特許 7124068 半透明薄膜ソーラーモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-15

(45)【発行日】2022-08-23

(54)【発明の名称】半透明薄膜ソーラーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0468 20140101AFI20220816BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 532C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020517517

(86)(22)【出願日】2018-09-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-12-03

(86)【国際出願番号】 CN2018107795

(87)【国際公開番号】W WO2019062788

(87)【国際公開日】2019-04-04

【審査請求日】2020-05-25

(31)【優先権主張番号】17194085.1

(32)【優先日】2017-09-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】519375963

【氏名又は名称】中建材硝子新材料研究院集団有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＣＮＢＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＦＯＲ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＧＬＡＳＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＧＲＯＵＰ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス ハイス

(72)【発明者】

【氏名】イェルク パルム

(72)【発明者】

【氏名】ヘルムート フォクト

(72)【発明者】

【氏名】ローベルト レヒナー

【審査官】佐竹 政彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０７４６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２４７９６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２５５７６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１１／０６１９５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０７３７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１３８２８９８（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００１１４５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２４５５０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４６－３１／０４６８

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板（２）、ならびに前記基板上に適用された層構造であって、背面電極層（５）、前面電極層（８）、および前記背面電極層と前記前面電極層との間に配置された吸収体層（６）を含む層構造（３）を有する薄膜ソーラーモジュール（１）であって、
直列接続した太陽電池（１１）が、パターニングゾーン（１４）によって前記層構造（３）に形成されており、
各々のパターニングゾーン（１４）が、少なくとも前記背面電極層（５）を細分割するための第１のパターニングラインＰ１、少なくとも前記吸収体層（６）を細分割するための第２のパターニングラインＰ２、および少なくとも前記前面電極層（８）を細分割するための少なくとも１つの第３のパターニングラインＰ３を含んでおり、
少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）において、前記第２のパターニングラインＰ２を含む前記第１のパターニングラインＰ１と前記第３のパターニングラインＰ３との間のゾーン領域（２２）に、それぞれ背面電極層を含まない複数の光学的に透明なゾーン（１８）を有しており、
前記複数の光学的に透明なゾーン（１８）は、前記背面電極層（５）が前記第１のパターニングラインＰ１以外の前記ゾーン領域（２２）内で連続するように実装され、かつ前記第１のパターニングラインＰ１以外の前記ゾーン領域（２２）内の前記背面電極層（５）は、前記複数の光学的に透明なゾーン（１８）によって完全に細分割されておらず、
少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）の前記第１のパターニングラインＰ１の周辺のＰ１以外の前記ゾーン領域（２２）が、少なくとも１つの線形コーティング除去領域（１９）を有し、この線形コーティング除去領域によって、前記ゾーン領域（２２）が２つのゾーン領域部分（２２－１、２２－２）に細分割されており、
少なくとも一つの前記コーティング除去領域（１９）が、光学的に透明なゾーン（１８）と電極ゾーン（２０）との交互の並びを有しており、
前記光学的に透明なゾーン（１８）が、それぞれ、背面電極層を含まず、かつ前記電極ゾーン（２０）が、それぞれ、吸収体層を含まず、かつ背面電極層区分（５－３）を有しており、
前記ゾーン領域部分（２２－１、２２－２）の２つの背面電極層区分（５－１、５－２）が、少なくとも１つの電極ゾーン（２０）の前記背面電極層区分（５－３）によって互いに面的に接続されている、
薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項2】

前記複数の光学的に透明なゾーン（１８）が、それぞれ、前面電極層区分（８－３）を有している、請求項１に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項3】

前記複数の光学的に透明なゾーン（１８）が、それぞれ、前面電極層を含まない、請求項１に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項4】

前記複数の光学的に透明なゾーン（１８）が線形的に配置されている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項5】

少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）において、前記第１のパターニングラインＰ１および／または前記第３のパターニングラインＰ３が、それぞれ１つまたはこれを超える膨出部（１５）を具備しており、この膨出部にそれぞれ光学的に透明なゾーン（１８）が配置されている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項6】

前記パターニングゾーン（１４）の前記第１のパターニングラインＰ１および前記少なくとも１つの第３のパターニングラインＰ３が、それぞれ、少なくとも１つの膨出部（１５）を具備しており、前記第１のパターニングラインＰ１の少なくとも１つの膨出部（１５）が、前記第３のパターニングラインＰ３の膨出部（１５）とは反対側に配置されている、請求項５に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項7】

少なくとも１つの線形コーティング除去領域（１９）が、少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）の前記第１のパターニングラインＰ１と前記第２のパターニングラインＰ２の間に配置されており；かつ／または
少なくとも１つの線形コーティング除去領域（１９）が、少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）の前記第２のパターニングラインＰ２と前記第３のパターニングラインＰ３の間に配置されており；かつ／または
少なくとも１つの線形コーティング除去領域（１９）が、少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）の前記第２のパターニングラインＰ２内に配置されている、
請求項１に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項8】

少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）の前記第２のパターニングラインＰ２が、線形コーティング除去領域（１９）によって形成されている、請求項１に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項9】

少なくとも１つの線形コーティング除去領域（１９）が、少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）の前記第３のパターニングラインＰ３内に配置されており；かつ／または
少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）の前記第３のパターニングラインＰ３が、線形コーティング除去領域（１９）によって形成されている；
請求項１に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項10】

複数の光学的に透明なゾーン（１８）が、吸収体層を含まないが、背面電極層区分（５－３）を有する直近隣接する縁部ゾーン（２１）によって取り囲まれている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。

【請求項11】

以下の工程を含む、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）を製造する方法：
－ 平担な基板（２）を提供すること、
－ 前記基板（２）の一方の側に背面電極層（５）を堆積すること、
－ 前記背面電極層（５）の上に吸収体層（６）を堆積すること、
－ 前記吸収体層（６）の上に前面電極層（８）を堆積すること、
－ 第１のパターニングライン（Ｐ１）によって前記背面電極層（５）をパターニングすること、
－ 第２のパターニングライン（Ｐ２）によって前記吸収体層（６）をパターニングすること、
－ 第３のパターニングライン（Ｐ３）によって前記前面電極層（８）をパターニングすること、
ここで、パターニングゾーン（１４）を、第１のパターニングライン（Ｐ１）、第２のパターニングライン（Ｐ２）、および第３のパターニングライン（Ｐ３）の直近の並びによって形成し、前記パターニングゾーン（１４）が太陽電池（１１）のモノリシック直列接続回路を形成し、
－ 少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）の前記第１のパターニングラインＰ１以外のゾーン領域（２２）での少なくとも前記背面電極層（５）の区分毎の除去によって、それぞれ背面電極層を含まない複数の光学的に透明なゾーン（１８）を形成し、前記背面電極層（５）が前記ゾーン領域（２２）内で連続しているようにすること。

【請求項12】

少なくとも１つの線形コーティング除去領域（１９）を、少なくとも１つのパターニングゾーン（１４）の前記第１のパターニングラインＰ１以外のゾーン領域（２２）に作り出し、このコーティング除去領域（１９）によって、前記ゾーン領域（２２）を２つのゾーン領域部分（２２－１、２２－２）に細分割し、
前記コーティング除去領域（１９）が、少なくとも２つの光学的に透明なゾーン（１８）と少なくとも１つの電極ゾーン（２０）との交互の並びを有しており、
各々の電極ゾーン（２０）が、吸収体層を含まず、かつ背面電極層区分（５－３）を有し、かつ各々の電極ゾーン（２０）を少なくとも前記吸収体層（６）の区分毎の除去によって作り出し、
少なくとも１つの前記電極ゾーン（２０）の前記背面電極層区分（５－３）が、前記ゾーン領域部分（２２－１、２２－２）の２つの背面電極層区分（５－１、５－２）を、互いに面的に接続している、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

－ 前記吸収体層（６）の堆積に先立ち、レーザビームの照射による少なくとも前記背面電極層（５）の区分毎の除去によって、前記光学的に透明なゾーン（１８）を作り出すこと；
－機械的材料除去による、少なくとも前記吸収体層（６）および前記前面電極層（８）の区分毎の除去によって、前記吸収体層（６）および前記前面電極層（８）の堆積後であり、かつ前記第３のパターニングライン（Ｐ３）を作り出した後に、電極ゾーン（２０）を作り出し、かつ前記光学的に透明なゾーン（１８）を取り囲む縁部ゾーン（２１）を作り出すこと；
を含む、請求項１１または１２に記載の方法。

【請求項14】

縁部ゾーン（２１）によって取り囲まれた光学的に透明なゾーン（１８）を下記によって作り出す、請求項１１または１２に記載の方法：
－ 作り出すべき前記光学的に透明なゾーン（１８）および周囲の縁部ゾーン（２１）にそれぞれ対応する加工ゾーンにおける、機械的材料除去による、少なくとも前記吸収体層（６）の区分毎の除去、ここで、前記光学的に透明なゾーン（１８）を前記加工ゾーンの内部領域に作り出し、かつ前記縁部ゾーン（２１）を前記加工ゾーンの縁部領域に作り出し、
－ 前記光学的に透明なゾーン（１８）を作り出すための前記加工ゾーンの前記内部領域での、パルスレーザビームの照射による、少なくとも前記背面電極層（５）の除去、ここで、前記加工ゾーンの前記縁部領域が、前記縁部ゾーン（２１）を形成する。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

オープンスペースシステムでは、ソーラーモジュールの大幅な成長が見られる。しかしながら、建物一体型の設置における利用分野では、現在なお、はるかに小さい規模でしか利用されていない。集中を排したエネルギーソリューションに向けた努力の強化に照らして、太陽光発電のためにファサード表面も同様に使用できるようにすることに対する実需が生じつつある。建築学的かつ構造工学的な理由から、建物への一体化のためには、平担で不透明なソーラーモジュールと、軽量で光透過性のソーラーモジュールとの両方が必要である。一方では適切な電力を得るために、そして他方では十分な光透過率を確保するために、ソーラーモジュールの総面積にわたって平均化して、可視光に対する５～５０％の範囲内の透過性（光学的半透明性）が望ましい。半透明ソーラーモジュールの他の利用分野は、騒音軽減壁（車道、鉄道）、屋外エリア内のプライバシー障壁または温室用の壁である。

【背景技術】

【0002】

原則として太陽電池を不透明にしか実現できない結晶シリコン（ｃ－Ｓｉ）技術とは対照的に、薄膜太陽電池には、モノリシック直列接続の結果として、電気的および光学的に能動的な場所ならびに周囲の受動的領域を非常に柔軟に設計することができる、という利点がある。さらに、非晶質シリコンに基づく吸収体の場合と比べて、黄銅鉱ベースの吸収体によって著しく高い効率レベルを達成することができる。薄膜太陽電池の製造におけるプロセス技術の一つの特徴は、全表面コーティングと局所的コーティング除去との逐次的実行にあり、ここでは、例えば、太陽電池を製造するために、キャリア基板上に異なる層を直接適用し、この層のパターニング後に基板を前面側の透明なカバー層に対して接着（「積層」）して、耐候安定性複合体を形成する。マイクロエレクトロニクスにおいては慣習となっているマスキングプロセスは、全表面コーティングおよび局所的コーティング除去を用いることによって回避されている。大型の薄膜ソーラーモジュールの場合、マスキングプロセスを行うことは、非常に費用集約的で時間のかかるものである。

【0003】

現在まで、特に透明な前面電極層および透明な背面電極層と併せて、半透明モジュールを製造するための吸収体用の出発材料として、主に薄膜シリコンが使用されてきた。このために、吸収体は非常に薄く作製されてきたので、層システム全体が、赤外線および赤色波長の範囲内の電磁放射線に対して透明になっている。しかしながら、薄い吸収体を用いた結果として、望ましくないカラーフィルタ効果が発生することが多い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

対照的に、本発明の目的は、先行技術において公知の半透明薄膜ソーラーモジュールならびにその製造を改善することにあり、ここで、このモジュールは、可視光範囲内での特筆すべき透明性と共に、比較的大きい光学的に活性な領域を有していなければならない。同様に、このモジュールは視覚的に魅力的なものでなければならず、かつ特にいかなるカラーフィルタ効果も有していてはならない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

これらのおよび他の目的は、請求項に記載したとおりの半透明薄膜ソーラーモジュールならびにその製造方法により、本発明の提案にしたがって達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の特徴を通して示されている。

【0006】

本発明の文脈において、「透明性」なる用語は、少なくとも８５％の可視光透過率を意味する。典型的には、可視光は、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの波長範囲内にある。「不透明性」なる用語は、５％未満の可視光透過率を意味する。したがって、太陽電池の光学的に透明なゾーンは、８５％～１００％の範囲内の可視光透過率を有し；不透明ゾーンは、０％（完全不透明）から５％未満までの範囲内の可視光透過率を有する。「半透明性」なる用語は、５％から８５％未満までの範囲内の可視光透過率を意味する。本発明の文脈において、「半透明性」なる用語は、薄膜ソーラーモジュールの全ての太陽電池の全面積にわたって平均化した可視光透過率と関連付けて使用される。換言すると、所望される半透明性は、薄膜ソーラーモジュールの全ての太陽電池全体にわたる不透明な領域および光学的に透明な領域の光学的透過率を平均化した結果もたらされるものである。

【0007】

本発明によれば、一体型直列接続太陽電池を有する半透明薄膜ソーラーモジュールが提示されている。「半透明性」なる用語の上述の定義を踏まえて、この薄膜ソーラーモジュールは、太陽電池の（光学的に）不透明な領域および光学的に透明な領域を有しており、ここで、太陽電池の半透明性は、全ての太陽電池の全面積にわたって可視光透過率を平均化した結果である。薄膜ソーラーモジュールの（半）透明性は、測定装置によって単純な様式で決定することができ、例えば、薄膜ソーラーモジュールの一方の側に白色光源（可視光源）を配置し、かつ薄膜ソーラーモジュールの他の側に可視光検出器を配置した測定装置で決定可能である。ここで、この検出器が、薄膜ソーラーモジュールの全ての太陽電池を通過する光を（例えば同時に）検出できることが不可欠であり、それによって、太陽電池の全面積にわたる薄膜ソーラーモジュールの光学的透明性を平均化できるようになっている。

【0008】

本発明による薄膜ソーラーモジュールは、太陽光エネルギー生成のための太陽電池のモノリシックに一体化した直列接続を伴う層構造を有する基板を含む。「薄膜ソーラーモジュール」なる用語の慣習的な使用にしたがうと、薄膜ソーラーモジュールは、適切な機械的安定性のためにキャリア基板が必要とされるような、例えば数マイクロメートルといった小さい厚みを有する層構造を有するモジュールを意味する。キャリア基板は、例えば無機ガラス、プラスチックまたは金属、特に金属合金でできているものであってよく、かつそれぞれの層厚みおよび特定の材料特性に応じて、剛性プレートまたは可撓性フィルムとして設計することができる。本発明は、太陽電池を製造するために、光入射側に面する基板表面に層構造が適用されるサブストレート構造の薄膜ソーラーモジュール、ならびに、基板が透明であり、かつ光入射側とは反対側に面する基板表面に層構造が適用されるスーパーストレート構造の薄膜ソーラーモジュールの両方に関する。

【0009】

それ自体公知の形で、層構造は、背面電極層、前面電極層、および背面電極層と前面電極層との間に配置された光起電活性の吸収体層を含む。好ましくは、吸収体層は、例えば銅インジウム／ガリウムジスルフィド／ジセレニド（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２）、例えば銅インジウムジセレニド（ＣｕＩｎＳｅ_２またはＣＩＳ）または関連化合物の群からのＩ－ＩＩＩ－ＶＩ族半導体である黄銅鉱化合物でできている。吸収体層は、典型的には不透明であるか、または非常に薄いものである場合には、少なくとも周波数選択的に透明であり、そのために一般的には、ある種のカラーフィルタ効果または周波数フィルタ効果が発生する。背面電極層は典型的に不透明である。前面電極層は、特にサブストレート構造の薄膜ソーラーモジュールの場合には、層構造への光の通過が可能になっていなければならないので、典型的に光学的に透明である。

【0010】

層構造において、一体型直列接続太陽電池は、従来から、パターニングゾーンを用いて形成されている。したがって、少なくとも背面電極層は、第１のパターニングラインＰ１によって複数の区分へと細分割され、これらの区分が太陽電池の背面電極を形成する。さらに、少なくとも吸収体層は、第２のパターニングラインＰ２によって複数の区分へと細分割され、これらの区分は、それぞれ、太陽電池と結び付けられた吸収体であり、そして少なくとも前面電極層は、第３のパターニングラインＰ３によって複数の区分へと細分割され、これらの区分は太陽電池の前面電極を形成する。互いに隣り合う太陽電池は、第２のパターニングラインＰ２を介して互いに電気的に直列接続されており、ここで、１つの太陽電池の前面電極は、隣り合う太陽電池の背面電極に対して電気的に接続され、典型的には、ただし強制的にではないが、この背面電極と直接接触する。

【0011】

パターニングラインは、一般的には、Ｐ１－Ｐ２－Ｐ３の順で配置される。パターニングゾーンは、第１から第３のパターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３という直接の順番により形成される。パターニングゾーンは、例えば、線形、特に直線であり得る。パターニングラインは、一般的には、第１から第３のパターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３を含む順番で互いに平行に配置され、例えば、矩形または方形モジュールの縁部の一つに対して平行に走っている。例えば、パターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３は、それぞれ、層構造の縁部に至るまでずっと延在している。パターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３の延在方向は、モジュールまたは太陽電池の幅として定義することができ、それに直交する方向は、モジュールまたは太陽電池の長さとして定義することができる。各太陽電池は、例えば、層構造の幅に対応する幅を有する。

【0012】

用語の一般的使用を踏まえて、本発明の意味するところにおいて、「太陽電池」なる用語は、前面電極（または前面電極層区分）、吸収体（または吸収体層区分）、および背面電極（または背面電極層区分）を有しており、かつそれぞれパターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３で構成された互いに直接隣り合う２つのパターニングゾーンによって境界画定されている層構造（以下「層領域」とも呼ぶ）の一領域を意味する。これは、類推によってモジュールの縁部領域にもあてはまり、ここではパターニングゾーンの代わりに、太陽電池の直列接続と電気的に接触するための接続区分が存在し、それによって、パターニングゾーンと直近して隣り合う接続区分との間に位置する前面電極、吸収体および背面電極を有する層領域によって太陽電池が画定されるようになっている。

【0013】

各パターニングゾーンは、光起電不活性（デッド）ゾーンを形成するが、一方で、それとは対照的に、層領域は（単一の）光起電活性ゾーンを有しており、かつ光起電的に活性である。層領域は、特に、光起電不活性ゾーンも有することができる。層領域が、光起電活性ゾーンに加えていかなる光起電不活性ゾーンも有していない場合、層領域と光起電活性ゾーンとは同一である。そうでなければ、層領域は、光起電活性ゾーンと１つまたはそれを超える光起電不活性ゾーンとで構成される。

【0014】

本発明によれば、少なくとも１つのパターニングゾーンは、第１のパターニングラインＰ１以外の（第１のパターニングラインＰ１の無い）ゾーン領域内に、１つまたはそれを超える光学的に透明なゾーンを有している。すなわち、このゾーン領域は、パターニングゾーンの第１のパターニングラインＰ１を含まない。したがって、このゾーン領域は、光起電不活性なパターニングゾーンの一部にすぎない。このゾーン領域は、第１のパターニングラインＰ１の無い光起電不活性パターニングゾーンに対応する。すなわち、このゾーン領域と、第１のパターニングラインＰ１とが、一緒になってパターニングゾーンを形成する。このゾーン領域は、光起電活性層領域内には延在せず、したがって光起電的に不活性である。１つまたはそれを超える光学的に透明なゾーンは、パターニングゾーンに、より具体的にはこのゾーン領域の内部にのみ配置される。１つまたはそれを超える光学的に透明なゾーンは、光起電活性層領域内には配置されない。所望の光学的透明性を達成するために、１つまたはそれを超える光学的に透明なゾーンは、それぞれ、少なくとも背面電極層を含まない。特に有利には、１つまたはそれを超える透明なゾーンは、吸収体層も含まない。背面電極層の欠如および吸収体層の任意の欠如に起因して、光学的に透明なゾーンで、少なくとも８５％の高い可視光透過率を得ることができる。

【0015】

本発明の１つの実施形態によると、光学的に透明なゾーンは前面電極層区分を有する。代替的には、この１つまたはそれを超える透明なゾーンは、前面電極層を含まなくてもよい。本発明のいくつかの実施形態において、光学的に透明なゾーンは、強制的に前面電極層区分を有する。本発明のいくつかの代替となる実施形態においては、光学的に透明なゾーンが、いかなる前面電極層区分も有していないことが必要である。

【0016】

ここでは、１つまたはそれを超える光学的に透明なゾーンを、背面電極層が（面的に）連続しており、かつ背面電極層が、第１のパターニングラインＰ１以外のゾーン領域（すなわち第１のパターニングラインの無いゾーン領域）で完全に細分割されていないようにして実施することが不可欠である。したがって、各々のパターニングゾーンは、第１のパターニングゾーン以外のゾーン領域内で、面的に連続した背面電極層を有する。このことは、光学的に透明なゾーンのいずれも、それが全ゾーン領域にわたって延在するようには実施されないということを前提としている。

【0017】

複数の光学的に透明なゾーンを、線形的に、換言すると、仮想線に沿って配置することが有利であり得る。光学的に透明なゾーンのこの線形配置は、例えば、パターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３に直交して（すなわち９０°の角度で）または平行に（すなわち０°の角度で）配置することができる。しかしながら、光学的に透明なゾーンの線形配置を、パターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３に対して０°または９０°とは異なる角度で斜めに配置することも可能である。一般的には、光学的に透明なゾーンの線形配置は、光学的に透明なゾーンを作り出すための工具の線形運動によって光学的に透明なゾーンを極めて単純に、迅速にかつ経済的に実現できるという、プロセス技術の利点を有している。

【0018】

光学的に透明なゾーンは、原則として、任意の形状を有することができる。好ましくは、透明なゾーンは、それぞれ、線形、点状、円板状または方形である。有利には、モジュールの全体的な視覚的印象の観点から見て、光学的に透明なゾーンは互いに分隔した個別のゾーンとして実施される。特に有利には、光学的に透明なゾーンは、均等に分布して配置されている。

【0019】

本発明の有利な実施形態によると、第１のパターニングラインＰ１および／または少なくとも１つの第３のパターニングラインＰ３は、それぞれ、少なくとも１つの膨出部（換言すると、パターニングラインの延在方向に対し横断する、直線進路からの逸脱）を有し、この膨出部に光学的に透明なゾーンが配置される。この少なくとも１つの膨出部は、パターニングラインの伸長に対して横断方向へのパターニングラインの進路変更であり、ここで、この膨出部に隣り合う膨出部の両側のパターニングラインの部分は、パターニングラインの伸長方向に対応する同じ（仮想）線上にある。したがって、膨出部は、パターニングラインの伸長方向に対応する（仮想）線によって閉鎖され得るパターニングラインの凹部を形成する。膨出部は原則的に、任意の形状を有することができ、例えば、部分円、特に半円、方形、矩形または三角形であり得る。有利には、各膨出部に光学的に透明なゾーンを配置しながら、第１のパターニングラインＰ１および／または少なくとも１つの第３のパターニングラインＰ３は、それぞれ、複数の膨出部を有している。有利には、１つの同じパターニングラインの膨出部に配置されている光学的に透明なゾーンは、線形に配置されている。

【0020】

本発明の別の有利な実施形態によると、第１のパターニングラインＰ１および第３のパターニングラインＰ３は、それぞれ、少なくとも１つの膨出部を有し、ここで、第１のパターニングラインＰ１の少なくとも１つの膨出部が、第３のパターニングラインＰ３の膨出部の反対側に配置されている。特に、第１のパターニングラインＰ１および第３のパターニングラインＰ３は、それぞれ、複数の膨出部を有することができ、第１のパターニングラインＰ１の膨出部は、それぞれ、第３のパターニングラインＰ３の膨出部の反対側に配設されている。最後に言及した変形形態において、第２のパターニングラインＰ２を、相対する膨出部の間の領域で除去することができる。

【0021】

本発明の別の有利な実施形態によると、少なくとも１つのパターニングゾーンは、少なくとも１つの線形コーティング除去領域を、第１のパターニングラインＰ１以外の（第１のパターニングラインＰ１の無い）ゾーン領域に有しておりこの線形コーティング除去領域は、全パターニングゾーンにわたってパターニングラインＰ１～Ｐ３に平行に延在し、これによって、このゾーン領域は、２つの隣り合うゾーン領域部分へと細分割されている。このゾーン領域部分は、それぞれ背面電極層区分を有している。

【0022】

線形コーティング除去領域は、光学的に透明なゾーンと電極ゾーンとの交互の並びを有しており、ここで、１つの光学的に透明なゾーンが、２つの電極ゾーンの間に位置し、かつ／または１つの電極ゾーンが、２つの光学的に透明なゾーンの間に位置している。各々の光学的に透明なゾーンは、背面電極層を含まず、かつ好ましくは吸収体層も含まない。各電極ゾーンは、吸収体層を含まないが、いずれの場合でも、背面電極層の区分を有しており、かつ任意に前面電極層の区分を有する。

【0023】

本発明のこの実施形態において、第１のパターニングラインＰ１以外の（第１のパターニングラインＰ１の無い）ゾーン領域のゾーン領域部分の背面電極層区分は、少なくとも１つの電極ゾーンの背面電極層区分によって互いに面的に接続されており、それによって、ゾーン領域の背面電極層が、面的に連続するようになっていることが不可欠である。２つのゾーン領域部分の背面電極層区分は、こうして、少なくとも１つの電極ゾーンによって互いに（直列で）電気的に直接接続される。

【0024】

一般的に、少なくとも１つの線形コーティング除去領域を、パターニングゾーンの内部のさまざまな位置に配置することができ、特に、線形コーティング除去領域は、第２および／または第３のパターニングラインを形成することができる。これを行う本発明による薄膜ソーラーモジュールのさまざまな実施形態について、以下で説明する。

【0025】

以下の実施形態において、線形コーティング除去領域の光学的に透明なゾーンは、それぞれ、前面電極層区分を有することができ、または代替的には、前面電極層を含まなくてもよい：
－ 少なくとも１つの線形コーティング除去領域が、少なくとも１つのパターニングゾーンの前記第１のパターニングラインＰ１と第２のパターニングラインＰ２の間に配置されている；
－ 少なくとも１つの線形コーティング除去領域が、少なくとも１つのパターニングゾーンの第２のパターニングラインＰ２と第３のパターニングラインＰ３の間に配置されている；
－ 少なくとも１つの線形コーティング除去領域が、少なくとも１つのパターニングゾーンの第２のパターニングラインＰ２内に配置されている。

【0026】

本発明の以下の実施形態において、線形コーティング除去領域の少なくとも１つの光学的に透明なゾーンは、前面電極層区分を有する：
－ 少なくとも１つのパターニングゾーンの第２のパターニングラインＰ２が、線形コーティング除去領域によって形成されている。

【0027】

本発明の以下の実施形態において、線形コーティング除去領域の光学的に透明なゾーンは、それぞれ前面電極層区分を含まない：
－ 少なくとも１つの線形コーティング除去領域が、少なくとも１つのパターニングゾーンの第３のパターニングラインＰ３内に配置されている；
－ 少なくとも１つのパターニングゾーンの第３のパターニングラインＰ３が、線形コーティング除去領域によって形成されている；
－ 少なくとも１つのパターニングゾーンが、２つの第３のパターニングラインＰ３、Ｐ３’を有し、ここで、少なくとも１つの線形コーティング除去領域は、この２つの第３のパターニングラインＰ３、Ｐ３’の間に配置されている；
－ 少なくとも１つのパターニングゾーンが、２つの第３のパターニングラインＰ３、Ｐ３’を有し、ここで、この２つの第３のパターニングラインＰ３、Ｐ３’のうちの１つは、線形コーティング除去領域によって形成されている。

【0028】

本発明によると、全ての太陽電池の総面積に対する、薄膜ソーラーモジュールの全ての光学的に透明なゾーンの総面積の比率は、５％から５０％までの範囲内にあることが有利である。薄膜ソーラーモジュール全体にわたり平均化された、可視光に対する光学的透明性は、好ましくは５％から５０％までの範囲内にあり、特に２０％である。このようにして、一方では、比較的高い電気出力を達成することができ、他方では、光学的透過率は、実際の利用分野にとって適切である程度に高いものであり、それによって、出力と光学的透明性という相反する特性について優れた妥協を達成することができる。

【0029】

本発明による薄膜ソーラーモジュールの特に有利な実施形態において、少なくとも１つの光学的に透明なゾーンは、吸収体層を含まないが背面電極層の区分を有している直近隣接する縁部ゾーンによって少なくとも部分的に、特に完全に取り囲まれている。線形コーティング除去領域において、電極ゾーンは、それぞれ、縁部ゾーンの一構成要素であるものとして理解される。換言すると、光学的に透明なゾーンの縁部ゾーンは、光学的に透明なゾーンに隣接する電極ゾーンを含んでいる。したがって、電極ゾーンおよび縁部ゾーンの構造は同一である。

【0030】

光学的に透明なゾーンを作り出すためのコーティング除去プロセスのために、例えば、５から５０ナノ秒の範囲内のパルス持続時間のパルスレーザビームを使用することによって、熱レーザプロセスを用いる場合、概して、コーティング除去したエリアの縁部上に短絡電流路（「分路」）が発生して、電力損失を増大させるリスクが存在する。この不利な効果は、縁部ゾーン内の部分的コーティング除去によって回避でき、モジュールの効率を有利に改善することができる。本発明によれば、縁部ゾーンの総面積に対する、光学的に透明なゾーンの総面積の比が１を超え、好ましくは１０を超えることが好ましい。こうすることで、光起電不活性の縁部ゾーンを通じた過度の電力損失を持続させること無く、言及した有利な効果を満足のいく形で達成することができる。

【0031】

本発明はさらに、上述のとおりに実装された薄膜ソーラーモジュールを製造する方法にも及ぶ。

【0032】

まず、平担な基板を提供する。基板の一方の側に背面電極層を堆積する。背面電極層は、基板の表面上に直接堆積することができる。代替的には、基板と背面電極層の間に少なくとも１つの追加の層が位置し得る。吸収体層を、背面電極層の上に堆積する。背面電極層は、基板と吸収体層の間に位置する。吸収体層は、背面電極層の１つの表面上に直接堆積することができる。代替的には、少なくとも１つの追加の層が、背面電極層と吸収体層の間に位置し得る。吸収体層の上に前面電極層を堆積する。吸収体層は、前面電極層と背面電極層の間に位置する。前面電極層を、吸収体層の表面上に直接堆積することができる。代替的には、前面電極層と吸収体層の間に少なくとも１つの追加の層が位置することができる。典型的には、吸収体層と前面電極層の間には少なくとも１つのバッファ層が位置している。少なくとも背面電極層、吸収体層および前面電極層で構成された層シーケンスによって、層構造を形成する。

【0033】

少なくとも背面電極層を、第１のパターニングライン（Ｐ１）によってパターニング（細分割）する。背面電極層のパターニングは、典型的には、ただし強制的にではないが、吸収体層の堆積前に行う。少なくとも吸収体層を、第２のパターニングライン（Ｐ２）によってパターニング（細分割）する。吸収体層のパターニングは、典型的には、ただし強制的にではないが、前面電極層の堆積前に行う。少なくとも前面電極層を、第３のパターニングライン（Ｐ３）によってパターニング（細分割）する。パターニングラインの創出は、典型的には、Ｐ１－Ｐ２－Ｐ３の順で行う。第１のパターニングライン（Ｐ１）、第２のパターニングライン（Ｐ２）、および第３のパターニングライン（Ｐ３）の直接の並びが、パターニングゾーン（１４）を形成しつつ、太陽電池のモノリシックな直列接続が、このパターニングゾーンによって形成される。太陽電池は、それぞれ、第１のパターニングライン（Ｐ１）による背面電極の細分割に起因して、背面電極層区分を有している。

【0034】

さらに、それぞれ背面電極層を含まない１つまたはそれを超える光学的に透明なゾーンを、少なくとも１つのパターニングゾーンの第１のパターニングラインＰ１以外のゾーン領域（すなわち第１のパターニングラインＰ１の無いパターニングゾーン）内で少なくとも背面電極層を区分毎に除去することによって作り出し、それによって、背面電極層が、このゾーン領域内で連続するようになっている。任意に、光学的に透明なゾーンは、それぞれ吸収体層を含まないが少なくとも吸収体層の区分毎の除去によって作り出された背面電極層区分を有する縁部ゾーンで、それぞれ取り囲まれている。

【0035】

本発明の有利な実施形態によればと、少なくとも１つのパターニングゾーンの第１のパターニングラインＰ１以外のゾーン領域内に、少なくとも１つの線形コーティング除去領域を作り出し、この線形コーティング除去領域によって、ゾーン領域が２つのゾーン領域部分に細分割されている。コーティング除去領域は、少なくとも２つの光学的に透明なゾーンと、少なくとも１つの電極ゾーンとの交互の並びを有しており、ここで、各々の光学的に透明なゾーンは背面電極層を含まず、各々の電極ゾーンは吸収体層を含まず、かつ背面電極層区分を有し、少なくとも１つの電極ゾーンの背面電極層区分は、ゾーン領域部分の２つの背面電極層区分を互いに面的に結合する。電極ゾーンは、少なくとも吸収体層の区分毎の除去によって作り出される。光学的に透明なゾーンは、それぞれ、縁部ゾーンによって取り囲まれていてよく、ここで縁部ゾーンは、区分として電極ゾーンを含む。

【0036】

縁部ゾーンは、それぞれ光学的に透明なゾーンを取り囲んでいる。線形コーティング除去領域が提供され、かつ線形コーティング除去領域の光学的に透明なゾーンが、それぞれ縁部ゾーンを具備する場合、線形コーティング除去領域の電極ゾーンは、縁部ゾーンの構成要素であり、換言すると、縁部ゾーン内に含まれている。

【0037】

本発明による方法の一実施形態によると、光学的に透明なゾーンは、パルスレーザビームの照射および／または機械的材料除去による、少なくとも背面電極層の区分毎の除去によって作り出される。

【0038】

本発明による方法の別の実施形態によると、電極ゾーン、または光学的に透明なゾーンを取り囲む縁部ゾーンは、パルスレーザビームの照射および／または機械的材料除去による、少なくとも吸収体層の区分毎の除去によって作り出される。

【0039】

一般的には、光学的に透明なゾーンは、パターニングゾーンの作製前に、換言すると、太陽電池の形成および太陽電池のモノリシック直列接続のプロセス中に、あるいはパターニングゾーンの作製後に、換言すると、太陽電池のモノリシック直列接続の生成後に、作り出すことができる。このことは、任意の電極ゾーンおよび任意の縁部ゾーンについても言えることであり、これらは、パターニングゾーンの作製中または作製後に作り出すことができる。

【0040】

本発明の有利な実施形態において、光学的に透明なゾーンを、パターニングゾーン作製前に作り出す。任意の電極ゾーンまたは任意の縁部ゾーンを、パターニングゾーンの作製後に作り出す。

【0041】

有利には、このような方法は、吸収体層の堆積前に少なくとも背面電極層の区分毎の除去によって光学的に透明なゾーンを作り出す工程を含む。背面電極層のコーティング除去は、好ましくはレーザビームの照射によって行われる。この方法は、吸収体層および前面電極層の堆積後ならびに第３のパターニングライン（Ｐ３）の生成後に、少なくとも吸収体層および前面電極層の区分毎の除去によって、電極ゾーンまたは縁部ゾーンを作り出すさらなるステップを任意に含む。吸収体層および前面電極層のコーティング除去は、好ましくは、機械的材料除去によって行われる。

【0042】

本発明の別の有利な実施形態においては、光学的に透明なゾーン、および場合によっては任意の電極ゾーンまたは任意の縁部ゾーンは、パターニングゾーンの作製後、換言すると太陽電池のモノリシック直列接続の製造後に初めて作り出される。この手順は、従来のとおりに製造された薄膜ソーラーモジュールの太陽電池の直列接続を本発明による方法に付して、所望の半透明性を有する薄膜ソーラーモジュールを提供することができるという点で有利である。直列接続した太陽電池を製造するためにすでに使用されている方法を、有利にも保持することができる。

【0043】

有利には、縁部ゾーンにより取り囲まれている光学的に透明なゾーンを作り出すためのこのような方法には、少なくとも吸収体層を加工ゾーン内で区分毎に除去する工程が含まれる。加工ゾーンの寸法は、各場合において作り出すべき光学的に透明なゾーンおよび縁部ゾーンの寸法に対応する。ここで、光学的に透明なゾーンは、加工ゾーンの内部領域に作り出され、縁部ゾーンは、それぞれ、この内部領域を取り囲む加工ゾーンの縁部領域に作り出される。加工ゾーンにおける層除去を、好ましくは機械的材料除去によって行う。この方法は、加工ゾーンの内部領域で少なくとも背面電極層を除去し、これにより光学的に透明なゾーンを作り出すさらなる工程を含む。加工ゾーンの背面電極層を含まない内部領域を取り囲む縁部領域は、吸収体層を含まない縁部ゾーンを形成するが、この縁部ゾーンは背面電極層の一区分を有している。内部領域の層除去は、好ましくは、パルスレーザビームの照射により行われる。

【0044】

本発明の一実施形態によれば、少なくとも背面電極層、特に層構造に、１ナノ秒未満のパルス持続時間を有するパルスでパルスレーザビームを照射することによって、光学的に透明なゾーンを作り出す。代替的には、少なくとも背面電極層、特に層構造に、少なくとも１ナノ秒のパルス持続時間を有するパルスでパルスレーザビームを照射することによって、光学的に透明なゾーンを作り出す。例えば、ニードルライティング（スクラッチング）、ブラッシング、またはスクレーピングなどによる機械的材料除去も想定することができる。好ましくは、光学的に透明なゾーンを作り出すためには、パルス持続時間が１ナノ秒未満、特に好ましくは１００ピコ秒未満のパルスを有するパルスレーザビームを使用する。発明者らによる実験が明らかにしたように、例えば５から５０ナノ秒の範囲内のより長いパルス幅を有するレーザ－パルスを使用すると、吸収体層内への高い熱流入に起因する層構造の局所的損傷、および前面電極層と背面電極層との間の溶融接合の生成が結果としてもたらされる。驚くべきことに、１ナノ秒未満の持続時間でレーザパルスを使用することによって、有利には、これらの不利な効果を著しく削減することが可能である。

【0045】

好ましくは、電極ゾーンまたは縁部ゾーンでさえも、少なくとも吸収体層のパルスレーザビームの照射によって作り出し、ここで、パルスは１ナノ秒未満、好ましくは１００ピコ秒未満のパルス持続時間を有しており、それによって、溶融接合が生じることを回避するようになっている。代替的には、層除去は、例えば、ニードルライティング（スクラッチング）、ブラッシング、またはスクレーピングなどによる機械的材料除去によって行うことができる。

【0046】

光学的に透明なゾーン、および電極ゾーンまたは縁部ゾーンを作り出すための、レーザビームを使用した層構造での層の選択的除去は、特に、以下のプロセスパラメータのうちの１つまたはそれを超えるものを改変することによって達成可能である：
－ レーザ出力、
－ 層構造または基板の照射表面に対するレーザビームの走行速度、
－ レーザパルス繰り返し率、
－ パルス持続時間、
－ レーザのオンオフ周期。

【0047】

特に、層構造内に特に生成される穴の深さを、レーザパルスの空間的重なりによって変えることができ、これにより、例えば、電極ゾーンまたは縁部ゾーンの場合に、本質的に背面電極層の上方の層のみを除去することができる。

【0048】

レーザパルスを用いた光学的に透明なゾーンおよび電極ゾーンまたは縁部ゾーンの生成は、例えば照射出力および／またはレーザパルスの繰り返し率などのプロセスパラメータを変更することなどによって、単一のプロセスステップ中の一段階の手順において行うことができる。ここでは、各場合において、光学的に透明なゾーン、次いで電極ゾーンまたは縁部ゾーンを作り出す。しかしながら、第１のプロセスステップにおいて全ての光学的に透明なゾーンを作り出し、かつプロセスパラメータを変更したさらなるプロセスステップにおいて全ての電極ゾーンまたは縁部ゾーンを作り出す二段階の手順も同様に可能である。ここでは、順序は重要ではない。

【0049】

コストの観点から見て有利である本発明の一実施形態において、層構造における光学的に透明なゾーン（すなわちパターニングゾーンの作製）は、レーザビーム源のパルスレーザビームを用いて作り出され、ここで、レーザビームのパルスは、１ナノ秒超であり、特に５から５０ナノ秒の範囲内のパルス持続時間を有する。次に、任意に。電極ゾーンまたは縁部ゾーンが、レーザビームのパルスが１ナノ秒未満、好ましくは１００ピコ秒未満の持続時間を有するレーザビーム源のパルスレーザビームを用いて作り出される。代替的には、電極ゾーン、または縁部ゾーンは、例えば、ニードルライティング（スクラッチング）、ブラッシング、またはスクレーピングなどの層構造での機械的材料除去を用いて作り出される。経済的理由から好ましいのは、電極ゾーンまたは縁部ゾーンを作り出すために層構造において機械的材料除去を使用することである。

【0050】

本発明による方法においては、光学的に透明なゾーン、および任意に電極ゾーンまたは縁部ゾーンを作り出すために、パルスレーザを用いた層構造の側からの照射によって、（パターニングゾーンの作製後の）層構造における層除去を行うことができる。代替的には、層除去は、透明な基板を通じて行うことができる（「アブレーション」）。この目的で、層構造は、例えばガラスなどの透明な基板上に適用される。アブレーションの間、背面電極のわずかな部分の気化を伴いながら、導入されたレーザエネルギーが背面電極層に吸収され、それによって、完全な層構造をその上に有する背面電極層は、膨張する気体によって膨らむ。これは、この膨らんだ領域が円形形状の周囲の積層から取り除かれるまで起こる。この領域が取り除かれた結果として、感知できるほどのレーザエネルギーがこの縁部領域を融解させることもなければ、さらには背面および前面電極を溶融させることさえもないので、円形領域の縁部は分路の無い状態を維持する。このようにして、分路の割合が比較的小さい透明なゾーンを作り出すことができ、これによりモジュールの性能損失を削減することができる。

【0051】

本発明のさまざまな実施形態は、個別にまたは任意の組合せで実現可能である。特に、以上で言及されかつ以下で言及する特徴は、指示された組合せでのみならず、他の組合せでまたは孤立した形態でも、本発明の範囲から逸脱することなく使用可能である。

【0052】

ここで、本発明について、例示的実施形態を用い、添付図を参照しながら詳細に説明する。これらの図は、簡略化され原寸に比例しないで示されている。

【図面の簡単な説明】

【0053】

【図1】本発明による薄膜ソーラーモジュールの一実施形態にしたがった太陽電池の一体化された直列接続の概略的断面図である。

【図2A】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンの例示的実施形態の平面図である。

【図2B】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンの例示的実施形態の平面図である。

【図2C】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンの例示的実施形態の平面図である。

【図2D】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンの例示的実施形態の平面図である。

【図3】周囲の縁部ゾーンを伴う光学的に透明なゾーンの概略図である。

【図4】図３の周囲の縁部ゾーンを伴う光学的に透明なゾーンの断面図である。

【図5A】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンのさらなる例示的実施形態の平面図である。

【図5B】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンのさらなる例示的実施形態の平面図である。

【図5C】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンのさらなる例示的実施形態の平面図である。

【図6A】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンのさらなる例示的実施形態の平面図である。

【図6B】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンのさらなる例示的実施形態の平面図である。

【図6C】本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーンのさらなる例示的実施形態の平面図である。

【図7A】本発明によるパターニングゾーンのさらなる実施形態の断面図である。

【図7B】本発明によるパターニングゾーンのさらなる実施形態の断面図である。

【図8】本発明による方法の例示的実施形態を示すための流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0054】

図１は、断面図を用いて、全体として番号１として言及する本発明による薄膜ソーラーモジュールを概略的に例示する。薄膜ソーラーモジュール１は、一体化された形態で互いに直列接続した複数の太陽電池１１を含むが、ここでは大幅に簡略化した形で２つの太陽電池１１のみが描かれている。当然のことながら、一般的には、薄膜ソーラーモジュール１の中では、多数の太陽電池１１（例えばおおよそ１００～１５０）が直列接続している。

【0055】

薄膜ソーラーモジュール１は、サブストレート構造において複合ペイン構造を有し、換言すると、その上に適用された薄膜でできた層構造３を有する第１の基板２を有し、ここで、層構造３は第１の基板２の入光側の表面（受光面）に配置されている。ここでは、第１の基板２は、比較的高い光透過率を有する剛性ガラスプレートとして実装されるものの、実施するプロセスステップとの関係において所望される安定性および不活性挙動を有する他の電気絶縁性の材料も同様に使用可能である。

【0056】

層構造３は、第１の基板２の入光側表面上に配置された状態で、例えばモリブデン（Ｍｏ）などの光不透過性金属から作られ蒸着またはマグネトロン強化カソードスパッタリング（スパッタリング）によって第１の基板２上に適用された不透明な背面電極層５を含む。背面電極層５は、例えば、３００ｎｍから６００ｎｍの範囲内の層厚さを有する。

【0057】

割り当てられる日光を可能なかぎりたくさん吸収することのできるバンドギャップを有する金属イオンをドープした半導体でできた光起電活性（不透明）吸収体層６が、背面電極層５上に適用される。吸収体層６は、例えば、ｐ－伝導型黄銅鉱化合物半導体、例えばＣｕ（Ｉｎ／Ｇａ）（Ｓ／Ｓｅ）_２群、特にナトリウム（Ｎａ）－ドープ型Ｃｕ（Ｉｎ／Ｇａ）（Ｓ／Ｓｅ）_２の化合物でできている。上記式は、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）、ならびに硫黄（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）が、代替的にまたは組合せた形で存在し得ることを意味するものとして理解される。吸収体層６は、例えば１から５μｍの範囲内にあり、特におおよそ２μｍである層厚さを有する。典型的には、吸収体層６の生産のためには、例えばスパッタリングによってさまざまな材料の層を適用し、その後、任意にはＳおよび／またはＳｅを含有する雰囲気中で、炉内で加熱すること（ＲＴＰ＝急速加熱処理）によって、熱変換させて化合物半導体を形成する。化合物半導体のこの製造方法は、当業者にとって周知のものであり、したがってここで詳述する必要はない。

【0058】

バッファ層７を吸収体層６上に堆積し、このバッファ層７は、ここでは例えば、図１には詳細に描かれていない硫化カドミウム（ＣｄＳ）の単一層と真性酸化亜鉛（ｉ－ＺｎＯ）の単一層とで構成されている。

【0059】

前面電極層８を、例えばスパッタリングによってバッファ層７上に適用する。前面電極層８は、可視スペクトル範囲内の放射線に対して透明であり（「ウィンドウ電極」）、それによって、入射日光（図１に４本の平行な矢印により描かれている）は僅かしか弱められないようになっている。前面電極層８は、例えば、ドープした金属酸化物、例えばｎ伝導型アルミニウム（Ａｌ）－ドープ型金属酸化物（ＺｎＯ）である。このような前面電極層８は、概してＴＣＯ層（ＴＣＯ＝透明導電性酸化物）と呼ばれる。前面電極層８の層厚さは、例えばおおよそ５００ｎｍである。バッファ層７および吸収体層６と合わせて前面電極層８によってヘテロ接合（すなわち相対する導体タイプの層シーケンス）が形成される。バッファ層７は、吸収体層６と前面電極層８の間の電子適応をもたらすことができる。

【0060】

太陽電池１１の形成および直列接続のために、層構造３は、例えばレーザリトグラフィおよび／または機械的除去などの好適なパターニング技術を用いてパターニングされた。典型的には、それぞれ層溝の形をした３本のパターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３の複数の直近の並びを、この順序で層構造３内に導入する。ここでは、少なくとも背面電極５が第１のパターニングラインＰ１によって；少なくとも吸収体層が第２のパターニングラインＰ２によって；そして、少なくとも前面電極層８が第３のパターニングラインＰ３によって；それぞれの溝の生成によって細分割される。例えば、前面電極層８が背面電極層５と直接接触しながら、第２のパターニングラインＰ２を介して、１つの太陽電池１１の前面電極層８を、それぞれ隣接する太陽電池１１の背面電極層５に対して導電的に接続する。描かれた例示的実施形態において、第１のパターニングラインＰ１の溝には、吸収体層６の材料が充填されている。第２のパターニングラインＰ２の溝には、前面電極層８の材料が充填されており、第３のパターニングラインＰ３の溝には、以下で言及する接着剤層９が充填されている。第１、第２および第３のパターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３の各々の直近の並びが、パターニングゾーン１４を形成する。図１には、一例として、単一のパターニングゾーン１４のみが描かれており、これによって、２つの隣接する太陽電池１１の直列接続が画定され、ここで薄膜ソーラーモジュール１には太陽電池１１のパターニングおよび直列接続のためにこのようなパターニングゾーン１４が多数提供されていることが理解される。

【0061】

ここで描かれている例示的実施形態においては、薄膜ソーラーモジュール１の正の電源コネクタ（＋）および負の電源コネクタ（－）の両方が背面電極層５を介して経路設定され、そこで電気的に接触させられている。この目的で、薄膜ソーラーモジュール１の２つの周辺接続区分１３で、層構造３の層は、背面電極層５に至るまで除去されている。

【0062】

環境の影響に対する保護のため、層構造３を封入するのに役立つ（プラスチック）接着剤層９を、前面電極層８の上に適用する。接着剤層９で接着結合するのは、例えば、低い鉄含量の超白色ガラス製のガラスシートの形態で実装される日光に対して透明な第２の基板１０であり、この場合、実施するプロセスステップとの関係において所望の強度および不活性挙動を有する他の電気的絶縁性材料の使用も同様に可能である。第２の基板１０は、層構造３の封止および機械的保護のために役立つ。薄膜ソーラーモジュール１は、第２の基板１０の前方側のモジュール表面４を介して光を吸収することができ、それによって、２つの電源コネクタ（＋、－）に電圧を生じさせるようになっている。結果として得られる電流路は、直列に配設された矢印によって、図１に描かれている。

【0063】

２つの基板２、１０は、接着剤層９を介して互いに固定的に結合（「積層」）されており、この場合、接着剤層９はここでは例えば、加熱により可塑的に再整形することができかつ冷却中に２つの基板２、１０を互いに固定的に結合する熱可塑性接着剤層として実装されている。接着剤層９はここでは、例えばＰＶＢ製である。２つの基板２、１０は、接着剤層９に組み込まれた太陽電池１１と共に、積層複合体１２を形成する。

【0064】

ここで、本発明による薄膜ソーラーモジュール１のパターニングゾーンの例示的実施形態が平面図で概略的に描かれている図２Ａ～２Ｄを参照する。図２Ａ～２Ｄは、それぞれ、単一のパターニングゾーン１４を一つだけ描いているが、薄膜ソーラーモジュール１は、典型的には多数のパターニングゾーン１４（例えばおよそ１００個）を有する。パターニングゾーン１４は、それぞれ、エネルギーの生成には全く寄与することができない光起電的に不活性なデッドゾーン１７を形成している。

【0065】

パターニングゾーン１４は、それぞれ、例えばここではｘ方向に、モジュール縁部に平行に配置されており、これは、薄膜ソーラーモジュール１の幅と呼ぶこともできる。それに直交するｙ方向は、薄膜ソーラーモジュール１の長さと呼ぶことができる。図１に描かれている周辺接続区分１３は、図２Ａ～２Ｄには示されていない。２つの接続区分１３は同様に、それぞれ、エネルギーの生成に全く寄与することができない光起電的に不活性なデッドゾーンを形成している。

【0066】

パターニングゾーン１４に隣接して両側に位置しているのは、それぞれ、本発明の意味するところにおいて、光学的に活性なゾーンを有する太陽電池１１を示す層領域１６である。薄膜ソーラーモジュール１の内部領域において、各層領域１６は、２つの直近で隣り合うパターニングゾーン１４の間に配置されており、かつこれらのパターニングゾーンによって境界画定されている。２つの周辺太陽電池１１の場合は、層領域１６が、それぞれ、図１に示されているパターニングゾーン１４と隣り合うコネクタ区分１３との間に配置され、このパターニングゾーンとコネクタ区分とによって境界画定されている。層領域１６は、それぞれ、太陽電池１１の背面電極、吸収体および前方電極である、背面電極層５、吸収体層６、バッファ層７および前面電極層８の区分を含んでいる。

【0067】

図２Ａ－２Ｄのパターニングゾーンは、それぞれ、第１のパターニングラインＰ１以外のゾーン領域２２（第１のパターニングラインＰ１の無いゾーン領域）に、複数の光学的に透明なゾーン１８を有しており、ここでは、この複数の光学的に透明なゾーン１８は、例えばｘ方向に線形に、かつパターニングラインＰ１～Ｐ３に対して平行に配置されている。ここでは、背面電極層５がパターニングゾーン１４のゾーン領域２２で（面的に）連続しており、すなわち、互いに空間的に分離した区分に完全に細分割されていないようにして、光学的に透明なゾーン１８を実施することが不可欠である。光学的に透明なゾーン１８は、それぞれ矩形形状を有している。しかしながら、原則として、透明なゾーン１８は任意の形状、例えば線形、点状、または円板形状を有することができる。各々の光学的に透明なゾーン１８は、縁部ゾーン２１によって取り囲まれている。

【0068】

光学的に透明なゾーン１８および縁部ゾーン２１の構造は、図３および４に例示されており、ここで切断線Ａ－Ａに沿った図３の断面図である図４は、層シーケンスを示す。したがって、光学的に透明なゾーン１８は、薄膜ソーラーモジュール１の所望される光学的透明性を達成するために、背面電極層を含まず、好ましくは吸収体層も含まない。しかしながら、光学的に透明なゾーン１８は、例えば、前面電極層区分を有することができ、この態様は図３および４には示されていない。図４に示されているように、例えば、光学的に透明なゾーン１８では、層構造３の全ての層（換言すると、背面電極層５、吸収体層６、バッファ層７、および前面電極層８）が、基板２に至るまで除去されている。しかしながら、いずれの場合でも、概して不透明な背面電極層５を除去しつつ、光学的に透明なゾーン１８で層構造３の全ての層は、除去しないということも可能である。

【0069】

光学的に透明なゾーン１８は、縁部ゾーン２１によって取り囲まれている。縁部ゾーン２１では、背面電極層区分５－３を除いて、全ての層を除去する。縁部ゾーン２１によって、コーティング除去されたエリアの縁部上の短絡電流路を有利に回避することができる。有利には、縁部ゾーン２１の総面積に対する、光学的に透明なゾーン１８の総面積の比は、１を超え、好ましくは１０を超える。

【0070】

ここで、図２Ａ～２Ｄを再び参照する。図２Ａ～２Ｄにおけるパターニングゾーン１４のさまざまな実施形態は、以下のように異なっている。

【0071】

図２Ａにおいて、パターニングゾーン１４は、１本の第１のパターニングラインＰ１、１本の第２のパターニングラインＰ２、および２本の第３のパターニングラインＰ３およびＰ３’を含む。外向きに位置している第３のパターニングラインＰ３’は、複数の方形の膨出部１５を具備しており、この膨出部に、それぞれ光学的に透明なゾーン１８が配置されている。第３のパターニングラインＰ３’の膨出部１５は、それぞれ第１のパターニングラインＰ１から離れる方向に（すなわち正のｙ方向に）膨らんでいる。

【0072】

これとは対照的に、図２Ｂにおいて、パターニングゾーン１４は、１本の第１のパターニングラインＰ１、１本の第２のパターニングラインＰ２、および１本のみの第３のパターニングラインＰ３を含む。図２Ａと類似して、第３のパターニングラインＰ３は、複数の方形の膨出部１５を具備しており、この膨出部に、それぞれ光学的に透明なゾーン１８が配置されている。

【0073】

図２Ｃにおいて、パターニングゾーン１４は、１本の第１のパターニングラインＰ１、１本の第２のパターニングラインＰ２、および１本の第３のパターニングラインＰ３を含む。第３のパターニングラインＰ３は、正のｙ方向に複数の方形膨出部１５を具備しており、この膨出部に、それぞれ光学的に透明なゾーン１８が配置されている。さらに、第１のパターニングラインＰ１は、負のｙ方向に複数の方形膨出部１５を具備しており、この膨出部に、それぞれ光学的に透明なゾーン１８が配置されている。第３のパターニングラインＰ３の膨出部１５と、第１のパターニングラインＰ１の膨出部１５とは、互いに反対側に位置している。

【0074】

図２Ｄのパターニングゾーン１４の実施形態は、第２のパターニングラインＰ２が膨出部１５の間の領域において連続的でなく、代わりに中断しているという点においてのみ、図２Ｃの実施形態とは異なっている。第１のパターニングラインＰ１の膨出部１５および第３のパターニングラインＰ３の膨出部１５に配置されている２つの光学的に透明なゾーン１８は、組み合わされて共通の光学的に透明なゾーン１８を形成している。

【0075】

ここで、本発明による薄膜ソーラーモジュール１のパターニングゾーン１４の追加の例示的実施形態が平面図で概略的に例示されている図５Ａ～５Ｃを参照する。したがって、パターニングゾーン１４は、パターニングゾーン１４の全寸法にわたって連続的に、パターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３に対し平行に、すなわち、ｘ方向に延在する少なくとも１つの線形コーティング除去領域１９を含む。有利には、薄膜ソーラーモジュール１の全てのパターニングゾーン１４は、１つまたはそれを超える線形コーティング除去領域１９を有する。線形コーティング除去領域１９は、それぞれ、第１のパターニングラインＰ１以外のゾーン領域２２、すなわち、第１のパターニングラインＰ１の無いパターニングゾーン１４の残りの領域に配置される。線形コーティング除去領域１９によって、ゾーン領域２２は２つのゾーン領域部分２２－１、２２－２に細分割される。１つのゾーン領域部分２２－１は、背面電極層区分５－１を含み；もう１つのゾーン領域部分２２－２は、それとは異なる背面電極層区分５－２を含む。

【0076】

各々の線形コーティング除去領域１９は、交互に並んだ複数の光学的に透明なゾーン１８と複数の電極ゾーン２０とから構成されており、換言すると、１つの光学的に透明なゾーン１８が２つの電極ゾーン２０の間に位置し、かつ／または１つの電極ゾーン２０が２つの光学的に透明なゾーン１８の間に位置している。光学的に透明なゾーン１８および電極ゾーン２０は、図３および４に関連してすでに説明したような構造を有する。電極ゾーン２０は、光学的に透明なゾーン１８を取り囲む縁部ゾーン２１の区分であり、これらの区分は互いに向き合って位置している。したがって、電極ゾーン２０における層シーケンスは、縁部ゾーン２１の層シーケンスに対応しており、それによって、電極ゾーン２０では、背面電極層区分５－３を除く全ての層を除去するようになっている。電極ゾーン２０は、それぞれ、同様に前面電極層区分８－３を有する。

【0077】

図５Ａ～５Ｃで例示されているように、電極ゾーン２０は、ｙ方向で（パターニングゾーン１４の延在方向に直交して）線形コーティング除去領域１９全体を跨ぐ縁部ゾーン２１の部分である。ここで、各々の電極ゾーン２０は、例えば矩形である。２つのゾーン領域部分２２－１、２２－２の互いに空間的に分離された背面電極層区分５－１、５－２は、互いに面的に接続されており、それによって、パターニングゾーン１４のゾーン領域２２の背面電極層５が、面的に連続するようになっている。２つのゾーン領域部分２２－１、２２－２は、電極ゾーン２０の背面電極層区分５－３を介して、直列で、互いに電気的に直接接続されている。当然のことながら、１つの同じゾーン領域２２の２つのゾーン領域部分２２－１、２２－２の背面電極層区分５－１、５－２は、１つまたはそれを超える電極ゾーン２０によって互いに面的に接続することができる。線形コーティング除去領域１９がパターニングゾーン１４に対して平行でなく、むしろパターニングゾーン１４に対して０°以外の角度で斜めに整列することも同様に想定することができる。

【0078】

本発明による薄膜ソーラーモジュール１において、太陽電池１１は不透明であり、５％未満の可視光透過率を有する。これとは対照的に、光学的に透明なゾーン１８は、少なくとも８５％という可視光透過率を有する。太陽電池１１の総面積に対する、全ての光学的に透明なゾーン１８の総面積の比率は、５％から５０％の範囲内にある。したがって、薄膜ソーラーモジュール１の総面積にわたって平均化した半透明薄膜ソーラーモジュールの光学的透明性も同様に５％から５０％の範囲内にあり、特に２０％である。光学的に透明なゾーン１８は、線形コーティング除去領域１９に沿って均等に分布して配置されており、これにより、全体的に非常に滑らかな視覚効果を得ることができる。

【0079】

図５Ａでは、線形コーティング除去領域１９は、パターニングゾーン１４の第１のパターニングラインＰ１と第２のパターニングラインＰ２の間に配置されている。図５Ｂでは、線形コーティング除去領域１９は、パターニングゾーン１４の第２のパターニングラインＰ２と第３のパターニングラインＰ３の間に配置されている。図５Ｃにおいては、線形コーティング除去領域１９は、第１のパターニングラインＰ１と第３のパターニングラインＰ３の間に配置され、かつパターニングゾーン１４の（単一の）第２のパターニングラインＰ２を形成している。こうして、別個の第２のパターニングラインＰ２の形成なしで済ませることができる。

【0080】

図５Ａおよび５Ｂの２つの実施形態において、電極ゾーン２０が、それぞれいかなる前面電極層区分８－３も有さないことも可能である。しかしながら、図５Ｃの実施形態については、第２のパターニングラインＰ２としての機能のために、パターニングゾーン１４に隣接する太陽電池１１の直列接続を可能にしなければならないので、少なくとも１つの電極ゾーン２０、特に全ての電極ゾーン２０が前面電極層区分８－３を有していることが必要である。

【0081】

図６Ａ～６Ｃにおいて、一例として、本発明による薄膜ソーラーモジュールのパターニングゾーン１４の追加の実施形態が、それぞれ平面図で概略的に描かれている。不要な繰り返しを避けるため、図５Ａ～５Ｃの実施形態との関連における差異のみを説明し、それ以外は、図５Ａ～５Ｃでの記述を参照する。図６Ａ～６Ｃの実施形態において、電極ゾーン２０は、それぞれいかなる前面電極層区分８－３も有していない。

【0082】

図６Ａの実施形態において、パターニングゾーン１４は、第１のパターニングラインＰ１および第２のパターニングラインＰ２に加えて、互いに近くに位置する２本の第３のパターニングラインＰ３およびＰ３’を有しており、ここで、パターニングラインＰ３に比べてさらに外向きに位置するパターニングラインＰ３’が、線形コーティング除去領域１９によって形成されている。

【0083】

図６Ｂの実施形態においては、パターニングゾーン１４は、第１のパターニングラインＰ１および第２のパターニングラインＰ２に加えて、単一の第３のパターニングラインＰ３を有しており、ここで、第３のパターニングラインＰ３が、線形コーティング除去領域１９によって形成されている。

【0084】

図６Ｃの実施形態においては、パターニングゾーン１４は、第１のパターニングラインＰ１および第２のパターニングラインＰ２に加えて、互いに近くに位置する２本の第３のパターニングラインＰ３およびＰ３’を有しており、ここで、線形コーティング除去領域１９は、２本の第３のパターニングラインＰ３およびＰ３’の間に配置されている。

【0085】

図７Ａおよび７Ｂは、それぞれ本発明によるパターニングゾーン１４の実施形態の断面図を概略的に描いている。

【0086】

図７Ａにおいて、基板２上に適用された層構造３は、不透明な背面電極層５、吸収体層６、および前面電極層８を含む。図７Ｂの層構造では、さらにバッファ層７を具備している。層構造は、それぞれ第１のパターニングラインＰ１、第２のパターニングラインＰ２および第３のパターニングラインＰ３によってパターニングされている。背面電極層５を除去した光学的に透明なゾーン１８が、第１のパターニングラインＰ１および第２のパターニングラインＰ２の間に配置されており、これは図５Ａの実施形態に対応している。図７Ａにおいて、第１のパターニングラインＰ１には吸収体層６の材料が充填されており、光学的に透明なゾーン１８には前面電極層８の材料が充填されている。光学的に透明なゾーン１８の形成は、吸収体層６の堆積後であって、かつ前面電極層８の堆積前に行なわれる。図７Ｂでは、第１のパターニングラインＰ１および光学的に透明なゾーン１８の両方にバッファ層７の材料が充填されており、ここで、光学的に透明なゾーン１８の形成は、バッファ層７および前面電極層８の堆積の前に行なわれる。

【0087】

図８は、本発明による薄膜ソーラーモジュール１を製造するための例示的方法を示す。

【0088】

この方法によれば、工程Ｉにおいて、直列接続した太陽電池１１の形成のために、内部にパターニングゾーン１４を導入した層構造３を有する基板２を提供する。

【0089】

工程ＩＩでは、光学的に透明なゾーン１８を、レーザビーム源のパルスレーザビームを用いて基板２に至るまで層構造３の全ての層を除去することによって作り出す。この目的で、層構造３に、１ナノ秒未満の持続時間を有するパルスで、パルスレーザビームを照射する。層構造３に、好ましくは、透明な基板２を通じて照射する。しかしながら、基板２の反対側に面する側からの層構造３の直接照射も同様に可能である。代替的には、光学的に透明なゾーン１８を、機械的材料除去によって作り出すことができる。光学的に透明なゾーン１８を、それぞれ、第１のパターニングラインＰ１以外のゾーン領域２２に作り出し、それによって、ゾーン領域２２における背面電極層が、それぞれ連続するようになっている。

【0090】

任意の工程ＩＩＩでは、縁部ゾーン２１を光学的に透明なゾーン１８の周りに作り出す。１ナノ秒未満の持続時間を有するパルスでのパルスレーザビームを用いた層構造３の照射によって、および／または機械的材料除去によって、縁部ゾーン２１を作り出す。縁部ゾーン２１を光学的に透明なゾーン１８の周りに作り出す場合、少なくとも１ナノ秒の持続時間を有するパルスをもつパルスレーザビームの照射によって、光学的に透明なゾーン１８を作り出すことも可能である。

【0091】

本発明は、有利に半透明薄膜ソーラーモジュールを提供する。太陽電池のパターニングゾーンは、光学的に透明なゾーンを有しており、かつ特に、線形コーティング除去領域によって細分割されており、ここで、各々の線形コーティング除去領域は、光学的に透明なゾーンと電極ゾーンとを交互の並びで有している。パターニングゾーンは、第１のパターニングライン以外の（第１のパターニングラインの無い）ゾーン領域に、連続した背面電極層を有している。

【0092】

以上の説明から明らかであるように、本発明は、有利に、技術的に相対的に複雑ではなく、汎用性が高く、かつ経済的な、薄膜ソーラーモジュールの製造を可能にするものであり、本発明によって、比較的高い可視光透過率を有しながら、比較的大きい光学的に活性な面積を有する薄膜ソーラーモジュールを得ることができる。

【符号の説明】

【0093】

１ 薄膜ソーラーモジュール
２ 第１の基板
３ 層構造
４ モジュール表面
５ 背面電極層
５－１、５－２、５－３ 背面電極層区分
６ 吸収体層
７ バッファ層
８ 前面電極層
８－３ 前面電極層区分
９ 接着剤層
１０ 第２の基板
１１ 太陽電池
１２ 複合体
１３ 接続区分
１４ パターニングゾーン
１５ 膨出部
１６ 層領域
１７ デッドゾーン
１８ 光学的に透明なゾーン
１９ コーティング除去領域
２０ 電極ゾーン
２１ 縁部ゾーン
２２ ゾーン領域
２２－１、２２－２ ゾーン領域部分

【図1】

【図2A-2D】

【図3】

【図4】

【図5A-5C】

【図6A-6C】

【図7A】

【図7B】

【図8】