阅读说明：本技术 半透明薄膜太阳能模块 (Semitransparent thin film solar module ) 是由 A.海斯 J.帕尔姆 H.福格特 于 2018-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种薄膜太阳能模块,其具有基板及在其上施加的层结构,所述层结构包括后电极层、前电极层和设置在后面电极层和前电极层之间的吸收体层,其中在层区域中通过图案化区形成串联连接的太阳能电池,所述图案化区在每种情况下具有后电极层区段,其中层区域具有至少一个线性去涂层区域,通过所述线性去涂层区域将串联连接的太阳能电池细分成两个太阳能电池串,其中去涂层区域具有光学透明区和电极区的交替序列,其中光学透明区在每种情况下是无后电极层的并且电极区在每种情况下是无吸收体层的并且具有后电极层区段,其中由一个太阳能电池串的一个太阳能电池和另一个太阳能电池串的一个太阳能电池组成的至少一对的后电极层区段通过至少一个电极区的后电极层区段区域地与彼此连接。(The invention relates to a thin-film solar module having a substrate and a layer structure applied thereon, comprising a back electrode layer, a front electrode layer and an absorber layer arranged between the back electrode layer and the front electrode layer, wherein solar cells connected in series are formed in a layer region by means of a patterned region, which has in each case a back electrode layer section, wherein the layer region has at least one linear de-coating region, by means of which the solar cells connected in series are subdivided into two solar cell strings, wherein the de-coating region has an alternating sequence of optically transparent regions and electrode regions, wherein the optically transparent regions are free of back electrode layer in each case and the electrode regions are free of absorber layer in each case and have back electrode layer sections, wherein at least one pair of back electrodes consisting of one solar cell string and one solar cell of the other solar cell string is provided with a back electrode layer section The pole layer sections are connected to one another in a region-wise manner by rear electrode layer sections of the at least one electrode region.)

具体实施方式

图1示意性图示了使用横截面图的作为整体用数字1引用的根据本发明的薄膜太阳能模块。薄膜太阳能模块1包括以集成形式彼此串联连接的多个太阳能电池11，其中以大大简化的方式仅描绘了两个太阳能电池11。当然，一般而言，在薄膜太阳能模块1中，大量太阳能电池11（例如，大约100-150个）串联连接。

薄膜太阳能模块1在基板配置中具有复合窗格结构，换言之，其具有第一基板2，第一基板2具有由施加在其上的薄膜制成的层结构3，其中层结构3布置在第一基板2的光进入侧表面上。在此，第一基板2例如被实现为具有相对高的光透射率的刚性玻璃板，而相对于所执行的工艺步骤具有期望的稳定性和惰性行为的其他电绝缘材料可同样地被使用。

层结构3包括布置在第一基板2的光进入侧表面上的不透明后电极层5，其例如由诸如钼（Mo）的不透光金属制成并且通过气相沉积或磁控管增强型阴极溅射（溅射）施加在第一基板2上。后电极层5具有例如在从300nm至600nm范围内的层厚度。

在后电极层5上施加由掺杂有金属离子的半导体制成的光伏活性（不透明）吸收体层6，所述金属离子的带隙能够吸收最大可能的太阳光份额。吸收体层6例如由p-导电黄铜矿化合物半导体制成，例如，族Cu（In / Ga）（S / Se）2（特别是钠（Na）掺杂的Cu（In/Ga）（S/ Se）2）的化合物。前述化学式被理解为意指铟（In）或镓（Ga）以及硫（S）或硒（Se）可以备选地或组合地呈现。吸收体层6具有例如在从1到5 μm的范围内的层厚度，并且特别地大约是2μm。典型地，对于吸收体层6的制造，各种材料层例如通过溅射被施加，并且随后通过在熔炉（RTP=快速热处理）（可选地，在包含S-和/或Se的气氛中）中加热而被热转化以形成化合物半导体。化合物半导体的这种制造方式对于本领域技术人员是公知的，使得不需要在此详细讨论。

沉积在吸收体层6上的是缓冲层7，其在此例如由单层硫化镉（CdS）和单层本征氧化锌（i-ZnO）组成，未在图1中详细描绘。

例如，通过溅射在缓冲层7上施加前电极层8。前电极层8对可见光谱范围（“窗口电极”）中的辐射是透明的，使得入射的太阳光（在图1中由四个平行箭头描绘）仅轻微地被削弱。前电极层8例如基于掺杂的金属氧化物，例如，n-导电铝（Al）-掺杂的氧化锌（ZnO）。这样的前电极层8通常被称为TCO层（TCO=透明导电氧化物）。前电极层8的层厚度例如为大约500nm。异质结（即，相反导体类型的层的序列）通过前电极层8与缓冲层7和吸收体层6一起形成。缓冲层7可实现吸收体层6与前电极层8之间的电子适配。

对于太阳能电池11的形成和串联连接，使用合适的图案化技术（例如，激光光刻和/或机械移除）来图案化层结构3。典型地，在每种情况下，以层沟槽形式的三个图案化线P1-P2-P3的多个紧接序列以这种顺序被引入层结构3中。这里，通过制造相应沟槽，至少后电极5被第一图案化线P1细分；至少吸收体层被第二图案化线P2细分；以及至少前电极层8被第三图案化线P3细分。例如，经由第二图案化线P2，一个太阳能电池11的前电极层8在每种情况下电导通地连接到相邻太阳能电池11的后电极层5，其中前电极层8直接接触后电极层5。在所描绘的示例性实施例中，第一图案化线P1的沟槽由吸收体层6的材料填充。第二图案化线P2的沟槽由前电极层8的材料填充，且第三图案化线P3的沟槽由在以下提及的粘合剂层9填充。第一、第二和第三图案化线P1-P2-P3的每个紧接序列形成图案化区14。在图1中，举例来说，仅描绘了单个图案化区14，借助于该单个图案化区14定义了两个相邻太阳能电池11的串联连接，其中要理解，在薄膜太阳能模块1中，提供了大量的这样的图案化区14以用于太阳能电池11的图案化和串联连接。

在这里描绘的示例性实施例中，薄膜太阳能模块1的正电源连接器（+）和负电源连接器（-）两者都经由后电极层5布线以及并且在那里电接触。为此目的，层结构3的层一直被移除到薄膜太阳能模块1的两个外围连接区段13中的后电极层5。

为了保护免遭环境影响，用于封装层结构3的（塑料）粘合剂层9被施加在前电极层8上。与粘合剂层9粘连地结合的是对太阳光透明的第二基板10，其例如以由具有低铁含量的特别白的玻璃制成的玻璃片的形式实现，其中同样可能使用相对于所执行的工艺步骤具有期望强度和惰性行为的其它电绝缘材料。第二基板10用做密封并且用做层结构3的机械保护。薄膜太阳能模块1可以经由第二基板10的前侧模块表面4吸收光，以便在两个电源连接器（+、-）上制造电压。通过串联布置的箭头在图1中描绘了所得到的电流路径1。

两个基板2、10经由粘合剂层9彼此固定结合（“层压”），其中粘合剂层9在此实现为例如热塑性粘合剂层，其可通过加热而塑性地再成型并且在其冷却期间将两个基板2、10彼此固定结合。粘合剂层9在此例如由PVB制成。两个基板2、10与嵌入在粘合剂层9中的太阳能电池11一起形成层压复合物12。

现在参考图2和3，其中，在每种情况下，在平面图中描绘了根据本发明的薄膜太阳能模块1的示例性实施例的示意性表示。两个薄膜太阳能模块1在每种情况下具有太阳能电池11的集成串联连接，如参考图1所描述的。

首先考虑图2：方形或典型地为矩形形状的薄膜太阳能模块1在平面图中是可辨别的。图2中描绘了第一至第三图案化线P1-P2-P3的紧接序列，它们与彼此平行并形成图案化区14，为了更简单的表示，在每种情况下作为仅单线。在每种情况下，图案化区14形成可对能量制造（energy production）没有贡献的光伏无活性死区15。如图2中所描绘的，在每个情况下，图案化区14被布置成平行于模块边缘，在此例如在x方向上，其也可以被称为薄膜太阳能模块1的宽度。于其垂直的y方向可被称为薄膜太阳能模块1的长度。图1中描绘的外围连接区段13 未在图2中详细示出。在每种情况下，两个连接区段13也形成可以对能量制造没有贡献的光伏无活性死区。

在每种情况下，位于相邻图案化区14的两侧上的是层结构3的层区域16，其在本发明的上下文中表示具有光伏活性区17的太阳能电池11。在薄膜太阳能模块1的内部区域中，每个层区域16布置在两个紧密相邻的图案化区14之间并且由此界定。在两个外围太阳能电池11的情况下，在每种情况下，层区域16被布置在图案化区14和相邻的连接器区段13之间并且由此界定。层区域16在相邻的图案化区14的完整的尺寸上在x方向上延伸。

如图2中所描绘，层结构3还包括垂直于图案化区14伸展的多个线性去涂层区域19。由于对线性去涂层区域19的细分，串联连接的太阳能电池11被细分成多个太阳能电池串22-1、22-2、22-3，其在每个情况下具有串联连接的太阳能电池11-1、11-2、11-3。图2以示例的方式描绘了限定三个太阳能电池串22-1、22-2、22-3的两个线性去涂层区域19。在本发明的上下文中，太阳能电池串的太阳能电池彼此相对地定位，在每种情况下，其中彼此相对地定位的两个太阳能电池紧密相邻去涂层区域19的两侧上的线性去涂层区域19并且属于形成太阳能电池的对的两个紧密相邻的太阳能电池串。在图2中，太阳能电池11-1、11-2彼此相对地定位并布置在上部线性去涂层区域19的两侧上，从而形成太阳能电池对。对于同样形成太阳能电池对的布置在下部线性去涂层区域19的两侧上并相对彼此定位的太阳能电池11-2、11-3来说同样也是成立的。在每种情况下，第一太阳能电池串的太阳能电池11-1包括后电极层区段或后电极5-1、吸收体层区段或吸收体6-1、以及前电极层区段或前电极8-1。对应地，第二太阳能电池串22-2的太阳能电池11-2在每种情况下包括后电极层区段或后电极5-2、吸收体层区段或吸收体6-2以及前电极层区段或前电极8-2；并且第二太阳能电池串22-3的太阳能电池11-3在每种情况下包括后电极层区段或后电极5-3、吸收体层区段或吸收体6-3以及前电极层区段或前电极8-3。

在各个情况下，去涂层区域19在层结构3之上在多个太阳能电池11之上连续延伸。每个线性去涂层区域19是光伏无活性的，并且由光学透明区18和电极区20以交替序列构成，换言之，光学透明区18位于两个电极区20之间和/或电极区20位于两个光学透明区18之间。

光学透明区18和电极区20的结构在图4和图5中图示。光学透明区18和电极区20的层序列在图5中呈现，图5是图4沿截面线A-A的横截面图。因此，为了实现薄膜太阳能模块1的所期望光学透明度，光学透明区18是无后电极层的，并且优选地也是无吸收体层的。如图5中所示，例如，在光学透明区18中，层结构3的所有层都被一路移除至基板2（即，后电极层5、吸收体层6、缓冲层7和前电极层8）。然而，也可能的是，不是在光学透明区18中移除层结构3的所有层，在任何情况下其中移除通常不透明的后电极层5。

如所示的，光学透明区18由边缘区21围绕，其中电极区20是彼此相对定位的边缘区21的两个区段。因此，电极区20和包含它们的边缘区21中的层序列是相同的。在电极区20或边缘区21中，移除了除后电极层区段5-4以外的所有层。

为了进一步描述，现在再次对图2做出参考。与图4和图5的实施例相比，在这些实施例中，光学透明区18不是完全地由边缘区21围绕，而是在每种情况下存在两个与光学透明区18毗邻的电极区20。电极区20在每种情况下是矩形的，并且在x方向上平行于图案化区14延伸，其中它们完全桥接线性去涂层区域19的尺寸，使得在每种情况下，彼此相邻的太阳能电池的对的两个紧密相邻的太阳能电池11-1和11-2或者11-2和11-3的后电极层区段5-1和5-2或者5-2和5-3通过电极区20的后电极层区段5-4区域地与彼此连接。因此，以垂直于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3的后电极5-1、5-2、5-3通过电极区10区域地与彼此连接。因此，以垂直于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3以串联连接与彼此直接电连接。当然，以垂直于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3的两个紧密相邻的后电极层区段5-1和5-2或者5-2和5-3在每种情况下也可以通过多个电极区20区域地与彼此接合。在图2中，线性去涂层区域19垂直于图案化区14来布置，其中同等可能的是，它们相对于图案化区14以不同于90°的角度倾斜布置。

光伏活性区17或太阳能电池11是不透明的，并且具有对可见光的小于5%的透射率。与此形成对比的是，线性去涂层区域19的光学透明区18具有对可见光的至少85%的透射率。所有光学透明区18的总面积与太阳能电池11的总面积的比率在5%至50%的范围内。因此，在薄膜太阳能模块1的总面积之上平均的半透明薄膜太阳能模块的光学透明度也在5%至50%的范围内，特别是20%。

光学透明区18沿线性去涂层区域19均匀分布在薄膜太阳能模块1上，通过所述均匀分布意味着可以获得非常平滑的整体视觉效果。借助于以垂直于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3的串联连接，可以实现介绍中提到的优点（例如，对阴影的低灵敏度、避免热点、层不均匀性的电势补偿）。

现在对图3做出参考，其中以平面图描述了根据本发明的薄膜太阳能模块1的另一个示例性实施例。为了避免不必要的重复，仅解释了相对于图2的示例性实施例的差异，否则，参考在那里的陈述。因此，在此光学透明区18在每种情况下具有已经结合图4和5描述的完全围绕光学透明区18的边缘区21。每个边缘区21包括彼此相对定位的两个电极区20，其中，除去涂层区域19的末端以外，一个电极区20属于两个紧密相邻的边缘区21。借助于边缘区21，可以有利地避免去涂层的地区的边缘上的短路电流路径。有利地，光学透明区18的总面积与边缘区21的总面积的比率大于1，优选大于10。

图6图示了根据本发明的用于制造薄膜太阳能模块1的示例性方法。

根据所述方法，在步骤I中，提供了具有在其上施加的层结构3的基板2，在所述层结构3中引入了用于形成串联连接的太阳能电池11的图案化区14。

在步骤II中，制造了线性去涂层区域19。在此，光学透明区18是通过使用激光束源的脉冲激光束将层结构3的所有层一路移除到基板2而制造的。为此目的，利用脉冲激光束照射层结构3，其中脉冲具有小于1纳秒的持续时间。优选地，层结构3通过透明基板2来照射；然而，从避开基板2的一侧直接照射层结构3也是可能的。备选地，光学透明区18可以通过机械材料移除来制造。此外，电极区20是通过利用脉冲激光束（其中脉冲具有小于1纳秒的持续时间）照射层结构3和/或通过机械材料移除来制造的。电极区20将以横向于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3的后电极层区段5-1、5-2、5-3区域地接合。光学透明区18和电极区20的制造不一定在时间上继承执行。相反，可以立即继承地制造一个光学透明区18和相邻电极区20。

在备选中，在步骤II中，在光学透明区18周围制造包括电极区20的边缘区21。边缘区21是通过利用脉冲激光束（其中脉冲具有小于1纳秒的持续时间）照射层结构3和/或通过机械材料移除来制造的。当在光学透明区18周围制造边缘区21时，还可能的是，通过利用脉冲激光束的照射来制造光学透明区18，所述脉冲激光束的脉冲具有至少1纳秒的持续时间。

本发明使一种对可见光半透明的薄膜太阳能模块可用，在所述薄膜太阳能模块中层结构由线性去涂层区域被细分成多个太阳能电池串，其中每个线性去涂层区域具有以交替序列的光学透明区和电极区。光学透明区可以以简单的方式以相对复杂的图案来布置。因此，可以以简单的方式实现将表面图案化成小部分的视觉上吸引人的划分。借助于以垂直于线性去涂层区域的行布置的太阳能电池的区域地连接的后电极，防止了由于高电流密度导致的局部阴影和局部过热的部位的问题。此外，由于连接的后电极层充当电势补偿表面，因此可以避免层不均匀性的不利影响。

如从以上描述显而易见的，本发明有利地实现了薄膜太阳能模块的技术上相对不复杂、高度通用且经济的制造，其中可以获得具有薄膜太阳能模块的相对高可见光透射率的相对大光学活性地区。

参考符号的列表

1 薄膜太阳能模块

2 第一基板

3 层结构

4 模块表面

5 后电极层

5-1、5-2、5-3、5-4 后电极层区段

6 吸收体层

6-1、6-2、6-3、6-4 后电极层区段

7 缓冲层

8 前电极层

8-1、8-2、8-3 前电极层区段

9 粘合剂层

10 第二基板

11、11-1、11-2-11-3 太阳能电池

12 复合物

13 连接区段

14 图案化区

15 死区

16 层区域

17 光伏活性区

18 光学透明区

19 去涂层区域

20 电极区

21 边缘区

22-1、22-2、22-3 太阳能电池串