(57)【要約】  本発明は、基板、並びに基板上に適用された層構造であって、背面電極層、前面電極層、及び背面電極層と前面電極層との間に配置された吸収体層を含む層構造を有する、薄膜ソーラーモジュールであって、  吸収体層が第一の導電型のドーピングを有し、かつ前面電極層が第二の導電型のドーピングを有し；直列接続した太陽電池が、パターニングゾーンによって層構造に形成されており；少なくとも一つのパターニングゾーンが、以下を有しており：  −少なくとも背面電極層を分割する第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）、  −少なくとも吸収体層を分割する第二のパターニングトレンチ（Ｐ２）、  −少なくとも前面電極層を分割する第三のパターニングトレンチ（Ｐ３）；第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）は、吸収体層の材料で充填されており；かつ少なくとも一つの絶縁トレンチが、第一のパターニングトレンチ内に実装されており、この絶縁トレンチは、第一の導電型の電荷担体に対して吸収体層よりも低い導電率を有する少なくとも一つの材料で充填されている；薄膜ソーラーモジュールに関する。
2021506138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（２）、並びに前記基板上に適用された層構造（３）であって、背面電極層（５）、前面電極層（８）、及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）を含む層構造を有する、薄膜ソーラーモジュール（１）であって、
前記吸収体層（６）が第一の導電型のドーピングを有し、かつ前記前面電極層（８）が第二の導電型のドーピングを有し、
直列に接続した太陽電池（１０）が、パターニングゾーン（９）によって前記層構造に形成されており、
少なくとも一つのパターニングゾーン（９）が、以下を有しており：
−  少なくとも前記背面電極層（５）を分割する第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）、
−  少なくとも前記吸収体層（６）を分割する第二のパターニングトレンチ（Ｐ２）、
−  少なくとも前記前面電極層（８）を分割する第三のパターニングトレンチ（Ｐ３）、
前記第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）は、前記吸収体層（６）の材料で充填されており、かつ
少なくとも一つの絶縁トレンチ（１３）が、前記第一のパターニングトレンチ内に実装されており、この絶縁トレンチは、前記第一の導電型の電荷担体に対して前記吸収体層（６）よりも低い導電率を有する少なくとも一つの材料で充填されている、
薄膜ソーラーモジュールに関する。
【請求項２】
バッファー層（７）が、前記吸収体層（６）と前記前面電極層（８）との間に配置されており、前記絶縁トレンチ（１３）が、前記バッファー層（７）の材料によって、少なくとも部分的に充填されている、請求項１に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。
【請求項３】
前記バッファー層（７）の材料が、硫化インジウム（ＩｎＳ）、ナトリウムをドープした硫化インジウム（ＩｎＳ：Ｎａ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、亜鉛オキソ硫化物（ＺｎＯＳ）、及び酸化亜鉛（ｉ−ＺｎＯ）からなる群から選択される一つ又は複数の化合物を有する、請求項２に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。
【請求項４】
前記絶縁トレンチ（１３）が、前記第二の電荷担体型のドーピングを有する材料によって少なくとも部分的に充填されている、請求項１に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。
【請求項５】
前記絶縁トレンチ（１３）が、前記前面電極（８）の材料、特に、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）によって充填されている、請求項４に記載の薄膜ソーラーモジュール（１）。
【請求項６】
前記絶縁トレンチ（１３）が、前記第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）を充填している前記吸収体層（６）の材料内に実装されており、少なくとも前記第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）内に形成された前記絶縁トレンチ（１３）の向かい合ったトレンチ壁（１６、１６’）が、前記吸収体層（６）の材料によって形成されている、請求項１〜５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７】
前記絶縁トレンチ（１３）が、前記第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）の縁（１５’）に配置されており、前記縁（１５’）が、前記第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）の向かい合った縁（１５）よりも、前記パターニングゾーン（９）の前記第二のパターニングトレンチ（Ｐ２）の近くに配置されている、請求項１〜５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８】
前記パターニングゾーン（９）の前記第一の、第二の、及び第三のパターニングトレンチ（Ｐ１〜Ｐ３）の連続する方向で測定した、前記絶縁トレンチ（１３）の寸法（Ｂ）の中心が、前記パターニングゾーン（９）の前記第一の、第二の、及び第三のパターニングトレンチ（Ｐ１〜Ｐ３）の連続する方向で測定した、前記第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）の寸法の中心に対して、前記第二のパターニングトレンチ（Ｐ２）の方向にオフセットしている、請求項１〜７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９】
前記絶縁トレンチ（１３）が、前記第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）の範囲内で前記吸収体層（６）の材料を完全に分割しているか、又は前記第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）の縁（１５’）から前記吸収体層（６）の材料を完全に分離している、請求項１〜８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１０】
前記絶縁トレンチ（１３）が、前記第一の、第二の、及び第三のパターニングトレンチ（Ｐ１〜Ｐ３）の連続する方向で測定される幅（Ｂ）を有しており、それによって、前記第一のパターニングトレンチにおける前記第一の導電型の電荷担体に対する電気抵抗が、絶縁トレンチのない前記パターニングトレンチにおける前記第一の導電型の電荷担体に対する電気抵抗の、少なくとも１．５倍、特に少なくとも２倍、特に１．５倍〜４倍である、請求項１〜９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】
前記絶縁トレンチ（１３）が、前記第一のパターンニングトレンチ（Ｐ１）の幅の少なくとも１０％、特に少なくとも２０％である、前記第一の、第二の、及び第三のパターニングトレンチ（Ｐ１〜Ｐ３）の連続する方向で測定される幅（Ｂ）を有している、請求項１〜９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１２】
以下の工程を含む、請求項１〜１１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：
−  基板（２）を提供すること、
−  背面電極層（５）、前面電極層（８）、及び前記背面電極層（５）と前面電極層（８）との間に配置した吸収体層（６）を有する層構造（３）を、前記基板（２）上のパターニングゾーン（９）によって直列に接続した太陽電池（１０）とともに製造すること、
ここで、前記吸収体層（６）が、第一の導電型のドーピングを有し、かつ前記前面電極層（８）が第二の導電型のドーピングを有し、
前記パターニングソーン（９）が、それぞれ、前記背面電極（５）を分割するための第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）を有し、この第一のパターニングトレンチを、前記吸収体層（６）の材料で充填し、
少なくとも一つの絶縁トレンチ（１３）を、少なくとも一つのパターニングゾーン（９）の背面電極層（５）を分割する第一のパターニングトレンチ（Ｐ１）内に実装し、かつ前記絶縁トレンチ（１３）を、前記第一の導電型の電荷担体に対して前記吸収体層（６）よりも低い導電率を有する材料で充填する。
【請求項１３】
前記絶縁トレンチ（１３）を、前記吸収体層（６）と、前記前面電極層（８）との間に配置されているバッファー層（７）の材料で充填する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記絶縁トレンチ（１３）を、前記前面電極層（８）の材料で充填する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記前面電極層（８）の堆積後に、前記絶縁トレンチ（１３）を作製し、かつ充填する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電エネルギー生成の技術領域にあり、かつ改善したシャント抵抗を有する薄膜ソーラーモジュール、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜ソーラーモジュールは、既に特許文献に数多く記載されている。単なる例示として、独国特許第４３２４３１８  Ｃ１号明細書及び欧州特許出願公開第２２０００９７  Ａ１号公報などの刊行物が挙げられる。薄膜ソーラーモジュールは、層の製造時に太陽電池を既に一体型に直列に接続できるという特別な利点を提供する。典型的には様々な層が、キャリア基板上に直接適用され、太陽電池のパターニングの後で、カバー層を提供され、その結果、耐候性の複合体が得られる。この層構造は、前面電極層、背面電極層、並びに光起電活性の吸収層を含んでおり、通常は追加の層も存在している。
【０００３】
技術的な処理属性及び効率の観点から、アモルファスシリコン、マイクロモルファスシリコン、若しくは多結晶シリコン、テルル化カドミウム、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、又は黄銅鉱化合物、特に、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の吸収体層を有する薄膜ソーラーモジュールが有利であることが判明している。太陽光のスペクトルによく適合しているバンドギャップのおかげで、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２をベースとする化合物によって特に高い吸収係数を達成することができる。
【０００４】
薄膜ソーラーモジュールの製造時に様々な欠陥が生じることがあり、これは、内部電力の損失を引き起こし、かつモジュールの定格出力と効率を低下させる。薄膜ソーラーモジュールの品質は、いわゆる「フィルファクター（曲線因子）」によって説明することができる。これは、ソーラーモジュールの最大出力を、短絡電流と開放電圧との積で割ることから計算される測定値である。フィルファクターが小さいほど、ソーラーモジュールの効率も小さくなり、そのため、可能な限り高いフィルファクターが望ましい。
【０００５】
電荷担体の上昇した再結合速度をもたらし、かつ望ましくない様式でソーラーモジュールのフィルファクターを低減する電気的短絡（シャント）は、性能を低減する欠陥の顕著な例である。シャントは、数多く生じている可能性がある。シャントは、しばしば、太陽電池の一体化した直列接続を形成する間の製造関連の欠陥に基づくものであり、ここでは、特に、太陽電池の直列接続のためのパターニングラインの製造時に、太陽電池の前面電極と背面電極との間で、不慮の電気的接触が起こる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
対照的に、本発明の目的は、先行技術において公知の薄膜ソーラーモジュール並びにその製造を有利に改善することにあり、それによって、この薄膜ソーラーモジュールの効率を増大させるようになっている。また、このモジュールは、一般的な方法でも、工業的に連続した製造において、経済的にかつ効率的に製造できるものであるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらのおよび他の目的は、独立請求項に記載したとおりの薄膜ソーラーモジュール並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、従属請求項の特徴によって示されている。
【０００８】
本発明によれば、薄膜ソーラーモジュールが示され、この薄膜ソーラーモジュールは、層構造を有する基板を含み、この基板の上に、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が適用されている。
【０００９】
「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伴う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、又は金属でできていてもよいが、金属合金でできているものであってもよく、かつそれぞれの層厚み及び特定の材料特性に応じて、剛性プレート又は可撓性フィルムとして設計することができる。
【００１０】
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に関する。同様に、本発明は、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に関する。
【００１１】
それ自体公知の形で、層構造は、背面電極層、前面電極層、及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。
【００１２】
層構造への光の通過を可能にしなければならないので、前面電極層は、任意に透明である。透明な前面電極層は、典型的にはドープした金属酸化物（ＴＣＯ＝透明な導電性酸化物）、例えば、ｎ−導電型の、特に、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）である。
【００１３】
光起電活性の吸収体層は、好ましくは、黄銅鉱化合物を含み、有利には、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）の群からのＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体を含む。上記の式中、インジウム及びガリウムは、単独でも、あるいは組み合わせても存在することができる。同じことは、硫黄及びセレンにも当てはまり、これらは、単独でも、あるいは組み合わせても存在することができる。吸収体の材料として特に適しているのは、ＣＩＳ（銅インジウムジセレニド／ジスルフィド）、又はＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムジセレニド、銅インジウムガリウムジスルフィド、銅インジウムガリウムジスルホセレニド）である。
【００１４】
ある一つの実施態様によれば、吸収体層は、第一の導電型（電荷担体型）のドーピングを有し、かつ前面電極は、相反する導電型（電荷担体型）のドーピングを有する。典型的には、吸収体層は、ｐ−導電型（ｐ−ドープ）、すなわち、電子の欠陥（ホール）が過剰であり、かつ前面電極は、ｎ−導電型（ｎ−ドープ）であって、それによって、自由電子が過剰に存在するようになっている。好ましくは、吸収体層は、ｐ−導電性黄銅鉱半導体を含むか、又はこれでできている。特に有利には、吸収体層は、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）の群からのｐ−導電性Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ半導体を含むか、又はこれでできている。
【００１５】
バッファー層を、典型的には、吸収体層と前面電極層との間に配置する。これは、特に、吸収体層がＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２をベースとするものであって、それと共に、ｐ−導電性Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２吸収体層と、ｎ−導電性前面電極との間にバッファー層を必要とする場合が当てはまる。現在認識されているところによれば、バッファー層は、吸収体と前面電極との間の電子的適合を可能にする。さらに、バッファー層は、前面電極を堆積する後続のプロセス工程でのスパッタリングによる損傷、例えばＤＣマグネトロンスパッタリングによる損傷に対する保護を提供する。
【００１６】
ｎ−導電性前面電極、バッファー層、及びｐ−導電性吸収体層が連続することによって、ｐ−ｎ−ヘテロ接合が形成され、言い換えれば、相反する導電型の複数の層間の接合が形成される。この結果、太陽電池において、それぞれ、空間電荷領域が構築され、その電場が、吸収体で光起電的に生成した電子ホール対（電子正孔対）の電子を前面電極へドリフトさせ、かつこのホールを背面電極へドリフトさせる。
【００１７】
薄膜ソーラーモジュールの層構造において、一体型に直列接続した太陽電池は、従来からパターニングゾーンによって実施されている。したがって、少なくとも背面電極層は、一般に「Ｐ１」と呼ばれる第一のパターニングトレンチによって、互いに分離した複数の区分に分割され、これらの区分が太陽電池の背面電極を形成する。第一のパターニングトレンチＰ１は、それぞれ、隣り合う背面電極の向かい合った縁によって少なくとも形成されており、つまり、Ｐ１は、隣り合う背面電極の間の領域として与えられる。また、少なくとも吸収体層は、一般に「Ｐ２」と呼ばれる第二のパターニングトレンチによって、互いに分離した複数の区分に分割され、これらの区分が太陽電池の吸収体層を形成する。第二のパターニングトレンチは、それぞれ、隣り合う吸収体層の向かい合った縁によって少なくとも形成されており、つまり、Ｐ２は、隣り合う吸収体層の間の領域として与えられる。さらに、少なくとも前面電極層は、一般に「Ｐ３」と呼ばれる第三のパターニングトレンチによって、互いに分離した複数の区分に分割され、これらの区分が太陽電池の前面電極を形成する。第三のパターニングトレンチＰ３は、それぞれ、隣り合う前面電極の向かい合った縁によって少なくとも形成されており、つまり、Ｐ３は、隣り合う前面電極の間の領域として与えられる。
【００１８】
隣り合う太陽電池は、第二のパターニングトレンチＰ２における導電性材料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電気的に接続されており、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している。パターニングトレンチは、Ｐ１−Ｐ２−Ｐ３の順で配置され、ここで、第一から第三のパターニングトレンチのＰ１−Ｐ２−Ｐ３という直接的な連続によって、本発明で意味するところのパターニングゾーンが形成される。
【００１９】
本発明の意味するところにおいて、「トレンチ」との用語は、層構造の材料が充填された、（平面基板に垂直な）細長いくぼみを指し、ここで、トレンチは、層構造の一つ又は複数の層に実施されている。「パターニングトレンチ」との用語は、一体型に直列接続した太陽電池をパターニングする役割を果たすトレンチであり、ここで、パターニングトレンチは、少なくとも一つの層を互いに分離した２つの層区分に完全に分割する。各パターニングトレンチは、２つの向かい合うトレンチ壁によって画定されており、各トレンチの少なくとも一つの区分は、分割された層の材料によって形成されている。各パターニングトレンチは、この少なくとも一つの分割された層の材料とは異なる材料によって充填されている。したがって、本発明による薄膜ソーラーモジュールでは、特に、背面電極層を太陽電池の複数の背面電極に分割するための第一のパターニングトレンチＰ１は、吸収体層の材料で充填されている。これは、吸収体層の堆積の間に、簡素な様式で行うことができる。
【００２０】
好ましくは、パターニングゾーンは、それぞれ線形であり、特に直線であり得る。それに応じて、パターニングトレンチは、パターニングラインの形態で好ましくは線形であり、特に、直線のパターニングラインである。パターニングゾーンでは、第一から第三のパターニングトレンチＰ１−Ｐ２−Ｐ３は、好ましくは互いに平行に配置され、例えば、矩形又は方形モジュールの縁部の一つに対して平行に延在している。特に、パターニングトレンチＰ１−Ｐ２−Ｐ３は、それぞれ、層構造の縁部に至るまでずっと延在することができる。パターニングトレンチＰ１−Ｐ２−Ｐ３の延在方向は、モジュール幅又は太陽電池幅として定義することができ、それに直交する方向は、モジュールの長さ又は太陽電池の長さとして定義することができる。
【００２１】
用語の一般的使用を踏まえて、「太陽電池」との用語は、前面電極、吸収体層、及び背面電極を有し、かつそれぞれ構造化トレンチＰ１−Ｐ２−Ｐ３からなる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画定される層構造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接隣り合う接続区分との間に位置する前面電極、吸収体、及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。
【００２２】
本発明によれば、少なくとも一つのパターニングソーンの、好ましくはすべてのパターニングゾーンの第一のパターニングトレンチＰ１の範囲内で、材料で充填された少なくとも一つのトレンチを実装し、容易に言及するために、以下ではこのトレンチを「絶縁トレンチ」と呼ぶ。絶縁トレンチは、吸収体層の材料とは異なる少なくとも一つの材料で完全に充填されており、容易に言及するために、以下ではこの材料を「絶縁トレンチ材料」と呼ぶ。絶縁トレンチを充填するこの少なくとも一つの材料が、第一の導電型の電荷担体（吸収体層の過剰な電荷担体）に対して吸収体層それ自体よりも大きい電気抵抗（すなわち、より低い導電性）を有することが必須である。吸収体層が、例えばｐ−導電型である場合は、絶縁トレンチ材料は、吸収体層の材料よりも、ホール（正孔）に対してより大きい電気抵抗を有する。絶縁トレンチ材料の導電性に関するこの必要条件は、絶縁トレンチ材料が、吸収体層の材料とは相反するドーピングを有する場合も含む。吸収体層がｐ−導電型ドーピングである場合について、絶縁トレンチ材料は、ｎ−導電型ドーピングを有することができ、ここで、ホールに対する導電率は、常に、ｐ−導電型の吸収体層の導電率よりも低い。
【００２３】
本発明者らが初めて認識したように、薄膜ソーラーモジュールのフィルファクターに関連するシャントは、モジュールの製造時の不良又は欠陥によってのみならず、一体化した直列接続の基本構造によっても引き起こされ得る。これは、特に、背面電極層を太陽電池の複数の背面電極に分割する第一のパターニングトレンチＰ１を吸収体層の材料で充填する場合である。したがって、例えば、吸収体としてしばしば使用されるｐ−ドープ黄銅鉱半導体は、確かに低いけれども、消失はしない、ホールに対する電気伝導性を有しており、それによって、永続的な電気的短絡（シャント）が、２つの直接隣り合う背面電極間に存在するようになっており、その結果、モジュールの効率は低減する。この問題を回避するために、ホールに対する電気的シャント抵抗を非常に高くするのに十分なほどに、第一のパターニングトレンチを幅広くして、この問題を無視できるようにすることが想定される。しかしながら、この取り組み方は、モジュールの任意に活性な領域を縮小させ、それによって、モジュールの効率が不利に低減することとなる。
【００２４】
本発明は、この問題の解決策への全く新しい取り組みに向けられており、ここで、少なくとも一つのパターニングゾーンの第一のパターニングトレンチＰ１内で、少なくとも一つの絶縁トレンチを実施し、この絶縁トレンチを、吸収体層の過剰な電荷担体（例えば、ホール）に対して吸収体層よりも低い導電率を有する少なくとも一つの材料で充填し、それによって、直接隣り合う背面電極間のホールの電気的短絡を抑制するか又は回避するようになっている。第一のパターニングトレンチＰ１のシャント抵抗は、絶縁トレンチ材料によって増加する。薄膜ソーラーモジュールの任意に活性な領域は、これによって悪影響を受けない。したがって、フィルファクター、ひいては本発明による薄膜ソーラーモジュールの効率を、有利に増加させることができる。
【００２５】
材料を充填した絶縁トレンチの少なくとも一つの区分を、そこにある吸収体層の材料層で第一のパターニングトレンチ内に形成する。好ましくは、絶縁トレンチは、線形（絶縁ライン）であり、特に直線であり、特に好ましくは、第一から第三のパターニングトレンチＰ１−Ｐ２−Ｐ３に平行に延在している。特に、絶縁トレンチは、層構造の縁までずっと延在することができる。絶縁トレンチは、好ましくは、ただし強制的にではないが、第一のパターニングトレンチの底まで延在する。好ましくは、絶縁トレンチは、吸収体層を完全に分離している。絶縁トレンチは、少なくとも第一のパターニングトレンチ内で材料を充填した凹部を構成する。
【００２６】
少なくとも一つのパターニングゾーンの第一のパターニングトレンチの、この少なくとも一つの絶縁トレンチは、第一のパターニングトレンチ内に実装されている。そのため、パターニングゾーンの第一の、第二の、及び第三のパターニングトレンチの連続する方向で、（第一のパターニングトレンチ内の）絶縁トレンチの「幅」と呼ばれる寸法は、同じ方向において測定される第一のパターニングトレンチの幅よりも小さい。
【００２７】
好ましくは、少なくとも一つのパターニングゾーンの第一のパターニングトレンチの絶縁トレンチは、絶縁トレンチ材料の第一の導電型の電荷担体に対する導電率に依存した最小の幅を有し、その結果として、第一の導電型の電荷担体に対する電気抵抗の十分な増加を達成すべきである。好ましくは、絶縁トレンチは、この目的のために、第一のパターニングトレンチにおける第一の導電型の電荷担体に対する電気的（シャント）抵抗が、絶縁トレンチのない第一のパターニングトレンチにおける第一の導電型の電荷担体に対する電気的（シャント）抵抗の、少なくとも１．５倍、少なくとも２倍、特に１．５倍から４倍となるような幅を有する。ここで考慮されているのは、第一のパターニングトレンチによって分離された２つの背面電極間の電気抵抗、すなわち、第一のパターニングトレンチの幅全体にわたる電気抵抗である。したがって、一般的に言って、薄膜ソーラーモジュールのフィルファクターの満足のいく増加を達成することができる。
【００２８】
好ましくは、少なくとも一つのパターニングゾーンの第一のパターニングトレンチの絶縁トレンチの幅は、第一のパターニングトレンチの幅の少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、又は少なくとも５０％であるが、１００％未満である。したがって、絶縁トレンチ材料とは独立して、第一の導電型の電荷担体に対する電気的（シャント）抵抗の著しい増加を、第一のパターニングトレンチで達成することができる。例えば、絶縁トレンチは、第一のパターニングトレンチの幅が４０μｍのときに、５μｍの最小幅を有し、かつ絶縁トレンチの幅は、好ましくは、５μｍから３０μｍまでの範囲にある。
【００２９】
本発明のある一つの実施態様によれば、少なくとも一つのパターニングゾーンの第一のパターニングトレンチの少なくとも一つの絶縁トレンチは、第一のパターニングトレンチを充填する第一の吸収体層内に完全に実装されている。これは、それらの間で絶縁トレンチの幅を測定する絶縁トレンチの互いに向き合った２つの壁が、吸収体層の材料から形成されているということを意味する。好ましくは、ただし強制的にではないが、第一のパターニングトレンチ内にある吸収体層の材料は、絶縁トレンチによって互いに分離した２つの区分に完全に分割されており、この場合、この絶縁トレンチは、第一のパターニングトレンチの底まで延在している。好ましくは、絶縁トレンチは、吸収体層を完全に分離する。すなわち、絶縁トレンチは、完全に吸収体層を通って延在し、ここで、吸収体層の領域にある絶縁トレンチの区分の向かい合ったトレンチの壁は、吸収体層の材料から形成されている。好ましくは、絶縁トレンチは、吸収体層全体を通って、第一のパターニングトレンチの底まで延在し、ここで、向かい合ったトレンチの壁は、吸収体層の材料のみから形成される。したがって、吸収体層の領域（面）において、吸収体層の材料は、絶縁トレンチと、同じパターニングゾーン（第一から第三のパターニングトレンチ、Ｐ１〜Ｐ３の連続したゾーン）の第二のパターニングトレンチとの間に存在する。
【００３０】
別の実施態様によれば、少なくとも一つのパターニングゾーンの第一のパターニングトレンチの絶縁トレンチは、背面電極によって形成される第一のパターニングトレンチの縁に配置され、ここで、この縁は、別の背面電極を形成する第一のパターニングトレンチの向かい合った縁よりも、このパターニングゾーンの第二のパターニングトレンチの近くに配置されている。好ましくは、ただし強制的にではないが、第一のパターニングトレンチの底までずっと絶縁トレンチが延在しながら、この絶縁トレンチによって、第一のパターニングトレンチ内にある吸収体層材料は、隣り合う背面電極から完全に分離されている。この場合に、絶縁トレンチのトレンチ壁は、吸収体層の材料及び背面電極から形成されている。好ましくは、絶縁トレンチは吸収体層を完全に分離し、すなわち、絶縁トレンチが、完全に吸収体層を通って延在し、ここで、吸収体層の領域（面）における絶縁トレンチの向かい合ったトレンチ壁は、吸収体層の材料によって形成されている。好ましくは、絶縁トレンチは、吸収体層全体を通って、第一のパターニングトレンチの底まで延在し、ここで、一方のトレンチ壁は、吸収体層の材料のみから形成されており、かつ他方のトレンチ壁（上記のトレンチ壁とは反対側にある、同じパターニングゾーンの第二のパターニングトレンチにより近い壁）は、背面電極（すなわち、絶縁トレンチが配置されている背面電極の縁）及び吸収体層の材料から形成されている。したがって、吸収体層の領域（面）において、吸収体層の材料が、絶縁トレンチと、同じパターニングゾーン（第一から第三のパターニングトレンチ、Ｐ１〜Ｐ３の連続したゾーン）の第二のパターニングトレンチとの間にある。
【００３１】
製造技術の観点から特に有利な実施態様では、パターニングゾーンの第一、第二、及び第三のパターニングトレンチの連続する方向で測定した絶縁トレンチの寸法の中心、言い換えれば、絶縁トレンチの幅の中心は、同様にパターニングゾーンの第一、第二、及び第三のパターニングトレンチの連続する方向で測定した第一のパターニングトレンチの寸法の中心、言い換えれば、第一のパターニングトレンチの幅の中心とは一致しない。この場合、絶縁トレンチの幅の中心は、同じパターニングゾーンの第二のパターニングトレンチの方向にオフセットしており、したがって、絶縁トレンチの幅の中心は、第一のパターニングトレンチのその半分の中に位置し、この半分というのは、第一のパターニングトレンチの他方の半分よりも、同じパターニングゾーンの第二のパターニングトレンチに対して、より近いところに配置している半分である。この手段を用いて、第一のパターニングトレンチに隣り合う背面電極の材料であって、第一のパターニングトレンチに隣り合う別の背面電極よりも、同じパターニングゾーンの第二のパターニングトレンチから遠くにある背面電極の材料と、絶縁トレンチの材料との不慮の接触を、確実にかつ安全に回避することができる。絶縁トレンチを充填する材料（例えば、前面電極の材料）によっては、接触した場合に、前面電極と背面電極との間で望ましくない短絡が生じるおそれがある。
【００３２】
基本的に、各々の第一のパターニングトレンチを吸収体層の堆積の前に形成し、各々の絶縁トレンチを吸収体層の堆積の後で形成する。したがって、絶縁トレンチを形成することによって、吸収体層の材料が除去される。
【００３３】
バッファー層は、典型的には、吸収体層と前面電極層との間に配置される。有利な実施態様では、少なくとも一つのパターニングゾーンの第一のパターニングトレンチの絶縁トレンチは、バッファー層の材料で充填されている。充填は、バッファー層の堆積時に簡単なやり方で行うことができるので、このことは、材料を充填した絶縁トレンチの特に簡単な製造を可能にする。吸収体と前面電極との間の電気的適合性を達成する目的のために、バッファー層の材料は、常に、第一の導電型の電荷担体に対して吸収体層それ自体よりも低い導電性を有しており、それによって、互いに直接隣り合う背面電極間で、第一のパターニングトレンチにおける第一の導電型の電荷担体の電気的短絡を防止するか又は少なくとも抑制するのにうまく適合するようになっている。この手段によって、第一の導電型の電荷担体に対する電気抵抗の良好な増加を、第一のパターニングトレンチ内で得ることができる。
【００３４】
好ましくは、バッファー層の材料は、硫化インジウム（ＩｎＳ）、ナトリウムをドープした硫化インジウム（ＩｎＳ：Ｎａ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、亜鉛オキソ硫化物（ＺｎＯＳ）、及びイントリンシックな（本来の）酸化亜鉛（ｉ−ＺｎＯ）からなる群から選択される一つ又は複数の化合物を含む。特に、バッファー層は、これらの材料の一つ又は複数からなるものとすることができる。
【００３５】
本発明の別の実施態様によれば、少なくとも一つのパターニングゾーンの、特にすべてのパターニングゾーンの、第一のパターニングトレンチの絶縁トレンチは、材料で充填されており、この材料は第二の導電型のドーピングを有しており、つまり、吸収体層の導電型とは相反する導電型にドープされている。ｐ−導電型の吸収体層のとき、絶縁トレンチはｎ型ドーピングを有する。好ましくは、絶縁トレンチは、この目的のためにｎ−導電型の前面電極層の材料で充填されており、この材用は、例えばアルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）である。また、この手段によって、第一の導電型の電荷担体に対する電気的（シャント）抵抗の良好な増加が、第一のパターニングトレンチ内で達成される。さらに、前面電極層の材料による第二のパターニングトレンチの充填と同時に、絶縁トレンチの充填を行うことができるので、このことはプロセス技術の優位性を提供する。
【００３６】
本発明は、さらに、上述したように実施される薄膜ソーラーモジュールを製造する方法にも及ぶ。
【００３７】
本発明の方法は、基板を提供すること、及びこの基板上に層構造を製造することを含み、ここで、この層構造は、パターニングゾーンによって直列接続した太陽電池とともに、背面電極層、前面電極層、及び背面電極層と前面電極層との間に配置した吸収体層を具備している。少なくとも一つの絶縁トレンチが、少なくとも一つのパターニングトレンチの、特に、すべてのパターニングトレンチの、背面電極層を分割している第一のパターニングトレンチ内に実装されており、かつこの絶縁トレンチが、第一の導電型の電荷担体に対して吸収体層よりも低い導電率を有する少なくとも一つの材料で充填されている。本発明によれば、吸収体層を作製する前に第一のパターニングゾーンを形成し、ここで、絶縁トレンチを、吸収体層を作製した後で作製する。
【００３８】
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、まず、層構造の製造のために平面の基板を提供し、かつ背面電極層をこの基板の片側に堆積する。背面電極層は、基板の片側に直接堆積することができる。あるいは、少なくとも一つの追加の層を、基板と背面電極層との間に置くこともできる。吸収体層をこの背面電極層の上に堆積する。背面電極層は、基板と吸収体層との間にある。吸収体層を背面電極の片側に直接堆積することができる。あるいは、少なくとも一つの追加の層を、背面電極層と吸収体層との間に置くこともできる。前面電極層をこの吸収体層の上に堆積する。吸収体層は、前面電極層と背面電極層との間にある。前面電極層を吸収体層の表面に直接堆積することができる。あるいは、少なくとも一つの追加の層を、前面電極層と吸収体層との間に置くこともできる。典型的には、少なくとも一つのバッファー層を、吸収体層と前面電極層との間に配置する。少なくとも背面電極層を第一のパターニングトレンチＰ１によってパターン化（分割）する。典型的には、ただし強制的にではないが、背面電極層のパターニングを吸収体層の堆積前に行う。少なくとも吸収体層を第二のパターニングトレンチＰ２によってパターン化（分割）する。典型的には、ただし強制的にではないが、吸収体層のパターニングを前面電極層の堆積前に行う。少なくとも前面電極層を第三のパターニングトレンチＰ３によってパターン化（分割）する。
【００３９】
本発明の方法による有利な実施態様では、少なくとも一つのパターニングゾーンの絶縁トレンチを、少なくとも部分的に、特に完全に、吸収体層と前面電極層との間に配置したバッファー層によって充填する。この場合に、吸収体層の製造後であり、かつバッファー層の堆積前に、第一のパターニングトレンチ内の材料に絶縁トレンチを導入する。絶縁トレンチの充填は、薄膜ソーラーモジュール製造の既存のプロセスに簡単な様式で統合することができ、ここで、有利には、絶縁トレンチの充填ための別個の工程は何ら必要ではない。
【００４０】
本発明の方法による別の実施態様では、少なくとも一つのパターニングゾーンの絶縁トレンチを、少なくとも部分的に、特に完全に、前面電極層の材料によって充填する。この場合、バッファー層の堆積後に、第一のパターニングトレンチ内の材料に絶縁トレンチを導入する。絶縁トレンチの充填は、薄膜ソーラーモジュール製造の既存のプロセスに簡単な様式で統合することができ、ここで、有利には、絶縁トレンチの充填ための別個の工程は何ら必要ではない。
【００４１】
本発明の方法による別の実施態様では、前面電極層の堆積後に絶縁トレンチを作製し、かつ絶縁トレンチ材料の導電性に関して必要な条件に合う材料で、絶縁トレンチを充填する。
【００４２】
本発明の方法の設計に応じて、第一のパターニングトレンチの上の吸収体層、バッファー層、又は前面電極層をパルス状レーザビームで照射することによって、絶縁トレンチを構築することができる。絶縁トレンチを構築するための、材料の選択的除去は、特に、以下のプロセスパラメータのうちの１つ又はそれを超えるものを改変することによって達成することができる：
−  レーザ出力、
−  層構造又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。
【００４３】
特に、層構造内に構築する穴の深さを、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、絶縁トレンチを精密に作製することができる。
【００４４】
あるいは、機械的な材料除去によって、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って、絶縁トレンチを作製することもできる。
【００４５】
本発明のさまざまな実施形態を、個別に又は任意の組合せで実現することができる。特に、以上及び以下で言及する特徴は、指示された組合せでのみならず、他の組合せで又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用いることができる。
【００４６】
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た縮尺でなく示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来技術の薄膜ソーラーモジュールの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２】本発明による薄膜ソーラーモジュールの実施形態に従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３】図２の薄膜ソーラーモジュールの変形の断面図である。
【図４】図２の薄膜ソーラーモジュールのさらなる変形の断面図である。
【図５】図２の実施形態に従った本発明による薄膜ソーラーモジュールの正規化シャント抵抗を示す測定図表である。
【図６】図３の実施形態に従った本発明による薄膜ソーラーモジュールの正規化シャント抵抗を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、全体として番号１として言及する従来技術の薄膜ソーラーモジュールを、断面図で概略的に例示したものである。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１０を含み、ここでは大幅に簡略化した形で２つの太陽電池１０のみが描かれている。むろん、一般的には、薄膜ソーラーモジュール１において、多数の太陽電池１０（例えばおおよそ１００〜１５０）が直列接続している。
【００４９】
薄膜ソーラーモジュール１は、ここでは、例えばサブストレート構造を有し、言い換えれば、このソーラーモジュールは、基板の上に適用された薄膜でできた層構造３を有する基板２を有し、ここで、この層構造３は基板２の入光側の基板表面（受光面）４に配置されている。基板２は、例えば、剛性ガラスプレートとして実装される一方で、実行するプロセスプロセスステップとの関係において所望される安定性及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。
【００５０】
層構造３は基板表面４に配置されており、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）によって基板２の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の範囲内の層厚を有する。
【００５１】
割り当てられる日光を可能な限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の吸収体層６を、背面電極層５の上に適用する。吸収体層６は、ここでは、例えば、ｐ−導電型黄銅鉱化合物半導体、例えばＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２の群の化合物で、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。上記式において、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）は、代替的に又は組合せた形で存在することができる。同じことは、硫黄（Ｓ）及びセレン（Ｓｅ）にも当てはまり、これらは、代替的に又は組合せた形で存在することができる。
【００５２】
吸収体層６は、例えば、１μｍから５μｍまでの範囲内にあり、特に、おおよそ２μｍである層厚さを有する。吸収体層６の製造のためには、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、これらの層を、典型的にはＳ及び／又は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。
【００５３】
バッファー層７を吸収体層６の上に堆積し、このバッファー層は、ここでは、例えば、図１には詳細に描かれていないナトリウムをドープした硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３：Ｎａ）の単一層と（ドープされていない）イントリンシックな（本来の）酸化亜鉛（ｉ−ＺｎＯ）の単一層とから構成されている。
【００５４】
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ー層７の上に適用する。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過性であり（「ウィンドウ電極」）、それによって、入射日光はほんのわず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−導電型アルミニウム（Ａｌ）−ドープ酸化亜鉛（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の層厚は、例えばおおよそ５００ｎｍである。前面電極層８、バッファー層７、及び吸収体層６が一緒になって、ヘテロ接合（ｐ−ｎ接合）を形成する。バッファー層７は、吸収体層６と前面電極層８との間の電子適合性をもたらす。
【００５５】
層構造３は、様々なパターニングトレンチを有しており、それによって、直列接続した太陽電池１０を形成する。パターニングは、適切なパターニング技術、例えば、レーザリソグラフィ及び／又は機械的除去などの技術を用いて行うことができる。したがって、背面電極層５は、第一のパターニングトレンチＰ１によって、互いに分離した複数の背面電極層区分に分割され、これらの区分が、太陽電池１０の背面電極５−１、５−２、５−３を形成する。吸収体層６は、第二のパターニングトレンチＰ２によって、互いに分離した複数の吸収体層区分に分割され、これらの区分が、それぞれ、太陽電池１０の光起電活性領域又は吸収体６−１、６−２、６−３を形成する。第二のパターニングトレンチＰ２はまた、バッファー層７を互いに分離した複数のバッファー層区分に分割し、これらの区分が、太陽電池１０のバッファー７−１、７−２、７−３を形成する。前面電極層８は、第三のパターニングトレンチＰ３によって、複数の前面電極層区分に分割され、これらが、太陽電池１０の前面電極８−１、８−２を形成する。第三のパターニングトレンチＰ３は、ここでは、例えば、背面電極層５までずっと延在している。第一、第二、及び第三のパターニングトレンチＰ１−Ｐ２−Ｐ３の各々の直接的な連続が、パターニングゾーン９を形成する。単一の太陽電池１０は、２つの隣り合うパターニングゾーン９によって画定される。
【００５６】
平面の基板２に垂直な方向で、第二のパターニングトレンチＰ２は、同じパターニングゾーン９の第一のパターニングトレンチＰ１と、（部分的に）一直線には並んでおらず、それゆえ、下記（ｉ）及び（ｉｉ）の両者のようになっている：
（ｉ）  吸収体層６の材料が、（平面の基板２に対して垂直に見たときに）第一のパターニングトレンチＰ１と同一平面にある吸収体層の領域と、第二のパターニングトレンチＰ２との間にあり、かつ
（ｉｉ）  背面電極５−２の材料が、第一のパターニングトレンチＰ１の領域と、（平面の基板２に対して垂直に見たときに）第二のパターニングトレンチＰ２と同一平面にある背面電極５−２の領域との間にある。
【００５７】
第一のパターニングトレンチＰ１は、隣り合う背面電極５−１、５−２から形成されるパターニングトレンチ壁１６、１６’によって範囲を定められ、ここで、この２つのパターニングトレンチ壁１６、１６’の間の領域は、吸収体層６のパターニングトレンチ材料１７で充填されている。パターニングトレンチ材料１７は、吸収体層６の基板側の区分である。第二のパターニングトレンチＰ２は、前面電極層８のパターニングトレンチ材料１７’で充填されており、それによって、パターニングトレンチ材料１７’を経由して前面電極８−１が背面電極５−２と直接的に接触しながら、太陽電池１０の前面電極８−１が、隣り合う太陽電池１０の背面電極５−２に導電的に接続するようになっている。パターニングトレンチ材料１７’は、前面電極層８の基板側の区分である。この手段によって、太陽電池１０は、一体化した形態で直列に接続する。第三のパターニングトレンチＰ３は、接着剤層のパターニングトレンチ材料１７”で充填されており、この接着剤層は、環境の影響に対する保護のために、被覆された基板２をカバー層（例えばガラスプレート）に結合する役割を果たす。このことは図１には示されておらず、本発明の理解のためには関連性はない。
【００５８】
太陽放射によって、電子ホール対（電子正孔対）が、太陽電池１０の光起電的に活性な吸収体６−１、６−２、６−３に発生する。ｐ−導電性の吸収体層６及びｎ−導電性の前面電極層８において、空間電荷領域が形成され、その電場が、光起電的に発生した電子を前面電極８−１、８−２へドリフトさせ、かつホール（正孔）を背面電極５−１、５−２、５−３へドリフトさせる。その結果として生じる電流路１１を、図１に概略的に示す。
【００５９】
第一のパターニングトレンチＰ１にある吸収体層６のパターニング材料１７は、背面電極５−１、５−２、５−３に流れるホールに対して短絡路（シャントパス）１２を形成する。この理由は、第一のパターニングトレンチＰ１のパターニング材料１７の、ホールに対する導電性が無視できないものであることにある。短絡路１２を図１に破線矢印で概略的に示してある。背面電極５−１に流れるホールは、この短絡路１２を介して隣り合う背面電極５−２へと伝導することができる。本発明者らが気付いたように、薄膜ソーラーモジュール１のフィルファクター（曲線因子）は、この永続的な短絡路１２によって、不利に低減する。
【００６０】
次に、図２を参照すると、ここでは、本発明による薄膜ソーラーモジュール１が示されている。不必要な繰り返しを避けるために、図１に対する相違点のみを説明し、それ以外は図１での説明を参照するものとする。したがって、材料で充填した絶縁トレンチ１３が、第一のパターニングトレンチＰ１の領域で層構造３に形成されている。絶縁トレンチ１３が、吸収体層６の全体を通って第一のパターニングトレンチＰ１の底まで延在しながら、第一のパターニングトレンチＰ１の吸収体層６の全体及びパターニングトレンチ材料１７に、絶縁トレンチ１３を形成する。絶縁トレンチ１３は、向かい合う絶縁トレンチ壁１６、１６’を有し、これらの壁は、絶縁トレンチ１３全体にわたって延在する吸収体層６の材料のみから形成されている。
【００６１】
吸収体層６の作製後であり、かつバッファー層７の堆積前に、絶縁トレンチ１３を製造した。絶縁トレンチ１３は、吸収体層６を完全に通って、第一のパターニングトレンチＰ１の底まで、すなわち、背面電極層５に隣接する基板２の表面まで延在している。絶縁トレンチ１３全体にわたって延在する絶縁トレンチ壁１６、１６’は、吸収体層６の材料のみから形成されている（すなわち、第一のパターニングトレンチＰ１内の絶縁トレンチ１３の区分において、かつ吸収体層６内の絶縁トレンチ１３の区分において、吸収体層６の材料のみから形成されている）。
【００６２】
バッファー層７の堆積によって、絶縁トレンチ１３は、バッファー層７の絶縁トレンチ材料１８によって部分的に充填され、ここで、プロセス関連の理由から、残留トレンチ１４が残存し、この残留トレンチは、前面電極層８の堆積の間に、前面電極８の絶縁トレンチ材料１８’で充填された。図２に示したように、絶縁トレンチ１３は、前面電極層８の堆積後に、バッファー層７の絶縁トレンチ材料１８及び前面電極層８の絶縁トレンチ材料１８’によって、完全に充填されている。
【００６３】
絶縁トレンチ１３は、第一のパターニングトレンチＰ１内に中心位置を有し、ここで、絶縁トレンチ壁１６、１６’間の絶縁トレンチ１３の測定可能な幅は、パターニングトレンチ壁１５、１５’間の第一のパターニングトレンチＰ１の測定可能な幅のおよそ３分の１に相当している。
【００６４】
絶縁トレンチ１３は、バッファー層７の材料で部分的に充填されており、かつｎ−導電型の前面電極層８の材料で部分的に充填されている。バッファー層７の材料及び前面電極層８の材料は両方とも、ホールに対して比較的高い電気抵抗を有する。その結果、図１に概略的に示した短絡路１２に相当する、第一のパターニングトレンチＰ１の隣り合う背面電極５−１、５−２間のホールの電気的短絡を非常によく抑止することができ、フィルファクターを向上させ、ひいては薄膜ソーラーモジュール１の効率を向上させることができる。
【００６５】
図２では、絶縁トレンチ１３は、第一のパターニングトレンチＰ１内に中心位置を有し、ここで、第二のパターニングトレンチＰ２の方向に絶縁トレンチ１３をオフセットすることが有利となり得るものであり、それによって、絶縁トレンチ１３の中心が、第二のパターニングトレンチＰ２により近い第一のパターニングトレンチＰ１の半分の範囲内にあるようになっている。この方向にある程度まで絶縁トレンチ１３をオフセットし、背面電極５−２が絶縁トレンチ壁１６’を形成するようにすることも想定することができる（図４を参照されたい）。この実施形態は、絶縁トレンチ材料１８と、反対側にある背面電極５−１との接触を確実にかつ安全に防止するので、特に絶縁トレンチ１３が比較的幅広いときに、プロセス技術の観点から利点を有する。
【００６６】
図３は、本発明による薄膜ソーラーモジュール１の別の実施形態を示す。ここでも、図１及び２に対する相違点のみを記載し、それ以外はこれらの図での説明を参照するものとする。
【００６７】
この実施形態では、絶縁トレンチ１３をバッファー層７の堆積後に作製し、かつ前面電極層８の絶縁トレンチ材料１８’で完全に充填した。絶縁トレンチ１３は、バッファー層７、吸収体層６において実施されており、かつ、第一のパターニングトレンチＰ１のパターニングトレンチ材料１７において、この絶縁トレンチが、第一のパターニングトレンチＰ１の底まで延在している。絶縁トレンチ１３は、向かい合った絶縁トレンチ壁１６、１６’を有しており、これらの壁は、バッファー層７の材料と、吸収体層６の材料とから形成されている。
【００６８】
また、絶縁トレンチ材料１８’で充填された絶縁トレンチ１３によって、図１に概略的に示した短絡路１２に相当する、第一のパターニングトレンチＰ１の隣り合う背面電極５−１、５−２間のホールの電気的短絡を非常によく抑止することができ、フィルファクターを向上させ、ひいては薄膜ソーラーモジュール１の効率を向上させることができる。
【００６９】
図４は、本発明による薄膜ソーラーモジュール１の別の実施形態を示す。ここでも、図３に対する相違点のみを記載し、それ以外は図３での説明を参照するものとする。
【００７０】
この実施形態では、絶縁トレンチ１３を、吸収体層６を完全に通って第一のパターニングトレンチＰ１の底まで延在するように作製した。絶縁トレンチ１３は、背面電極５−２に隣接して位置しており、かつ向かい合った絶縁トレンチ壁１６、１６’を有している。したがって、絶縁トレンチ壁１６’の区分は、トレンチ壁１５’と同一である。第二のパターニングトレンチＰ２からより一層離れている一方の絶縁トレンチ壁１６は、吸収体層６の材料のみから形成されている。第二のパターニングトレンチＰ２により近い他方の絶縁トレンチ壁１６’は、背面電極５−２と、吸収体層６の材料とから形成されている。したがって、吸収体層６の面（高さ）において、絶縁トレンチ１３と第二のパターニングトレンチＰ２との間に、吸収体層６の材料がある。
【００７１】
また、絶縁トレンチ材料１８’で充填された絶縁トレンチ１３によって、図１に概略的に示した短絡路１２に相当する、第一のパターニングトレンチＰ１の隣り合う背面電極５−１、５−２間のホールの電気的短絡を非常によく抑止することができ、フィルファクターを向上させ、ひいては薄膜ソーラーモジュール１の効率を向上させることができる。
【００７２】
図５は、本発明による薄膜ソーラーモジュール（番号１）の正規化した電気的シャント抵抗（Ｒ）をプロットした測定図表を示しており、図２に従って、絶縁トレンチ１３を、バッファー層７の絶縁トレンチ材料１８及び前面電極層８の絶縁トレンチ材料１８’で充填した本発明による薄膜ソーラーモジュールと、絶縁トレンチのない比較の参照モジュール（番号２）とのシャント抵抗が与えられている。測定値の正規化を、参照モジュール（番号２）に対するシャント抵抗に基づいて行った。したがって、第一のパターニングトレンチＰ１内の絶縁トレンチ１３によって、少なくとも２．２５倍のシャント抵抗（Ｒ）の相対的な増加を達成することができた。本発明による薄膜ソーラーモジュールのシャント抵抗の測定値は、参照モジュールの比較値の２．２５倍から３．６倍の範囲内にあった。
【００７３】
図６は、本発明による薄膜ソーラーモジュール（番号１）の正規化した電気的シャント抵抗（Ｒ）をプロットした別の測定図表を示しており、図３に従って、絶縁トレンチ１３を、前面電極層８の絶縁トレンチ材料１８’で充填した本発明による薄膜ソーラーモジュールと、絶縁トレンチのない比較の参照モジュール（番号２）とのシャント抵抗が与えられている。測定値の正規化を、参照モジュール（番号２）に対するシャント抵抗に基づいて行った。したがって、第一のパターニングトレンチＰ１内の絶縁トレンチ１３によって、少なくとも１．７５倍のシャント抵抗（Ｒ）の相対的な増加を達成することができた。本発明による薄膜ソーラーモジュールのシャント抵抗の測定値は、参照モジュールの比較値の１．７５倍から２．５倍の範囲内にあった。
【００７４】
本発明は、薄膜ソーラーモジュールを提供し、この薄膜ソーラーモジュールは、吸収体層の材料で充填された第一のパターニングトレンチ内の絶縁トレンチを用いて、有利に、吸収体層の過剰な電荷担体に対する導電率の低下又は電気抵抗（シャント抵抗）の増加を達成する。増加したシャント抵抗と、それによって低下したシャント電流とに起因して、フィルファクター（曲線因子）、ひいては薄膜ソーラーモジュールの効率を著しく向上させることができる。前述した説明から明らかなように、簡単にかつ経済的な様式で、絶縁トレンチの製造を従来からの薄膜ソーラーモジュールの製造プロセスに統合することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１    薄膜ソーラーモジュール
２    基板
３    層構造
４    基板表面
５    背面電極層
５−１、５−２、５−３    背面電極
６    吸収体層
６−１、６−２、６−３    吸収体
７    バッファー層
７−１、７−２、７−３    バッファー
８    前面電極層
８−１、８−２    前面電極
９    パターニングゾーン
１０    太陽電池
１１    電流路
１２    短絡路（シャントパス）
１３    絶縁トレンチ
１４    残留トレンチ
１５、１５’    パターニングトレンチ壁
１６、１６’    絶縁トレンチ壁
１７、１７’、１７”    パターニングトレンチ材料
１８、１８’    絶縁トレンチ材料
【図１】
2021506138.tif 000003
【図２】
2021506138.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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