Die Erfindung betrifft eine Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen zur Herstellung von Solarmodulen.

Es ist bereits bekannt, Dünnschichtsolarzellen unterschiedlichen Aufbaus

herzustellen. Sie können auf starre Träger, beispielsweise Glas, aber auch auf Folien, also dünne, flexible Träger aus Metall oder Polymer, abgeschieden werden. Der prinzipielle Aufbau einer Dünnschichtsolarzelle ist in Abbildung 1 anhand einer CIGS-Dünnschichtsolarzelle auf Folienbasis dargestellt und umfasst den Träger bzw. das Substrat welches zum Beispiel aus einer Folie besteht (1), die metallische Rückkontaktschicht (2), der im Beispiel im Wesentlichen eine Molybdänschicht umfasst, die Absorberschicht aus zum Beispiel CIGS (3), eine Pufferschicht aus zum Beispiel Cadmiumsulfid (4), einen Tunnelkontakt aus zum Beispiel intrinsischem Zinkoxid und die transparente Vorderseitenelektrode, die aus einem transparenten oxidischen Leiter wie beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO - indium tin oxide) oder aluminiumdotiertes Zinkoxid besteht. Der Tunnelkontakt und die

Vorderseitenelektrode (auch als transparente Frontkontaktschicht bezeichnet) werden gemeinsam als eine Schicht dargestellt (5). Vorteilhaft zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen ist die kontinuierliche Prozessführung bei der

Schichtabscheidung.

Es ist weiterhin bekannt eine serielle Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen in Form einer monolithischen Integration zu erreichen. Verfahren hierfür sind z.B. in US 5,593,901 zu finden. Für eine monolithisch integrierte Verschaltung müssen, wie beschrieben beim Aufbau der Dünnschichtsolarzellen und deren Verschaltung alternierend Beschichtungs- und Strukturierungsschritte durchgeführt werden. Die Abscheidung der einzelnen Schichten der Dünnschichtsolarzelle wird also durch mehrere Strukturierungsschritte unterbrochen.

Um ein Unterbrechen der Abscheideprozesse zu vermeiden wird in

WO 2008/157807 A2 vorgeschlagen alle Strukturierungsschritte nach dem Herstellen des kompletten Schichtpaketes durchzuführen und diese mit elektrisch leitfähiger Polymerpaste bzw. elektrisch isolierender Polymerpaste zu verfüllen (Abbildung 2). Abbildung 3 zeigt den Prozessablauf basierend auf dem Stand der Technik.

Ausgangspunkt ist das in Abbildung 3 (a) dargestellte Schichtpaket aus Substrat (1),

BESTÄTIGUNGSKOPIE Rückkontaktschicht (2), photoaktiver Schicht (3), Pufferschichten (4) und transparenter Frontkontaktschicht (5). Dieses Schichtpaket wird nun, wie in

Abbildung 3 (b) gezeigt, strukturiert und dabei in Einzelsegmente unterteilt. Die Anzahl der Einzelsegmente kann zunächst beliebig gewählt werden. Je

Einzelsegment werden 3 Strukturierungsschritte benötigt. Die einzelnen

Strukturierungsschritte werden im Folgenden anhand von Abbildung 3 (b) erläutert. Strukturierung A trennt die transparente Frontkontaktschicht (5) vollständig auf, sodass die Pufferschichten (4) bzw. die Absorberschicht (3) Sichtbar werden.

Strukturierung B trennt alle Schichten oberhalb der Rückkontaktschicht (2) auf und legt diesen somit frei. Mit der Strukturierung C wird das komplette Schichtpaket inklusive der Rückkontaktschicht oberhalb des Substrates aufgetrennt. Um eine Reihenschaltung zwischen den durch die Strukturierung definierten Einzelsegmenten zu erreichen, muss eine Verbindung von der Rückkontaktschicht eines Segmentes zur Frontkontaktschicht eines folgenden Segmentes erreicht werden. Diese

Verbindung wird beim Stand der Technik mittels einer elektrisch leitfähigen

Polymerpaste erzeugt, welche in den strukturierten Graben B gefüllt wird (s.

Abbildung 3 (d)). Die Strukturierung A dient dazu, einen Kurzschluss der

Frontkontaktschichten benachbarter Einzelsegmente zu verhindern. Strukturierung C übernimmt dieselbe Aufgabe, allerdings für die Rückkontaktschichten benachbarter Einzelsegmente. Die Strukturierungen A und C werden mit einer elektrisch

isolierenden Polymerpaste aufgefüllt (s. Abbildung 3 (c)).

Die bekannten technischen Lösungen haben eine Reihe von Nachteilen, die sich in zwei Aspekte unterteilen lassen.

Aspekt A:

Alle 3 in Abbildung 3 (b) gezeigten Strukturierungen (A, B und C) werden in unterschiedliche Tiefen des Schichtpaketes geführt - Strukturierungsschritt A bis zur Pufferschicht, Strukturierungsschritt B bis zur Rückkontaktschicht und

Strukturierungsschritt C bis zum Substrat. Für jeden der Strukturierungsschritte muss also entweder ein eigener Parametersatz zum vollständigen Entfernen der

entsprechenden Schichten ohne eine Beschädigung der darunter liegenden

Schichten gefunden werden oder eine zusätzliche Technologie verwendet werden. Da bei den Strukturierungen A, B und C unterschiedliche Schichtabfolgen

aufgetrennt werden, sind somit 3 Parametersätze oder bis zu 3 verschiedene Technologien notwendig. Werden die Strukturierungen z.B. mechanisch mittels einer Reißnadel durchgeführt, kann ein Parametersatz beispielsweise die Aufsetzkraft der Nadel, die Verfahrgeschwindigkeit der Nadel, der Radius der Nadelspitze und die Zahl der Überfahrten der Nadel umfassen.

In der Regel ist die Haftung der transparenten Frontkontaktschicht (5) auf den

Pufferschichten (4) bzw. auf der Absorberschicht (3) höher als die Haftung der Absorberschicht (3) auf der Rückkontaktschicht (2). Es ist somit technisch höchst anspruchsvoll z.B. mittels Reißnadel die transparente Frontkontaktschicht oberhalb der Pufferschichten zu entfernen.

Ähnlich problematisch ist die Entfernung der transparenten Frontkontaktschicht mittels Laserstrahlung. Wird z.B. ein Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm verwendet, kann in die transparente Frontkontaktschicht nahezu keine Energie deponiert werden, da die transparenten Frontkontaktschichten bei diesen

Wellenlängen in der Regel eine hohe Transmission aufweisen. Der Großteil der vom Laser eingestrahlten Energie wird dann in den Pufferschichten und in der

Absorberschicht deponiert und führt dort z.B. zum Aufschmelzen dieser Schichten, was mit einer Funktionsstörung durch beispielsweise Kurzschlüsse in diesen

Schichten verbunden ist.

Um dieses Problem zu umgehen, könnten Laser mit geringerer Wellenlänge gewählt werden. Beispielsweise zeigen die gängigen transparenten Frontkontaktschichten bei einer Wellenlänge von 266 nm ein hohes Absorptionsvermögen, wodurch die von diesem Laser emittierte Strahlung gut in der transparenten Frontkontaktschicht deponiert werden kann. Diese kurzen Wellenlängen dieser Laser werden mittels „frequency conversion" aus Lasern mit größeren Wellenlängen erzeugt. Solch ein „frequency conversion" setzt kostenintensive optische Geräte mit zum Teil begrenzter Lebensdauer voraus. Zum anderen ist solch ein„frequency conversion" immer mit einer Verminderung der Laserintensitäten und somit einer Verringerung der

Durchsätze im Rahmen einer Massenfertigung verbunden.

Der Strukturierungsschritt A separiert die Frontkontaktschichten zweier benachbarter Segmente. Beim Stand der Technik sind die Puffer- und Absorberschichten nicht aufgetrennt. Bei den Absorberschichten handelt es sich in der Regel um

Halbleitermaterialien, welche ebenfalls elektrisch leitfähig sind. Zwar sind in der Regel die Querleitfähigkeiten dieser Halbleiterschichten deutlich niedriger als die Querleitfähigkeiten der transparenten Frontkontaktschicht und der

Rückkontaktschicht, aber dennoch nicht verschwindend gering. Erschwerend kommt hinzu, dass moderne Absorber-Halbleiterschichten zunehmend niederohmig ausgeführt werden, wodurch auch deren Querleitfähigkeit zunimmt. Offensichtlich liegt hier der Irrglaube vor, dass die Isolierung durch ein Auftrennen der

transparenten Frontkontaktschicht ausreichend ist. Es ist aber durchaus möglich, dass trotz Auftrennen der transparenten Frontkontaktschicht nach wie vor eine elektrische Verbindung zwischen den transparenten Frontkontaktschichten zweier benachbarter Einzelsegmente über die Absorberschicht und die im strukturierten Graben B gefüllte elektrisch leitfähige Polymerpaste besteht (vgl. Abbildung 3 (d)). Somit liegt ein Kurzschluss vor und die elektrische Verbindung der Einzelsegmente im Sinne einer Reihenschaltung ist erheblich in Ihrer Funktion gestört.

Aspekt B:

Beim Stand der Technik wird zuerst die Strukturierung des Schichtpaketes und anschließend, wie oben beschrieben, die Verfüllung der erzeugten Gräben mittels elektrisch isolierender und elektrisch leitfähiger Polymerpasten vorgenommen.

Sowohl die Positioniergenauigkeit beim Auftragen der elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Polymerpasten als auch das Verlaufen dieser Polymerpasten nach dem Auftragen machen es notwendig, beim Herstellen der Strukturierungen diese Aspekte bei der Festlegung der Abstände der Strukturierungsgräben zu berücksichtigen. Unter Beachtung aller Toleranzen werden die Abstände der einzelnen Strukturierungsschntte untereinander aus Sicht der Prozesssicherheit eher größer gewählt werden. Die Bereiche der Strukturierungen und die Verfüllungen dieser Gräben tragen nicht zur Erzeugung von Ladungsträgern bei. Somit wird beim Stand der Technik wertvolle aktive Solarzellfläche bei der Erzeugung der

Ladungsträger verschenkt und damit der Wirkungsgrad der Solarzelle verringert.

Es ist Aufgabe der Erfindung die Strukturierungen so zu gestalten, dass zum einen die Prozesse vereinfacht und damit preiswertere werden und zum anderen

Kurzschlüsse an den Verbindungsstellen der Einzelsegmente vermieden werden (Aspekt A). Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung die durch die Verbindung der Einzelsegmente erzeugte inaktive Solarzellefläche auf ein Minimum zu reduzieren und damit den Wirkungsgrad der Solarzelle zu erhöhen (Aspekt B). Aspekt A:

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß derart gelöst, dass im Strukturierungsschritt A nicht nur die transparente Frontkontaktschicht, sondern alle über der metallischen Rückkontaktschicht liegenden Schichten durchstoßen werden (vgl. Abbildung 4). Damit sind Strukturierungsschritt A und B technologisch identisch, womit für A und B nun ein und dieselben Parametersätze oder dieselbe Technologie bei der

Strukturierung verwendet werden können. Darüber wird die Gefahr eines

Kurzschlusses zweier benachbarter Segmente über die Absorberschicht (3) vermieden. Die Verschaltung der einzelnen Solarzellensegmente erfolgt

bekanntermaßen durch Verwendung einer elektrisch leitfähigen Polymerpaste in dem strukturierten Graben B, wohingegen die strukturierten Gräben A und C mit einer elektrisch isolierenden Polymerpaste aufgefüllt werden.

Aspekt B:

Zur Minimierung der inaktiven Flächen der Solarzelle wird eine Abänderung der Prozessabfolge erfindungsgemäß vorgeschlagen. Die Strukturierung A wird erst nach der Verfüllung der mit B und C strukturierten Gräben durchgeführt. Somit lässt sich z.B. unter Verwendung eines Kamerasystems die Kontur der in den Graben B gefüllten leitfähigen Polymerpaste erkennen. Dadurch lässt sich die Strukturierung A beliebig dicht an die Kante der elektrisch leitfähigen Polymerpaste setzen. Eine Verfüllung des strukturierten Grabens A mit einer elektrisch isolierenden Paste ist dann nicht mehr nötig. Mit dem in Aspekt B genannten Weg wird somit einerseits der Anteil inaktiver Flächen minimiert und zum anderen elektrisch isolierende

Polymerpaste eingespart (vgl. Abbildung 5 oben).

Prozessabfolge für erfindungsgemäße serielle Verschaltung

Aspekt A:

Ausgangspunkt ist ein Substrat beschichtet mit den für eine Dünnschichtsolarzelle notwendigen Einzelschichten (vgl. Abbildung 1 und Abbildung 6 (a)). Die Schichten auf dem Substrat werden nun anschließend strukturiert. Dabei werden die Schichten in Einzelsegmente unterteilt. Je Einzelsegment sind 3 Strukturierungen (A, B, C) notwendig (vgl. Abbildung 6 (b)). Strukturierung A und B trennen dabei die Schichten 3, 4 und 5 vollständig auf, sodass Schicht 2 sichtbar wird. Strukturierung C trennt die Schicht 2, 3, 4 und 5 vollständig auf, sodass das Substrat (1) sichtbar wird. Das Auftrennen der Schichten kann dabei z.B. mechanisch mit einer Reißnadel erfolgen. Es gilt hier die optimalen Parameter zum Abtragen der einzelnen Schichten zu finden. So können z.B. die Kraft der Nadel, die Verfahrgeschwindigkeit der Nadel, Radius der Nadelspitze oder Anzahl der Überfahrten der Nadel angepasst werden. Die Parameter für die Strukturierung A und B sind dabei so zu wählen, dass eine Beschädigung der Schicht 2 vermieden wird aber dennoch ein vollständiges

Entfernen der Schichten 3, 4 und 5 gewährleistet wird. Die Parameter der

Strukturierung C sind so zu wählen, dass ein vollständiges Auftrennen der Schicht 2 gewährleistet wird ohne das das Substrat (1) in seiner Funktion beeinträchtigt wird. Idealerweise sollte bei der Strukturierung C das Substrat oberflächlich nicht abgetragen werden. Ein oberflächliches Abtragen des Substrates ist allerdings solange unproblematisch, solange die Stabilität des Substrates nicht beeinflusst wird. Die Freilegung der Gräben A, B und C kann erfindungsgemäß auch unter

Verwendung eines Laserstrahls oder durch die Kombination von Lithographie und nasschemischer Ätzung bzw. vakuumbasierender Trocken-Ätztechniken erfolgen. Der Abstand der 3 Strukturierungen eines Segmentes untereinander wird im wesentlichen durch die Positioniergenauigkeit beim Befüllen der strukturierten

Gräben und dem Verlaufen der elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Polymerpasten bestimmt und sollte hinsichtlich Minimierung der solarinaktiven Flächen optimiert werden.

Im Anschluss an die Strukturierungen A bis C erfolgt die Verfüllung der erzeugten Gräben mittels elektrisch isolierender Polymerpaste (Graben A und C) und elektrisch leitfähiger Polymerpaste (Graben B). Für die Verfüllung der Gräben kann ein

Dispenser entweder mit druckbeaufschlagter Kartusche oder einem Dispenser mit Spindelventil oder einem Dispenser mit einem Jetventil eingesetzt werden, wobei letzteres System höhere Durchsätze im Rahmen einer Massenfertigung

gewährleistet. Erfinderisch kann jedoch ebenso eine Siebdrucktechnologie oder Artverwandte Technologien eingesetzt werden. Die elektrisch isolierende

Polymerpaste verfüllt dabei die Gräben A und C (vgl. Abbildung 6 (c)). Die Verfüllung der Gräben A und C ist dabei so durchzuführen, dass keine elektrisch isolierende Polymerpaste in den Graben B gelangt. Die Gräben A und C müssen darüber hinaus vollständig verfüllt werden, ohne dass Teile der Gräben ohne Verfüllung verbleiben. Im Anschluss wird die elektrisch leitfähige Paste in Graben B und über Graben C hinaus aufgetragen (vgl. Abbildung 6 (d)). Die in die Gräben gefüllten Polymerpasten müssen nach dem Auftragen entsprechend der Herstellerangaben getrocknet werden. Dies kann je nach Polymersystem der Pasten in einem Umlufttrockenofen oder unter UV-Bestrahlung erfolgen. Es wird somit eine elektrische Verbindung zwischen der Rückkontaktschicht eines Segmentes und der Frontkontaktschicht des benachbarten Segmentes hergestellt (vgl. Abbildung 6 (d)). Die elektrisch leitfähige Polymerpaste muss dabei so weit über die nicht leitfähige Verfüllung des Graben C hinausreichen, dass eine elektrische Kontaktierung der transparenten

Frontkontaktschicht möglich ist. Wie groß am Ende die Fläche ist, welche den transparenten Frontkontakt berührt, ist abhängig von der Art des transparenten Frontkontaktes und der leitfähigen Polymerpaste. Es muss hier eine Optimierung hinsichtlich elektrischer Verluste und Abschattung aktiver Zellfläche durchgeführt werden.

Beispiel für Aspekt A:

Das Beispiel wird anhand der Abbildung 7 beschrieben.

Anwendung der Prozessabfolge zum Bau einer 5 cm x 5 cm großen Einheit aus untereinander verschalteten Dünnschichtsolarzellen. Es soll erwähnt werden, dass die Größe der verschalteten Dünnschichtsolarzellen beispielhaft ist;

erfindungsgemäß können beliebige Größen Anwendung finden.

Ausgangspunkt ist eine 15-75 pm dicke Polyimidfolie als Substrat (1). Diese wird mittels Magnetron-Sputtern ganzflächig etwa 0,2 bis 2 pm dick beispielhaft mit Molybdän beschichtet. Diese Molybdänschicht dient als Rückkontaktschicht (2) der Solarzelle. Es können jedoch auch verschiedene Metalle oder Metallschichten als Rückkontaktschicht dienen. Auf dieser Molybdänschicht werden anschließend die Elemente Kupfer, Indium, Gallium und Selen mittels Koverdampfung im Vakuum abgeschieden. Es können jedoch auch andere bekannte Technologien zur

Abscheidung der CIGS-Schicht verwendet werden. Dazu gehören u.a. sequentielle Abscheidung, galvanische Abscheidung, Drucktechnologien oder ionenstrahl- unterstützte Abscheidung. Auf dieser etwa 1 bis 2 pm dicken Cu(ln,Ga)Se ₂ -Schicht (Absorberschicht, photoaktive Schicht (3)) wird dann eine dünne (10 bis 100 nm) Cadmiumsulfidschicht nasschemisch aufgetragen. Die CdS Schicht kann auch durch einen Vakuumbasierende Technologie dargestellt werden. Ebenso ist es erfinderisch mögliche Cd-freie Pufferschichten zu verwenden. Auf der Pufferschicht folgt ein dünne (10 bis 100 nm) intrinsische Zinkoxidschicht (i-ZnO) aufgetragen mittels RF- Sputtern (4). Als Abschluss wird dann eine etwa 0,5 bis 3 μι ^η dicke mit Aluminium dotierte Zinkoxidschicht (AI:ZnO) aufgesputtert. Die i-ZnO Schicht und die AI:ZnO Schicht werden zur Vereinfachung gemeinsam als Frontkontaktschicht (5)

dargestellt. Die AI:ZnO Schicht kann auch aus ITO bestehen. Die Darstellung der einzelnen Schichten kann sowohl in einem Batch-Prozess als auch in einem kontinuierlichen Prozess (beispielsweise Rolle-zu-Rolle) abgeschieden werden.

Das mit den oben genannten Beschichtungen versehene Polyimidband wird beispielhaft auf eine Größe von 5 cm x 5 cm zurechtgeschnitten und ist nun

Ausgangspunkt für die Strukturierung der Schichten und die anschließende

Reihenverschaltung (vgl.Abbildung 7 (a)).

Die 5 cm x 5 cm große beschichte Polyimidfolie wird wie in Abbildung 7 (b) gezeigt mit 18 parallelen Strukturierungen versehen, wobei je drei Strukturierungen gruppiert angeordnet werden. Die Abfolge der Strukturierungslinien (vgl. Abbildung 7 (b)) ist ABCABC... usw. Begonnen wird mit der Strukturierung A. Diese wird beispielhaft mechanisch mittels Reißnadel durchgeführt. Die Reißnadel selbst wird auf einem x-y- z-Tisch befestigt und ist computergestützt gesteuert. Abhängig von den

Materialeigenschaften der Schichten 3, 4 und 5 werden die Bearbeitungsparameter der Reißnadel (wie z.B. Radius der Nadelspitze, Anpresskraft der Nadelspitze, Verfahrgeschwindigkeit der Spitze und Anzahl der Überfahrten der Spitze) so angepasst dass die Schichten 3, 4 und 5 vollständig entlang der Strukturierungslinie entfernt werden ohne die Schicht 2 dabei zu zerstören. Die Länge der

Strukturierungslinie beträgt in diesem Fall 5 cm (Länge des beschichteten

Substrates). Die Breite der Linie wird im Wesentlichen durch den Radius der

Nadelspitze bestimmt. In dem Beispiel lag die Linienbreite bei 70 m; andere typische Linienbreiten liegen bei etwa 10 bis 100 μηη. Nachdem die erste

Strukturierung A abgeschlossen ist, erfolgt die Strukturierung B. Diese liegt parallel zur Strukturierung A um etwa 300 μηι versetzt. Die Versetzung kann jedoch auch bei 50 - 500 μιτι liegen. Da Strukturierung A und B technologisch identisch sind, erfolgt die Strukturierung B nach dem Schema der Strukturierung A. Nach Abschluss der Strukturierung B erfolgt die Strukturierung C. Diese erfolgt parallel zur Strukturierung B um 300 μιτι versetzt. Die Versetzung kann jedoch auch bei 50 - 500 μιτι liegen. Strukturierung C wird in dem dargestellten Beispiel mittels Reißnadel durchgeführt. Abweichend zu den Strukturierungen A und B wurden die Parameter so angepasst, dass zusätzlich zu den Schichten 3, 4 und 5 auch die Schicht 2 durchtrennt wird.

Ist Strukturierungsschritt C beendet, werden die soeben beschriebenen

Strukturierungsschritte A, B und C wiederholt, wobei diese nächste

Strukturierungsgruppe parallel zur ersten Gruppe beispielhaft um etwa 7 mm versetzt durchgeführt wird. Die dritte Strukturierungsgruppe wird dann wiederum um 7 mm gegenüber der zweiten Gruppe versetzt und so weiter. Insgesamt werden 6 Gruppen mit je 3 Strukturierungslinien gesetzt (vgl. Abbildung 7 (b)). Es soll erwähnt werden dass der Abstand der Strukturierungsgruppen zwischen 3 und 15 mm liegen kann und u.a. von den elektrischen Eigenschaften des Frontkontaktes abhängt. Ebenso können auch zuerst alle Strukturierungsschritte für den Graben A auf dem 5 cm Substrat und danach die Strukturierungsschritte B und C oder in jeder anderen beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden können.

Nach Abschluss aller Strukturierungslinien erfolgt die Verfüllung der erzeugten Gräben. Zunächst werden die Gräben A und C mit einer elektrisch isolierenden Polymerpaste unter Zuhilfenahme eines computergesteuerten Dispensers auf einem x-y-z Tisch verfüllt (vgl. Abbildung 7 (c)). Die Verfüllung hat dabei so zu erfolgen, dass keine elektrisch isolierende Paste in den Graben B läuft und diesen verschließt. Darüber hinaus muss die Verfüllung der Gräben A und C mit elektrisch isolierender Paste lückenlos erfolgen. Dies ist besonders bei Graben C von entscheidender Bedeutung, da dieser anschließend von einer elektrisch leitfähigen Paste überdeckt werden wird, welche ihrerseits dann bei einem unvollständig isolierten Graben C in diesen eindringen kann und somit zum Kurzschluss zweier Segmente führen kann. Elektrisch isolierende Polymerpasten sind kommerziell von verschiedenen

Herstellern erhältlich. Die Liniendicke der aufgetragenen Paste ist zum einen abhängig von den Fließeigenschaften der Paste. Zum anderen kann die Liniendicke über die Parameter des Dispensers (Druck, welcher an der Kartusche anliegt;

Auftragsgeschwindigkeit; Durchmesser der Austrittsöffnung der Kartusche etc.) beeinflusst werden. Typische Linienbreiten liegen im Bereich von 1500 bis 300 μιη. Die Verfüllung der Gräben hat dabei über die gesamte Länge der Gräben (in diesem Fall 5 cm) zu erfolgen. Nachdem alle Gräben A und C mit elektrisch isolierender Paste verfüllt wurde, muss die Paste entsprechend der Herstellerangaben mittels Umlufttrockenofen oder IR- bzw. UV-Strahlung ausgehärtet werden.

Nach dem Aushärten der isolierenden Paste kann die Verfüllung aller Gräben B mit einer elektrisch leitfähigen Paste unter Zuhilfenahme eines Dispensers erfolgen (vgl. Abbildung 7 (d)). Auch hier ist die Liniendicke zum einen abhängig von den

Fließeigenschaften der Paste. Zum anderen kann die Liniendicke über die Parameter des Dispensers (Druck, welcher an der Kartusche anliegt; Auftragsgeschwindigkeit; Durchmesser der Austrittsöffnung der Kartusche etc.) beeinflusst werden. Der Auftrag der elektrisch leitfähigen Paste muss dabei so durchgeführt werden, dass der Graben B vollständig ausgefüllt wird ohne dabei über die isolierende Verfüllung des Grabens A hinaus zu verlaufen, da sonst ein Kurzschluss des Segmentes vorliegt. Weiterhin muss die elektrisch leitfähige Paste in jedem Fall über die isolierende Verfüllung des Grabens C hinaus geführt werden um somit eine Kontaktierung der Frontkontaktschicht des folgenden Segmentes zu garantieren. Typische

Linienbereiten der elektrisch leitfähigen Verfüllungen liegen bei 400 bis 700 μηι und hängt u.a. von dem Abstand der Gräben B und C ab. Elektrisch leitfähige Paste ist von verschiedenen Herstellern kommerziell erhältlich. Nachdem alle Gräben B mit elektrisch leitfähiger Paste verfüllt worden sind, wird die Paste je nach

Herstellerangaben im Umlufttrockenofen oder mit IR- bzw. UV-Strahlung

ausgehärtet.

Aspekt B:

Abweichend zur Prozessabfolge in Aspekt A. werden zunächst im Schichtpaket (vgl. Abbildung 8 (a)) nur die Strukturierungen B und C durchgeführt (vgl. Abbildung 8 (b)). Anschließend wird der Graben C mit elektrisch isolierender Paste verfüllt (vgl.

Abbildung 8 (c)). Die isolierende Paste wird entsprechend der Herstellerangaben getrocknet. Danach wird die elektrisch leitfähige Polymerpaste in den Graben B und über die Verfüllung des Grabens C hinaus mit einer elektrisch leitfähigen

Polymerpaste verfüllt (vgl. Abbildung 8 (d)). Abschließend wird die Strukturierung A durchgeführt (vgl. Abbildung 8 (e)). Zur Minimierung der solarinaktiven Flächen ist es dabei vorteilhaft, die Strukturierung A soweit wie möglich an die Kante der Verfüllung aus elektrisch leitfähiger Polymerpaste zu setzen. Dies kann erreicht werden, indem die Kante der Verfüllung aus elektrisch leitfähiger Paste mithilfe z.B. einer optischen Erkennung (Kamera) erfasst wird (vgl. Abbildung 5 und den Vergleich zum Stand der Technik in Abbildung 5 unten). Entscheidend ist hier, dass die Strukturierung A erst nach dem Verfüllen der Gräben B und C erfolgt. Da eine elektrisch leitfähige

Polymerpaste ihre Leitfähigkeit meist durch ein Zusetzen metallischer Partikel erreicht, ist durch die Reflektion des Lichts an diesen Partikeln ein guter Kontrast zum Solarzellenmaterial gegeben, da dieses das Licht ja absorbiert. Entsprechend der Lage und der Ausformungen der Kante der Verfüllung aus elektrisch leitfähiger Paste kann somit die Strukturierung A zum einen so dicht wie möglich an die Kante gesetzt werden. Zum anderen kann die Strukturierung A an die Ausformungen der Kanten der Verfüllung aus elektrisch leitfähiger Paste angeglichen werden. Beide letztgenannten Möglichkeiten können die Größe der inaktiven Flächen minimieren und somit den Wirkungsgrad der Solarzellen erhöhen. Zusätzlich wird ein

Prozessschritt (Befüllung des Grabens A mit elektrisch isolierender Paste) eingespart und damit die Produktionskosten gesenkt.

Beispiel für Aspekt B:

Das Beispiel wird anhand der Abbildung 9 beschrieben.

Anwendung der Prozessabfolge zum Bau einer beispielhaft 5 cm x 5 cm großen, Einheit aus untereinander verschalteten Dünnschichtsolarzellen.

Ausgangspunkt ist der in der Beispielbeschreibung zu Aspekt A erläuterte

Schichtaufbau und Schichtherstellung.

Das mit den oben genannten Beschichtungen versehene Polyimidband wird beispielhaft auf eine Größe von 5 cm x 5 cm zurechtgeschnitten und ist nun

Ausgangspunkt für die Strukturierung der Schichten und die anschließende

Reihenverschaltung. Die 5 cm x 5 cm große beschichte Polyimidfolie wird wie in Abbildung 9 (b) gezeigt zunächst mit 12 parallelen Strukturierungen versehen, wobei je zwei Strukturierungen gruppiert angeordnet werden. Die Abfolge der

Strukturierungslinien (vgl. Abbildung 9 (b)) ist BCBC... usw. Begonnen wird mit der Strukturierung B. Diese wird beispielhaft mechanisch mittels Reißnadel durchgeführt. Die Reißnadel selbst wird auf einem x-y-z-Tisch befestigt und ist computergestützt gesteuert. Abhängig von den Materialeigenschaften der Schichten 3, 4 und 5 werden die Bearbeitungsparameter der Reißnadel (wie z.B. Radius der Nadelspitze,

Anpresskraft der Nadelspitze, Verfahrgeschwindigkeit der Spitze und Anzahl der Überfahrten der Spitze) so angepasst dass die Schichten 3, 4 und 5 vollständig entlang der Strukturierungslinie entfernt werden ohne die Schicht 2 dabei zu zerstören. Die Länge der Strukturierungslinie beträgt in diesem Fall 5 cm (Länge des beschichteten Substrates). Die Breite der Linie wird im Wesentlichen durch den Radius der Nadelspitze bestimmt. In diesem Beispiel lag die Linienbreite bei 70 μητι; andere typische Linienbreiten liegen bei etwa 10 bis 100 pm.

Nach Abschluss der Strukturierung B erfolgt die Strukturierung C. Diese erfolgt parallel zur Strukturierung B um 300 pm versetzt. Die Versetzung kann jedoch auch bei 50 - 500 pm liegen. Strukturierung C wird beispielhaft ebenfalls mittels Reißnadel durchgeführt. Abweichend zur Strukturierung B wurden die Parameter nun so angepasst, dass zusätzlich zu den Schichten 3, 4 und 5 auch die Schicht 2

durchtrennt wird.

Ist Strukturierungsschritt C beendet, werden die soeben beschriebenen

Strukturierungsschritte B und C wiederholt, wobei diese nächste

Strukturierungsgruppe parallel zur ersten Gruppe um etwa 7,5 mm versetzt durchgeführt wird. Die dritte Strukturierungsgruppe wird dann wiederum um 7 mm gegenüber der zweiten Gruppe versetzt und so weiter. Insgesamt werden 6 Gruppen mit je 2 Strukturierungslinien gesetzt (vgl. Abbildung 9 (b)). Es soll erwähnt werden dass der Abstand der Strukturierungsgruppen zwischen 3 und 15 mm liegen kann und u.a. von den elektrischen Eigenschaften des Frontkontaktes und dem Abstand sowie der Breite der Gräben B und C abhängt. Ebenso können auch zuerst alle Strukturierungsschritte für den Graben B auf dem 5cm Substrat und danach der Strukturierungsschritt C oder in jeder anderen beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden können.

Nach Abschluss aller Strukturierungslinien erfolgt die Verfüllung der erzeugten Gräben.

Zunächst werden die Gräben C mit einer elektrisch isolierenden Polymerpaste unter Zuhilfenahme eines computergesteuerten Dispensers auf einem x-y-z Tisch verfüllt (vgl. Abbildung 9 (c)). Die Verfüllung hat dabei so zu erfolgen, dass keine elektrisch isolierende Paste in den Graben B läuft und diesen verschließt. Darüber hinaus muss die Verfüllung der Gräben C mit elektrisch isolierender Paste lückenlos erfolgen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da diese anschließend von einer elektrisch leitfähigen Paste überdeckt werden wird, welche ihrerseits dann bei einem unvollständig isolierten Graben C in diesen eindringen kann und somit zum Kurzschluss zweier Segmente führen kann. Elektrisch isolierende Polymerpasten sind kommerziell von verschiedenen Herstellern erhältlich. Die Liniendicke der aufgetragenen Paste ist zum einen abhängig von den Fließeigenschaften der Paste. Zum anderen kann die Liniendicke über die Parameter des Dispensers (Druck, welcher an der Kartusche anliegt; Auftragsgeschwindigkeit; Durchmesser der

Austrittsöffnung der Kartusche etc.) beeinflusst werden. Typische Linienbreiten liegen im Bereich von 1500 bis 300 pm. Die Verfüllung der Gräben hat dabei über die gesamte Länge der Gräben (in diesem Fall 5 cm) zu erfolgen. Nachdem die Gräben C mit elektrisch isolierender Paste verfüllt wurde, muss die Paste entsprechend der Herstellerangaben mittels Umlufttrockenofen oder IR- bzw. UV-Strahlung ausgehärtet werden.

Nach dem Aushärten der isolierenden Paste kann die Verfüllung aller Gräben B mit einer elektrisch leitfähigen Paste unter Zuhilfenahme eines Dispensers erfolgen (vgl. Abbildung 9 (d)). Auch hier ist die Liniendicke zum einen abhängig von den

Fließeigenschaften der Paste. Zum anderen kann die Liniendicke über die Parameter des Dispensers (Druck, welcher an der Kartusche anliegt; Auftragsgeschwindigkeit; Durchmesser der Austrittsöffnung der Kartusche etc.) beeinflusst werden. Der Auftrag der elektrisch leitfähigen Paste muss dabei so durchgeführt werden, dass die elektrisch leitfähige Paste in jedem Fall über die isolierende Verfüllung des Grabens C hinaus geführt wird um somit eine Kontaktierung der Frontkontaktschicht des folgenden Segmentes zu garantieren. Typische Linienbereiten der elektrisch leitfähigen Verfüllungen liegen bei 400 bis 700 μιτι und hängt u.a. von dem Abstand der Gräben B und C ab. Elektrisch leitfähige Paste ist von verschiedenen Herstellern kommerziell erhältlich. Nachdem alle Gräben B mit elektrisch leitfähiger Paste verfüllt worden sind, wird die Paste je nach Herstellerangaben im Umlufttrockenofen oder mit IR- bzw. UV-Strahlung ausgehärtet.

Ist die elektrisch leitfähige Paste ausgehärtet, kann die Strukturierung A erfolgen. Strukturierung A wird dabei links (Abbildung 9 (e)) von der Verfüllung des Grabens B gesetzt. Die Strukturierung A wird beispielhaft mechanisch mithilfe einer Reißnadel durchgeführt. Strukturierung A soll zum einen so dicht wie möglich an die Verfüllung des Grabens B heranreichen. Zum anderen ist es dabei vorteilhaft, den Verlauf der Strukturierung A an die Konturen der Verfüllung des Grabens B anzupassen. Hierfür ist es notwendig, die Konturen der Verfüllung des Grabens B zu erkennen und auszuwerten. Dies lässt sich mithilfe eines Kamerasystems, welches ebenfalls auf einem x-y-z-Tisch befestigt wurde samt optischer Auswertung realisieren. Liegen die Daten der Kontur der Verfüllung vor, kann der Lauf der Reißnadel für die

Strukturierung A so angepasst werden, dass die optischen Verluste (durch Abtrennen solaraktiver Fläche) minimiert werden.

Abwandlungen zur erfindungsgemäßen Prozessabfolge

Alle Strukturierungen können auch mittels Laser oder photolithographisch in

Kombination mit einer Ätztechnologie (nasschemisch oder vakuum-basierende Trockenätzverfahren) erfolgen. Ebenso ist eine Kombination aller genannten

Methoden möglich.

Generell können Schichtpakete mit der erfindungsgemäßen Methode verschaltet werden, die sich sowohl auf starren als auch auf flexiblen Substraten befinden. Das Substrat kann dabei elektrisch isolierend oder elektrisch leitend sein.

Im Falle eines elektrisch leitfähigen Substrates (z.B. Metallfolie) muss auf diesem Substrat eine elektrisch isolierende Schicht (also zwischen Substrat (1) und

Rückkontaktschicht (2)) aufgetragen werden um eine Kurzschluss der

Einzelsegmente über deren Rückkontaktschichten zu vermeiden, was zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Funktion der späteren Verschaltung führen würde. Die Parameter der Strukturierung C können hier so gewählt werden, dass die elektrisch isolierende Schicht abgetragen wird oder auf dem Substrat verbleibt, entscheidend ist, dass die Rückkontaktschicht vollständig durchtrennt wird.

Das Verfüllen der Gräben A und C mit elektrisch isolierender Polymerpaste kann auch durch eine Beschichtung mit einem elektrisch isolierenden Material (z.B. SiOx) mittels Vakuumabscheidung oder galvanischer Abscheidung ersetzt werden.

Das Verfüllen des Grabens B mit elektrisch leitfähiger Polymerpaste kann auch durch Beschichtung mit einem elektrisch leitfähigen Material (z.B. Silber) mittels

Vakuumabscheidung oder galvanischer Abscheidung ersetzt werden.

Generell ist es auch möglich, zum Verfüllen der Gräben A, B und C die Verfahren zum Auftragen einer Polymerpaste mit den Methoden der Vakuumabscheidung und der galvanischen Abscheidung zu kombinieren. Die Strukturierungsschritte A, B und C können prinzipiell so dicht gesetzt werden, das zwischen den strukturierten Gräben keine Schichtpakete mehr vorhanden sind (vgl. Abbildung 10 (i)). In dieser erfindungsgemäßen Ausführung wird der

Strukturierungsschritt für den Graben A und den Graben B durch einen einzigen Strukturierungsschritt ersetzt. Dies hat neben der Reduzierung der Herstellkosten auch den Vorteil, dass die inaktive Fläche der Solarzelle verringert wird und damit der Wirkungsgrad der Solarzelle vergrößert wird.

Ebenfalls ist es auch hier möglich, einen weiteren Produktionsschritt zu Verfüllungen mit elektrisch isolierender Polymerpaste wegzulassen (vgl. Abbildung 10 (ii), analog zu Abbildung 5). Es können aber auch nur 2 der Gräben so dicht gesetzt werden, dass keine Schichtstapel zwischen den Linien verbleiben (vgl. Abbildung 10 (iii)).

Die Verfüllung der Gräben mit elektrisch isolierender und elektrisch leitfähiger Paste kann außer mit einem Dispenser auch mittels Siebdruck, Schablonendruck, Ink-Jet oder Aufsprüh-Verfahren (unter der Verwendung von Masken) durchgeführt werden. Generell ist auch eine Kombination der einzelnen genannten Verfahren denkbar.

Neben elektrisch isolierenden und elektrisch leitfähigen Pasten auf Polymerbasis können auch Pastensysteme auf der Basis von Silikon oder Acrylat verwendet werden.

Zusätzlich zur Verfüllung der Strukturierung B mit elektrisch leitfähiger Polymerpaste kann diese z.B. in Form von einzelnen Kontaktfingern weiter auf die aktive

Solarzellfläche aufgetragen werden um somit die Leitfähigkeit der

Frontkontaktschicht zu unterstützen, wodurch die Abstände der Einzelsegmente untereinander vergrößert werden können und somit nach einer Optimierung aus Serienwiderstandsverlusten und Abschattung solaraktiver Flächen ein Maximum an solaraktiver Fläche erreicht werden kann (vgl. Abbildung 11 ).

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich prinzipiell auf jeden Typ der

Dünnschichtsolarzellen auf flexiblem Substrat anwenden. Folgende Typen dienen als Beispiel

■ Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, Kupfer-Indium-Diselenid, Kupfer-Gallium- Diselenid (bzw. Selen substituiert durch Schwefel)

■ Amorphes Silizium ■ Cadmium-Tellurid

■ Mikrokristallines Silizium

■ Gallium-Arsenid

Legende zu den Abbildungen

1 Substrat, Träger

2 Rückkontakt (z.B. metallische Schicht)

3 photoaktive Schicht, Absorberschicht

4 Pufferschichten

5 Tunnelkontakt und transparente Vorderseitenelektrode (z.B. elektrisch leitfähiges Oxid)

6 elektrisch isolierende Schicht (z.B. elektrisch isolierende Polymerpaste)

7 elektrisch leitfähige Schicht (z.B. Polymerpaste gefüllt mit metallischen Partikeln)

8 Kontaktfinger