Dünnschicht-Photovoltaikmodul mit zwei Ausgangsleistungen

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul mit mehreren So larpaneelen mit jeweils mehreren Solarzellen auf einem gemeinsamen, elektrisch nichtleitenden Substrat, aufweisend einen Halbieiterschichtaufbau, in dem durch Strukturierungsgräben P2.1 Durchkontaktierungen zwischen Front- und Rückkontak ten zur elektrischen Reihenverbindung einander nächstiiegender Solarzellen gebildet sind, mit einer froniseitigen Leitschicht, in der durch Strukturierungsgräben P3.1 die Frontkontakte isoliert sind, und einer rückseitigen Kontaktschicht, in der durch Struk turierungsgräben P1.1 die Solarpaneele und durch weitere Strukturierungsgräben P1.2 die Rückkontakte der Solarzellen innerhalb eines Soiarpaneeis elektrisch isoliert sind, wobei durch diese Strukturierungsgräben P1.1 , P1.2 und P3.1 die Breite der Solarzellen und von zwischen den Solarzellen liegenden Halbleiterbereichen festge- legt ist und von den Solarzellen eine erste Ausgangsleistung des Photovoltaikmoduls erzeugt ist.

In Dünnschichttechnologie gefertigte Photovoltaikmodule basieren auf Halbleitern, die auf nicht-leitende Substrate aufgebracht werden, wodurch das aufwändige Ver schalten einzelner Solarzellen entfällt. Die bevorzugt großflächig abgeschiedenen Dünnschichtpakete werden in kleinere Solarzellen strukturiert, die dann integriert se~ rienverschaltet werden. Es lassen sich so sehr große, preiswerte Substrate beschich ten, was den Handhabungsaufwand und damit die Preiskalkulation signifikant redu ziert. Die Herausforderung bei Photovoltaikmoduien auf Basis von Dünnschicht-So- larzellen liegt in der Erreichung effizienter Wirkungsgrade durch eine möglichst hohe Lichtabsorption im funktionellen Halbieiterschichtaufbau. Zunehmend weisen daher konzipierte Photovoltaikmodule eine einseitige Rückseitenkontaktierung auf, bei der die abführenden Kontakte für beide Polaritäten (Ableitung positiver und negativer überschüssiger Ladungsträger aus dem funktioneilen Halbieiterschichtaufbau) auf der Rückseite der Dünnschicht-Solarzellen angeordnet sind (interdigitated Back Contact !BC~Verscha!iung). Es entfallen verschattende zusätzliche Kontaktanordnun gen auf der Vorderseite der Solarzellen, die als die Lichteinfallsseite definiert ist. Wenn bei der vorliegenden Erfindung dennoch von„Frontkontakten“ die Rede ist, handelt es sich dabei um durch Strukturierung erzeugte Abschnitte in der frontseiti gen Leitschicht und nicht um zusätzlich aufgebrachte Kontakte. Diese Frontkontakte als Teil der Leitschicht sammeln die überschüssigen Ladungsträger einer Polarität (zumeist die Minoritätsladungsträger aus der Ern itterschicht als Teiischicht des funkti onellen Schichtaufbaus) ein und leiten sie über die Durchkontaktierungen auf die zu gehörigen Rückkontakte in der rückseitigen Kontaktschicht, wobei die Rückseite als die der Lichteinfailsseite gegenüberliegende Seite definiert ist. Durch diese Durch kontaktierungen vermindert sich die Leitaufgabe der Leitschicht. Dadurch kann sie dünner und damit optisch durchlässiger ausgebildet werden. Die überschüssigen La dungsträger der Gegenpolarität (zumeist die Majoritätsladungsträger aus der Absor berschicht als weitere Teilschicht des funktioneilen Schichtaufbaus, weitere Teil schichten sind in der Regel intrinsische Schichten zur Verbesserung der Grenz schichten) wandern in die zugehörigen Rückkontakte in der rückseitigen Kontakt schicht. Allgemein bekannt ist bei Dünnschicht-Photovoitaikmodulen, dass die Halb leiterbereiche im Bereich der Strukturierungen elektrisch inaktiv sind (sogenannte „tote Zonen“ (engl „dead areas“), die photovoltaisch zwar aktiv sind, die durch Licht- einfall erzeugten überschüssigen Ladungsträger aber aufgrund der hindernden Strukturierungen nicht abführen können) und damit nicht zur Energieumwandiung beitragen können. Angestrebt werden daher möglichst kleine elektrisch inaktive Be reiche bei der Strukturierung von Dünnschicht-Photovoltaikmodulen.

Stand der Technik

Der der Erfindung nächstliegende Stand der Technik ist der Veröffentlichung„Re- vealing and Identifying Laser-Induced Damages in CIGSe Solar Gells by Photoiumi- nescence Spectrocopy“ von G. Schultz et al. (IEEE J. of Photovoltaics, Vol.7, No. 5, Sept. 2017, 1442-1449) zu entnehmen (vergleiche dort I. Introduction und Fig.1 ). Of fenbart wird ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul mit mehreren Soiarpaneelen. Jedes Solarpaneel weist wiederum mehrere Solarzellen auf, die alle auf einem gemeinsa men, elektrisch nichtleitenden Substrat aufgebaut sind. Das PV-Modui weist einen funktionellen Halbleiterschichtaufbau (zumindest Absorberschicht, Emitterschicht und eine oder mehrere intrinsische Schichten, wobei der Begriff„funktionell“ auf die licht- induzierte Ladungsträgertrennung im Halbieiterschichtaufbau hinweisen soll) auf, in dem durch Strukturierungsgräben P2 (entsprechend P2.1 bei der Erfindung) längli che Durchkontaktierungen zwischen Front- und Rückkontakten gebildet sind. Die Strukturierungsgräben liegen in der Halbleiterschicht und sind von dem Material der Leitschicht ausgefüllt, welche dann die Durchkontaktierungen bilden. Durch diese werden einander nächstiiegende Solarzellen (der Begriff„benachbart“ wurde hier nicht gewählt, weil er eine unmittelbare Benachbarung impliziert, bei der vorliegen den Erfindung liegen aber noch andere Halbleiterbereiche zwischen den verschalte- ten Solarzellen) in Reihe miteinander verschaltet (monolithisch integriert serienver- schaitet).

Die länglichen Durchkontaktierungen gehören zu einem neuartigen Verschaltungs- konzept, das erstmals in dem Abstract„Rear-side contacted, laser-structured CIGSe cells: A proof of concept“ von G. Parias et al. (Abstract zu Präsentation 3DV.2.12 auf der Konferenz EU PVSEC 2017, 25-27 September 2017, Amsterdam, im Internet ab gerufen am 19.11.2017 unter der URL http://www.eupvsec-planner.com/presentati- ons/c436S9/rear-side_eontactedJaser-structured__cigse__celis __aj3roof_ofjxsn- cept.htm) beschrieben ist. Aus dem Stand der Technik waren bis dahin nur punktför mige Durchkontaktierungen bekannt.

Auf der lichtzugewandten Frontseite weist der aus der zuvor genannten Veröffentli chung bekannte Halbieiterschichtaufbau eine Leitschicht auf, in der durch Strukturie rungsgräben P3 (entsprechend P3.1 bei der Erfindung) die Frontkontakte (keine zu sätzlichen metallischen Kontakte) isoliert sind. Auf der lichtabgewandten Rückseite weist der Halbieiterschichtaufbau eine Kontaktschicht auf, in der durch Strukturie- rungsgräben P1 (entsprechend P1.1 zur Strukturierung einzelner Solarpaneeie und P1.2 zur Strukturierung einzelner Solarzellen innerhalb eines Solarpaneels bei der Erfindung) die Rückkontakte isoliert sind. Durch die seriell verschalteten Solarzellen (in den ebenfalls in Reihe oder alternativ auch parallel geschalteten Solarpaneeien - je nach gewünschtem Ausgangsverhalten) ist eine erste Ausgangsleistung (Aus gangsgröße Strom bzw. Spannung am Ausgang) des Photovoitaikmoduls erzeugt. Durch die Abstände der Strukturierungsgräben P1 (entsprechend P1.1 , P1.2 bei der Erfindung) und P3 (entsprechend P3.1 bei der Erfindung) ist die Breite der Solarzel len und von zwischen den Solarzellen liegenden sogenannten„dead areas“ (dt.„Tot zone“) festgelegt. Hierbei handelt es sich auch um Haibleiterbereiche, die zwar pho- tovoitaisch aktiv, aber aufgrund der begrenzenden Strukturierungen elektrisch inaktiv sind und daher keinen Beitrag zur Ausgangsleistung des Photovoltaikmoduls leisten. Gut zu erkennen ist in der Fig. 1 eine„dead area“, für die postuliert wird, dass sie so schmal wie möglich sein soll. Es ist aber auch zu erkennen, dass sie trotz dieses Postulats erheblich breiter ist als die eigentliche Solarzelle. Daraus ist zu erkennen, dass bislang die Effizienz, also der Wirkungsgrad eines Dünnschicht-Photovoltaikmo- duls nur von einem relativ geringen Anteil seiner photovoitaisch aktiven Fläche er bracht wird und relativ begrenzt ist.

Aufgabenstellung

Ausgehend von der zuvor genannten Veröffentlichung als nächstiiegendem Stand der Technik ist die Aufgabe für die vorliegende Erfindung daher darin zu sehen, das eingangs beschriebene, gattungsgemäße Dünnschicht-Photovoltaikmodul so weiter- zubilden, dass eine Verbesserung seines Wirkungsgrades erzielt wird. Die Lösung für diese Aufgabe ist dem Hauptanspruch zu entnehmen. Vorteilhafte Modifikationen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt und im Folgenden im Zu sammenhang mit der Erfindung näher erläutert.

Erfindungsgemäß ist bei dem beanspruchten Photovoltaikmodu! vorgesehen, dass innerhalb der Haibleiterbereiche zusätzliche Strukturierungsgräben in der Kontakt schicht zur Bildung von zusätzlichen Rückkontakten und zusätzliche Strukturierungs gräben zumindest in der Leitschicht zur Bildung von zusätzlichen Frontkontakten an geordnet sind und dass zusätzliche Strukturierungsgräben im Halbleiterschichtaufbau angeordnet sind, durch die zusätzliche Durchkontaktierungen zwischen den zusätzli chen Front- und Rückkontakten zur elektrischen Serienschaltung einander nächstlie gender Haibleiterbereiche gebildet sind, wobei durch die zusätzlichen Strukturie rungsgräben P1.3 und die zusätzlichen Strukturierungsgräben P3.2 aus den Halbiei- terbereichen zusätzliche Solarzellen auf zusätzlichen Solarpaneeien gebildet sind, von denen eine zweite Ausgangsleistung des Photovoltaikmoduls erzeugt ist. Bei dem beanspruchten Photovoltaikmodu! werden durch die vorgeschiagenen Maß nahmen auch die bislang elektrisch inaktiven Halbleiterbereiche zwischen den Solar zellen zur Generierung einer zweiten Ausgangsleistung (zweiter Ausgangsstrom, zweite Ausgangsspannung) genutzt. Diese bislang photovoltaisch aktiven, aber elektrisch nicht erreichten Haibleitergebiete werden nunmehr auch wie Solarzellen strukturiert, insbesondere werden sie abgegrenzt durch eine entsprechende Struktu- rierung der Front- und Rückkontakte und mit Durchkontaktierungen versehen.

Dadurch werden sie analog zu den bereits im Modul vorhandenen Solarzellen struk turiert und genutzt, ohne dass dabei zusätzliche Materialien eingesetzt werden müs sen. Die zusätzliche Nutzbarmachung wird bei der Erfindung ausschließlich über zu sätzliche Strukturierungen erreicht. Aus den bislang im Stand der Technik elektrisch inaktiven Halbleiterbereichen entstehen so elektrisch aktive zusätzliche Solarzellen, die ebenfalls monolithisch integriert in Reihe miteinander geschaltet sind und eine zu sätzliche zweite Ausgangsleistung, einen zweiten Ausgang des Photovoitaikmoduis (bzw. des einzelnen Photovoltaikpaneels) erzeugen. Durch die Vergrößerung der ge samten Ausgangsleistung aus der Addition der ersten Ausgangsleistung (erster Aus gangsstrom, erste Ausgangsspannung) mit der zusätzlichen zweiten Ausgangsleis tung des Photovoitaikmoduis ist entsprechend die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad des beanspruchten Photovoitaikmoduis gegenüber herkömmlichen Modulen mit gro ßen elektrisch inaktiven Flächen gesteigert.

Mit dem erfindungsgemäßen Photovoitaikmodul werden zwei Ausgangsleistungen generiert. Dabei kann bevorzugt und vorteilhaft die erste Ausgangsleistung und die zweite Ausgangsleistung des Photovoitaikmoduis getrennt oder gemeinsam zur Ver- fügung gestellt werden. Es können also zwei Ausgangströme und zwei Ausgangs spannungen unterschiedlicher Größe oder ein Ausgangstrom und eine Ausgangs spannung erhöhter Größe zur Verfügung gestellt werden. Welche Konzeption ge wählt wird, ist vom jeweiligen Einsatzfail des Photovoitaikmoduis nach der Erfindung abhängig. Die Umsetzung des Konzepts erfolgt dann durch entsprechende Serien oder Parallelschaltung der Solarpaneele mit den zusätzlichen Soiarpaneelen. Die Strukturierungen der einzelnen Schichten werden bevorzugt mittels Lasertechno logie durchgeführt und sind daher in ihren Verläufen und Abmaßen weitgehend flexi bel. Beliebige Strukturveriäufe sind erzeugbar. Bevorzugt und vorteilhaft ist es bei der Erfindung aber, wenn die Strukturierungen so positioniert werden, dass die Solarzel len und die zusätzlichen Solarzellen rechteckig ausgebildet sind. Somit entstehen in- terdigitierende Solarzellen, Haibleiterbereiche, Frontkontakte und Rückkontakte. Hierdurch ist eine effektive Nutzung der zur Verfügung stehenden funktionalen Flä che in jedem Soiarpaneel gewährleistet. Bevorzugt und vorteilhaft ist es dabei weiter hin, wenn die Strukturierungsgräben P1.1 in einem Mäander verlaufen, der in vorteil hafter Weise eine annähernd rechteckige Form aufweist. Hierbei handelt es sich um einen sehr üblichen Strukturierungsverlauf bei monolithisch integriert serienverschal- teten Dünnschicht-Solarzellen. Durch die Strukturierungsgräben P1.1 werden be nachbarte Paneele voneinander elektrisch getrennt. Bevorzugt und vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die weiteren Strukturierungsgräben P1.2 in der Mitte der Solar zellen und/oder die zusätzlichen Strukturierungsgräben P1.3 am Rand der zusätzli chen Solarzellen angeordnet sind. Die bislang genutzten, ursprünglichen Solarzellen sind in der Regel relativ schmal strukturiert. Um die Durchkontaktierungen anbringen zu können, ist es vorteilhaft, die Solarzellen durch den Strukturierungsgraben P1.1. in etwa zu halbieren. Die eine Hälfte ist dann ungestört photovoitaisch aktiv und auf der anderen Hälfte werden neben einer verringerten photovoltaischen Aktivität (durch die Durchkontaktierung, die den Platz des funktioneilen Haibleiterschichtaufbaus ein nimmt) die generierten (Minoritäts-)Ladungsträger abgeführt. Die bislang photovoita isch aktiven, aber elektrisch inaktiven Bereiche sind in der Regel sehr viel breiter. Wenn die schmalen Bereiche mit den Solarzellen beispielsweise über Mikrokonzen tratoren ganz gezielt und konzentriert bestrahlt werden, erreichen die breiten Berei che nur Streulicht. Um dieses ebenfalls optimal für die photovoitaische Aktivität nut zen zu können, werden bei der Erfindung die Durchkontaktierungen dieser Haibleiter bereiche, die erfindungsgemäß in zusätzliche Solarzellen umgewandelt sind, bevor zugt und vorteilhaft an den Rand gelegt.

Die photovoitaische Aktivität der funktionellen Halbleiterschicht hängt auch immer von der eingestrahiten Lichtieistung ab. Bevorzugt und vorteilhaft ist es bei der Erfin dung daher, wenn oberhalb der Leitschicht Mikrokonzentratoren angeordnet sind, wobei die Brenniinien der Mikrokonzentratoren auf den Mittenbereich zwischen den weiteren Strukturierungsgräben P1.2 und dem Rand der Solarzellen ausgericbtet sind. Die linearen Brenniinien strahlen dann eine große Lichtleistung in die schmalen Solarzellen ein, die entsprechend eine große Ausgansleistung produzieren. Die brei ten Solarzellen empfangen zwar nur geringer wertiges Streulicht. Die dadurch hervor gerufene photovoitaische Aktivität kann aber durch die Maßnahmen bei der Erfin dung ebenfalls elektrisch genutzt werden. Bevorzugt und vorteilhaft ist es bei dem beanspruchten Photovoltaikmodul weiterhin, wenn die zusätzlichen Strukturierungs gräben P2.2 zwischen dem Rand der zusätzlichen Solarzellen und den zusätzlichen Strukturierungsgräben P1.3 angeordnet sind und insbesondere die Strukturierungs- gräben P3.1 und P3.2 sich mit P1.1 überlappen. Diese Maßnahme gewährleistet, dass die photovoltaisch aktive Fläche optimal ausgenutzt und die stromableitenden Flächen minimiert sind, sodass der negative Einfluss der Strukturierungen („dead areas“) weitgehend aufgehoben werden kann.

Die Breite der Durchkontaktierungen kann je nach Anforderung variieren. Gleiches gilt natürlich auch für die Kontaktfinger. Es ergibt sich im beanspruchten Photovoita- ikmodui ein klares Strukturierungsbild mit zwei Ausgangsleistungen von zwei unter schiedlichen Soiarpaneelen, die in Reihe oder seriell untereinander und zueinander geschaltet werden können. Dabei werden in Relation zu den mäanderförmigen Struk turierungsgräben P1.1 durch die Strukturierungsgräben P1.2, P3.1 die Solarzellen und durch die zusätzlichen Strukturierungsgräben P1.3, P3.2 die zusätzlichen Solar zellen gebildet, d.h. es werden alle nunmehr elektrisch aktiven Flächen voneinander getrennt und seriell genutzt. Bevorzugt und vorteilhaft wird dabei durch die zusätzli chen Strukturierungsgräben P3.2 die Breite der zusätzlichen Solarzellen festgelegt.

Für die elektrische Isolation der Solarzellen und zusätzlichen Solarzellen gegenei nander reicht grundsätzlich eine Strukturierung der Leitschicht aus. Alternativ ist es aber möglich, dass durch die Strukturierungsgräben P3.1 und die zusätzlichen Struk- turierungsgräben P3.2. auch der Halbleiterschichtaufbau strukturiert ist. Wichtig ist, dass durch die Maßnahmen der Strukturierung, die in der Regel per Laserstrahl er folgt, die Halbleiterschichten nicht in ihrer Funktion gestört werden. Schließlich ist es bei der beanspruchten Erfindung noch bevorzugt und vorteilhaft, wenn die Leitschicht und der Halbleiterschichtaufbau in elektrisch inaktiven Bereichen entfernt sind. Dies führt zu einer sehr übersichtlichen Anordnung der Solarzellen und zusätzlichen Solar zellen und zu einer Verringerung des Modulgewichts Das entfernte Material kann ge gebenenfalls wiederverwendet werden.

Das Dünnschicht-Photovoitaikmodul nach der Erfindung kann selbstverständlich in allen geeigneten Materialkombinationen ausgeführt werden. Insbesondere ist es aber bevorzugt und vorteilhaft, wenn die Leitschicht aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid, beispielsweise ITO, der Halbleiterschichtaufbau aus Cbalkopyrit- halbieitern, die Kontaktschicht aus Molybdän und /oder das Substrat aus Glas oder einem flexiblen Kunststoff ausgebiidet ist. Bei dem Chalkopyrithalbleiter kann es sich beispielsweise um CIGSe handeln. Weitere Details hierzu und zu dem mit der Erfin dung beanspruchten Dünnschicht-Photovoitaikmodul sind der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen

Ausführungsbeispiele

Nachfolgend werden das Photovoltaikmodul nach der Erfindung und seine vorteilhaf ten Modifikationen anhand der schematischen Figuren zum besseren Verständnis der Erfindung noch weitergehend erläutert. Dabei zeigt die

Fig, 1 ein Dünnschicht-Photovoitaikmodul mit allen Strukturierungsgräben,

Fig, 2 ein Dünnschicht-Photovoitaikmodul mit allen Strukturierungsgräben im

Detail,

Fig. 3 ein Dünnschicht-Photovoitaikmodul mit den Stromflüssen,

Fig, 4 ein Dünnschicht-Photovoitaikmodul mit allen Strukturierungsgräben und

Stromflüssen im Querschnitt und

Fig. 5 ein Dünnschicht-Photovoitaikmodul mit Mikrokonzentratoren (oben in der Aufsicht, unten im Querschnitt)

Allgemein gilt für alle Figuren, dass die Dünnschichtsolarzellen 05, 06 aufgebaut sind aus einem photovoltaisch aktiven Halbleiterschichtaufbau 13 aus einer Absorber- schicht, einer Emitterschicht und intrinsische Schichten zwischen Absorberschicht und Emitterschicht (pn-Übergang) und auf der E itterschicht zur Passivierung vor Aufbringen der Leitschicht. Der Haibleiterschichtaufbau 13 weist auf seiner lichtzuge- wandten Vorderseite eine Leitschicht 12 zur Bildung der Frontkontakte F3.1, F3.2 ohne zusätzliche abschattende metallische Kontakte und auf seiner lichtabgewand- ten Rückseite eine Kontaktschicht 14 zur Bildung der Rückkontakte R1„2, R1.3 auf.

Di Stromausgang (Ausgangsleistung) A1, A2 erfolgt ausschließlich über die fingerför migen Rückkontakte (Interdigitated Back Contact IBC) R1.2 (A1 ) beziehungsweise R1.3 (A2). Die eine Polarität wird direkt vom Halbleiterschichtaufbau 13 in die eine Hälfte der Rückkontakte R1,2, R1„3 eingeieitet, die andere Polarität wird vom Halb leiterschichtaufbau 13 in die Leitschicht 12 und von dort durch Durchkontaktierungen D2„1, D2„2 im Haibleiterscbichtaufbau 13 in die andere Hälfte der alternierenden Rückkontakte R1„2, R1.3 eingeleitet. Die Strukturierungsgräben P1.1, P1.2, P1.3 strukturieren immer die Kontaktschicht 14 und dienen der elektrischen Isolation der Solarpaneele 02, 03 und jeweiligen Solarzellen 05, 06 gegeneinander. Die Strukturie rungsgräben P2.1 und die zusätzlichen Strukturierungsgräben P2„2 strukturieren im mer den Haibleiterschichtaufbau 13 und dienen der Bildung der Durchkontaktierun gen D2.1, D2.2 (durch Auffüllen mit Material der Leitschicht 12). Die Strukturierungs gräben P3.1 und die zusätzlichen Strukturierungsgräben P3.2 strukturieren immer die Leitschicht 12 (und ggfs auch den Haibleiterschichtaufbau 13, was aber elektrisch ebenfalls einer Isolation der einzelnen Solarzellen 05,06 voneinander entspricht) und isolieren alle aktiven Gebiete 10, 11 (vergleiche Fig. 4).

In der Fsg, 1 ist in der schematischen Draufsicht ein Dünnschicht-Photovoitaikmodul 01 mit zwei Solarpaneelen 02 und zwei zusätzlichen Soiarpaneelen 03 auf einem ge meinsamen, elektrisch nichtleitenden Substrat 04 dargestellt, wobei jedes Solarpa neel 02 Solarzellen 05 und jedes zusätzliche Solarpaneel 03 zusätzliche Solarzellen 06 aufweist, die jeweils monolithisch integriert seriell miteinander verschaltet sind.

Die Solarpaneele 02, 03 können untereinander und miteinander je nach angeforder tem Leistungsprofil in Reihe oder parallel oder in einer Mischung aus Reihen- und Parallelschaltung miteinander verschaltet sein. Gleichberechtigt dargestellt sind alle vorhandenen Strukturierungsgräben, die jedoch in unterschiedlichen Schichten lie gen und daher in der Praxis nicht alle von oben sichtbar sind. Hierbei handelt es sich um Strukturierungsgräben P1.1 , die alle Solarpaneele 02, 03 elektrisch voneinander isolieren, um weitere Strukturierungsgräben P1.2, die alle Solarzellen 05 auf den So- larpaneelen 02 elektrisch voneinander isolieren und um zusätzliche Strukturierungs gräben P1.3, die alle zusätzlichen Solarzellen 06 auf den Solarpaneelen 03 jeweils elektrisch voneinander isolieren (Bildung von Rückkontakten R1.2, R1.3, vergleiche Fig, 4) Dargestellt sind weiterhin Strukturierungsgräben P2.1 , die Durchkontaktierun gen D2.1 (vergleiche Fig. 4) für die Solarzellen 05 ermöglichen, und zusätzliche Strukturierungsgräben P2.2, die zusätzliche Durchkontaktierungen D2.2 für die zu sätzlichen Solarzellen 06 ermöglichen (jeweils nach Einfüllen von Material der Leit schicht 12). Schließlich sind noch Strukturierungsgräben P3.1 , die alle Solarzellen 05 elektrisch voneinander trennen, und zusätzliche Strukturierungsgräben P3.2, die alle zusätzlichen Solarzellen 06 elektrisch voneinander trennen (Bildung von Frontkontak ten F3.1 und zusätzlichen Frontkontakten F3.2, vergleiche Fig. 4) dargestellt. Es ist in der Darstellung sehr gut zu erkennen, dass bei der Erfindung auch alle zusätzli chen Solarzellen 06 vollständig strukturiert und damit elektrisch aktiv sind, sodass diese zusätzlichen Solarzellen 06 einen zusätzlichen Beitrag A2 zur Ausgangsleis tung A1 des Photovoltaikmoduls 01 leisten.

Weiterhin ist in der Fig. 1 ein mäanderförmiger Verlauf der Strukturierungsgräben P1.1 (durchgezogene Linie) im Bereich der Solarzellen 05 und zusätzlichen Soiarzel- len 06 dargestellt, wohingegen die weiteren Strukturierungsgräben P1„2 (gestrichelte Linie) und die zusätzlichen Strukturierungsgräben P1.3 (gestrichelte Linie) in linearen Abschnitten verlaufen. Auch die Strukturierungsgräben P2.1 und die zusätzlichen Strukturierungsgräben P2.2 (schraffierte Bereiche) verlaufen in linearen Abschnitten. Die Strukturierungsgräben P3.1 und zusätzlichen Strukturierungsgräben P3.2 (hohle Linie) verlaufen in einem orthogonalen Gitter. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ver laufen alle Strukturierungsgräben parallel bzw. orthogonal zueinander, sodass sich alternierend geordnete, rechteckige Solarzellen 06 und zusätzliche Solarzellen 06 er geben, die auf unterschiedlichen Solarpaneelen 02, 03 einander am nächsten liegen. Alle gezeigten geometrischen Parameter (Breite, Länge, Abstände der Solarzellen 05, zusätzlichen Solarzellen 06, Strukturierungsgräben und Durchkontaktierungen) sind variierbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel alternieren schmale Solarzellen 05 mit breiten zusätzlichen Solarzellen 06. Die Strukturierungsgräben P2.1 und die zu sätzlichen Strukturierungsgräben P2.2 liegen jeweils am Rand der Solarzellen 06 und zusätzlichen Solarzellen 06. Die weiteren Strukturierungsgräben P1.2 liegen unge fähr mittig in den Solarzellen 05. Die zusätzlichen Strukturierungsgräben P1.3 liegen ungefähr am Rand bei den zusätzlichen Solarzellen 06. Andere geometrische Anord- nungen sind ohne weiteres möglich und den jeweiligen Einsatzanforderungen anzu passen.

Gut zu erkennen ist in der Fig. 1 auch ein Sammelleiter 07 zur Ableitung der Strom produktion der Solarzellen 05 und ein zusätzlicher Sammelieiter 08 zur Ableitung der zusätzlichen Stromproduktion der zusätzlichen Solarzellen 06. Mit der Erfindung wird ein Photovoltaikmodul 01 mit zwei Ausgängen (Ausgangsleitungen) A1 , Ä2 (die Ströme der Solarzellen 05 und zusätzliche Solarzellen 06 fließen in dieselbe Rich- tung) zur Verfügung gestellt. Alternativ können die beiden Ausgangsleistungen auch in Reihe geschaltet werden (die Ströme der Solarzellen 05 und zusätzliche Solarzel len 06 fließen in entgegengesetzte Richtungen), sodass eine erhöhte Ausgangsleis tung an einem Ausgang Ä1 oder Ä2 zur Verfügung gestellt werden kann. Im gezeig ten Ausführungsbeispiel sind die„eigentlichen“ Solarzellen 05 relativ schmal. Werden sie aber über Mikrokonzentratoren 15 bestrahlt, erbringen sie die Hauptleistung des Photovoltaikmodul 01. Die zwischen den Solarzellen 05 liegenden Halbleiterbereiche 09 sind relativ breit. Hierbei handelt es sich um photovoltaisch aktive Gebiete (bei spielsweise Bestrahlung durch diffuses Streulicht), die aber bei herkömmlichen PV- Moduien elektrisch inaktiv sind. Dieser bedeutsame Nachteil der ungenügenden Flä chenausnutzung wird mit der Erfindung kompensiert. Hier werden auch die ursprüng- lich elektrisch inaktiven Haibleiterbereiche 09 genutzt, indem sie strukturiert und kon taktiert und damit in die zusätzlichen Solarzellen 06 überführt werden. Es ist deutlich zu erkennen, dass bei der Erfindung kaum noch weitere elektrisch inaktive Haibleiter bereiche 09 auftreten, die nicht in zusätzliche Solarzellen 06 überführt worden sind. Diese können dann zusammen mit der Leitschicht 12 optional entfernt werden.

Die F g. 2 zeigt ein Detail aus der Fig. 1. Besonders gut sind hier die Strukturierungs- gräben P3.1 zur Isolierung der Solarzellen 05 und die zusätzlichen Strukturierungs gräben P3.2 zu erkennen, mit denen die zusätzlichen Solarzellen 06 isoliert werden. Dabei legen die horizontalen Strukturierungsgräben P3.1 die Längen der Solarzellen 05 und zusätzlichen Solarzellen 06 fest. Ein großes photovoltaisch aktives Gebiet 10 im Bereich der zusätzlichen Solarzellen 06 wird beispielsweise durch Streulicht akti viert Kleine photovoltaisch aktive Gebiete 11 im Bereich der Solarzellen 05 werden beispielsweise intensiv mit Licht aus Mikrokonzentratoren (Mikrokonzentratorlinsen) 15 (vergleiche Fig. 5) bestrahlt. Bei einer gleichen Lichteinstrahlungsleistung haben größere Flächen auch größere Ausgangsleistungen. Bei unterschiedlich intensiver Einstrahlung ist dies nicht der Fall. Hier hängt die Ausgangsleistung von der Einstrah- lungsleistung und der photovoitaisch aktiven Fläche 10, 11 ab. Im Bereich um die So larzellen 05 und die zusätzlichen Solarzellen 06 herum können die Leitschicht 12 und der Haibieiterschichtaufbau 13 entfernt werden, sodass nur mehr die Kontaktschicht 14 (vergleiche Fig. 4) sichtbar ist.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die Stromflüsse im Photovoltaikmodul 01 in der Aufsicht (in der Ergänzung zu Fig. 4 mit einer schematischen Darstellung der Stromflüsse im Querschnitt). Zu erkennen ist ein erster (großer) Stromf!uss S1 durch die Solarzellen 05, der zu einer ersten Polverteilung (+/-) führt. Ein zweiter (kleiner) Stromfluss S2 resultiert aus den zusätzlichen Solarzellen 06 und führt zu einer zweiten Polarisie- rung (+/-). Im gezeigten Ausführungsbeispiei laufen die Stromflüsse S1, S2 parallel und führen zu zwei Ausgängen (Ausgangsleistungen) A1 , Ä2. Alternativ können die Stromflüsse S1, S2 auch in unterschiedliche Richtungen laufen und einander addiert werden. In den Durchkontaktierungen D2.1, D2„2 werden die auftretenden Ströme S1, S2 in die Rückkontakte R1.2, R1.3 eingeieitet (vergleiche Fig. 4).

Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Photovoltaikmodul 01 innerhalb des Mä anders. Zu erkennen sind eine Leitschicht 12 mit Frontkontakten F3.1, F3.2, ein Halbleiterschichtaufbau 13 mit Durchkontaktierungen P2,1 und zusätzlichen Durch- kontaktierungen P2.2, eine Kontaktschicht 14 mit Rückkontakten R1.2 und zusätzli chen Rückkontakten R1.3 und ein nichtleitendes Substrat 04. Dargestellt sind die Strukturierungsgräben P3.1, P3„2 in der Leitschicht 12 und dem Haibieiterschichtauf bau 13, die Strukturierungsgräben P2.1, P2.2 zur Bildung der Durchkontaktierungen D2„1 und zusätzlichen Durchkontaktierungen D2„2 und die Strukturierungsgräben P1.2, P1.3 in der Kontaktschicht 14 (teilweise gestrichelt dargestellt). Die Doppel kreise im Halbleiteschichtaufbau 13 im Bereich der Solarzellen 05 und zusätzlichen Solarzellen 06 deuten die Stromgenerierung durch photovoltaische Aktivität an. Der Punkt in der Kontaktschicht 14 zeigt an, dass der Strom S1, S2 in die Zeichenebene hineinfließt, das Kreuz zeigt an, dass der Strom S1, S2 aus der Zeichenebene her- ausfiießt. Die Fig. 5 zeigt das Photovoitaikmodui 01 mit Mikrokonzentratoren 15 auf der Ober seite von oben (obere Figur) und im Querschnitt (untere Figur) Zu erkennen sind je weils Brennlinien 16 der Mikrokonzentratoren 15, entlang der das einfallende Licht in die Solarzellen 05 eingestrahlt wird. Das bislang ungenutzte Streulicht in den photo- voltaisch aktiven, aber bislang elektrisch inaktiven Hableiterbereichen 09 wird bei der Erfindung ebenfalls genutzt durch Bildung zusätzlicher Solarzellen 06 mit zusätzli chen Durchkontaktierungen D2.2 (Überführung der elektrisch inaktiven Halbleiterbe reiche 09 in elektrisch aktive zusätzliche Solarzellen 06). Es entstehen somit zwei Ausgangsleistungen A1, Ä2 und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Photovoltaikmoduls 01 nach der Erfindung. Die Solarzellen 05, 06 und die Durchkon taktierungen D2.1 , D2.2 sowie die Strukturierungsgräben P3.1, P3.2 sind der besse ren Darstellung wegen etwas beabstandet zueinander dargesteiit. In der konkreten Ausführung liegen sie benachbart bzw. übereinander.

Bezugszeichenliste

01 Photovoitaikmodui (Dünnschicht)

02 Soiarpaneel mit 05 (Dünnschicht)

03 zusätzliches Soiarpaneel mit 06 (Dünnschicht)

04 Substrat, nichtleitend

05 Solarzellen (Dünnschicht)

06 zusätzliche Solarzellen (Dünnschicht)

07 Sammelleiter von 05

08 Sammelleiter von 06

09 Halbieiterbereich

10 großes photovoltaisch aktives Gebiet

11 kleines photovoltaisch aktives Gebiet

12 Leitschicht

13 Halbleiterschichtaufbau

14 Kontaktschicht

15 Mikrokonzentrator

16 Brennlinie von 15

A1 erste Ausgangsleistung (erster Ausgang) von 01 A2 zweite Ausgangsleistung (zweiter Ausgang) von 01

P1.1 Strukturierungsgraben in 14 für 02, 03

P1.2 weiterer Strukturierungsgraben in 14 für 05

P1.3 zusätzliche Strukturierungsgraben in 14 für 06

P2.1 Strukturierungsgraben in 13 für 05

P2.2 zusätzlicher Strukturierungsgraben 13 für 06

P3.1 Strukturierungsgraben in 14 für 05

P3.2 zusätzlicher Strukturierungsgraben 14 für 06

D2.1 Durchkontaktierung in 13 für 05

D2„2 zusätzliche Durchkontaktierung in 13 für 06

F3.1 Frontkontakt in 12 für 05

F3.2 zusätzlicher Frontkontakt in 12 für 06

R1.2 Rückkontakt in 14 für 05

R1 ,3 zusätzlicher Rückkontakt in 14 für 06

51 Stromfluss aus 05

52 Stromfluss aus 06