是在其前面结束。然而同样能想到的是，利用绝缘沟槽使整个薄层太阳能电池彼此电绝缘。于是，这样得到的子太阳能模块的电互连可以按混合结构方式实现。
[0017]针对方法的优选第一变型方案设置的是，平行于第一和第二绝缘沟槽地在第一与第二绝缘沟槽之间居中地制造出一个另外的绝缘沟槽。
[0018]方法的有利的第二变型方案设置的是，平行于第一和第二绝缘沟槽地在第一与第二绝缘沟槽之间以如下方式制造出两个另外的绝缘沟槽，即，使得两个另外的绝缘沟槽之间的间距与第一和第二绝缘沟槽与各自相邻的另外的绝缘沟槽之间的间距大小相同。
[0019]针对所有上文所述的有利的方法同样适用的是，绝缘沟槽优选由多个相邻的切割线的平行重叠布置来形成。在此，例如可以以25μπι至30μπι的间距制造出三个切割线，从而形成具有线宽度为75μπι至ΙΟΟμπι的绝缘沟槽。这样的绝缘沟槽引起了子模块的薄层太阳能电池之间的足够强的电绝缘。
[0020]此外，本发明涉及还一种用于制造具有子太阳能模块的薄层太阳能模块的方法，该薄层太阳能模块由一体式彼此互连的薄层太阳能电池来构建，子太阳能模块通过电绝缘的绝缘沟槽彼此分开。该方法具有以下步骤:
[0021]-提供具有第一侧和第二侧的基底，其中，基底的第一侧具有多个一体式互连的薄层太阳能电池，薄层太阳能电池由金属的背电极薄层、布置在金属的背电极薄层上的吸收薄层和布置在吸收薄层上的前电极结构来构建，
[0022]-根据上述方法变型方案中的一个来制造至少一个绝缘沟槽，
[0023]-利用前侧封装元件以持久不受天气影响的方式封装一体式互连的薄层太阳能电池以及
[0024]-将持久不受天气影响的电太阳能模块联接装置接驳在基底上。
【附图说明】
[0025]结合下面的附图详细阐述了针对绝缘沟槽在薄层太阳能模块上的布置的两个实施例。其中:
[0026]图1示出具有三个水平的绝缘沟槽的薄层太阳能模块的第一实施方式的纯示意性的示图；
[0027]图2示出具有四个水平的绝缘沟槽的薄层太阳能模块的第二实施方式的纯示意性的示图；
[0028]图3示出沿着线II1-1II穿过图1的太阳能模块的示意性的不成比例的截面图；
[0029]图4示出沿着线IV-1V穿过图2的太阳能模块的示意性的不成比例的截面图；
[0030]图5示出如图4中那样的示意性的不成比例的截面图，其中，补充有前侧封装元件和太阳能模块联接装置。
【具体实施方式】
[0031]图1示出具有三个水平的绝缘沟槽11、12、13的薄层太阳能模块的第一实施方式的纯示意性的示图。未示出的一体式互连的薄层太阳能电池布置在呈矩形构造的基底I上。基底I具有窄的上棱边、窄的下棱边和两个长的纵棱边。薄层太阳能电池作为长形条带从太阳能模块的窄的上棱边的区域垂直地延伸至太阳能模块的平行的窄的下棱边的区域。第一绝缘沟槽Il以如下间隔平行于太阳能模块的窄的上棱边，该间隔为长的纵棱边的尺寸的约5%至10%。第二绝缘沟槽12同样以长的纵棱边的尺寸的约5%至10%的间距与薄层太阳能模块的窄的下棱边间隔开地布置。第三绝缘沟槽13平行于其余两个绝缘沟槽11、12地在它们之间居中地延伸。在此，三个绝缘沟槽11、12、13中的每一个都割断所有薄层太阳能电池直至最靠外的两个分别与基底I的两个长的纵棱边相邻地布置的薄层太阳能电池。最靠外的两个薄层太阳能电池充当所谓的接触电池，它们实现了通过绝缘沟槽形成的子太阳能模块的并联互连。子太阳能模块位于基底I的外棱边与相邻的绝缘沟槽11、12之间以及绝缘沟槽Il与13之间以及绝缘沟槽12与13之间，这些子太阳能模块经由两个靠外的接触电池彼此并联互连。薄层太阳能模块的通常至少一厘米的环绕的边缘去涂层区(Randentschichtung)在这里同样也未示出。
[0032]图2示出了具有四个水平的绝缘沟槽I1、I2、I3、I4的薄层太阳能模块的第二实施方式的纯示意性的示图。此外，基底I的棱边尺寸与图1中的尺寸一致。图1的所有其他实施方案在这里也相应地适用。与第一实施方式不同的是，两个另外的绝缘沟槽13、14彼此等距且与靠外布置的两个绝缘沟槽I1、12等距地布置。
[0033]在唯一的制造步骤中，借助激光来沿着切割线S产生所有绝缘沟槽I1、12、13、14。为此，与下面示出的截面图相结合地论述另外的实施方案。
[0034]图3示出了沿着线II1-1II穿过图1的太阳能模块的示意性的不成比例的截面图。在此，断开线跨接了太阳能模块区段直至外棱边或跨接了薄层叠组在内置的子模块的区域中的相同形状的构造。截面图示出了从最下的基底I出发的如下构造。在基底I上是阻挡薄层la，其例如在玻璃基底上由氮氧化硅形成。在阻挡薄层Ia之上依次是金属的背电极薄层
2、在金属的背电极薄层上是吸收薄层3和前电极结构4。该前电极结构4通过由透明的导电的氧化物和电极汇流结构41构成的前电极薄层40构建。电极汇流结构可以与列举出的薄层不同地制造为具有在数微米范围内的厚度的层。
[0035]如果激光射束L现在沿着从附图平面向外延伸的切割线S从背侧穿过对于激光射束L来说足够透明的基底I连同其同样足够透明的阻挡薄层Ia对准背电极薄膜2，就会发生下述情况。如果在皮秒或飞秒范围内的激光射束L的激光脉冲具有合适的脉冲能量和适当的空间上的宽度，并且合适地选出基底I与激光射束L之间的相对运动，那么阻挡薄层Ia仅轻微地受损，而其余的层叠组被完全烧蚀掉。以这种方式，可以以很少的工作步骤实现一体式互连的薄层太阳能电池结构化成多个彼此并联互连的子模块。
[0036]图4示出沿着线IV-1V穿过图2的太阳能模块的示意性的不成比例的截面图。层结构的相同的元件设有相同的附图标记。前述的实施方案在这里也相应地适用。
[0037]最后，图5以示意性的不成比例的截面图示出的是，例如在另外的制造步骤中，根据图4所示的子模块结构借助所施加的前侧封装元件5和太阳能模块联接装置6补足为持久不受天气影响的封装的太阳能模块。
[0038]附图标记列表
[0039]I基底
[0040]Ia阻挡薄层[0041 ] 2 背电极薄层
[0042]3吸收薄层
[0043]4前电极结构
[0044]40前电极薄层
[0045]41电极汇流结构
[0046]5前侧封装元件
[0047]6太阳能模块联接装置
[0048]I1、12、13、14 绝缘沟槽
[0049]L激光射束
[0050]S用于绝缘沟槽的切割线
【主权项】
1.一种用于通过电绝缘的绝缘沟槽在薄层太阳能模块中制造子太阳能模块的方法，所述薄层太阳能模块由一体式彼此互连的薄层太阳能电池来构建，所述方法具有以下步骤: -提供具有激光波长的激光， -提供具有第一侧和第二侧的基底(I)，所述基底对于所述激光波长来说是透明的，其中，所述基底(I)的第一侧具有多个一体式互连的薄层太阳能电池，所述薄层太阳能电池由金属的背电极薄层(2)、布置在所述金属的背电极薄层(2)上的吸收薄层(3)和布置在所述吸收薄层上的前电极结构(4)来构建， -将激光射束(L)射入到所述基底上， -使所述激光射束(L)沿着至少一条切割线(S)在所述基底(I)上运动和/或使所述基底(I)相对于所述激光射束(L)运动，用以借助激光射束(L)与基底(I)之间的相对运动产生至少一个绝缘沟槽(I1、12、13、14)， 其特征在于， 将所述激光射束(I)射入到所述基底(I)的第二侧上、穿过所述基底(I)落到所述金属的背电极薄层(2)上，并且所述激光射束以在皮秒或飞秒范围内的激光脉冲以如下方式调节并且所述激光射束(L)与基底(I)之间的相对运动以如下方式实施，S卩，连同所述金属的背电极薄层(2) —起将布置在所述金属的背电极薄层上的吸收薄层(3)和布置在所述吸收薄层上的前电极结构(4)沿着所述切割线(S)从所述基底(I)烧蚀掉。2.根据权利要求1所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，所述激光波长在接近红外线范围内或可见光的频谱范围内来选择。3.根据权利要求1或2所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，使用具有在33.3kHz至400kHz范围内的脉冲频率的脉冲式激光。4.根据权利要求3所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，所述激光射束(L)被运动，从而确保沿着所述切割线(S)相继跟随的激光脉冲的10%至95%，优选15%至30%在空间上重叠。5.根据权利要求3或4所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，每激光脉冲的脉冲能量在5yJ至125yJ的范围内，优选在20yJ至40yJ的范围内来选择。6.根据上述权利要求中任一项所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，所述基底(I)构造为玻璃基底并且在背电极薄层(2)与玻璃基底之间具有阻挡薄层(Ia)，其中，所述激光射束(L)以如下方式调节并且所述激光射束(L)与基底(I)之间的相对运动以如下方式实施，即，沿着所述切割线(S)在所述基底上保留被激光影响过的阻挡薄层(la)。7.根据上述权利要求中任一项所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，所述吸收薄层(3)构造为三元的或四元的半导体。8.根据上述权利要求中任一项所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，所述基底(I)呈矩形地构造有第一棱边长度和第二棱边长度，上棱边和下棱边，其中，平行于所述上棱边和平行于所述下棱边地、以所述第一棱边长度或所述第二棱边长度的10%至15%的量间隔开地制造出第一绝缘沟槽(II)和第二绝缘沟槽(12)。9.根据权利要求8所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，平行于所述第一绝缘沟槽和第二绝缘沟槽(I1、12)地在所述第一绝缘沟槽与所述第二绝缘沟槽(I1、12)之间居中地制造出一个另外的绝缘沟槽(13)。10.根据权利要求8所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，平行于所述第一绝缘沟槽和第二绝缘沟槽(Il、12)地在所述第一绝缘沟槽与所述第二绝缘沟槽(I1、12)之间以如下方式制造出两个另外的绝缘沟槽(13、14)，即，使得所述两个另外的绝缘沟槽(13、14)之间的间距与所述第一绝缘沟槽和所述第二绝缘沟槽(11、12)相对各自相邻的另外的绝缘沟槽之间的间距大小相同。11.根据上述权利要求中任一项所述的用于制造子太阳能模块的方法，其特征在于，绝缘沟槽(I1、12、13、14)由多个相邻的切割线(S)的平行重叠布置来形成。12.—种用于制造具有子太阳能模块的薄层太阳能模块的方法，所述薄层太阳能模块由一体式彼此互连的薄层太阳能电池来构建，所述子太阳能模块通过电绝缘的绝缘沟槽彼此分开，所述方法具有以下步骤: -提供具有第一侧和第二侧的基底，其中，所述基底的第一侧具有多个一体式互连的薄层太阳能电池，所述薄层太阳能电池由金属的背电极薄层、布置在所述金属的背电极薄层上的吸收薄层和布置在所述吸收薄层上的前电极结构来构建， -根据上述权利要求中任一项来制造至少一个绝缘沟槽， -利用前侧封装元件以持久不受天气影响的方式封装一体式互连的薄层太阳能电池，以及 -将持久不受天气影响的电太阳能模块联接装置接驳在所述基底上。
【文档编号】H01L31/18GK105917473SQ201480048042
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年8月28日
【发明人】拉尔夫·洪格尔, 斯特凡·马沙尔, 帕特里克·蒙德, 安德烈亚斯·卡恩
【申请人】北京铂阳顶荣光伏科技有限公司