具有经改进的分流电阻的薄膜太阳能模块制造技术

本发明专利技术涉及一种薄膜太阳能模块，其具有基底以及被施加在其上的层结构，所述层结构包括后电极层、前电极层、以及被布置在后电极层与前电极层之间的吸收体层，其中吸收体层具有第一导体类型的掺杂，并且前电极层具有第二导体类型的掺杂，其中串联连接的太阳能电池通过图案化区而被形成在所述层结构中，其中至少一个图案化区具有：‑第一图案化沟槽（P1），其将至少后电极层细分；‑第二图案化沟槽（P2），其将至少吸收体层细分；‑第三图案化沟槽（P3），其将至少前电极层（8）细分，其中所述第一图案化沟槽（P1）由吸收体层的材料所填充，并且其中至少一个绝缘沟槽被实现在所述第一图案化沟槽内，所述绝缘沟槽由至少一种材料所填充，所述至少一种材料与吸收体层相比具有针对第一导体类型的载流子的更低电导率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有经改进的分流电阻的薄膜太阳能模块
本专利技术属于光伏能量生成的
，并且涉及具有经改进的分流电阻的薄膜太阳能模块、以及用于其生产的方法。
技术介绍
在专利文献中已经描述了薄膜太阳能模块许多次。仅仅作为示例而参考印刷出版物DE4324318C1和EP2200097A1。薄膜太阳能模块提供了特别的优点：即在层的产生期间，太阳能电池（solarcell）可已经以集成形式被串联连接。各种层典型地被直接施加在载体基底上，所述载体基底在太阳能电池的图案化之后被提供有覆盖层，作为其结果，获得了抗风化复合物。层结构包括前电极层、后电极层、以及光伏活性吸收体层，其中通常还存在附加的层。在技术处置品质和效率方面，具有非晶、微形态、或多晶的硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、或黄铜矿化合物、特别是二硫化/联硒化铜-铟/镓CuF(In,Ga)(S,Se)2的吸收体层的薄膜太阳能模块具有经证明的优点。由于很好地适配于阳光光谱的带隙，因此利用基于Cu(In,Ga)(S,Se)2的化合物可以实现特别高的吸收系数。在薄膜太阳能模块的生产期间，可能出现各种缺陷，这些缺陷不利地引起了内部电功率损失，并且降低了该模块的额定输出和效率。可以通过所谓的“填充因子”来描述薄膜太阳能模块的品质。这是根据太阳能模块的最大功率与短路电流和开路电压的乘积的商所计算的度量。填充因子越低，太阳能模块的效率就越低，使得最高的可能填充因子是合期望的。导致载流子的提高的重组率并且以不合期望的方式降低了太阳能模块的填充因子的电短路（分流）是性能降低缺陷的显著示例。分流可能具有许多起因。它们经常是基于在太阳能电池的集成串联连接的形成期间的生产相关的缺陷，其中特别地，太阳能电池的前电极与后电极之间的无意电接触出现在用于太阳能电池的串联连接的图案化线的产生期间。相比之下，本专利技术的目的在于有利地改进现有技术中已知的薄膜太阳能模块以及其生产，使得增大薄膜太阳能模块的效率。而且，应当有可能在工业成批生产（seriesproduction）中、甚至利用常规的方法来经济且高效地生产该模块。根据本专利技术的提议、通过根据独立权利要求的薄膜太阳能模块以及用于其生产的方法来实现这些和其它目的。本专利技术的有利的实施例由从属权利要求的特征来指示。
技术实现思路
根据本专利技术，示出了一种薄膜太阳能模块，其包括基底，所述基底具有利用用于光伏能量生成的太阳能电池的单片集成的串联连接而被施加在其上的层结构。与术语“薄膜太阳能模块”的惯常使用一致，它指代具有层结构的模块，所述层结构具有例如几微米的低厚度，使得需要载体基底以用于适当的机械稳定性。载体基底可以例如由无机玻璃、塑料或金属、而且还由金属合金制成，并且可以取决于相应的层厚度和特定的材料性质（如刚性板或柔性膜）来设计所述载体基底。本专利技术涉及以基底配置的薄膜太阳能模块，其中为了生产太阳能电池，层结构被施加在面对光入射侧的基底表面上。本专利技术同样涉及以覆板（superstrate）配置的薄膜太阳能模块，其中基底是透明的，并且层结构被施加在背对光入射侧的基底表面上。以本身已知的方式，层结构包括后电极层、前电极层、以及被布置在后电极层与前电极层之间的光伏活性吸收体层。前电极层是光学透明的，这是因为必须使能实现光至层结构的通行。透明的前电极层典型地包括经掺杂的金属氧化物（TCO=透明的导电氧化物），例如n导电、特别是掺杂有铝的锌氧化物（AZO）。光伏活性吸收体层优选地包括黄铜矿化合物，有利地是来自群组二硫化/联硒化铜铟/镓（Cu(In,Ga)(S,Se)2）的I-III-VI半导体。在以上配方中，铟和镓可以单独或以组合而存在。对于硫和硒而言同样如此，硫和硒可以单独或以组合而存在。特别适合作为用于吸收体层的材料是CIS（联硒化/二硫化铜铟）或CIGS（联硒化铜铟镓、二硫化铜铟镓、二硫硒化铜铟镓）。根据一个实施例，吸收体层具有第一导体类型（载流子类型）的掺杂，并且前电极具有相对的导体类型（载流子类型）的掺杂。典型地，吸收体层是p导电（p掺杂）的，即具有过量的缺陷（defect）电子（空穴），并且前电极层是n导电（n掺杂）的，使得过量地存在自由电子。优选地，吸收体层包括p导电的黄铜矿半导体、或者由p导电的黄铜矿半导体制成。特别有利地，吸收体层包括来自群组二硫化/联硒化铜铟/镓（Cu(In,Ga)(S,Se)2）的p导电的I-III-VI半导体、或者由所述p导电的I-III-VI半导体制成。缓冲层典型地被布置在吸收体层与前电极层之间。特别是对于基于Cu(In,Ga)(S,Se)2的吸收体层而言同样如此，在所述吸收体层的情况下，在p导电的Cu(In,Ga)(S,Se)2吸收体层与n导电的前电极之间需要缓冲层。根据当前知识，缓冲层使能实现在吸收体与前电极之间的电子适配。此外，它在例如通过DC磁控溅射来沉积前电极的后续过程步骤中提供了免受溅射损害的保护。借助于n导电前电极层、缓冲层、以及p导电吸收体层的接续，形成了p-n异质结，换言之，在相对导体类型的层之间的结。结果是：在每个情况中，空间电荷区在太阳能电池中构建起来，所述空间电荷区的电场使得在吸收体中光伏地产生的电子-空穴对的电子漂移到前电极，并且空穴漂移到后电极。在薄膜太阳能模块的层结构中，常规地借助于图案化区来实现集成串联连接的太阳能电池。因而，至少后电极层通过第一图案化沟槽（通常被称为“P1”）而被细分成与彼此分离的区段，所述区段形成太阳能电池的后电极。每个第一图案化沟槽P1至少通过相邻的后电极的相对边缘而形成，即通过相邻的后电极之间的区而给出。而且，至少吸收体层通过第二图案化沟槽（通常被称为“P2”）而被细分成与彼此分离的区段，所述区段形成太阳能电池的吸收体。每个第二图案化沟槽P2至少通过相邻吸收体的相对边缘而形成，即通过相邻吸收体之间的区而给出。此外，至少前电极层通过第三图案化沟槽（通常被称为“P3”）而被细分成与彼此分离的区段，所述区段形成太阳能电池的前电极。每个第三图案化沟槽P3至少通过相邻的前电极的相对边缘而形成，即通过相邻的前电极之间的区而给出。相邻的太阳能电池经由第二图案化沟槽P2中的导电材料、以串联连接而电连接到彼此，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，并且典型地但是不强制地直接接触它。图案化沟槽以P1-P2-P3次序来布置，其中借助于第一至第三图案化沟槽P1-P2-P3的直接接续，在本专利技术的上下文中形成图案化区。在本专利技术的上下文中，术语“沟槽”是指层结构的经材料填充的细长低洼区（depression）（其垂直于平坦结构），其中在层结构的一个或多个层中实现沟槽。术语“图案化沟槽”是指用于对集成串联连接的太阳能电池进行图案化的沟槽，其中图案化沟槽将至少一个层完全细分成与彼此分离的两个层区段。每个图案化沟槽通过两个相对的沟槽壁而被划界，其中每个沟槽壁的至少一个区段由所细分的层的材料所形成。图案化沟槽由与所述至少一个所细分的层的材料不同的材料所填充。因而，在根据本专利技术的薄膜太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜太阳能模块（1），其具有基底（2）以及被施加在其上的层结构（3），所述层结构包括后电极层（5）、前电极层（8）、以及被布置在后电极层与前电极层之间的吸收体层（6），其中吸收体层（6）具有第一导体类型的掺杂，并且前电极层（8）具有第二导体类型的掺杂，其中串联连接的太阳能电池（10）通过图案化区（9）而形成在所述层结构（3）中，其中至少一个图案化区（9）具有：/n- 第一图案化沟槽（P1），其将至少后电极层（5）细分，/n- 第二图案化沟槽（P2），其将至少吸收体层（6）细分，/n- 第三图案化沟槽（P3），其将至少前电极层（8）细分，/n其中所述第一图案化沟槽（P1）由吸收体层（6）的材料所填充，并且其中至少一个绝缘沟槽（13）被实现在所述第一图案化沟槽（P1）内，所述绝缘沟槽由至少一种材料所填充，所述至少一种材料与吸收体层（6）相比具有针对第一导体类型的载流子的更低电导率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171204 EP 17205274.81.一种薄膜太阳能模块（1），其具有基底（2）以及被施加在其上的层结构（3），所述层结构包括后电极层（5）、前电极层（8）、以及被布置在后电极层与前电极层之间的吸收体层（6），其中吸收体层（6）具有第一导体类型的掺杂，并且前电极层（8）具有第二导体类型的掺杂，其中串联连接的太阳能电池（10）通过图案化区（9）而形成在所述层结构（3）中，其中至少一个图案化区（9）具有：
-第一图案化沟槽（P1），其将至少后电极层（5）细分，
-第二图案化沟槽（P2），其将至少吸收体层（6）细分，
-第三图案化沟槽（P3），其将至少前电极层（8）细分，
其中所述第一图案化沟槽（P1）由吸收体层（6）的材料所填充，并且其中至少一个绝缘沟槽（13）被实现在所述第一图案化沟槽（P1）内，所述绝缘沟槽由至少一种材料所填充，所述至少一种材料与吸收体层（6）相比具有针对第一导体类型的载流子的更低电导率。


2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能模块（1），其中缓冲层（7）被布置在吸收体层（6）与前电极层（8）之间，其中所述绝缘沟槽（13）至少部分地由缓冲层（7）的材料所填充。


3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能模块（1），其中缓冲层（7）的材料具有选自包括以下各项的组中的一个或多个化合物：硫化铟（InS）、掺杂有钠的硫化铟（InS:Na）、硫化镉（CdS）、硫氧化锌（ZnOS）、以及本征氧化锌（i-ZnO）。


4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述绝缘沟槽（13）至少部分地由具有来自第二载流子类型的掺杂的材料所填充。


5.根据权利要求4所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述绝缘沟槽（13）由前电极层（8）的材料、特别是掺杂有铝的氧化锌（ZnO:Al）所填充。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述绝缘沟槽（13）被实现在填充所述第一图案化沟槽（P1）的吸收体层（6）的材料内，其中所述绝缘沟槽（13）的相对的沟槽壁（16、16’）至少被形成在由吸收体层（6）的材料所形成的第一图案化沟槽（P1）内。


7.根据权利要求1至5中任一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述绝缘沟槽（13）被布置在所述第一图案化沟槽（P1）的边缘（15’）处，其中所述边缘（15’）与所述第一图案化沟槽（P1）的相对边缘（15）相比被布置得更靠近于图案化区（9）的所述第二图案化沟槽（P2）。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中在图案化区（...

【专利技术属性】
技术研发人员：R维尔马，C舒贝特，M施特尔策尔，
申请(专利权)人：中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34