具有减小的功率损耗的太阳能模块及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能模块，具有由两个通过至少一个粘接层相互连接的衬底组成的层压复合物，在这两个衬底之间存在串联布线的太阳能电池，所述太阳能电池分别具有由半导体材料制成的吸收区，所述吸收区位于布置在吸收区的光入射侧上的前电极与背电极之间，其中在每个吸收区与粘接层之间存在与前电极不同的扩散势垒，该扩散势垒被构造为阻挡水分子从粘接层（10）扩散到吸收区中和/或阻挡掺杂物离子从吸收区扩散到粘接层中。本发明还涉及用于制造这样的太阳能模块的方法。
【专利说明】具有减小的功率损耗的太阳能模块及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明处于光伏能量产生的【技术领域】并且涉及具有减小的由于老化导致的功率损耗的太阳能模块，用于制造该太阳能模块的方法，以及扩散势垒在这样的太阳能模块中的应用。
【背景技术】
[0002]用于将太阳光直接转换为电能的光伏层系统充分已知。这些光伏层系统一般称为“太阳能电池(Solarzellen)”。术语“薄层太阳能电池”涉及具有仅几微米的小厚度的层系统，其需要用于足够机械强度的载体衬底。已知的载体衬底包括无机玻璃、塑料(聚合物)或金属，尤其是金属合金，并且可以依据相应的层厚和特定的材料特性被构成为刚性板或可弯曲薄膜。
[0003]就工艺可处理性和效率来说,具有由非晶、微晶态(mikromorphem)或多晶娃、締化镉(CdTe )、砷化镓(GaAs )或黄铜矿化合物、尤其是铜-铟/镓-硫/硒(Cu (In, Ga) (S，Se) 2)制成的半导体层的薄层太阳能电池证明是有利的，其中尤其是铜-铟-联硒化物(CuInSe2或CIS)由于其与太阳光光谱匹配的带隙以特别高的吸收系数而突出。
[0004]为了获得技术上可用的输出电压，将很多太阳能电池串联地相互布线(verschalten),其中薄层太阳能模块提供(单片)集成地布线的薄层太阳能电池的大面积布置的优点。在专利文献中已多次描述了薄层太阳能电池的串联布线。仅示例性地参照专利文献 DE4324318 Cl。
[0005]一般将用于制造薄层太阳能电池的层直接施加到载体衬底上，该载体衬底在其侧与正面的透明覆盖层通过增附粘接薄膜连接成耐风雨的光伏模块或太阳能模块。该过程称为“层压”。对于覆盖层的材料例如选择低铁的钠钙玻璃。增附粘接薄膜例如由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯(PE)、聚乙烯丙烯共聚物或聚丙烯酰胺(PA)组成。在具有复合片材结构的薄层太阳能模块情况下，近年来越来越多地采用PVB粘接薄膜。
[0006]现在可以在层压的薄层太阳能模块中观察到由于老化引起的、串联电阻的连续增力口，该串联电阻在几千运行小时的标准时间之后逐渐过渡为至少近似恒定的值。串联电阻的该增加导致太阳能模块的效率的不期望恶化。
【发明内容】
[0007]与此相对地，本发明的任务在于提供一种具有减小的通过老化引起的功率损耗的太阳能模块。该任务以及其它任务根据本发明的建议通过具有并列权利要求的特征的太阳能模块、用于制造该太阳能模块的方法以及扩散势垒在这样的太阳能模块中的应用解决。本发明的有利构型通过从属权利要求的特征说明。
[0008]根据本发明展示了太阳能模块，尤其是薄层太阳能模块。该太阳能模块包括由两个通过至少一个(塑料)粘接层相互连接的衬底组成的复合物，在这两个衬底之间优选以集成的形式存在相互串联布线的太阳能电池、尤其是薄层太阳能电池。布置在两个衬底之间的太阳能电池通过对层结构的结构化来制造。由此太阳能电池分别具有由半导体材料制成的吸收区，所述吸收区位于布置在吸收区的光入射侧上的前电极与背电极之间。优选地，半导体材料由黄铜矿化合物组成，该黄铜矿化合物尤其是来自铜-铟/镓-二硫/联硒化物(Cu (In, Ga) (S，Se)2)族中的1-1I1-VI半导体(例如铜-铟-联硒化物(CuInSe2或CIS))或同族化合物。半导体材料通常被用掺杂物离子、例如钠离子掺杂。
[0009]优选地，在本发明的太阳能模块中将背侧的载体衬底借助粘接层(例如PVB)与对于半导体的吸收范围中的电磁辐射(例如太阳光)尽可能可穿透的正面覆盖层(例如玻璃板)粘接，其中布置在载体衬底上的太阳能电池嵌入在粘接层中。
[0010]在此情况下重要的是，在每个太阳能电池的吸收区与粘接层之间存在扩散势垒(势垒层)，该扩散势垒被构造为阻挡水分子从粘接层扩散到吸收区中和/或阻挡掺杂物离子从吸收区扩散到粘接层中。扩散势垒的材料与前电极的材料不同。扩散势垒为此目的具有这样的或合适的层厚，使得水分子和/或掺杂物离子的扩散可以被阻挡。层厚取决于扩散势垒的相应材料。
[0011]不限制于理论，假定开头所述的所布线的太阳能电池的串联电阻升高的重要原因是水分子从粘接层扩散到太阳能电池的半导体材料中和/或掺杂物离子从吸收区扩散到粘接层中。水分子和掺杂物离子的扩散性迁移导致半导体材料的电特性的改变，因为一方面掺杂物离子从半导体材料中转移出，并且另一方面水分子与掺杂物离子在半导体材料中结合。例如，PVB具有在千分之个数位范围中的水份额，但是该水份额被看作足以在功率损耗方面具有不期望的效果。由此 申请人:首次认识到，在太阳能模块中随着老化观察到的功率损耗基于太阳能电池的半导体材料电特性由于水分子和/或掺杂物离子的扩散性迁移而导致的改变。通过粘接物层与吸收区之间的扩散势垒，可以有利地至少在很大程度上、尤其是完全阻止水分子和/或掺杂物离子的扩散性迁移，从而太阳能模块的随着老化出现的功率损耗可以被可靠地和安全地减小。
[0012]为了通过太阳能 电池的扩散势垒至少不明显地影响太阳能模块的功率，可以将扩散势垒的材料选择为，使得该材料对于太阳能电池的半导体材料的吸收范围中的电磁辐射(例如太阳光)是可穿透的(是透明的)。术语“可穿透的”在此涉及所观察的波长范围的透射，也就是半导体的吸收范围(在CIGS 380nm至130nm的情况下)的透射，该透射至少大于70%，优选大于80%并且尤其是优选大于90%。
[0013]在本发明的太阳能模块中，原则上可以对太阳能电池的扩散势垒的材料和层厚自由选择，只要保证水分子和/或掺杂物离子的扩散可以被阻挡并且尤其是至少几乎完全被阻止。在此一般可以是有机或无机材料。优选地，扩散势垒的材料是无机材料，这带来了良好可加工性的工艺技术优点，因为气相沉积通过诸如化学气相沉积(CVD=0!emiCal VaporDeposition,化学气相沉积)或物理气相沉积(PVD=￡hysical Vapor Reposition,物理气相沉积)或溅射工艺的已知方法是可能的。与此不同，有机材料典型地需要湿化学沉积，该湿化学沉积较难以能集成到用于制造太阳能模块的工艺流程中并且有方法技术缺点。
[0014]优选地，太阳能电池的扩散势垒的无机材料是至少一种金属氧化物。正如 申请人:的试验所展示的，通过金属氧化物可以特别有效地阻止水分子和掺杂物离子的扩散性迁移。
[0015]有利地，扩散势垒分别包括至少一个金属氧化物覆层和至少一个金属氮化物覆层的交替序列，例如至少一个由锡-锌氧化物构成的覆层和至少一个由氮化硅构成的覆层的交替序列。正如 申请人:的试验所展示的，通过始终还随着不同晶粒生长出现的、不同材料的交替序列可以特别有效地阻止水分子和掺杂物离子的扩散性迁移。另一方面，金属氧化物和金属氮化物由于非常好的可加工性而突出，其中由金属氧化物和金属氮化物构成的层可以从气相或通过溅射工艺来沉积，从而扩散势垒的制造可以相对简单和成本低廉地集成到太阳能模块的制造中。此外，这样的扩散势垒具有针对在本发明优选半导体材料的吸收范围中的电磁辐射(例如光)的突出的可穿透性，所述半导体材料例如基于黄铜矿化合物。
[0016]对于作为用于阻挡或阻止水分子和掺杂物离子的扩散性迁移的势垒的特性，依据所选择的材料可以考虑扩散势垒的层厚。正如 申请人:的试验所展示的，在采用金属氧化物作为扩散势垒的材料的情况下，在层厚直至大约50nm时可以确定实际上没有扩散阻挡作用。优选地，由金属氧化物构成的扩散势垒的层厚大于50nm，尤其是大于lOOnm。
[0017]另一方面，由于扩散势垒对于电磁辐射的可穿透性随着层厚的增加而增加，因此在同样作为针对水分子和掺杂物离子的扩散性迁移的势垒良好地起作用时尽可能小的层厚是有利的。优选地，扩散势垒的层厚处于大于50nm至200nm的范围内，尤其是在IOOnm之上至200nm的范围内。正如 申请人:利用金属氧化物进行试验而以令人吃惊的方式所展示的，至少在几种材料的情况下随着层厚的进一步增加超于IOOnm实际上就作为水分子和掺杂物离子的扩散性迁移的势垒的作用来说不能实现附加的效果。因此可能有利的是，扩散势鱼的层厚处于大于50nm至IOOnm的范围内，尤其是在大于50nm至IOOnm之下的范围内，尤其是在75nm至IOOnm的范围内，尤其是在75nm至IOOnm之下的范围内。
[0018]在本发明的太阳能模块中扩散势垒位于吸收区与粘接层之间。例如扩散势垒为此目的被布置在前电极与吸收区之间。在一种就太阳能电池的过渡区域前电极/吸收区中的电特性来说有利的构型中，扩散势垒被布置在前电极与粘接层之间。
[0019]在太阳能电池、尤其是薄层太阳能电池的一种典型制造方式中，背电极通过在背电极层中构造出第一层沟槽来制造，吸收区通过在半导体层中构造出第二层沟槽来制造，以及前电极通过在前电极层中构造出第三层沟槽来制造。在此原则上可能的是，扩散势垒的材料位于最后构造的、用于对前电极结构化的第三层沟槽内，其中太阳能模块的光学活性区域、也就是吸收区通过扩散势垒而完全与粘接层分离。在一种替换的构型中，在第三层沟槽内不存在扩散势垒的材料，也就是说第三层沟槽没有扩散势垒的材料。这样的太阳能模块包括具有用于形成背电极的第一层沟槽的背电极层、具有用于形成吸收区的第二层沟槽的半导体层、具有用于形成前电极的第三层沟槽的前电极层，其中太阳能电池的扩散势垒位于第三层沟槽之外。
[0020]该措施带来了工艺技术的优点，即用于制造扩散势垒的势垒层可以还在加入用于形成前电极的第三层沟槽之前例如被沉积到前电极层上。由此可以放弃其它用于施加势垒层的涂层设备，这随着在制造太阳能模块时显著的成本节省而出现。正如 申请人:的试验所展示的，在第三层沟槽的区域中允许的、水分子和掺杂物离子在粘接层与吸收区之间的扩散性迁移小得可忽略，从而实际上不出现串联电阻的增大。
[0021]本发明还涉及用于制造如上所述太阳能模块、尤其是薄层太阳能模块的方法，该方法包括步骤，其中将与前电极不同的扩散势垒布置在吸收区与粘接层之间。
[0022]在该方法的有利构型中，通过化学或物理气相沉积或溅射制造用于形成扩散势垒的势垒层，由此将扩散势垒的制造工艺技术上简单和成本低廉地集成到太阳能模块的制造中是可能的。
[0023]原则上扩散势垒可以分别被制造为单覆层或者通过沉积多个由至少两种不同材料构成的覆层来制造。在该方法的有利构型中，通过沉积至少一个金属氧化物覆层来制造用于形成扩散势垒的势垒层。有利地，通过沉积至少一个金属氧化物覆层和至少一个金属氮化物覆层的交替序列来制造势垒层。
[0024]在该方法的有利构型中，背电极通过在背电极层中构造出第一层沟槽来制造，吸收区通过在半导体层中构造出第二层沟槽来制造，以及前电极通过在前电极层中构造出第三层沟槽来制造，其中用于制造扩散势垒的势垒层被沉积到用于制造前电极的前电极层上。替换地也可以将势垒层沉积到前电极以及使前电极相互分离的第三层沟槽上。
[0025]仅补充地要说明的是，在本发明的意义上位于太阳能电池的吸收区与粘接层之间的扩散势垒可以是相互分离的层片段，这些层片段例如通过对势垒层的结构化来制造。但同样也可能的是，扩散势垒是连贯的势垒层的层片段。
[0026]本发明还涉及如上所述的扩散势垒在如上所述的太阳能模块中的应用。该太阳能模块包括由两个通过至少一个粘接层相互连接的衬底构成的层压复合物，在两个衬底之间存在串联布线的太阳能电池，这些太阳能电池分别具有由半导体材料构成的吸收区，所述吸收区位于布置在吸收区的光入射侧上的前电极与背电极之间，其中扩散势垒与前电极不同并且位于吸收区与粘接层之间，其中扩散势垒被构造为阻挡水分子从粘接层扩散到吸收区中和/或阻挡掺杂物离子从吸收区扩散到粘接层中。本发明的应用涉及扩散势垒的所有上述构型以及涉及太阳能模块的所有上述构型，其中为了避免重复参照与此有关的实施。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]现在借助实施例更详细地阐述本发明，其中参照附图。在简化的、不按比例的图示中:
图1示出示例性薄层太阳能模块的示意图；
图2-3示出用于图解不同扩散势垒的作用的图表。
【具体实施方式】
[0028]在图1中以示意性方式图解总地用附图标记I表示的薄层太阳能模块。该薄层太阳能模块I包括多个以集成形式串联相互布线的薄层太阳能电池2，其中在图1中为了更简单地表示的目的仅示出两个薄层太阳能电池2。不言而喻，在薄层太阳能模块I中大量(例如大约100个)薄层太阳能电池2串联布线。
[0029]薄层太阳能模块I具有复合片材结构，即其具有电绝缘的第一(载体)衬底3连同施加在其上的、由薄层构成的层结构4，该层结构被布置在第一衬底3的光入射侧表面上。射入到用于光伏电流产生目的的薄层太阳能电池2上的电磁辐射13 (例如太阳光)通过箭头图解。层结构4可以通过蒸发、也就是气相的化学沉积(CVD)或物理沉积(PVD)、或者溅射(磁场辅助的阴极溅射)来制造。第一衬底3在此例如被构造为具有相对小的光穿透性的刚性玻璃板，其中同样地可以采用其它具有期望强度和相对于所执行的工艺步骤的惰性特性的电绝缘材料。[0030]在此，每个薄层太阳能电池2具有布置在第一衬底3的光入射侧表面上的背电极
5、布置在背电极5上的光伏活性半导体区或吸收区6、布置在半导体区6上的缓冲区7以及布置在缓冲区7上的前电极8。通过前电极8，与缓冲区7和吸收区6共同地形成异质结，即相反导电类型的层的序列。缓冲区7可以引起在吸收区6的半导体材料与前电极8的材料之间的电子匹配。此外在前电极8上布置扩散势垒9，通过该扩散势垒可以至少几乎完全地、尤其是完全地阻止水分子和掺杂物离子(例如钠离子)的扩散性迁移。
[0031]为了构造以集成方式串联相互布线的薄层太阳能电池2，在采用如激光写入的合适结构化工艺和例如切削或刻刮的机械处理的情况下对第一衬底3上的层结构4的不同层进行结构化。在此情况下重要的是，光敏面的损耗尽可能小并且所采用的结构化工艺选择性地用于待去除的材料。这样的结构化对于每个薄层太阳能电池典型地包括3个用P1、P2、P3缩写的结构化步骤。
[0032]在此，首先将例如由诸如钥(Mo)的光不可穿透的金属组成的背电极层19施加到第一衬底3上。背电极层19具有例如在300nm至600nm的范围中并且尤其是大约500nm
的层厚。
[0033]在第一结构化步骤Pl中，通过产生第一层沟槽16中断背电极层19，由此形成背电极5。
[0034]接着，将半导体层21沉积在背电极5和使背电极5相互分离的第一层沟槽16上。半导体层21由用掺杂物离子(金属离子)掺杂的半导体组成，该半导体的带隙优选能够吸收尽可能大份额的太阳光。半导体层21例如由P导电的黄铜矿半导体、例如Cu (In，Ga)(S，Se) 2族的化合物、尤其是钠(Na)掺杂的Cu (In，Ga) (S，Se) 2组成。半导体层21具有例如在1_5μπι的范围中并且尤其是大约2μπι的层厚。第一层沟槽16在施加半导体层21时被半导体材料填充。
[0035]然后将缓冲层23沉积在半导体层21上。缓冲层23在此例如由硫化镉(CdS)单覆层和由本征氧化锌(1-ZnO)制成的单覆层组成，这在图1中未更详细示出。
[0036]接着在第二结构化步骤P2中通过产生第二层沟槽17来中断两个半导体层，也就是半导体层21和缓冲层23，由此形成半导体区6和缓冲区7。
[0037]然后将前电极层20沉积到缓冲区7和使缓冲区7与半导体区6彼此分离的第二层沟槽17上。前电极层20的材料对于半导体层21的吸收范围中(例如在可见光谱范围中)的辐射是透明的，从而射入的电磁辐射13仅被少量衰减。前电极层20例如基于掺杂的金属氧化物，例如η导电的、掺杂铝(Al)的氧化锌(ΖηΟ)。这样的前电极层20 —般称为TCO层(TCO=Transparent Conductive Oxide,透明导电氧化物)。
[0038]前电极层20的层厚例如是大约500nm。第二层沟槽16在施加前电极层20时被该层的导电材料填充。
[0039]接着例如通过蒸发或溅射将势垒层22沉积到前电极层20上。势垒层22优选由无机材料、尤其是由至少一个金属氧化物覆层、优选由金属氧化物覆层和金属氮化物覆层构成、例如由至少一个锡-锌氧化物覆层和至少一个氮化硅覆层构成的交替序列组成。势垒层22的层厚优选在50nm之上并且在此例如处于大于50nm至200nm的范围内，尤其是在75nm至IOOnm的范围内，尤其是在75nm至IOOnm之下的范围内。替换地还可以将势鱼层22布置在前电极层22与半导体层21之间。[0040]在第三结构化步骤P3中，通过产生第三层沟槽18来中断势垒层22和前电极层20，由此形成前电极8和扩散势垒9。替换地也可设想的是，第三层沟槽18向下一直达到第一衬底3。
[0041 ] 不同金属向半导体材料的转换通过在炉中加热进行(RTP=Rapid ThermalProcessing,快速热处理),这对专业人员本身是已知的,从而在此无需对此更详细探讨。
[0042]在这里所示出的例子中，薄层太阳能模块I的所产生的正电压连接端(+ )以及所产生的负电压连接端(_)都通过背电极5被引导并且在那里被电接触。通过照射薄层太阳能电池2，在两个电压连接端处产生电压。所产生的电流路径14在图1中通过箭头图解。
[0043]为了保护免遭环境影响，第一衬底3连同所施加的薄层太阳能电池2与第二衬底11粘接成耐风雨的复合物。为此在前电极8和使前电极8彼此分离的第三层沟槽18上施力口 (塑料)粘接层10，该粘接层用于封装层结构4。第三层沟槽18在施加粘接层10时被该层的绝缘材料填充。
[0044]第二衬底11作为正面覆盖层对于辐射13是透明的，并且例如以由具有低铁含量的特白玻璃制成的玻璃板的形式构造，其中同样可以采用具有期望强度和针对所执行的工艺步骤的惰性特性的其它电绝缘材料。第二衬底11用于对层结构4进行密封和机械保护。经由正面的模块表面15可以照射薄层太阳能模块I以产生电能。
[0045]两个衬底3，11通过粘接层10牢固地相互连接(“层压”)，其中粘接层10在此例如被构造为热塑性粘接层，该热塑性粘接层通过加热变得可塑性变形并且在冷却时将两个衬底3和11牢固地相互连接。粘接层10在此例如由PVB组成。两个衬底3，11连同嵌入在粘接层10中的薄层太阳能电池2共同形成层压的复合物12。
[0046]在这里例如由PVB组成的粘接层10中，包含重量份额在千分之个位数范围中的水。通过扩散势垒9可以至少在很大程度上防止水分子从粘接层10扩散性迁移到吸收区6中。同样，通过扩散势垒9可以至少在很大程度上防止掺杂物离子(在此例如是钠离子)从吸收区6扩散到粘接层10中。由此可以减小薄层太阳能模块I的功率损耗。尽管水分子和掺杂物离子的扩散性迁移可能在第三层沟槽18的区域中进行，但是该扩散性迁移被看作小得可忽略。
[0047]在图2中借助针对在图1中图解的薄层太阳能模块I的示意性测量图表作为针对不同扩散势垒9的以小时为单位的运行时间或寿命T (h)的函数关于在投入运行(T=O)时的串联电阻说明所布线的薄层太阳能电池2的相对电串联电阻Rs (rel)。在薄层太阳能模块I中利用作为粘接层10的PVB层压两个玻璃衬底3，11。吸收区6由P导电的黄铜矿半导体、在此例如是钠(Na)掺杂的Cu (In，Ga) (S，Se) 2组成。
[0048]对于所述测量，薄层太阳能模块I通过在干燥的环境中加热到大约85°C而经历加速的老化。
[0049]测量曲线与不同的薄层太阳能模块对应，其中分别仅改变扩散势垒9。具体地说，针对薄层太阳能模块I确定以下测量曲线:
测量曲线(I):具有50nm的层厚的由SnZnO组成的扩散势垒(50SnZn0)
测丨量曲线(2):具有50nm的层厚的由SiN组成的扩散势垒(50SiN)
测丨量曲线(3):具有IOOnm的层厚的由SiN组成的扩散势垒(IOOSiN)
测量曲线(4):由层厚为50nm的SnZnO覆层和层厚为50nm的SiN覆层组成的扩散势垒(50+50)
测量曲线(5):具有200nm的层厚的由SnZnO组成的扩散势垒(200SnZn0)
测丨量曲线(6):具有IOOnm的层厚的由SnZnO组成的扩散势垒(IOOSnZnO)
测暈曲线(7):由4个覆层组成的扩散势垒，其中SnZnO覆层和SiN覆层以交替的序列布置并且这些覆层分别具有25nm的层厚(4*25)。
[0050]此外被确定为参考的是:
测暈曲线(O):没有扩散势垒的薄层太阳能模块I (无)。
[0051]从测量曲线(O)可以看出，薄层太阳能模块I的相对串联电阻由于老化而连续升高，其中可以识别出饱和特性。在大约14000个小时的寿命之后，串联电阻实际上不再升高。作为对此的原因假定是水分子从PVB粘接层10扩散入吸收区6中以及钠离子从吸收区6扩散出到粘接层10中。在老化期间，串联电阻升高到其在薄层太阳能模块I投入运行时的起始值的大约3.5至4倍。
[0052]测量曲线(I)至(3)的测量点相对紧密地放在一起并且至少不明显地与参考测量曲线(O)的测量点区别。由此得出:由SnZnO组成的50nm厚的扩散势垒在减小薄层太阳能模块I的串联电阻升高方面基本上没有作用。相应地也适用于由SiN组成的50nm厚的扩散势垒以及由SiN组成的IOOnm厚的扩散势垒。
[0053]与此不同，在测量曲线(4)至(7)中可以识别出在减小薄层太阳能模块的串联电阻升高方面的显著效果。由此可以通过IOOnm厚的、分别由50nm厚的SnZnO覆层和50nm厚的SiN覆层组成的扩散势垒、IOOnm厚或200nm厚的由SnZnO组成的扩散势垒以及通过IOOnm厚的、分别由四个25nm厚的SnZnO覆层和SiN覆层以交替序列组成的扩散势垒来显著减小串联电阻的升高。
[0054]在此，测量曲线(4)至(7)相对紧密地放在一起并且至少不明显地彼此区别。在老化期间，串联电阻仅升高到其在薄层太阳能模块I投入运行时的起始值的大约2至2.5倍，从而通过这样的扩散势垒可以实现对串联电阻升高的大约50%的减小。作为对此的原因假定是通过太阳能电池的扩散势垒阻挡了水分子和钠离子的扩散性迁移。
[0055]由此利用由SnZnO组成的扩散势垒只有在50nm层厚之上、尤其是在层厚为IOOnm和200nm的情况下才能达到良好的扩散阻挡作用，其中对于IOOnm或200nm的层厚实际上不再能识别出区别。对应良好的作用对于其中组合地包含SnZnO和SiN的扩散势垒也能识别出，其中在扩散势垒的总层厚为IOOnm时50nm厚的SnZnO覆层或两个25nm厚的SnZnO覆层就足以实现良好的扩散阻挡效果。通过将扩散势垒划分为多个具有交替材料序列的覆层，可以实现特别好的扩散阻挡效果。
[0056]在图3中为测量曲线(O)至(7)分别作为以小时为单位的运行时间或寿命T(h)的函数关于薄层太阳能模块I在投入运行(T=O)时的效率说明薄层太阳能模块I的相对效率Eta (rel)。
[0057]因此可以识别出，在没有扩散势垒的情况下效率由于老化而减小了大约20至25%。对应地适用于50nm厚的、由SnZnO或SiN组成的扩散势垒。对于IOOnm厚的由SiN组成的扩散势垒可以观察到相对小的效果，其中效率被减小了大约18%。利用IOOnm厚的SnZnO组成的扩散势垒可以将效率减小大约13%。最好的结果针对测量曲线(4)至(7)的扩散势垒得以实现，其中薄层太阳能模块的效率仅减小了大约10%。由此通过合适的扩散势垒可以将效率减小降低大约50%。
[0058]本发明提供太阳能模块、尤其是薄层太阳能模块及其制造方法，其中通过在太阳
能电池的吸收区与粘接层之间的针对水分子和掺杂物离子的扩散势垒可以减小由老化引
起的功率损耗。扩散势垒的制造可以以简单和成本低廉的方式集成到太阳能模块的工业批
量生产中。
[0059]附图标记列表
I薄层太阳能模块 2薄层太阳能电池 3第一衬底 4层结构 5背电极 6吸收区 7缓冲区 8前电极 9扩散势垒 10粘接层 11第二衬底
12复合物 13辐射 14电流路径 15模块表面 16第一层沟槽 17第二层沟槽 18第三层沟槽 19背电极层 20前电极层 21半导体层 22势垒层 23缓冲层。
【权利要求】
1.太阳能模块(1)，具有由两个通过至少一个粘接层(10)相互连接的衬底(3，11)组成的层压的复合物(12)，在这两个衬底之间存在串联布线的太阳能电池(2)，所述太阳能电池分别具有由半导体材料制成的吸收区(6)，所述吸收区位于布置在吸收区(6)的光入射侧上的前电极(8)与背电极(5)之间，其中在吸收区(6)与粘接层(10)之间存在与前电极(8)不同的扩散势垒(9)，该扩散势垒被构造为阻挡水分子从粘接层(10)扩散到吸收区(6)中和/或阻挡掺杂物离子从吸收区(6)扩散到粘接层(10)中。
2.根据权利要求1所述的太阳能模块(1)，其中扩散势垒(9)包括至少一个金属氧化物覆层。
3.根据权利要求2所述的太阳能模块(1)，其中扩散势垒(9)包括至少一个金属氧化物覆层和至少一个金属氮化物覆层的交替序列。
4.根据权利要求3所述的太阳能模块(1)，其中扩散势垒(9)由至少一个由锡-锌氧化物构成的覆层和至少一个由氮化硅构成的覆层的交替序列组成。
5.根据权利要 求1至4之一所述的太阳能模块(1)，其中扩散势垒(9)的层厚大于50nm,尤其是在大于50nm至200nm的范围内，并且尤其是在75nm至IOOnm的范围内。
6.根据权利要求1至5之一所述的太阳能模块(1)，其中扩散势垒(9)被布置在前电极(8)与粘接层(10)之间。
7.根据权利要求1至5之一所述的太阳能模块(1)，其中扩散势垒(9)被布置在前电极(8)与吸收区(6)之间。
8.根据权利要求1至7之一所述的太阳能模块(1)，该太阳能模块包括: -具有用于形成背电极(5)的第一层沟槽(16)的背电极层(19)， -具有用于形成吸收区(6)的第二层沟槽(17)的半导体层(21)， -具有用于形成前电极(8)的第三层沟槽(18)的前电极层(20)， 其中太阳能电池(2)的扩散势垒(9)位于第三层沟槽(18)之外。
9.用于制造具有由两个通过至少一个粘接层(10)相互连接的衬底(3，11)组成的层压的复合物(12)的太阳能模块(I)的方法，在这两个衬底之间存在串联布线的太阳能电池(2)，所述太阳能电池分别具有由半导体材料制成的吸收区(6)，所述吸收区位于布置在吸收区(6)的光入射侧上的前电极(8)与背电极(5)之间，其中在每个太阳能电池(2)中在吸收区(6)与粘接层(10)之间布置与前电极(8)不同的扩散势垒(9)，该扩散势垒被构造为阻挡水分子从粘接层(10)扩散到吸收区(6)中和/或阻挡掺杂物离子从吸收区(6)扩散到粘接层(10)中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过化学或物理气相沉积或磁场辅助的阴极溅射制造用于形成太阳能电池(2)的扩散势垒(9)的势垒层(22)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中通过沉积至少一个金属氧化物覆层来制造用于形成太阳能电池(2)的扩散势垒(9)的势垒层(22)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中通过沉积至少一个金属氧化物覆层和至少一个金属氮化物覆层的交替序列来制造用于形成太阳能电池(2)的扩散势垒(9)的势垒层(22)。
13.根据权利要求9至12之一所述的方法，其中背电极(5)通过在背电极层(19)中构造出第一层沟槽(16)来制造，吸收区(6)通过在半导体层(21)中构造出第二层沟槽(17)来制造，以及前电极(8)通过在前电极层(20)中构造出第三层沟槽(18)来制造，其中将势垒层(22)沉积到用于制造前电极(8)的前电极层(20)上。
14.根据权利要求9至12之一所述的方法，其中背电极(5)通过在背电极层(19)中构造出第一层沟槽(16)来制造，吸收区(6)通过在半导体层(21)中构造出第二层沟槽(17)来制造，以及前电极(8)通过在前电极层(20)中构造出第三层沟槽(18)来制造，其中将势垒层(22)沉积到前电极(8)以及第三层沟槽(18)上。
15.扩散势垒(9)在具有由两个通过至少一个粘接层(10)相互连接的衬底(3，11)组成的层压的复合物(12)的太阳能模块(I)中的应用，在这两个衬底之间存在串联布线的太阳能电池(2)，所述太阳能电池分别具有由半导体材料制成的吸收区(6)，所述吸收区位于布置在吸收区(6 )的光入射侧上的前电极(8 )与背电极(5 )之间，其中扩散势垒(9 )与前电极(8)不同并且位于吸收区(6)与粘接层(10)之间，其中该扩散势垒(9)被构造为阻挡水分子从粘接层(10)扩散到吸收区(6)中和/或阻挡掺杂物离子从吸收区(6)扩散到粘接层(1 0)中。
【文档编号】H01L31/05GK103718307SQ201280038982
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年8月1日 优先权日:2011年8月10日
【发明者】A.韦尔热, F.利恩哈尔, P.莫根森, W.斯泰特, A.阿维兰 申请人:法国圣戈班玻璃厂