WO2011000361A2

WO2011000361A2 - Verfahren zur herstellung und serienverschaltung von streifenförmigen elementen auf einem substrat

Info

Publication number: WO2011000361A2
Application number: PCT/DE2010/000758
Authority: WO
Inventors: Andreas Lambertz; Stefan Haas
Original assignee: Forschungszentrum Jülich GmbH
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2011-01-06
Also published as: JP2012531755A; CN102598267A; WO2011000361A3; US20120097208A1; EP2449603A2; KR20120104080A; DE102009031592A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung und Serienverschaltung streifenförmiger Elemente, wobei verglichen mit dem Stand der Technik ein geringerer Flächenbedarf für die Serienverschaltung realisiert wird.

Description

B e s c h r e i b u n g

Verfahren zur Herstellung und Serienverschaltung von streifenförmigen

Elementen auf einem Substrat

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung und Serienverschaltung von streifenförmigen Elementen auf einem Substrat insbesondere zu einem Solarmodul und auf ein Solarmodul.

Stand der Technik

Die Serienverschaltung von photovoltaischen Elementen zu einem Solarmodul dient der Addierung der in den Elementen erzeugten lichtinduzierten Energie, ohne dass ein Kurzschluss erzeugt wird. Hierzu wird regelmäßig ein erster elektrischer Kontakt mit einem zweiten elektrischen Kontakt zweier photovoltaischer Elemente leitfähig miteinander verbunden, wobei die Kontakte, auch Elektroden genannt, auf den gegenüberliegenden Seiten des photovoltaischen Elements angeordnet sind.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, auf einem Substrat einen ersten elektrischen Kontakt ganzflächig als Schicht aufzubringen. Die erste Kontaktschicht wird von der Oberfläche bis hinunter zum Substrat durch einen ersten Strukturierungsschritt Pl in eine Mehrzahl parallel angeordneter Streifen unterteilt. Nach dem ersten Strukturierungsschritt Pl werden ganzflächig die aktiven Halbleiterschichten auf der Oberfläche des strukturierten ersten Kontakts aufgebracht, und die darin befindlichen Gräben aufgefüllt. Die Halbleiterschichten werden danach durch einen zweiten Strukturierungsprozess P2, ausgehend von der Oberfläche der Halbleiterschichten bis zur Oberfläche des ersten elektrischen Kontakts in eine Mehrzahl von Streifen unterteilt. Der zweite Strukturierungsprozess P2 findet nahe neben und parallel zum ersten Strukturierungsprozess Pl und den streifenförmigen Unterteilungen des ersten elektrischen Kontakts statt. Dann wird auf dem strukturierten ersten elektrischen Kontakt und den strukturierten Halbleiterschichten eine zweite elektrische Kontaktschicht auf der Oberfläche des streifenförmig unterteilten photovoltaischen Elements angeordnet und wiederum in Streifen unterteilt. Durch den dritten Strukturierungsprozess P3 wird der zweite elektrische Kontakt, ausgehend von dessen Oberfläche bis zur Oberfläche der Halbleiterschichten in eine Mehrzahl parallel angeordneter Streifen unterteilt. P3 findet möglichst nahe neben und paral- IeI zum zweiten Strukturierungsprozess P2 und parallel, aber weiter entfernt vom ersten Strukturierungsprozess Pl statt.

Als Resultat ist ausgehend von der Oberfläche des zweiten elektrischen Kontakts eine Verbindung zum ersten elektrischen Kontakt hergestellt und durch das Auffüllen der Gräben in den darunter angeordneten photovoltaischen Elementen die Serienverschaltung hergestellt.

Nachteilig an diesem Standardverfahren ist ein geringer Energieumwandlungsgrad der serien- verschalteten photovoltaischen Elemente des Solarmoduls.

Aufgabe und Lösung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung und Serienverschaltung streifenförmiger Elemente, insbesondere zu einem Solarmodul anzugeben, welches zu einem höheren Energieumwandlungsgrad führt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Solarmodul mit erhöhtem Energieumwandlungsgrad bereit zu stellen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Schichtstruktur sowie ein Solarmodul nach den Nebenansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Ansprüchen.

Auf einem Substrat oder Superstrat werden zunächst eine Mehrzahl mehr oder weniger streifenförmiger, vorzugsweise parallel zueinander angeordneter erster elektrischer Kontaktschichten gebildet.

Als Substrat sind z. B. alle in der Solarzellentechnologie, insbesondere Dünnschichtsolarzel- lentechnologie sowie in der Dünnschichttechnologie als solches gebräuchlichen Substrate oder Superstrate frei wählbar, wie Metallfolien aus Stahl oder Aluminium (Substrat). Als Superstrat werden z. B. Glas oder Plastikfolien eingesetzt.

Das Substrat kann Funktionsschichten zur verbesserten Lichtstreuung oder zum verbesserten Aufwachsen der Kontaktschicht auf dem Träger umfassen. Als erste elektrische Kontaktschicht kann Material, wie z. B. Al/ZnO oder Ag/ZnO (Substrat) oder ZnO, SnO₂ oder ITO (Superstrat) gewählt werden.

Die streifenförmigen elektrischen Kontaktschichten sind durch parallel zueinander angeordnete erste Gräben bis zur Oberfläche des Substrats streifenförmig über die Länge der Elemente isoliert. Ein begrenzender Rahmen für die Elemente kann aber vorgesehen sein.

Die Länge des Substrats (L) verläuft zumindest über die Länge der Elemente (L).

Die streifenförmigen ersten Kontaktschichten können z. B. durch lithographische Verfahren mit Masken- und Sprüh- bzw. Ätzverfahren auf dem Substrat bzw. Superstrat gebildet werden. Sie können auch gebildet werden, indem eine Kontaktschicht zunächst ganzflächig auf dem Substrat aufgebracht und sodann strukturiert wird, z. B. durch Laserablation oder Masken- und Ätzverfahren. Andere Verfahren und Verfahrenskombinationen sind möglich.

Auf einer derartigen Schichtstruktur aus Substrat und ersten elektrischen Kontaktschichten werden im Weiteren die Halbleiterschichten auf den streifenförmigen ersten elektrischen Kontaktschichten, bzw. in den ersten Gräben, gebildet.

Die Halbleiterschichten werden mit bereichsförmigen, vorzugsweise punktförmigen Ausnehmungen an jeweils einer Kante jedes der ersten Gräben ausgebildet.

Darin wird die Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschichten freigelegt. Dies dient der späteren Kontaktierung zur Serienverschaltung benachbarter streifenförmiger Elemente.

Hierzu wird eine Mehrzahl streifenförmiger, vorzugsweise parallel zueinander angeordneter zweiter elektrischer Kontaktschichten auf den Halbleiterschichten angeordnet. Dadurch werden vorteilhaft die bereichsförmigen Ausnehmungen in den Halbleiterschichten verfüllt. Es werden dadurch entsprechende, bereichsförmige Kontakte je einer zweiten elektrischen Kontaktschicht eines Elements (A) zu je einer ersten elektrischen Kontaktschicht eines benachbarten Elements (B) ausgebildet.

Vorteilhaft dienen zweite Gräben über die Länge der Elemente zur Isolation der zweiten e- lektrischen Kontaktschichten und werden zu diesem Zweck in diesen ausgebildet. Darunter kann entsprechend die Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht freigelegt werden oder die Halbleiterschichten.

Die ersten Gräben zur Isolation der ersten elektrischen Kontaktschichten und/oder die zweiten Gräben zur Isolation der zweiten elektrischen Kontaktschichten verlaufen vorteilhaft mit mä- andrierenden bzw. eckigen Abschnitten um die bereichsförmigen Ausnehmungen herum, so dass in Aufsicht betrachtet jede Ausnehmung zwischen einem ersten Graben und einem zweiten Graben angeordnet ist, bzw. diese um die Ausnehmungen herum gebildet werden, so dass die benachbarten Elemente serienverschaltet werden.

Dadurch wird die Aufgabe der Erfindung gelöst, da Platz sparend der Großteil der Halbleiterschichten nutzbar ist. Verglichen mit dem Stand der Technik, ist ein viel geringerer Flächenbedarf für die Serienverschaltung nötig, da im Stand der Technik von nebeneinander platzierten Strukturierungen ausgegangen wird. Der zwischen diesen Strukturierungen liegende Bereich ist nicht für die Energieerzeugung zugänglich.

Die Anzahl der mäandrierenden bzw. eckigen Abschnitte der ersten und/oder zweiten Gräben soll der Anzahl der Ausnehmungen entsprechen. Es können sowohl die ersten als auch die zweiten Gräben mäandrierende Abschnitte aufweisen.

Zur Ausbildung der streifenförmigen Elemente wird zu jedem ersten Graben darüber ein diesem zugeordneter zweiter Graben ausgebildet. Über die Länge des Elements werden 2 bis 50, vorzugsweise 5 bis 30, insbesondere 10 bis 20 Ausnehmungen entlang der Kanten der Gräben gebildet. Vorzugsweise beträgt die Länge des Substrats dann etwa 10 cm. Bei größeren Substraten sollten mehr Ausnehmungen gebildet werden. Je kleiner die Fläche der Ausnehmungen, desto mehr Platz zur Energieerzeugung bleibt erhalten.

Die Wahl des Abstands der Ausnehmungen zueinander richtet sich unter anderem nach deren Größe. Es kann vorzugsweise ein Abstand von 0,2 Millimeter bis 100 Millimeter, insbesondere 1,5 Millimeter bis 10 Millimeter entlang der Kante eines Grabens gewählt werden.

Der laterale Abstand zwischen einem ersten und einem zugeordneten zweiten Graben, wie er in den Figuren gezeigt ist, kann zur Isolation benachbarter Kontaktschichten bis zu 2 Millimeter betragen. Er sollte nicht zu groß gewählt sein. Außer im Bereich der Ausnehmungen sollte in Aufsicht gesehen, der erste Graben besonders vorteilhaft direkt über dem zweiten Graben angeordnet sein, so dass ein Großteil beider Gräben deckungsgleich gemeinsam über die Länge der Elemente verläuft.

Um den Großteil der Halbleiter-Schichten für die Energieerzeugung nutzbar zu machen, sollten die bereichsförmigen Ausnehmungen vorzugsweise punktförmig, z. B. mit einer Fläche von bis zu 1 mm², insbesondere bis zu 0,01 mm² hergestellt werden. Die bereichsförmigen Ausnehmungen für die Kontakte sind daher vergleichsweise klein, um die zwischen den Ausnehmungen liegenden Halbleiter-Schichten zur Energieerzeugung voll nutzen zu können.

Es kann vorteilhaft auch eine Laserablation zur Bildung der ersten und / oder der zweiten Gräben und / oder der Ausnehmungen angewendet werden.

Es können auch entsprechend der ausgebildeten Strukturen ausgebildete Masken zur Herstellung der ersten und / oder der zweiten Gräben und / oder der Ausnehmungen angeordnet werden und sodann geätzt werden, um Gräben oder Ausnehmungen zu bilden. Jedes PVD- oder CVD- Verfahren oder Sprühverfahren oder Druckverfahren ist zur Abscheidung von Schichten anwendbar, auch und insbesondere ein Tintenstrahldruckverfahren.

Ein Ätzverfahren kann ebenfalls zur Herstellung der ersten und / oder der zweiten Gräben und / oder der Ausnehmungen ausgewählt werden.

Besonders vorteilhaft werden Materialien für die Halbleiterschichten und die Kontaktschichten angeordnet, sodass diese streifenförmigen photovoltaischen Elemente über die Länge des Substrats auszubilden vermögen, z. B. ein Glassubstrat und ein TCO (transparent conductive oxide) als erste elektrische Kontaktschicht auf dem Substrat.

Es können mindestens eine n-i-p- oder p-i-n-Struktur als aktive Halbleiterschichten auf den ersten elektrischen Kontaktschichten angeordnet werden.

Als zweite elektrische Kontaktschicht kann ZnO/ Ag streifenförmig ausgebildet werden.

Die so gebildete Schichtstruktur umfasst ein Substrat, umfassend eine Mehrzahl streifenförmiger, vorzugsweise parallel zueinander angeordneter erster elektrischer Kontaktschichten über die Länge des Substrats, sowie halbleitender Schichten, welche über den ersten elektrischen Kontaktschichten angeordnet sind, sowie eine Mehrzahl an streifenförmigen, vorzugsweise parallel zueinander angeordneten zweiten elektrischen Kontaktschichten über die Länge des Substrats, welche auf den halbleitenden Schichten angeordnet sind.

Die zweiten elektrischen Kontaktschichten kontaktieren die ersten elektrischen Kontaktschichten über bereichsförmige Ausnehmungen in den halbleitenden Schichten. Die bereichs- förmigen Ausnehmungen verlaufen nicht über die Länge (L) der Elemente, wie im Stand der Technik. Die Ränder der bereichsförmigen Ausnehmungen werden im Übrigen ausschließlich durch Material der halbleitenden Schichten gebildet. Zur Isolation der ersten und zweiten e- lektrischen Kontaktschichten zueinander sind erste Gräben in den ersten elektrischen Kontaktschichten und zweite Gräben in den zweiten elektrischen Kontaktschichten angeordnet, wobei die ersten und / oder die zweiten Gräben mit mäandrierenden Abschnitten eng um die Ausnehmungen herumgeführt sind.

Die zweiten elektrischen Kontaktschichten und / oder die ersten elektrischen Kontaktschichten weisen in Aufsicht betrachtet, mäandrierende, z. B. eckig oder rund verlaufende Bereiche um die bereichsförmigen Ausnehmungen herum auf. Da die ersten Gräben und die zweiten Gräben in Aufsicht betrachtet, eng bzw. nah, vorzugsweise sogar weitgehend deckungsgleich, das heißt ohne lateralen Versatz übereinander angeordnet sind, sind alle Bereiche zwischen den Ausnehmungen über die Länge der Elemente zur Energieerzeugung nutzbar. Die bereichsförmigen Ausnehmungen sind zwischen je einem ersten und einem zweiten Graben ausgebildet.

Ein Solarmodul kann diese Schichtstruktur aufweisen. Dabei bestehen die zweiten elektrischen Kontaktschichten und die ersten elektrischen Kontaktschichten und die halbleitenden Schichten aus Materialien, die über die Länge des Substrats photovoltaische Elemente (A, B, C.) ausbilden.

Ein spezielles Verfahren zur Herstellung und Serienverschaltung photovoltaischer Elemente (A, B, C) auf einem Substrat sieht vor, dass zunächst ganzflächig ein erster elektrischer Kontakt als Schicht auf dem Substrat angeordnet und durch Bildung parallel angeordneter erster Gräben darin bis zur Oberfläche des Substrats streifenförmig unterteilt wird. Sodann werden Halbleiterschichten auf dem ersten elektrischen Kontakt, bzw. in den ersten Gräben angeord- net und bereichsförmige Ausnehmungen durch Entfernen der Halbleiterschichten parallel zu einer Kante jedes der ersten Gräben gebildet.

Dann soll ein zweiter elektrischer Kontakt auf den Halbleiterschichten, vorzugsweise ganzflächig angeordnet werden, so dass die Ausnehmungen verfüllt werden. Am Ort der ersten Gräben werden mit Ausnahme der jeweils angrenzend zu den Ausnehmungen angeordneten Bereiche, der zweite elektrische Kontakt und die Halbleiterschichten entfernt, so dass eine der Anzahl der Gräben entsprechende Anzahl photovoltaischer Elemente (A, B, C) elektrisch voneinander isoliert werden. Um den verbleibenden Bereich der Ausnehmungen herum wird im übrigen wenigstens die zweite elektrische Kontaktschicht und gegebenenfalls die aktiven Halbleiterschichten bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht entfernt, so dass der erste Kontakt eines photovoltaischen Elements (B) durch den zweiten Kontakt eines benachbarten Elements (A) durch eine Mehrzahl, vorzugsweise punktförmiger Kontakte serien- verschaltet wird.

Ein erfindungsgemäßes Solarzellenmodul weist besonders vorteilhaft ein Verhältnis der Fläche der aktiven serienverschalteten Halbleiterschichten zur Gesamtfläche des Moduls von mindestens 98 %, vorzugsweise mehr als 98,5 %, insbesondere 99 % oder mehr auf.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass nach dem Verfahren gemäß Stand der Technik große Bereiche, nämlich diejenigen, in denen Strukturierungsschritte über die Länge der Elemente durchgeführt werden, sowie der gesamte Bereich zwischen den Strukturierungsschrit- ten eins und zwei, sowie zwischen den Strukturierungsschritten zwei und drei, nicht mehr zur Energieumwandlung genutzt werden kann. Es wurde erkannt, dass hierdurch die potentielle Ausgangsleistung eines Solarmoduls unnötig vermindert wird.

Es wurde ferner erkannt, dass ein Weg zu einer insgesamt geringeren Verlustfläche, zu einem höheren Energieumwandlungsgrad führen kann.

Hierzu wird ein photovoltaisch.es Element durch einen zweiten Strukturierungsprozess P2, ausgehend von der Oberfläche der Halbleiterschichten bis zur Oberfläche des ersten elektrischen Kontakts lokal punktförmig und selektiv entfernt. Dieser zweite Strukturierungsprozess P2 findet möglichst nahe neben und parallel zu den parallel angeordneten ersten Gräben im ersten elektrischen Kontakt statt. Es ist möglich, diese punktförmigen Ausnehmungen auch direkt auf die Strukturkanten der Gräben zu setzen.

In einem weiteren Schritt wird sodann auf den aktiven Halbleiterschichten und in die punktförmigen Ausnehmungen eine zweite elektrische Kontaktschicht z. B. ganzflächig und auf der der ersten Kontaktschicht gegenüber liegenden Seite der Halbleiterschichten angeordnet. Dadurch wird eine Schichtstruktur, umfassend ein Substrat, ein darauf angeordneter erster elektrischer Kontakt, eine hierauf angeordnete p-i-n- oder p-i-n-p-i-n- oder vergleichbare Struktur sowie ein hierauf angeordneter zweiter elektrischer Kontakt bereitgestellt.

Hiernach werden dieser zweite elektrische Kontakt und die Halbleiterschichten durch einen dritten Strukturierungsschritt P3 in Streifen unterteilt. Die hierfür notwendigen Gräben werden vorzugsweise am Ort der ersten Gräben gebildet. Dabei werden der zweite Kontakt und die aktiven Halbleiterschichten vorzugsweise auf den Gräben des ersten Strukturierungs- schritts Pl gebildet, sofern sich neben dem Graben, hervorgerufen durch den zweiten Strukturierungsschritt P2 keine Ausnehmung im aktiven Halbleitermaterial befindet. In den Bereichen, in denen sich eine Ausnehmung zur Realisierung der Kontaktierung zwischen erstem elektrischem Kontakt und zweitem elektrischem Kontakt befindet, verläuft die dritte Strukturierung auf den drei Seiten neben dem Kontaktierungsloch, die nicht dem Graben, hervorgerufen durch die erste Strukturierung Pl, zugewandt sind. Die Strukturierungsgräben müssen hierbei eine durchgehende Linie ergeben, um einen elektrischen Kurzschluss der photovoltai- schen Elemente zu verhindern.

Vorteilhaft bei der Umstrukturierung der Verschaltungsbereiche verglichen mit dem Stand der Technik ist wiederum, dass weniger Fläche für die Serienverschaltung benötigt wird und somit eine höhere Umwandlungseffizienz realisiert werden kann. Der Abstand der Ausnehmungen zur Realisierung der Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht mit der zweiten elektrischen Kontaktschicht zueinander wird so eingestellt, dass die von der Verschattung hervorgerufenen Gesamtverluste, welche sich aus Leitverlusten hervorgerufen durch die e- lektrischen Kontaktschichten sowie Flächenverlusten hervorgerufen durch die Materialablati- on und Verschattung ergeben, minimiert werden. Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von sechs Ausfuhrungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert, ohne dass es hierdurch zu einer Einschränkung der Erfindung kommen soll.

Die Bezugszeichen A, B, C geben die photovoltaischen Elemente an, das Bezugszeichen L steht für die Länge der Elemente bzw. des Substrats.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt die Herstellung und punktförmige Serienverschaltung der photovoltaischen Elemente A, B, C zu einem funktionstüchtigen Solarmodul, bei dem die Strukturierung der aktiven Halbleiterschichten 6 punktförmig, parallel zum ersten Strukturierungsgraben 5, angeordnet wird.

Die Figur Ia) zeigt in Aufsicht eine Mehrzahl streifenförmiger photovoltaischer Elemente in einem Solarmodul. Eine Ausschnittvergrößerung zeigt jeweils drei parallel zueinander angeordnete Streifen A, B, C. Die Nomenklatur P 1-3 in den Figuren gibt die ungefähre Lage und Anzahl der Strukturierungen je Graben bzw. je gepunkteter Halbleiterstrukturierung an. Die streifenförmigen photovoltaischen Elemente A, B, C werden gebildet aus der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschicht 1 , 3 sowie den dazwischen angeordneten Halbleiterschichten 2.

Die Figur Ib) zeigt den Ausgangspunkt des Verfahrens. Auf einem Superstrat 4, als Substrat mit einer Dicke von 1 Millimeter, ist eine erste elektrische TCO-Kontaktschicht 1 (Transparent Conductive Oxide) ganzflächig angeordnet.

Als Substrat 4 ist Glas mit einer Grundfläche von 100 cm² gewählt worden. In einem ersten Abscheideprozess wurde hierauf die erste elektrische Kontaktschicht 1 aus ZnO abgeschieden. Eine Funktionsschicht zur verbesserten Strukturbildung des ZnO ist zwischen dem Substrat 4 und dem ZnO angeordnet und zum Substrat zugehörig (nicht dargestellt). Die erste elektrische Kontaktschicht 1 aus nasschemisch texturiertem Zinkoxid hat eine Dicke von ca. 800 nm. In einem ersten Strukturierungsprozess Pl (Fig. Ic)) wird durch eine Laserablation Material aus der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 entfernt, so dass die Oberfläche des Substrats 4 in den parallel angeordneten Gräben 5 freigelegt ist. Dieser Strukturierungsprozess Pl wird nacheinander für alle photovoltaischen Elemente A, B, C durchgeführt. Der Laser wird zu diesem Zweck durch eine Relativbewegung über die Oberfläche des Substrats 4 gerührt. Abstand und Leistung sind so eingestellt, dass Material der Schichten 1 entfernt wird.

Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE THG, mit einer Wellenlänge von 355 nm gewählt. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung des Materials der Kontaktschicht 1. Es wird eine Durchschnittsleistung von 300 mW bei einer Pulswiederholrate von 15 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 250 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 100 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her durch das transparente Substrat 4 hindurch auf die zu abladierende Schicht 1 geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich je Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von etwa 35 μm ergibt. Die erste elektrische Kontaktschicht 1 ist nach dem ersten Strukturierungsprozess Pl bis zum Substrat 4 durch parallel angeordnete erste Gräben 5 voneinander getrennt. Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten ersten elektrischen Kontaktschichten der photovoltaischen Elemente A, B, C elektrisch voneinander isoliert durch die Gräben 5 auf dem Substrat 4 vor. Eine Vielzahl an ersten Gräben 5 zur Trennung der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet (s. Fig. 1 a: senkrechte Streifen im Modul rechts).

Zwischen zwei unmittelbar benachbarten photovoltaischen Elementen A, B oder C, B liegt jeweils ein Graben 5 nach dem Strukturierungsprozesses Pl vor. Der Strukturierungsprozess Pl verläuft mittels computergestützter Steuerung. Der Strukturierungsprozess Pl wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente erzeugt werden sollen. Bei 10x10 cm Kantenlänge des Glassubstrats 4 werden etwa 16 parallel angeordnete Gräben 5 gebildet, so dass ein Streifen A, B oder C etwa eine Breite von 0,5 cm aufweist. Anschließend wird das gesamte Substrat 4 auf der Seite, auf der sich die erste elektrische Kontaktschicht 1 befindet, mit einer mikrokristallinen p-i-n Solarzelle 2 aus Silizium derart bedeckt, dass die erste elektrische Kontaktschicht 1 und auch die Gräben 5 mit dem Silizium der Schichten 2 bedeckt bzw. verfüllt sind (Fig. Id)). Die Dicke des mikrokristallinen p-i-n- Schichtstapels 2 als aktive Halbleiterschicht 2 beträgt etwa 1300 nm.

Mittels eines zweiten Strukturierungsprozesses entlang der gestrichelten Linie P2 werden die aktiven Halbleiterschichten 2 zur Bildung punktförmiger Ausnehmungen 6 bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 abgetragen (Fig. Ie)). Hierbei wird je Graben jeweils das Material rechts neben der rechten Kante der Gräben 5, welche durch den ersten Struktu- rierungsprozess Pl erzeugt wurde, abgetragen, um punktförmige Kontakte zu den links der Gräben angeordneten photovoltaischen Elementen bilden zu können, vorliegend von Element A nach Element B (Fig. If und Ii)).

Im Gegensatz zu dem ersten Strukturierungsprozess Pl ist kein streifenförmiges Abtragen der aktiven Halbleiterschichten 2 zur Bildung eines über die Länge des Elements laufenden Grabens bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 vorgesehen.

Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien der Halbleiterschichten 2. Da sowohl das Substrat 4 als auch die erste elektrische Kantaktschicht 1 bei der gewählten spezifischen Wellenlänge von 532 nm hochtransparent sind, ist ein selektiver Abtrag der aktiven Halbleiterschichten 2 gewährleistet. Es wird eine Energie je Laserpuls von etwa 40 μJ gewählt. Die Pulswiederholrate liegt bei 533 Hz. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Hierdurch wird ein Abstand der Löcher zueinander von etwa 1 ,5 mm erreicht. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite 4 her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt. Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten photovoltaischen Elemente A, B, C auf dem Substrat 4 vor, wobei punktförmige Ausnehmungen 6 in den später aktiven Halbleiterschichten 2 zur Realisierung einer punktförmigen Serienverschaltung bestehen (Fig If)). Eine Vielzahl an Öffnungen 6 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet. Der Strukturierungsprozess P2 wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente vorhanden sind.

Sodann erfolgt das Aufbringen eines zweiten elektrischen Kontakts 3. Der zweite elektrische Kontakt 3 wird auf der aktiven Halbleiterschicht 2 angeordnet. Als zweite elektrische Kontaktschicht 3 wird ein Schichtsystem aus 80 nm Zinkoxid in Kombination mit einer 200 nm dicken Silberschicht gewählt. Hierbei befindet sich auf dem Siliziumschichtstapel 2 auf der Seite der zweiten elektrischen Kontaktschicht zunächst die Zinkoxidschicht gefolgt von der Silberschicht.

Es erfolgt ein Strukturierungsprozess P3. Hierbei werden die Gräben 7, hervorgerufen durch den Strukturierungsprozess P3 so gebildet, dass die zweite elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten 2 am Ort der ersten Gräben 5 an denjenigen Stellen entfernt werden, an denen sich keine Ausnehmung 6 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht befindet.

Des Weiteren werden die zweite elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten 2 in den Bereichen, in denen sich Ausnehmungen 6 befinden, derart entfernt, dass unterhalb, oberhalb und rechts neben den Ausnehmungen 6 das Material der Halbleiterschichten 2 sowie des zweiten elektrischen Kontakts 3 entfernt wird. Die einzelnen Bereiche zwischen zwei photovoltaischen Elementen A, B, in denen durch diesen Strukturie- rungsschritt Material entfernt wurde, werden derart verknüpft, dass sie eine durchgehende Isolierung des zweiten Kontaktes zweier benachbarter Bereiche A, B ergeben. Hierdurch wird im Folgenden ein Kurzschluss zweier benachbarter photovoltaischer Elemente A, B verhindert (Fig. lh,i)).

Als Laser zur Abtragung des Materials aus den Schichten 2 und 3 wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien beider Schichten 2, 3. Es wird eine Durchschnittsleistung von 410 mW bei einer Pulswiederholrate von 11 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrates fokus- siert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt. Dabei entstehen die etwa U-förmigen Isolierungen 9 um die Ausnehmungen 6 sowie die Kontaktstege 8 zur punktförmigen Serienverschaltung der Elemente.

Da dieser Strukturierungsprozess P3 wiederum entlang des gesamten Streifens durchgeführt wird, liegt ein Graben 7 vor, der sich großteils auf dem Graben 5 befindet und zum ganz geringen Teil zum ersten Graben 5 versetzt angeordnet ist. Der Strukturierungsprozess P3 wird so oft wiederholt, wie die Strukturierungsprozesse Pl und P2 und die Schichten 1, 2, 3 in einer Vielzahl streifenförmiger, parallel zueinander angeordneter photovoltaischer Elemente, getrennt durch die Gräben 5 und 7 und in Serie miteinander verschaltet durch die Ausnehmungen 6, vorliegen.

Für eine Fläche von 10x10 cm2 und etwa 16 Gräben 7 benötigt man etwa alle 1,5 Millimeter eine Ausnehmung 6.

Vorteilhaft bei diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem Stand der Technik ist, dass viel weniger Fläche für die Serienverschaltung benötigt wird und somit eine höhere Umwandlungseffizienz realisiert werden kann. Der Abstand der Löcher 6 zueinander wird so eingestellt, dass die von der Verschattung hervorgerufenen Gesamtverluste, welche sich aus Leitverlusten, hervorgerufen durch die elektrischen Kontaktschichten 1 und 3 sowie Flächenverlusten, hervorgerufen durch die Materialablation und Verschattung ergeben, minimiert werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 2 zeigt die Herstellung und punktförmige Serienverschaltung der photovoltaischen Elemente A, B, C zu einem funktionstüchtigen Solarmodul, bei dem die Strukturierung der akti- ven Halbleiterschichten 6 punktförmig, parallel zum ersten Strukturierungsgraben 5, angeordnet wird.

Die Figur 2a) zeigt in Aufsicht eine Mehrzahl streifenförmiger photovoltaischer Elemente in einem Solarmodul. Eine Ausschnittvergrößerung zeigt jeweils drei parallel zueinander angeordnete Streifen A, B, C. Die Nomenklatur P 1-3 in den Figuren gibt die ungefähre Lage und Anzahl der Strukturierungen je Graben bzw. je gepunkteter Halbleiterstrukturierung an. Die streifenförmigen photovoltaischen Elemente A, B, C werden gebildet aus der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschicht 1 , 3 sowie den dazwischen angeordneten Halbleiterschichten 2.

Die Figur 2b) zeigt den Ausgangspunkt des Verfahrens. Auf einem Superstrat 4, als Substrat mit einer Dicke von 1 Millimeter, ist eine erste elektrische TCO-Kontaktschicht 1 (Transparent Conductive Oxide) ganzflächig angeordnet.

Als Substrat 4 ist Glas mit einer Grundfläche von 100 cm² gewählt worden. In einem ersten Abscheideprozess wurde hierauf die erste elektrische Kontaktschicht 1 aus ZnO abgeschieden. Eine Funktionsschicht zur verbesserten Strukturbildung des ZnO ist zwischen dem Substrat 4 und dem ZnO angeordnet und zum Substrat zugehörig (nicht dargestellt).

Als Basis des Ausführungsbeispiels dient eine 10x10 cm² große Glasscheibe. Auf dem Glassubstrat befindet sich eine erste elektrische Kontaktschicht 1 aus nasschemisch texturiertem Zinkoxid mit einer Dicke von ca. 800 nm.

In einem ersten Strukturierungsprozess Pl (Fig. 2c)) wird durch eine Laserablation Material aus der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 entfernt, so dass die Oberfläche des Substrats 4 in den parallel angeordneten Gräben 5 freigelegt ist. Dieser Strukturierungsprozess Pl wird nacheinander für alle photovoltaischen Elemente A, B, C durchgeführt. Der Laser wird zu diesem Zweck durch eine Relativbewegung über die Oberfläche des Substrats 4 geführt. Abstand und Leistung sind so eingestellt, dass das Material der Schichten 1 entfernt wird.

Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE THG, mit einer Wellenlänge von 355 nm gewählt. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung des Materials der Kontaktschicht 1. Es wird eine Durchschnittsleistung von 300 mW bei einer Pulswiederholra- te von 15 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 250 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 100 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her durch das transparente Substrat 4 hindurch auf die zu abladierende Schicht 1 geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich je Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von etwa 35 μm ergibt. Die erste elektrische Kontaktschicht 1 ist nach dem ersten Strukturierungs- prozess Pl bis zum Substrat 4 durch parallel angeordnete erste Gräben 5 voneinander getrennt. Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten ersten elektrischen Kontaktschichten der photovoltaischen Elemente A, B, C elektrisch voneinander isoliert durch die Gräben 5 auf dem Substrat 4 vor. Eine Vielzahl an ersten Gräben 5 zur Trennung der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet (s. Fig. 2a: senkrechte Streifen im Modul rechts).

Zwischen zwei unmittelbar benachbarten photovoltaischen Elementen A, B oder C, B liegt jeweils ein Graben 5 nach dem Strukturierungsprozesses Pl vor. Der Strukturierungsprozess Pl verläuft mittels computergestützter Steuerung. Der Strukturierungsprozess Pl wird dabei so oft wiederholt, wie photovo Itaische Elemente erzeugt werden sollen. Bei 10x10 cm Kantenlänge des Glassubstrats 4 werden etwa 16 parallel angeordnete Gräben 5 gebildet, so dass ein Streifen A, B oder C etwa eine Breite von 0,5 cm aufweist.

Anschließend wird das gesamte Substrat 4 auf der Seite, auf der sich die erste elektrische Kontaktschicht 1 befindet, mit einer mikrokristallinen p-i-n Solarzelle 2 aus Silizium derart bedeckt, so dass die erste elektrische Kontaktschicht 1 und auch die Gräben 5 mit dem Silizium der Schichten 2 bedeckt bzw. verfüllt sind (Fig. 2d)). Die Dicke des mikrokristallinen p-i- n-Schichtstapels 2 als aktive Halbleiterschicht 2 beträgt hierbei insgesamt etwa 1300 nm.

Mittels eines zweiten Strukturierungsprozesses entlang der gestrichelten Linie P2 werden die aktiven Halbleiterschichten 2 zur Bildung punktförmiger Ausnehmungen 6 bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 abgetragen (Fig. 2e)). Hierbei wird je Graben jeweils das Material rechts neben der rechten Kante der Gräben 5, welche durch den ersten Strukturierungsprozess Pl erzeugt wurde, abgetragen, um punktförmige Kontakte zu den links der Gräben angeordneten photovoltaischen Elemente bilden zu können, vorliegend von Element A nach Element B (Fig. 2f)).

Im Gegensatz zu dem ersten Strukturierungsprozess Pl ist kein streifenförmiges Abtragen der aktiven Halbleiterschichten 2 über die Länge des Elements (wie im Stand der Technik) zur Bildung eines durchgehenden Grabens bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 vorgesehen.

Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien der Halbleiterschichten 2. Da sowohl das Substrat 4, als auch die erste elektrische Kantaktschicht 1 bei der gewählten spezifischen Wellenlänge von 532 nm hochtransparent sind, ist ein selektiver Abtrag der aktiven Halbleiterschichten 2 gewährleistet. Es wird eine Energie je Laserpuls von etwa 40 μJ gewählt. Die Pulswiederholrate liegt bei 800 Hz. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Hierdurch wird ein Abstand der Löcher zueinander von 1 mm erreicht. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite 4 her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt.

Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten photovoltaischen Elemente A, B, C auf dem Substrat 4 vor, wobei punktförmige Ausnehmungen 6 in den später aktiven Halbleiterschichten 2 zur Realisierung einer punktförmigen Serienverschaltung bestehen (Fig 2f)). Eine Vielzahl an Öffnungen 6 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet. Der Strukturierungsprozess P2 wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente vorhanden sind.

Sodann erfolgt das Aufbringen eines zweiten elektrischen Kontakts 3. Der zweite elektrische Kontakt 3 wird auf der aktiven Halbleiterschicht 2 angeordnet. Als zweite elektrische Kontaktschicht 3 wird ein Schichtsystem aus 80 nm Zinkoxid in Kombination mit einer 200 nm dicken Silberschicht gewählt. Hierbei befindet sich auf dem Siliziumschichtstapel 2 auf der Seite der zweiten elektrischen Kontaktschicht zunächst die Zinkoxidschicht gefolgt von der Silberschicht (Fig. 2g)).

Es erfolgt ein Strukturierungsprozess P3. Hierbei werden die Gräben 7, hervorgerufen durch den Strukturierungsprozess P3 so gebildet, dass die zweite elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten 2 leicht versetzt zum Ort der ersten Gräben 5 an denjenigen Stellen entfernt werden, an denen sich keine Ausnehmung 6 zur Kontaktie- rung der ersten elektrischen Kontaktschicht befindet. Hierbei werden die Gräben 7 um ca. 150 μm in Richtung der Ausnehmungen 6 bezüglich der Gräben 5 versetzt (Fig. 2h,i)).

Des Weiteren werden die zweite elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten 2 in den Bereichen, in denen sich Ausnehmungen 6 befinden, derart entfernt, dass unterhalb, oberhalb und rechts neben den Ausnehmungen 6 das Material der Halbleiterschichten 2 sowie des zweiten elektrischen Kontakts 3 entfernt wird. Die einzelnen Bereiche zwischen zwei photovoltaischen Elementen A, B, in denen durch diesen Strukturie- rungsschritt Material entfernt wurde, werden derart verknüpft, dass sie eine durchgehende Isolierung des zweiten Kontaktes zweier benachbarter Bereiche A, B ergeben. Hierdurch wird im Folgenden ein Kurzschluss zweier benachbarter photovoltaischer Elemente A, B verhindert.

Als Laser zur Abtragung des Materials aus den Schichten 2 und 3 wird ein Nd: YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien beider Schichten 2, 3. Es wird eine Durchschnittsleistung von 410 mW bei einer Pulswiederholrate von 11 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrates fokus- siert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt. Dabei entstehen die etwa U-förmigen Isolierungen 9 um die Ausnehmungen zur punktförmigen Serienver- schaltung der Elemente. Da dieser Strukturierungsprozess P3 wiederum entlang des gesamten Streifens durchgeführt wird, liegt ein Graben 7 vor, der zum ersten Graben 5 versetzt angeordnet ist. Der Strukturierungsprozess P3 wird so oft wiederholt, wie die Strukturierungsprozesse Pl und P2 und die Schichten 1, 2, 3 in einer Vielzahl streifenförmiger, parallel zueinander angeordneter photo- voltaischer Elemente, getrennt durch die Gräben 5 und 7 und in Serie miteinander verschaltet durch die Ausnehmungen 6, vorliegen.

Für eine Fläche von 10x10 cm2 und etwa 16 Gräben 7 benötigt man etwa alle 1 Millimeter eine Ausnehmung 6.

Vorteilhaft bei diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem Stand der Technik ist, dass weniger Fläche für die Serienverschaltung benötigt wird und somit eine höhere Umwandlungseffizienz realisiert werden kann. Der Abstand der Löcher 6 zueinander wird so eingestellt, dass die von der Verschaltung hervorgerufenen Gesamtverluste, welche sich aus Leitverlusten, hervorgerufen durch die elektrischen Kontaktschichten 1 und 3 sowie Flächenverlusten, hervorgerufen durch die Materialablation und Verschaltung ergeben, minimiert werden.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 3 zeigt die Herstellung und punktförmige Serienverschaltung der photovoltaischen Elemente A, B, C zu einem funktionstüchtigen Solarmodul, bei dem die Strukturierung der aktiven Halbleiterschichten 6 punktförmig, parallel zum ersten Strukturierungsgraben 5, angeordnet wird.

Die Figur 3 a) zeigt in Aufsicht eine Mehrzahl streifenförmiger photovoltaischer Elemente in einem Solarmodul. Eine Ausschnittvergrößerung zeigt jeweils drei parallel zueinander angeordnete Streifen A, B, C. Die Nomenklatur P 1-3 in den Figuren gibt die ungefähre Lage und Anzahl der Strukturierungen je Graben, bzw. je gepunkteter Halbleiterstrukturierung an. Die streifenförmigen photovoltaischen Elemente A, B, C werden gebildet aus der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschicht 1 , 3 sowie den dazwischen angeordneten Halbleiterschichten 2. Die Figur 3b) zeigt den Ausgangspunkt des Verfahrens. Auf einem Superstrat 4, als Substrat mit einer Dicke von 1 Millimeter, ist eine erste elektrische TCO-Kontaktschicht 1 (Transparent Conductive Oxide) ganzflächig angeordnet.

In einem ersten Strukturierungsprozess Pl (Fig. 3 c)) wird durch eine Laserablation Material aus der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 entfernt, so dass die Oberfläche des Substrats 4 in den parallel angeordneten Gräben 5 freigelegt ist. Dieser Strukturierungsprozess Pl wird nacheinander für alle photovoltaischen Elemente A, B, C durchgeführt. Der Laser wird zu diesem Zweck durch eine Relativbewegung über die Oberfläche des Substrats 4 geführt. Abstand und Leistung sind so eingestellt, dass Material der Schichten 1 entfernt wird.

Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE THG, mit einer Wellenlänge von 355 nm gewählt. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung des Materials der Kontaktschicht 1. Es wird eine Durchschnittsleistung von 300 mW bei einer Pulswiederholrate von 15 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 250 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 100 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her durch das transparente Substrat 4 hindurch auf die zu abladierende Schicht 1 geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich je Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von etwa 35 μm ergibt. Die erste elektrische Kontaktschicht 1 ist nach dem ersten Strukturierungsprozess Pl bis zum Substrat 4 durch parallel angeordnete erste Gräben 5 voneinander getrennt. Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten ersten elektrischen Kontaktschichten der photovoltaischen Elemente A, B, C elektrisch voneinander isoliert durch die Gräben 5 auf dem Substrat 4 vor. Eine Vielzahl an ersten Gräben 5 zur Trennung der photo- voltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet (s. Fig. 3a: senkrechte Streifen im Modul rechts).

Anschließend wird das gesamte Substrat 4 auf der Seite, auf der sich die erste elektrische Kontaktschicht 1 befindet, mit einer mikrokristallinen p-i-n Solarzelle 2 aus Silizium derart bedeckt, so dass die erste elektrische Kontaktschicht 1 und auch die Gräben 5 mit dem Silizium der Schichten 2 bedeckt bzw. verfüllt sind (Fig. 3d)). Die Dicke des mikrokristallinen p-i- n-Schichtstapels 2 als aktive Halbleiterschicht 2 beträgt hierbei insgesamt etwa 1300 nm.

Mittels eines zweiten Strukturierungsprozesses entlang der gestrichelten Linie P2 werden die aktiven Halbleiterschichten 2 zur Bildung punktförmiger Ausnehmungen 6 bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 abgetragen (Fig. 3e)). Hierbei wird je Graben jeweils das Material rechts neben der rechten Kante der Gräben 5, welche durch den ersten Strukturierungsprozess Pl erzeugt wurde, abgetragen, um punktförmige Kontakte zu den links der Gräben angeordneten photovoltaischen Elemente bilden zu können, vorliegend von Element A nach Element B (Fig. 3f)).

Im Gegensatz zu dem ersten Strukturierungsprozess Pl ist kein streifenförmiges Abtragen der aktiven Halbleiterschichten 2 zur Bildung eines durchgehenden Grabens bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 vorgesehen.

Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien der Halbleiterschichten 2. Da sowohl das Substrat 4 als auch die erste elektrische Kantaktschicht 1 bei der gewählten spezifischen Wellenlänge von 532 nm hochtransparent sind, ist ein selektiver Abtrag der aktiven Halbleiterschichten 2 gewährleistet. Es wird eine Energie je Laserpuls von etwa 40 μJ gewählt. Die Pulswiederholrate liegt bei 533 Hz. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Hierdurch wird ein Abstand der Löcher zueinander von 1 ,5 mm erreicht. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite 4 her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt.

Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten photovoltaischen Elemente A, B, C auf dem Substrat 4 vor, wobei punktförmige Ausnehmungen 6 in den später aktiven Halbleiterschichten 2 zur Realisierung einer punktförmigen Serienverschaltung bestehen (Fig. 3f)). Eine Vielzahl an Öffnungen 6 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet. Der Strukturierungsprozess P2 wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente vorhanden sind.

Es erfolgt ein Strukturierungsprozess P3. Hierbei werden die Gräben 7, hervorgerufen durch den Strukturierungsprozess P3 so gebildet, dass die zweite elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten 2 leicht versetzt zum Ort der ersten Gräben 5 an denjenigen Stellen entfernt werden, an denen sich keine Ausnehmung 6 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht befindet. Hierbei werden die Gräben 7 um ca. 150 μm entgegengesetzt zur Versetzungsrichtung der Ausnehmungen 6 bezüglich der Gräben 5 versetzt.

Des Weiteren werden die zweite elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten 2 in den Bereichen, in denen sich Ausnehmungen 6 befinden, derart entfernt, dass unterhalb, oberhalb und rechts neben den Ausnehmungen 6 das Material der Halbleiterschichten 2 sowie des zweiten elektrischen Kontakts 3 entfernt wird. Die einzelnen Bereiche zwischen zwei photovoltaischen Elementen A, B, in denen durch diesen Strukturie- rungsschritt Material entfernt wurde, werden derart verknüpft, dass sie eine durchgehende Isolierung des zweiten Kontaktes zweier benachbarter Bereiche A, B ergeben. Hierdurch wird im Folgenden ein Kurzschluss zweier benachbarter photovoltaischer Elemente A, B verhindert (Fig 3h,i)).

Als Laser zur Abtragung des Materials aus den Schichten 2 und 3 wird ein Nd: YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien beider Schichten 2, 3. Es wird eine Durchschnittsleistung von 410 mW bei einer Pulswiederholrate von 11 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrates fokus- siert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt. Dabei entstehen die etwa U-förmigen Isolierungen 9 um die Ausnehmungen 6 sowie die Kontaktstege 8 zur punktförmigen Serienverschaltung der Elemente.

Da dieser Strukturierungsprozess P3 wiederum entlang des gesamten Streifens durchgeführt wird, liegt ein Graben 7 vor, der zum ersten Graben 5 versetzt angeordnet ist. Der Strukturierungsprozess P3 wird so oft wiederholt, wie die Strukturierungsprozesse Pl und P2 und die Schichten 1 , 2, 3 in einer Vielzahl streifenförmiger, parallel zueinander angeordneter photovoltaischer Elemente, getrennt durch die Gräben 5 und 7 und in Serie miteinander verschaltet durch die Ausnehmungen 6, vorliegen.

Für eine Fläche von 10x10 cm2 und etwa 16 Gräben 7 benötigt man etwa alle 1.5 Millimeter eine Ausnehmung 6.

Vorteilhaft bei diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem Stand der Technik ist, dass weniger Fläche für die Serienverschaltung benötigt wird und somit eine höhere Umwandlungseffi- zienz realisiert werden kann. Der Abstand der Löcher 6 zueinander wird so eingestellt, dass die von der Verschaltung hervorgerufenen Gesamtverluste, welche sich aus Leitverlusten, hervorgerufen durch die elektrischen Kontaktschichten 1 und 3 sowie Flächenverlusten, hervorgerufen durch die Materialablation und Verschaltung ergeben, minimiert werden.

Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 4 zeigt die Herstellung und punktförmige Serienverschaltung der photovoltaischen Elemente A, B, C zu einem funktionstüchtigen Solarmodul, bei dem die Strukturierung der aktiven Halbleiterschichten 6 punktförmig innerhalb der mäanderförmig strukturierten Bereiche 9 der ersten Strukturierungsgraben 5 angeordnet wird.

Die Figur 4a) zeigt in Aufsicht eine Mehrzahl streifenförmiger photovoltaischer Elemente in einem Solarmodul. Eine Ausschnittvergrößerung zeigt jeweils drei parallel zueinander angeordnete Streifen A, B, C. Die Nomenklatur P 1-3 in den Figuren gibt die ungefähre Lage und Anzahl der Strukturierungen je Graben bzw. je gepunkteter Halbleiterstrukturierung an. Die streifenförmigen photovoltaischen Elemente A, B, C werden gebildet aus der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschicht 1 , 3 sowie den dazwischen angeordneten Halbleiterschichten 2.

Die Figur 4b) zeigt den Ausgangspunkt des Verfahrens. Auf einem Superstrat 4, als Substrat mit einer Dicke von 1 Millimeter, ist eine erste elektrische TCO-Kontaktschicht 1 (Transparent Conductive Oxide) ganzflächig angeordnet.

Als Basis des Ausführungsbeispiels dient eine 10x10 cm² große Glasscheibe. Auf dem Glassubstrat befindet sich eine erste elektrische Kontaktschicht 1 aus nasschemisch texturiertem Zinkoxid mit einer Dicke von ca. 800 nm. In einem ersten Strukturierungsprozess Pl (Fig. 4c)) wird durch eine Laserablation Material aus der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 entfernt, so dass die Oberfläche des Substrats 4 in den bearbeiteten Bereichen 5 freigelegt ist. Der Laserstrahl wird mäanderfbrmig über das Substrat gefuhrt, so dass Kontaktstege 8 innerhalb des ersten elektrischen Kontaktes erzeugt werden (Fig. 4d)). Die U-fÖrmigen Ausbuchtungen besitzen einen Abstand zueinander von 1.5 mm. Dieser Strukturierungsprozess Pl wird nacheinander für alle photovoltaischen Elemente A, B, C durchgeführt. Der Laser wird zu diesem Zweck durch eine Relativbewegung über die Oberfläche des Substrats 4 geführt. Abstand und Leistung sind so eingestellt, dass Material der Schichten 1 entfernt wird.

Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE THG, mit einer Wellenlänge von 355 nm gewählt. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung des Materials der Kontaktschicht 1. Es wird eine Durchschnittsleistung von 300 mW bei einer Pulswiederholrate von 15 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 250 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 100 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her durch das transparente Substrat 4 hindurch auf die zu abladierende Schicht 1 geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich je Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von etwa 35 μm ergibt. Die erste elektrische Kontaktschicht 1 ist nach dem ersten Strukturierungsprozess Pl bis zum Substrat 4 durch parallel angeordnete erste Gräben 5 voneinander getrennt. Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten ersten elektrischen Kontaktschichten der photovoltaischen Elemente A, B, C elektrisch voneinander isoliert durch die Gräben 5 auf dem Substrat 4 vor. Eine Vielzahl an ersten Gräben 5 zur Trennung der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet (s. Fig. 4a: senkrechte Streifen im Modul rechts).

Zwischen zwei unmittelbar benachbarten photovoltaischen Elementen A, B oder C, B liegt jeweils ein Graben 5 mit U-förmigen Ausbuchtungen nach dem Strukturierungsprozesses Pl vor. Der Strukturierungsprozess Pl verläuft mittels computergestützter Steuerung. Der Strukturierungsprozess Pl wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente erzeugt werden sollen. Bei 10x10 cm Kantenlänge des Glassubstrats 4 werden etwa 16 parallel ange- ordnete Gräben 5 gebildet, so dass ein Streifen A, B oder C etwa eine Breite von 0,5 cm aufweist.

Anschließend wird das gesamte Substrat 4 auf der Seite, auf der sich die erste elektrische Kontaktschicht 1 befindet, mit einer mikrokristallinen p-i-n Solarzelle 2 aus Silizium derart bedeckt, so dass die erste elektrische Kontaktschicht 1 und auch die Gräben 5 mit dem Silizium der Schichten 2 bedeckt bzw. verfüllt sind (Fig. 5e)). Die Dicke des mikrokristallinen p-i- n-Schichtstapels 2 als aktive Halbleiterschicht 2 beträgt hierbei insgesamt etwa 1300 nm.

Mittels eines zweiten Strukturierungsprozesses entlang der gestrichelten Linie P2 werden die aktiven Halbleiterschichten 2 zur Bildung punktförmiger Ausnehmungen 6 bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 abgetragen (Fig. 5f)). Hierbei werden die punktförmigen Ausnehmungen 6 im Bereich der Kontaktstege 8 hergestellt (Fig. 5g)), um punktförmige Kontakte zwischen benachbarten photovoltaischen Elemente bilden zu können, vorliegend von Element A nach Element B.

Im Gegensatz zu dem ersten Strukturierungsprozess Pl ist kein durchgehendes Abtragen der aktiven Halbleiterschichten 2 zur Bildung eines durchgehenden Grabens bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 vorgesehen.

Als Laser wird ein Nd: YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien der Halbleiterschichten 2. Da sowohl das Substrat 4 als auch die erste elektrische Kantaktschicht 1 bei der gewählten spezifischen Wellenlänge von 532 nm hochtransparent sind, ist ein selektiver Abtrag der aktiven Halbleiterschichten 2 gewährleistet. Es wird eine Energie je Laserpuls von etwa 40 μJ gewählt. Die Pulswiederholrate liegt bei 533 Hz. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Hierdurch wird ein Abstand der Löcher zueinander von 1 ,5 Millimetern erreicht. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite 4 her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2- dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt. Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten photovoltaischen Elemente A, B, C auf dem Substrat 4 vor, wobei punktförmige Ausnehmungen 6 in den später aktiven Halbleiterschichten 2 zur Realisierung einer punktförmigen Serienverschaltung bestehen. Eine Vielzahl an Öffnungen 6 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet. Der Strukturierungsprozess P2 wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente vorhanden sind.

Sodann erfolgt das Aufbringen eines zweiten elektrischen Kontakts 3. Der zweite elektrische Kontakt 3 wird auf der aktiven Halbleiterschicht 2 angeordnet. Als zweite elektrische Kontaktschicht 3 wird ein Schichtsystem aus 80 nm Zinkoxid in Kombination mit einer 200 nm dicken Silberschicht gewählt. Hierbei befindet sich auf dem Siliziumschichtstapel 2 auf der Seite der zweiten elektrischen Kontaktschicht zunächst die Zinkoxidschicht gefolgt von der Silberschicht (Fig. 4h)).

Es erfolgt ein Strukturierungsprozess P3. Hierbei werden die Gräben 7, hervorgerufen durch den Strukturierungsprozess P3 so gebildet, dass die zweite elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten 2 am Ort der ersten Gräben 5 an denjenigen Stellen entfernt werden, an denen sich keine Ausnehmung 6 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht und kein Kontaktsteg 8 befindet.

Des Weiteren werden die Gräben 7 in den Bereichen der Kontaktstege 8 geradlinig weitergeführt, so dass hier die elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten entfernt werden und der darunter liegende erste elektrische Kontakt 1 freigelegt wird (Fig. 4i J)). Der geradlinige Graben 7 erzeugt eine durchgehende Isolierung des zweiten elektrischen Kontaktes zweier benachbarter Bereiche A, B. Hierdurch wird im Folgenden ein Kurzschluss zweier benachbarter photovoltaischer Elemente A, B verhindert.

Als Laser zur Abtragung des Materials aus den Schichten 2 und 3 wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien beider Schichten 2, 3. Es wird eine Durchschnittsleistung von 410 mW bei einer Pulswiederholrate von 11 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrates fokus- siert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt

Da dieser Strukturierungsprozess P3 wiederum entlang des gesamten Streifens durchgeführt wird, liegt ein Graben 7 vor, der sich teils auf dem Graben 5 befindet. Der Strukturierungsprozess P3 wird so oft wiederholt, wie die Strukturierungsprozesse Pl und P2 und die Schichten 1, 2, 3 in einer Vielzahl streifenförmiger, parallel zueinander angeordneter photovoltai- scher Elemente, getrennt durch die Gräben 5 und 7 und in Serie miteinander verschaltet durch die Ausnehmungen 6, vorliegen.

Vorteilhaft bei diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem Stand der Technik ist, dass weniger Fläche für die Serienverschaltung benötigt wird und somit eine höhere Umwandlungseffizienz realisiert werden kann. Der Abstand der Löcher 6 zueinander wird so eingestellt, dass die von der Verschattung hervorgerufenen Gesamtverluste, welche sich aus Leitverlusten, hervorgerufen durch die elektrischen Kontaktschichten 1 und 3 sowie Flächenverlusten, hervorgerufen durch die Materialablation und Verschaltung ergeben, minimiert werden.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Fig. 5 zeigt die Herstellung und punktförmige Serienverschaltung der photovoltaischen Elemente A, B, C zu einem funktionstüchtigen Solarmodul, bei dem die Strukturierung der aktiven Halbleiterschichten 6 punktförmig innerhalb der mäanderförmig strukturierten Bereiche 9 der ersten Strukturierungsgraben 5 angeordnet wird.

Die Figur 5a) zeigt in Aufsicht eine Mehrzahl streifenförmiger photovoltaischer Elemente in einem Solarmodul. Eine Ausschnittvergrößerung zeigt jeweils drei parallel zueinander angeordnete Streifen A, B, C. Die Nomenklatur P 1-3 in den Figuren gibt die ungefähre Lage und Anzahl der Strukturierungen je Graben bzw. je gepunkteter Halbleiterstrukturierung an. Die streifenförmigen photovoltaischen Elemente A, B, C werden gebildet aus der ersten und zwei- ten elektrischen Kontaktschicht 1, 3 sowie den dazwischen angeordneten Halbleiterschichten

2.

Die Figur 5b) zeigt den Ausgangspunkt des Verfahrens. Auf einem Superstrat 4, als Substrat mit einer Dicke von 1 Millimeter, ist eine erste elektrische TCO-Kontaktschicht 1 (Transparent Conductive Oxide) ganzflächig angeordnet.

In einem ersten Strukturierungsprozess Pl (Fig. 5c)) wird durch eine Laserablation Material aus der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 entfernt, so dass die Oberfläche des Substrats 4 in den bearbeiteten Bereichen 5 freigelegt ist. Der Laserstrahl wird mäanderförmig über das Substrat geführt, so dass Kontaktstege 8 innerhalb des ersten elektrischen Kontaktes erzeugt werden (Fig. 5d)). Die U-förmigen Ausbuchtungen besitzen einen Abstand zueinander von 1.5 mm. Dieser Strukturierungsprozess Pl wird nacheinander für alle photovoltaischen Elemente A, B, C durchgeführt. Der Laser wird zu diesem Zweck durch eine Relativbewegung über die Oberfläche des Substrats 4 geführt. Abstand und Leistung sind so eingestellt, dass Material der Schichten 1 entfernt wird.

Als Laser wird ein Nd: YVO₄ -Laser der Firma Rofϊn, Typ RSY 2OE THG, mit einer Wellenlänge von 355 nm gewählt. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung des Materials der Kontaktschicht 1. Es wird eine Durchschnittsleistung von 300 mW bei einer Pulswiederholrate von 15 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 250 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 100 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her durch das transparente Substrat 4 hindurch auf die zu abladierende Schicht 1 geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich je Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von etwa 35 μm ergibt. Die erste elektrische Kontaktschicht 1 ist nach dem ersten Strukturierungs- prozess Pl bis zum Substrat 4 durch parallel angeordnete erste Gräben 5 voneinander getrennt. Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten ersten elektrischen Kontaktschichten der photovoltaischen Elemente A, B, C elektrisch voneinander isoliert durch die Gräben 5 auf dem Substrat 4 vor. Eine Vielzahl an ersten Gräben 5 zur Trennung der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet (s. Fig. 5a: senkrechte Streifen im Modul rechts).

Zwischen zwei unmittelbar benachbarten photovoltaischen Elementen A, B oder C, B liegt jeweils ein Graben 5 mit U-förmigen Ausbuchtungen nach dem Strukturierungsprozesses Pl vor. Der Strukturierungsprozess Pl verläuft mittels computergestützter Steuerung. Der Struk- turierungsprozess Pl wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente erzeugt werden sollen. Bei 10x10 cm Kantenlänge des Glassubstrats 4 werden etwa 16 parallel angeordnete Gräben 5 gebildet, so dass ein Streifen A, B oder C etwa eine Breite von 0,5 cm aufweist.

Im Gegensatz zu dem ersten Strukturierungsprozess Pl ist kein durchgehendes Abtragen der aktiven Halbleiterschichten 2 zur Bildung eines durchgehenden Grabens bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 vorgesehen. Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofϊn, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien der Halbleiterschichten 2. Da sowohl das Substrat 4 als auch die erste elektrische Kantaktschicht 1 bei der gewählten spezifischen Wellenlänge von 532 nm hochtransparent sind, ist ein selektiver Abtrag der aktiven Halbleiterschichten 2 gewährleistet. Es wird eine Energie je Laserpuls von etwa 40 μJ gewählt. Die Pulswiederholrate liegt bei 533 Hz. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Hierdurch wird ein Abstand der Ausnehmungen zueinander von 1 ,5 Millimetern erreicht. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite 4 her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2- dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt.

Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten photovoltaischen Elemente A, B, C auf dem Substrat 4 vor, wobei punktförmige Ausnehmungen 6 in den später aktiven Halbleiterschichten 2 zur Realisierung einer punktförmigen Serienverschaltung bestehen. Eine Vielzahl an Öffnungen 6 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet. Der Strukturierungsprozess P2 wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente vorhanden sind.

Sodann erfolgt das Aufbringen eines zweiten elektrischen Kontakts 3. Der zweite elektrische Kontakt 3 wird auf der aktiven Halbleiterschicht 2 angeordnet. Als zweite elektrische Kontaktschicht 3 wird ein Schichtsystem aus 80 nm Zinkoxid in Kombination mit einer 200 nm dicken Silberschicht gewählt. Hierbei befindet sich auf dem Siliziumschichtstapel 2 auf der Seite der zweiten elektrischen Kontaktschicht zunächst die Zinkoxidschicht gefolgt von der Silberschicht (Fig. 5h)).

Es erfolgt ein Strukturierungsprozess P3. Hierbei werden die Gräben 7, hervorgerufen durch den Strukturierungsprozess P3 so gebildet, dass die zweite elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten 2 versetzt zum Ort der ersten Gräben 5 geradlinig entfernt werden, d. h. es findet kein mäanderförmiger Abtrag der Schichten 2 und 3 statt. Der Versatz der Gräben 7 bezüglich der nicht mäandrierenden Bereiche der Gräben 5 erfolgt in die Richtung, in der sich nicht die Ausnehmungen 6 befinden (Fig. 5i,j)). Der Versatz beträgt ca. 150 μm. Der Prozess wird so durchgeführt, dass der erste elektrische Kontakt 1 freigelegt wird. Der geradlinige Graben 7 erzeugt eine durchgehende Isolierung des zweiten elektrischen Kontaktes zweier benachbarter Bereiche A, B. Hierdurch wird im Folgenden ein Kurzschluss zweier benachbarter photovoltaischer Elemente A, B verhindert.

Als Laser zur Abtragung des Materials aus den Schichten 2 und 3 wird ein Nd:YVO4 -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien beider Schichten 2, 3. Es wird eine Durchschnittsleistung von 410 mW bei einer Pulswiederholrate von 11 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrates fokus- siert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt.

Dieser Strukturierungsprozess P3 wird wiederum entlang des gesamten Streifens durchgeführt. Der Strukturierungsprozess P3 wird so oft wiederholt, wie die Strukturierungsprozesse Pl und P2 und die Schichten 1, 2, 3 in einer Vielzahl streifenförmiger, parallel zueinander angeordneter photovoltaischer Elemente, getrennt durch die Gräben 5 und 7 und in Serie miteinander verschaltet durch die Ausnehmungen 6, vorliegen.

Vorteilhaft bei diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem Stand der Technik ist, dass weniger Fläche für die Serienverschaltung benötigt wird und somit eine höhere Umwandlungseffizienz realisiert werden kann. Der Abstand der Löcher 6 zueinander wird so eingestellt, dass die von der Verschattung hervorgerufenen Gesamtverluste, welche sich aus Leitverlusten, hervorgerufen durch die elektrischen Kontaktschichten 1 und 3 sowie Flächenverlusten, hervorgerufen durch die Materialablation und Verschattung ergeben, minimiert werden. Sechstes Ausführungsbeispiel

Fig. 6 zeigt die Herstellung und punktförmige Serienverschaltung der photovoltaischen Elemente A, B, C zu einem funktionstüchtigen Solarmodul, bei dem die Strukturierung der aktiven Halbleiterschichten 6 punktförmig innerhalb der mäanderförmig strukturierten Bereiche 9 der ersten Strukturierungsgraben 5 angeordnet wird.

Die Figur 6a) zeigt in Aufsicht eine Mehrzahl streifenförmiger photovoltaischer Elemente in einem Solarmodul. Eine Ausschnittvergrößerung zeigt jeweils drei parallel zueinander angeordnete Streifen A, B, C. Die Nomenklatur Pl-3 in den Figuren gibt die ungefähre Lage und Anzahl der Strukturierungen je Graben bzw. je gepunkteter Halbleiterstrukturierung an. Die streifenförmigen photovoltaischen Elemente A, B, C werden gebildet aus der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschicht 1 , 3 sowie den dazwischen angeordneten Halbleiterschichten 2.

Die Figur 6b) zeigt den Ausgangspunkt des Verfahrens. Auf einem Superstrat 4, als Substrat mit einer Dicke von 1 Millimeter, ist eine erste elektrische TCO-Kontaktschicht 1 (Transparent Conductive Oxide) ganzflächig angeordnet.

Als Basis des Ausfuhrungsbeispiels dient eine 10x10 cm² große Glasscheibe. Auf dem Glassubstrat befindet sich eine erste elektrische Kontaktschicht 1 aus nasschemisch texturiertem Zinkoxid mit einer Dicke von ca. 800 nm.

In einem ersten Strukturierungsprozess Pl (Fig. 6c)) wird durch eine Laserablation Material aus der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 entfernt, so dass die Oberfläche des Substrats 4 in den bearbeiteten Bereichen 5 freigelegt ist. Der Laserstrahl wird mäanderförmig über das Substrat geführt, so dass Kontaktstege 8 innerhalb des ersten elektrischen Kontaktes erzeugt werden (Fig. 6d)). Die U-förmigen Ausbuchtungen besitzen eine Abstand zueinander von 1.5 mm. Dieser Strukturierungsprozess Pl wird nacheinander für alle photovoltaischen Elemente A, B, C durchgeführt. Der Laser wird zu diesem Zweck durch eine Relativbewegung über die Oberfläche des Substrats 4 geführt. Abstand und Leistung sind so eingestellt, dass Material der Schichten 1 entfernt wird.

Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE THG, mit einer Wellenlänge von 355 nm gewählt. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung des Materials der Kontaktschicht 1. Es wird eine Durchschnittsleistung von 300 mW bei einer Pulswiederholrate von 15 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 250 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 100 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her durch das transparente Substrat 4 hindurch auf die zu abladierende Schicht 1 geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich je Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von etwa 35 μm ergibt. Die erste elektrische Kontaktschicht 1 ist nach dem ersten Strukturierungs- prozess Pl bis zum Substrat 4 durch parallel angeordnete erste Gräben 5 voneinander getrennt. Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten ersten elektrischen Kontaktschichten der photovoltaischen Elemente A, B, C elektrisch voneinander isoliert durch die Gräben 5 auf dem Substrat 4 vor. Eine Vielzahl an ersten Gräben 5 zur Trennung der photovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet (s. Fig. 6a: senkrechte Streifen im Modul rechts).

Zwischen zwei unmittelbar benachbarten photovoltaischen Elementen A, B oder C, B liegt jeweils ein Graben 5 mit U-förmigen Ausbuchtungen nach dem Strukturierungsprozesses Pl vor. Der Strukturierungsprozess Pl verläuft mittels computergestützter Steuerung. Der Struk- turierungsprozess P 1 wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente erzeugt werden sollen. Bei 10x10 cm Kantenlänge des Glassubstrats 4 werden etwa 16 parallel angeordnete Gräben 5 gebildet, so dass ein Streifen A, B oder C etwa eine Breite von 0,5 cm aufweist.

Anschließend wird das gesamte Substrat 4 auf der Seite, auf der sich die erste elektrische Kontaktschicht 1 befindet, mit einer mikrokristallinen p-i-n Solarzelle 2 aus Silizium derart bedeckt, so dass die erste elektrische Kontaktschicht 1 und auch die Gräben 5 mit dem Silizi- um der Schichten 2 bedeckt bzw. verfällt sind (Fig. 6e)). Die Dicke des mikrokristallinen p-i- n-Schichtstapels 2 als aktive Halbleiterschicht 2 beträgt hierbei insgesamt etwa 1300 nm.

Mittels eines zweiten Strukturierungsprozesses entlang der gestrichelten Linie P2 werden die aktiven Halbleiterschichten 2 zur Bildung punktförmiger Ausnehmungen 6 bis zur Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 abgetragen (Fig. 6f)). Hierbei werden die punktförmigen Ausnehmungen 6 im Bereich der Kontaktstege 8 hergestellt (Fig. 6g)), um punktförmige Kontakte zwischen benachbarten photovoltaischen Elemente bilden zu können, vorliegend von Element A nach Element B.

Als Laser wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien der Halbleiterschichten 2. Da sowohl das Substrat 4 als auch die erste elektrische Kantaktschicht 1 bei der gewählten spezifischen Wellenlänge von 532 nm hochtransparent sind, ist ein selektiver Abtrag der aktiven Halbleiterschichten 2 gewährleistet. Es wird eine Energie je Laserpuls von etwa 40 μJ gewählt. Die Pulswiederholrate liegt bei 533 Hz. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Hierdurch wird ein Abstand der Löcher zueinander von 1,5 Millimetern erreicht. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrats 4 fokussiert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite 4 her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahezu 2- dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt.

Als Resultat liegen die streifenförmigen parallel angeordneten photovoltaischen Elemente A, B, C auf dem Substrat 4 vor, wobei punktförmige Ausnehmungen 6 in den später aktiven Halbleiterschichten 2 zur Realisierung einer punktförmigen Serienverschaltung bestehen. Eine Vielzahl an Öffnungen 6 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontaktschicht 1 der pho- tovoltaischen Elemente A, B, C werden so gebildet. Der Strukturierungsprozess P2 wird dabei so oft wiederholt, wie photovoltaische Elemente vorhanden sind.

Sodann erfolgt das Aufbringen eines zweiten elektrischen Kontakts 3. Der zweite elektrische Kontakt 3 wird auf der aktiven Halbleiterschicht 2 angeordnet. Als zweite elektrische Kontaktschicht 3 wird ein Schichtsystem aus 80 nm Zinkoxid in Kombination mit einer 200 nm dicken Silberschicht gewählt. Hierbei befindet sich auf dem Siliziumschichtstapel 2 auf der Seite der zweiten elektrischen Kontaktschicht zunächst die Zinkoxidschicht gefolgt von der Silberschicht (Fig. 6h)).

Es erfolgt ein Strukturierungsprozess P3. Hierbei werden die Gräben 7, hervorgerufen durch den Strukturierungsprozess P3 so gebildet, dass die zweite elektrische Kontaktschicht 3 und die darunter liegenden aktiven Halbleiterschichten 2 versetzt zum Ort der ersten Gräben 5 geradlinig entfernt werden, d. h. es findet kein mäanderförmiger Abtrag der Schichten 2 und 3 statt. Desweiteren wird durch die Gräben 7 der zweite elektrische Kontakt 3 und die Halbleiterschicht 2 im Bereich der Kontaktstege 8 sowie in den Gräben 5 oberhalb und unterhalb der Kontaktstege 8 entfernt (Fig. 6iJ)). Der Versatz der Gräben 7 bezüglich der nicht mäandrie- renden Bereiche der Gräben 5 erfolgt in die Richtung, in der sich die Ausnehmungen 6 befinden. Der Versatz wird so gewählt, dass sich die Gräben 7 zwischen den nicht mäandrie- renden Bereichen der Gräben 5 und den Ausnehmungen 6 befinden. Der geradlinige Graben 7 erzeugte eine durchgehende Isolierung des zweiten elektrischen Kontaktes zweier benachbarter Bereiche A, B. Hierdurch wird im Folgenden ein Kurzschluss zweier benachbarter photo- voltaischer Elemente A, B verhindert.

Als Laser zur Abtragung des Materials aus den Schichten 2 und 3 wird ein Nd:YVO₄ -Laser der Firma Rofin, Typ RSY 2OE SHG verwendet. Die Wellenlänge des Lasers beträgt 532 nm. Diese Wellenlänge ist spezifisch zur Abtragung der Materialien beider Schichten 2, 3. Es wird eine Durchschnittsleistung von 410 mW bei einer Pulswiederholrate von 11 kHz gewählt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substrat beträgt 800 mm/s. Die Pulsdauer der Einzelpulse beträgt ca. 13 ns. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Fokussiereinheit mit einer Brennweite von 300 mm auf die Schichtseite des Substrates fokus- siert. Hierbei wird der Strahl von der Substratseite her auf die zu abladierende Schicht durch das transparente Substrat 4 hindurch geleitet. Der fokussierte Strahl besitzt hierbei eine nahe- zu 2-dimensionale, rotationssymetrische, gaußförmige Intensitätsverteilung, wobei sich pro Puls eine kreisförmige Ablation mit einem Durchmesser von ca. 70 μm ergibt.

Dieser Strukturierungsprozess P3 wird wiederum entlang des gesamten Streifens durchgeführt. Der Strukturierungsprozess P3 wird so oft wiederholt, wie die Strukturierungsprozesse Pl und P2 und bis die Schichten 1, 2, 3 in einer Vielzahl streifenförmiger, parallel zueinander angeordneter photovoltaischer Elemente, getrennt durch die Gräben 5 und 7 und in Serie miteinander verschaltet durch die Ausnehmungen 6, vorliegen.

Für eine Fläche von 10 x 10 cm2 und etwa 16 Gräben 7 benötigt man etwa alle 1.5 Millimeter eine Ausnehmung 6.

Vorteilhaft bei diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem Stand der Technik ist, dass weniger Fläche für die Serienverschaltung benötigt wird und somit eine höhere Umwandlungseffizienz realisiert werden kann. Der Abstand der Löcher 6 zueinander wird so eingestellt, dass die von der Verschaltung hervorgerufenen Gesamtverluste, welche sich aus Leitverlusten hervorgerufen durch die elektrischen Kontaktschichten 1 und 3 sowie Flächenverlusten hervorgerufen durch die Materialablation und Verschaltung ergeben, minimiert werden.

Im Sinne der Erfindung, sind alle Verfahrensschritte in den Ausführungsbeispielen in nicht einschränkender Natur anzusehen. Insbesondere sollen die Abmessungen der Gräben und der Kontaktpunkte sowie die Abstände zwischen den Gräben und zwischen den Punkten und zwischen Gräben und Punkten, die Schichtmaterialien der Schichten der photovoltaischen Elemente als solche und ebenso wenig die Zusammensetzung des Kontaktmaterials nicht zu einer Einschränkung der Erfindung führen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Herstellung und Serienverschaltung streifenförmiger Elemente (A, B, C.) auf einem Substrat (4), bei dem eine Mehrzahl streifenförmiger, erster elektrischer Kontaktschichten (1) auf dem Substrat (4) gebildet werden, welche durch erste Gräben (5) bis zur Oberfläche des Substrats (4) streifenförmig über die Länge der Elemente isoliert sind und Anordnung von Halbleiterschichten (2) auf den streifenförmigen ersten elektrischen Kontaktschichten (1) bzw. in den ersten Gräben (5),

dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Halbleiterschichten (2) mit bereichsförmigen Ausnehmungen (6) an einer Kante jedes der ersten Gräben (5) gebildet werden, in denen die Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschichten (3) freigelegt ist,

b) und eine Mehrzahl streifenförmiger, zweiter elektrischer Kontaktschichten (3) auf den Halbleiterschichten (2) angeordnet werden, wodurch die Ausnehmungen (6) verfüllt werden und bereichsförmige Kontakte der zweiten elektrischen Kontaktschicht (3) eines Elements (A) zur ersten elektrischen Kontaktschicht (2) eines benachbarten Elements (B) hergestellt werden,

c) wobei zweite Gräben (7) über die Länge der Elemente zur Isolation der zweiten elektrischen Kontaktschichten (3) in diesen ausgebildet werden,

d) und entweder die ersten Gräben (5) zur Isolation der ersten elektrischen Kontaktschichten (2) und / oder die zweiten Gräben (7) zur Isolation der zweiten elektrischen Kontaktschichten (3) mit mäandrierenden Abschnitten um die Ausnehmung (6) herum gebildet werden.

2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem

die Anzahl der mäandrierenden Abschnitte der ersten oder zweiten Gräben (5, 7) der Anzahl der Ausnehmungen entspricht.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der streifenförmigen Elemente jedem ersten Graben (5) ein diesem zugeordneter zweiter Graben (7) gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

Wahl eines Abstands der Ausnehmungen zueinander von 0,2 Millimeter bis 100 Millimeter, insbesondere 1,5 Millimeter bis 10 Millimeter entlang der Kante eines ersten Grabens (5).

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

einen lateralen Abstand von bis zu 2 mm zwischen einem ersten Graben (5) und einem zweiten Graben (7) zur Isolation benachbarter Kontaktschichten.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

außer im Bereich der Ausnehmungen (6) die der zweiten Gräben (7) direkt über den ersten Graben (5) angeordnet wird, so dass die über die Länge (L) der Elemente verlaufenden Abschnitte der ersten oder zweiten Gräben ohne lateralen Versatz gebildet werden .

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem

die bereichsförmigen Ausnehmungen (6), vorzugsweise mit einer Fläche von bis zu 1 mm², insbesondere bis zu 0,01 mm² hergestellt, werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

eine Laserablation zur Bildung der ersten und / oder der zweiten Gräben und / oder der Ausnehmungen.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

Anordnen von Masken zur Herstellung der ersten und / oder der zweiten Gräben und / oder der Ausnehmungen.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

ein PVD- oder CVD-Verfahren oder ein Sprühverfahren oder ein (Tintenstrahl-) Druckverfahren zur Abscheidung von Schichten.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

ein Ätzverfahren zur Herstellung der ersten und / oder der zweiten Gräben und / oder der Ausnehmungen.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

eine Wahl von Materialien für die Halbleiterschichten und für die Kontaktschichten, so dass diese photovoltaischen Elemente über die Länge des Substrats ausbilden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

Wahl eines Glassubstrats (4).

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

Wahl eines TCO (transparent conductive oxide) als Material für die ersten elektrischen Kontaktschichten (1) auf dem Substrat (4).

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

Aufbringen mindestens einer n-i-p- oder p-i-n-Struktur als aktiver Halbleiterschicht (2) auf den ersten elektrischen Kontaktschichten (1).

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

Wahl von ZnO/Ag als Material für die zweiten elektrischen Kontaktschichten (3).

17. Schichtstruktur mit einem Substrat, umfassend eine Mehrzahl streifenförmiger, erster elektrischer Kontaktschichten über die Länge des Substrats, sowie halbleitender Schichten, welche auf den ersten elektrischen Kontaktschichten angeordnet sind, sowie eine Mehrzahl an streifenförmigen zweiten elektrischen Kontaktschichten über die Länge (L) des Substrats, welche auf den halbleitenden Schichten angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zweiten elektrischen Kontaktschichten die ersten elektrischen Kontaktschichten über bereichsförmige Ausnehmungen (6) in den halbleitenden Schichten kontaktieren, und zur Isolation der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschichten erste Gräben in den ersten elektrischen Kontaktschichten und zweite Gräben in den zweiten elektrischen Kontaktschichten angeordnet sind, wobei die ersten und / oder die zweiten Gräben mä- andrierend um die Ausnehmungen herumführen.

18. Schichtstruktur nach Anspruch 17,

bei dem

die bereichsförmigen Ausnehmungen zwischen einem ersten und einem zweiten Graben ausgebildet sind.

19. Schichtstruktur nach Anspruch 17 oder 18,

dadurch gekennzeichnet, dass

die ersten und zweiten Gräben über die Länge (L) der Elemente mit Ausnahme mäand- rierender Abschnitte ohne oder nur mit geringfügigem lateralen Versatz zueinander gebildet sind.

20. Solarmodul als Schichtstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem

die zweiten elektrischen Kontaktschichten (3) und die ersten elektrischen Kontaktschichten (2) und die halbleitenden Schichten aus Materialien bestehen, die über die Länge des Substrats photovoltaische Elemente (A, B, C.) ausbilden.

21. Solarmodul nach vorhergehendem Anspruch,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Verhältnis der Fläche der aktiven Halbleiter-Schichten zur Gesamtfläche des Mo- duls mindestens 98%, vorzugsweise mehr als 98,5 % insbesondere 99% oder mehr beträgt.

22. Verfahren zur Herstellung und Serienverschaltung streifenförmiger Elemente (A, B, C.) auf einem Substrat (4), bei dem eine Mehrzahl streifenförmiger, erster elektrischer Kontaktschichten (1) auf dem Substrat (4) gebildet werden, welche durch erste Gräben (5) bis zur Oberfläche des Substrats (4) streifenförmig über die Länge der Elemente isoliert sind und Anordnung von Halbleiterschichten (2) auf den streifenförmigen ersten elektrischen Kontaktschichten (1) bzw. in den ersten Gräben (5),

und eine Mehrzahl streifenförmiger, zweiter elektrischer Kontaktschichten (3) auf den Halbleiterschichten (2) angeordnet werden, wobei zweite Gräben (7) über die Länge der Elemente zur Isolation der zweiten elektrischen Kontaktschichten (3) in diesen ausgebildet werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Halbleiter-Schichten mit bereichsförmigen Ausnehmungen versehen werden, so dass darin die ersten elektrischen Kontaktschichten mit den zweiten elektrischen Kontaktschichten zur Serienverschaltung benachbarter Elemente kontaktiert werden.