Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines photovoltaischen Moduls nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei photovoltaischen Modulen beispielsweise auf der Basis von amorphem, mikromorphem oder mikrokristallinem Silizium, aber auch kristallinem Wafer, wird zur Rückflächenverkapselung beispielsweise eine EVA-Folie mit einer Glasscheibe (sogenanntes Glas-Glas-Laminat) oder mit wenigstens einer weiteren Folie (sogenanntes Glas-Folie-Laminat) laminiert. Die Vernetzungsfolie haftet dabei direkt an der Rückelektrodenschicht, an der zuvor die Kontaktbänder z. B. durch Kleben oder Löten befestigt worden sind, laminiert. Dabei wird das Löten dem Kleben vorgezogen, weil es gegenüber dem Kleben nicht nur zu einer stabileren mechanischen und elektrischen Verbindung führt, sondern auch verfahrenstechnisch wesentlich einfacher ist.

Die Rückelektrodenschicht kann eine reflektierende Metallschicht z. B. aus Aluminium, Silber, Kupfer und/oder Chrom aufweisen. Als Schutzschicht an ihrer von der Halbleiterschicht abgewandten Rückseite weist die Rückelektrodenschicht zur besseren Lötbarkeit z.B. eine Nickel-Vanadium-Schicht auf, an der das Kontaktband durch Löten befestigt wird.

An der Nickel-Vanadium-Schicht weist die Vernetzungsfolie jedoch keine zufriedenstellende Haftung auf, so dass ein Primer verwendet werden muss. Der Einsatz von Primern ist jedoch kostspielig, aufwändig und ökologisch bedenklich, da ein nasschemisches Verfahren mit großen Lösungsmittelmengen durchgeführt werden muss. Außerdem muss der Primer jeweils an die jeweilige Vernetzungsfolie, das Metall an der Rückseite der Rückelektrodenschicht usw. angepasst werden. Bei schnellvernetzenden Folien, beispielsweise der sogenannten „Fastcure"-EVA-Folie führt oftmals selbst ein Primer zu keiner befriedigenden Haftung. Mit der „Fastcure"-Folie kann gegenüber der normal vernetzenden oder „Standardcure"-Folie jedoch die Laminierzeit und / oder die Laminiertemperatur wesentlich herabgesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem auch ohne Einsatz eines Primers eine gute Haftung einer schnellvernetzenden Vernetzungsfolie an der Rückelektrodenschicht des photovoltaischen Moduls erreicht wird.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem in Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Erfindungsgemäß werden die Kontaktbänder mit der Rückelektrodenschicht z. B. durch Löten, Schweißen oder Kleben verbunden und dann auf der Rückelektrodenschicht einschließlich der Kontaktbänder flammenpyrolytisch eine Siliziumoxid-Schicht abgeschieden.

Die Kontaktbänder sind entlang der serienverschalteten Einzelzellen des Moduls befestigt. Falls das Modul Querverbinder aufweist, die Kontaktbänder gleicher Polarität, also mit einem Plus- oder Minus-Pol miteinander verbinden, wird die Siliziumoxid-Schicht auch darauf abgeschieden.

Durch die flammenpyrolytisch abgeschiedene Siliziumoxidschicht wird eine hervorragende Haftung der Vernetzungsfolie an der Rückelektrodenschicht einschließlich den Kontaktbändern, Querverbindern und ggf. weiteren Komponenten zwischen Rückelektrodenschicht und Vernetzungsfolie erreicht, und zwar sowohl mit einer „Standardcure"- wie mit einer „Fastcure"-Vernetzungsfolie.

Zugleich ist die Haftung weitgehend unabhängig von dem Material an der Rückseite der Rückelektrodenschicht und der Kontaktbänder sowie dem Material der Querverbinder, einschließlich der verwendeten elektrischen Isolierung gegenüber der Rückelektrodenschicht. Zudem werden durch die Flamme, mit der die Siliziumoxid-Schicht abgeschieden wird, Materialien verdampft und beseitigt, die für die Haftung langfristig problematisch werden können. Dazu gehören z.B. Reste an Flussmittel, die z. B. zum Löten der Kontaktbänder verwendet werden oder Klebstoffreste z. B. an der Isolierfolie, die zum Isolieren der Querverbinder verwendet wird. Das Flussmittel, Klebestoffreste und dergleichen können mit der Zeit zu Blasenbildung im Laminatverbund führen und so die Langzeitstabilität des gesamten photovoltaischen Modules negativ beeinträchtigen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es „inline", also in der Solarmodul-Linie durchgeführt werden kann, d.h. bei Atmosphärendruck und ohne zusätzliches Handling.

Dazu wird die Siliziumoxid-Schicht auf der Rückelektrodenschicht, einschließlich der Kontaktbänder, ggf. den Querverbindern und weiteren Komponenten mit einem Brenner abgeschieden, der über das Modul hinweg bewegt wird, wobei das Modul und/oder der Brenner bewegt werden kann.

Insbesondere wenn das Substrat, auf dem die Funktionsschichten des photovoltaischen Moduls, wie die Halbleiterschicht und die Rückelektrodenschicht abgeschieden sind, aus einer Glasscheibe besteht, ist es vorteilhaft, um eine Wölbung des Moduls durch die einseitige Erwärmung mit dem Brenner beim Beflammen zur Abscheidung der Siliziumoxidschicht auf der Rückelektrodenschicht zu verhindern, auf der der Glasscheibe gegenüberliegenden Seite mit einem weiteren Brenner eine Antireflexschicht z. B. aus Siliziumoxid flammenpyrolytisch abzuscheiden.

Die Siliziumoxidschicht kann aus einer organischen Siliziumverbindung hergestellt werden, beispielsweise aus einem Silan oder Siloxan wie Hexamethyldisiloxan. Die organische Siliziumverbindung wird dabei z.B. mit einem Lösungsmittel, beispielsweise einem Alkohol, wie Isopropanol, gemischt und das Gemisch in einem Brenner verbrannt, der z. B. mit einem Propan-Luft-Gemisch betrieben wird. Die Siliziumverbindung kann auch direkt unverdünnt und unvermischt eingebracht werden. Dabei kann das Gemisch oder die reine Verbidung in die Flamme des Brenners eingespeist oder z. B. dem Luftstrom des Brenners zugeführt werden. Auch kann ein Bubbler verwendet werden, also durch die Siliziumverbindung ein Gasstrom geleitet werden, um die so verdampfte Verbindung mit dem Gasstrom der Brennerflamme oder z.B. dem Luftstrom des Brenners zuzuführen.

Die Schichtdicke der flammenpyrolytisch abgeschiedenen Siliziumoxidschicht kann in der Größenordnung einiger Atomlagen liegen, also beispielsweise 10 bis 50 nm aber auch bis hin zu einigen 100 nm betragen.

Aufgrund der geringen Schichtdicke der Siliziumoxidschicht ist der Verbrauch an organischer Siliziumverbindung äußerst gering. Da zudem das bei der Flammenpyrolyse freigesetzte Siliziumdioxid mit einem Filter leicht abgetrennt werden kann und bei der Verbrennung sonst nur Wasser und Kohlendioxid entsteht, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch ausgesprochen umwelfreundlich.

Die photovoltaischen Funktionsschichten des Moduls bestehen aus der Frontelektrodenschicht an der dem Licht zugewandten Seite, der Halbleiterschicht und der Rückelektrodenschicht.

Die Frontelektrodenschicht besteht vorzugsweise aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Metalloxid, beispielsweise dotiertem Zinnoxid oder Zinkoxid. Die Halbleiterschicht kann aus amorphem, mikromorphem oder mikrokristallinem Silizium oder Kombinationen bestehen. Außer Silizium kann sie auch aus einem anderen Halbleiter bestehen, insbesondere I-VI-Verbundhalbleitern wie Cadmium, Tellur oder Kupfer-Indium-Diselenid oder II-V-Halbleitern wie Galliumarsenid.

Die Rückelektrodenschicht weist eine Schichtdicke von 100 bis 500 nm auf. Dabei werden die Metallschichten normalerweise durch Sputtem abgeschieden. Die Rückelektrodenschicht kann aus mehreren Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien bestehen, beispielsweise einer der Halbleiterschicht zugewandten Reflexionsschicht aus Silber und einer darauf aufgebrachten Kupferschicht als zweite Schicht. Ferner kann die Rückelektrodenschicht auf der der Halbleiterschicht zugewandten Seite zur Verbesserung der Reflektionseigenschaften eine Zwischenschicht aus einem transparenten Metalloxid, insbesondere Zinkoxid, aufweisen. Die von der Halbleiterschicht abgewandte Rückseite der Rückelektrodenschicht kann beispielsweise durch eine Nickel-Vanadium-Schicht gebildet sein.

Das photovoltaische Modul kann ein Dünnschichtmodul sein oder eine kristalline Solarzelle basierend auf einem Halbleiter-Wafer.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für eine schnellvernetzende oder „Fastcure"-EVA-Folie geeignet, also eine EVA-Folie, die den gleichen Vernetzungsgrad wie eine herkömmliche „Standardcure"-EVA-Folie in kürzerer Prozeßzeit erreichen kann. Die Vernetzungsfolie kann jedoch beispielsweise auch eine PVB-, Polyolefin- oder Silikonfolie sein.

Die Rückseitenabdeckung kann z. B. aus Glas und/oder wenigstens einer Kunststofffolie, beispielsweise aus einem Polykondensat, wie Polyethylenterephthalat (PET) oder einem fluorhaltigen Kohlenwasserstoffpolymer, beispielsweise Polyvinylfluorid bestehen, das z. B. unter der Marke „Tedlar" von der Firma Dupont vertrieben wird. Die Rückseitenabdeckung dient als mechanischer Schutz sowie als Schutz gegenüber der Atmosphäre, also vor Wasserdampf, Licht und dergleichen.

Wenn das Substrat des Moduls aus einer Glasscheibe besteht, entsteht nach dem Laminieren einer Rückseitenabdeckung aus Glas ein Glas-Glas-Laminat, und dem Laminieren einer oder mehrerer Kunststofffolien als Rückseitenabdeckung ein Glas- Folie-Laminat.

Nachstehend ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen voltaischen Moduls anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch Figur 1 einen Teil eines photovoltaischen Dünnschichtmoduls im Schnitt;

Figur 2 den Schichtaufbau der Rückelektrodenschicht nach Figur 1 in vergrößerter Wiedergabe; und

Figur 3 eine Draufsicht auf ein Modul mit Querverbindern vor dem Aufbringen der Vernetzungsfolie.

Gemäß Figur 1 ist auf einem großflächigen transparenten Substrat 1, beispielsweise einer Glasscheibe, eine Frontelektrodenschicht 2, z. B. aus dotiertem Zinnoxid abgeschieden und auf der Frontelektrodenschicht 2 eine Halbleiterschicht 3, z. B. aus amorphem Silizium. Auf die Siliziumhalbleiterschicht 3 ist eine Rückkontaktschicht 4 aufgetragen.

Das Modul besteht aus sich in Längsrichtung erstreckenden streifenförmigen Einzelzellen Cl, C2, C3, C4, die serienverschaltet sind. Dazu ist die Frontelektrodenschicht 2 durch die Trennlinien 5, die Silizium-Halbleiterschicht 3, durch die Trennlinien 6 und die Rückelektrodenschicht 4 durch die Trennlinien 7 strukturiert. Die streifenförmigen Einzelzellen Cl, C2, C3, C4 verlaufen senkrecht zur Stromflussrichtung. Die Zelle Cl ist zur Stromabnahme ausgebildet. Dazu ist an der Rückelektrodenschicht 4 ein Kontaktbändchen 8 angelötet.

Die Rückelektrodenschicht 4 besteht gemäß Figur 2 aus einer der Halbleiterschicht 3 zugewandten Metalloxid-Schicht 9, z. B. aus Zinkoxid, einer darauf aufgebrachten Metallschicht 10, z. B. aus Aluminium, Kupfer, Silber und/oder Chrom, die zugleich die Reflektorschicht bildet und einer Nickel-Vanadium-Schicht 11 als Schutzschicht für die Metallschicht 10. An ihrer von der Halbleiterschicht 3 abgewandten Rückseite der Rückelektrodenschicht, also der Nickel-Vanadium-Schicht 11 und dem angelöteten Kontaktbändchen 8 ist eine Siliziumoxidschicht 12 flammenpyrolytisch abgeschieden.

Auf die Rückelektrodenschicht 4 ist eine Rückseitenabdeckung 13 mit einer Schmelzklebe- bzw. Vernetzungsfolie 14 auflaminiert. Die flammenpyrolytisch aufgebrachte Siliziumoxidschicht 12 stellt damit die Haftschicht für die Vernetzungsfolie 14 dar. Die Vernetzungsfolie 14 kann beispielsweise eine EVA-Folie sein und die Rückseitenabdeckung 13 eine Glasscheibe und/oder eine oder mehrere Folien.

An der von der Rückelektrodenschicht 4 abgewandten Seite der das Substrat 1 bildenden Glasscheibe ist eine Antireflexschicht 15 aus Siliziumoxid flammenpyrolytisch abgeschieden.

Wenn die Halbleiterschicht 3 durch einen kristallinen Halbleiter-Wafer gebildet wird, weist die Rückelektrodenschicht einen entsprechend geänderten Aufbau auf.

Gemäß Figur 3 weist das Modul auf der Rückseite Querverbinder 16, 17 auf, die mit den Kontaktbändern 8 verbunden sind, und zwar mit den Kontaktbändern 8 mit dem Pluspol bzw. mit dem Minuspol, und als Stromsammler dienen. Die Querverbinder 16, 17 sind auf einem Isolierband 18, 19 angeordnet, das sich über die Kontaktbänder 8 mit dem entgegengesetzten Pol erstreckt. Ferner sind die Querverbinder 16, 17, an den Stellen, an denen sie z.B. durch Löten mit den Kontaktbändern 8 verbunden sind, auf Pads 21, 22 angeordnet, z.B. aus Polyimid wie Kapton (eingetragene Marke der Firma DuPont). Dabei wird erfindungsgemäß die Beflammung zur pyrolytischen Abscheidung der Silizium-Oxidschicht 12 auf den bereits gelöteten Kontaktbändern 8 und Querverbindern 16, 17 und auf den applizierten Isolierbändern 16, 17 sowie Pads 21, 22 durchgeführt, bevor die Rückseitenabdeckung 13 mit der Vernetzungsfolie 14 auflaminiert wird.