(57)【要約】  本発明は、光起電力による薄膜ソーラモジュール、特にカルコパイライト型又はケステライト型半導体吸収層を含む薄膜ソーラモジュールに関する。ガラス基板２上に背面電極層４、導電性バリア層６、オーミックコンタクト層８、半導体吸収層１０、緩衝層１２，１４、前面電極層２２が設けられている。本発明による製造方法によれば、薄膜ソーラモジュールの層４，６，６，１０，１２，１４，２２がすべて被着されてからはじめて、分離トレンチ１６，２０，２４が形成されることによって、モジュール内の各薄膜太陽電池の直列接続が達成される。分離トレンチ１６には絶縁材料が充填される。さらに１つの太陽電池の前面電極２２を隣り合う太陽電池の背面電極４，６，８と電気的に直列に接続するために、分離トレンチ２０に高導電性材料が充填され、導電性ブリッジ２８が形成される。本発明による方法によれば、太陽電池及びモジュールのフォーマットデザインを大量生産であっても幅広く変更可能であり、半導体吸収層の被着による分離トレンチにおける侵食を回避することができる。
2015513230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力による薄膜ソーラモジュールであって、該薄膜ソーラモジュールは以下の構成を含み、特に次の順序で含み、即ち、
少なくとも１つの基板層と、
少なくとも１つの、特に前記基板層とじかに当接する、背面電極層と、
少なくとも１つの、特に前記背面電極層及び／又は前記基板層とじかに当接する、導電性のバリア層と、
少なくとも１つの、特に前記バリア層とじかに当接する、コンタクト層特にオーミックコンタクト層と、
少なくとも１つの、特に前記コンタクト層とじかに当接する、半導体吸収層特にカルコパイライト型半導体吸収層又はケステライト型半導体吸収層と、
場合によっては少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層とじかに当接する、第１の緩衝層を有しており、該第１の緩衝層は、ＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層を含み、又は実質的にＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層から成り、特にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3を含み、又は実質的にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3から成り、及び／又は、
場合によっては少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層又は前記第１の緩衝層とじかに当接する、第２の緩衝層を有しており、該第２の緩衝層は、真性の酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛を含み、及び実質的に真性の酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛から成り、さらに、
少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層、前記第１の緩衝層、及び／又は前記第２の緩衝層とじかに当接する、透過性の前面電極層を有しており、該前面電極層は特に、ｎドーピングされた酸化亜鉛を含み、又は実質的にｎドーピングされた酸化亜鉛から成る、
光起電力による薄膜ソーラモジュールにおいて、
間隔をおいて配置され、少なくとも１つの絶縁材料で充填された複数の第１の構造分離トレンチが設けられており、該第１の構造分離トレンチは、隣り合う太陽電池を前記基板層まで互いに分離し、
間隔をおいて配置され、少なくとも１つの導電性材料で充填された、又は少なくとも１つの導電性材料が設けられた、複数の第２の構造分離トレンチが設けられており、該第２の構造分離トレンチは、前記コンタクト層まで、又は前記背面電極層まで、又は前記バリア層まで、特に前記バリア層まで、延在しており、該第２の構造分離トレンチは、充填された第１の構造分離トレンチとそれぞれ隣り合って配置されており、
間隔をおいて配置された複数の第３の構造分離トレンチが設けられており、該第３の構造分離トレンチは、前記コンタクト層まで、又は前記背面電極層まで、又は前記バリア層まで、特に前記バリア層まで、延在しており、前記第３の構造分離トレンチは、前記第２の構造分離トレンチが隣り合う前記第１の構造分離トレンチの側とは反対側で、それぞれ前記第２の構造分離トレンチと隣り合って配置されており、
少なくとも１つの導電性のブリッジが設けられており、該導電性のブリッジは、導電性材料で充填された又は該導電性材料が設けられた前記第２の構造分離トレンチから、絶縁材料で充填された隣り合う前記第１の構造分離トレンチの上を越えて、該第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前記前面電極層に至る
ことを特徴とする、
光起電力による薄膜ソーラモジュール。
【請求項２】
光起電力による薄膜ソーラモジュールであって、該薄膜ソーラモジュールは以下の構成を含み、特に次の順序で含み、即ち、
少なくとも１つの基板層と、
少なくとも１つの、特に前記基板層とじかに当接する、背面電極層と、
少なくとも１つの、特に前記背面電極層及び／又は前記基板層とじかに当接する、導電性のバリア層と、
少なくとも１つの、特に前記バリア層とじかに当接する、コンタクト層特にオーミックコンタクト層と、
少なくとも１つの、特に前記コンタクト層とじかに当接する、半導体吸収層特にカルコパイライト型半導体吸収層又はケステライト型半導体吸収層と、
場合によっては少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層とじかに当接する、第１の緩衝層を有しており、該第１の緩衝層は、ＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層を含み、又は実質的にＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層から成り、特にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3を含み、又は実質的にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3から成り、及び／又は、
場合によっては少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層又は前記第１の緩衝層とじかに当接する、第２の緩衝層を有しており、該第２の緩衝層は、真性の酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛を含み、及び実質的に真性の酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛から成り、さらに、
少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層、前記第１の緩衝層、及び／又は前記第２の緩衝層とじかに当接する、透過性の前面電極層を有しており、該前面電極層は特に、ｎドーピングされた酸化亜鉛を含み、又は実質的にｎドーピングされた酸化亜鉛から成る、
光起電力による薄膜ソーラモジュールにおいて、
間隔をおいて配置され、少なくとも１つの絶縁材料で充填された複数の第１の構造分離トレンチが設けられており、該第１の構造分離トレンチは、隣り合う太陽電池を前記基板層まで互いに分離し、
間隔をおいて配置された複数の第４の構造分離トレンチが設けられており、該第４の構造分離トレンチは、前記コンタクト層まで、又は前記背面電極層まで、又は前記バリア層まで、特に前記バリア層まで、延在しており、充填された前記第１の構造分離トレンチとそれぞれ隣り合って配置されており、該第４の構造分離トレンチは、第１の容積領域及び該第１の容積領域と隣り合う第２の容積領域を含んでおり、前記第１の容積領域は、前記バリア層から前記前面電極層まで、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う分離トレンチ壁に沿って延在しており、該第１の容積領域は、少なくとも１つの導電性材料で充填されており、又は該第１容積領域には、少なくとも１つの導電性材料が設けられており、前記第２の容積領域は、前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層まで、延在しており、
少なくとも１つの導電性のブリッジが設けられており、該導電性のブリッジは、導電性材料で充填された又は該導電性材料が設けられた前記第４の構造分離トレンチの前記第１の容積領域から、絶縁材料で充填された隣り合う前記第１の構造分離トレンチの上を越えて、該第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前記前面電極層に至る
ことを特徴とする、
光起電力による薄膜ソーラモジュール。
【請求項３】
前記半導体吸収層は、第四級IB-IIIA-VIAカルコパイライト構造層特にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層、第五級IB-IIIA-VIAカルコパイライト構造層特にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ1-x，Ｓx）2層、又はケステライト構造層特にＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓｅx，Ｓ1-x）4層、例えばＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓｅ）4層又はＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓ）4層を成し、又は含み、ただしｘは０から１までの値をとる、
請求項１又は２記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項４】
前記基板は、ガラス基板、プラスチック層、又は金属プレートであり、例えば、０．５ｍよりも広い幅特に２．０ｍよりも広い幅と、１．２ｍよりも長い長さ特に３．０ｍよりも長い長さを有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項５】
前記背面電極層は、Ｖ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ及び／又はＷを含み、又は実質的にＶ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ及び／又はＷから成り、及び／又は、Ｖ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ及び／又はＷを含有する合金を含む、又は実質的に該合金から成る、
請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項６】
前記バリア層は、前記背面電極層から、及び／又は前記背面電極層を介して、マイグレーションにより移動する、特に拡散するもしくは拡散可能な成分のためのバリアであり、及び／又は、前記コンタクト層から、及び／又は前記コンタクト層を介して、マイグレーションにより移動する、特に拡散するもしくは拡散可能な成分のためのバリアであり、特に双方向のバリア層である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項７】
前記バリア層は、アルカリイオン特にナトリウムイオン、又はアルカリイオンを含む化合物、セレン又はセレン化合物、硫黄又は硫黄化合物及び／又は金属、特にＣｕ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ａｌ及び／又はＷのためのバリアである、
請求項１から６のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項８】
前記バリア層は、以下の物質を含む、又は実質的に以下の物質から成る、即ち、少なくとも１つの金属窒化物特にＴｉＮ，ＭｏＮ，ＴａＮ，ＺｒＮ及び／又はＷＮ、少なくとも１つの金属炭化物、少なくとも１つの金属ホウ化物、及び／又は少なくとも１つの金属ケイ素窒化物特にＴｉＳｉＮ，ＴａＳｉＮ及び／又はＷＳｉＮ、
請求項１から７のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項９】
前記コンタクト層は、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ及び／又はＣｏ特にＭｏ及び／又はＷを含み、又は実質的にＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ及び／又はＣｏ特にＭｏ及び／又はＷから成り、及び／又は、少なくとも１つの金属カルコゲナイドを含み、又は実質的に少なくとも１つの金属カルコゲナイドから成り、及び／又は、
前記コンタクト層は、前記バリア層と隣接する少なくとも１つの第１の層と、前記バリア層とは隣接しない少なくとも１つの第２の層とを含み、前記第１の層は、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ及び／又はＣｏ特にＭｏ及び／又はＷを含み、又は実質的にＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ及び／又はＣｏ特にＭｏ及び／又はＷから成り、前記第２の層は、少なくとも１つの金属カルコゲナイドを含み、又は実質的に少なくとも１つの金属カルコゲナイドから成る、
請求項１から８のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１０】
前記コンタクト層の金属カルコゲナイドの金属は、又は前記コンタクト層における第２の層の金属カルコゲナイドの金属は、モリブデン、タングステン、タンタル、ジルコニウム、コバルト、及び／又はニオブから選択され、
前記金属カルコゲナイドのカルコゲンは、セレン及び／又は硫黄から選択され、
前記金属カルコゲナイドは、特にＭＳｅ2，ＭＳ2及び／又はＭ（Ｓｅ1-x，Ｓx）2であり、ただしＭ＝Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｃｏ又はＮｂであり、ｘは０から１の値をとる、
請求項９に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１１】
前記コンタクト層における前記第１の層の金属と前記第２の層の金属とは同一であり、及び／又は、
前記コンタクト層における前記第１の層の金属及び／又は前記第２の層の金属は、前記背面電極層の金属と同一であり、及び／又は、
前記コンタクト層の金属は、前記背面電極層の金属と同一である、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１２】
前記半導体吸収層は、
少なくとも１つのドーパントを含み、特にナトリウム、カリウム及びリチウムのグループから選択された少なくとも１つの元素を含み、及び／又は、
前記元素の少なくとも１つの化合物を含み、有利には酸素、セレン、硫黄、ホウ素、及び／又はハロゲン例えばヨウ素又はフッ素との化合物を含み、及び／又は、
少なくとも１つのアルカリ金属ブロンズ、特にナトリウムブロンズ及び／又はカリウムブロンズ、有利にはモリブデン、タングステン、タンタル、及び／又はニオブから選択された金属を含むアルカリ金属ブロンズを含む、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１３】
前記コンタクト層及び／又は半導体吸収層におけるドーパント特にナトリウムイオンは、１０13〜１０17原子／ｃｍ2の範囲のドーズ量で存在し、特に１０14〜１０16原子／ｃｍ2のドーズ量で存在する、
請求項１２に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１４】
前記背面電極層の平均的な厚さは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあり、特に８０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲にあり、及び／又は、
前記バリア層の平均的な厚さは、１０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲にあり、特に２０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲にあり、及び／又は、
前記コンタクト層の平均的な厚さは、２ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあり、特に５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあり、及び／又は、
前記半導体吸収層の平均的な厚さは、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲にあり、特に５００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲にあり、有利には８００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲にあり、及び／又は、
前記第１の緩衝層の平均的な厚さは、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあり、特に１０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲にあり、及び／又は、
前記第２の緩衝層の平均的な厚さは、１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲にあり、特に２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にある、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１５】
前記背面電極層は、モリブデン及び／又はタングステン特にモリブデンを含み、又は実質的にモリブデン及び／又はタングステン特にモリブデンから成り、
前記導電性のバリア層はＴｉＮを含み、又は実質的にＴｉＮから成り、
前記コンタクト層はＭｏＳｅ2を含み、又は実質的にＭｏＳｅ2から成る、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１６】
前記第１、第２、第３、及び／又は第４の構造分離トレンチは、少なくとも部分的に、特に全体的に、５０μｍを超えない平均的な幅を有しており、特に３０μｍを超えない、有利には１５μｍを超えない平均的な幅を有している、
請求項１から１５のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１７】
特に隣り合った、前記第１及び第２の構造分離トレンチ及び／又は、特に隣り合った、前記第１及び第３の構造分離トレンチ及び／又は、特に隣り合った、前記第２及び第３の構造分離トレンチ、又は、特に隣り合った、前記第１、第２及び第３の構造分離トレンチ又は、特に隣り合った、前記第１及び第４の構造分離トレンチは、少なくとも部分的に実質的に平行に延在している、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１８】
隣り合った前記第１の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第２の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第３の構造分離トレンチ、及び／又は隣り合った前記第４の構造分離トレンチは、少なくとも部分的に、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の平均間隔を有しており、特に４ｍｍ〜８ｍｍの平均間隔を有している、
請求項１から１７のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項１９】
隣り合った前記第１及び第２の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第２及び第３の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第１及び第４の構造分離トレンチは、少なくとも部分的に、特に全体的に、５μｍ〜１００μｍの範囲の平均間隔を有しており、特に１０μｍ〜５０μｍの平均間隔を有している、
請求項１から１８のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項２０】
絶縁体を有する前記第１の構造分離トレンチは、前記コンタクト層の高さを超えて、特に前記半導体吸収層の高さを超えて、絶縁体で充填されており、及び／又は、絶縁体で充填された前記第１の構造体分離トレンチの上を越えている前記ブリッジの抵抗は、５０ｋΩよりも大きく、特に１００ｋΩよりも大きい、
請求項１から１９のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項２１】
少なくとも２つの、特に多数の、モノリシックに集積され直列に接続された太陽電池である、
請求項１から２０のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュール。
【請求項２２】
請求項１及び請求項１を直接又は間接的に引用するかぎりにおいて請求項３から２１のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュールの製造方法において、
ａ）基板層特に平坦な基板層を準備するステップと、
ｂ）少なくとも１つの背面電極層を、特に前記基板層に被着するステップと、
ｃ）少なくとも１つの導電性のバリア層を、特に前記基板層又は前記背面電極層の上に、又は前記基板層の上及び前記背面電極層の上に、特に、前記基板層のすぐ上に被着された前記背面電極層の上に、被着するステップと、
ｄ）少なくとも１つのコンタクト層特にオーミックコンタクト層を、特に前記バリア層の上に被着するステップと、
ｅ）少なくとも１つの、特にケステライト型半導体吸収層又はカルコパイライト型半導体吸収層を、特に前記コンタクト層の上に被着するステップと、
ｆ）場合によっては、少なくとも１つの第１の緩衝層を、特に前記半導体吸収層の上に被着するステップと、
ｇ）場合によっては、少なくとも１つの第２の緩衝層を、特に前記第１の緩衝層又は前記半導体吸収層の上に被着するステップと、
ｈ）少なくとも１つの透過性の前面電極層を、特に前記半導体吸収層又は前記第１もしくは第２の緩衝層の上に被着するステップと、
ｉ）少なくとも１つの第１の構造形成ステップであって、前記基板層に被着された複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って、レーザ処理（第１のレーザ処理）により除去して、隣り合う太陽電池を分離する第１の構造分離トレンチを形成するステップと、
ｊ）少なくとも１つの第２の構造形成ステップであって、
ｊ１）前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層を含め該前面電極層まで延在する複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って除去して、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う、又は該第１の構造分離トレンチと接する、特に少なくとも部分的に該第１の構造分離トレンチと平行に延在する、第２の構造分離トレンチを形成するステップと、又は、
ｊ２）前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層を含め該前面電極層まで延在する複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って、化学的に相転移させて、及び／又は熱的に分解して、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う、又は該第１の構造分離トレンチと接する、特に少なくとも部分的に該第１の構造分離トレンチと実質的に平行に延在する、第１のライン状の導電性領域を形成するステップと、
ｋ）少なくとも１つの第３の構造形成ステップであって、前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層を含め該前面電極層まで延在する複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って除去して、前記第２の構造分離トレンチと隣り合う、又は該第２の構造分離トレンチと接する、特に少なくとも部分的に該第２の構造分離トレンチと実質的に平行に延在する、第３の構造分離トレンチを形成するステップと、
ｌ）前記第１の構造分離トレンチに、少なくとも１つの絶縁材料を充填するステップと、
ｍ）前記第２の構造分離トレンチに、少なくとも１つの導電性材料を充填するステップと、
ｎ）導電性材料で充填された前記第２の構造分離トレンチから、又は前記第１のライン状の導電性領域から、隣り合う前記第１の、絶縁材料で充填された構造分離トレンチの上を越えて、該第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前面電極層に至る、少なくとも１つの導電性ブリッジを、導電性材料により形成して、隣り合う太陽電池を電気的に直列に接続するステップと、
を含むことを特徴とする、
薄膜ソーラモジュールの製造方法。
【請求項２３】
請求項２から２１のいずれか１項に記載の薄膜ソーラモジュールの製造方法において、
ａ）基板層特に平坦な基板層を準備するステップと、
ｂ）少なくとも１つの背面電極層を、特に前記基板層に被着するステップと、
ｃ）少なくとも１つの導電性のバリア層を、特に前記基板層の上に、又は前記背面電極層の上に、又は前記基板層の上及び前記背面電極層の上に、特に、前記基板層のすぐ上に被着された前記背面電極層の上に、被着するステップと、
ｄ）少なくとも１つのコンタクト層特にオーミックコンタクト層を、特に前記バリア層の上に被着するステップと、
ｅ）少なくとも１つの、特にケステライト型半導体吸収層又はカルコパイライト型半導体吸収層を、特に前記コンタクト層の上に被着するステップと、
ｆ）場合によっては、少なくとも１つの第１の緩衝層を、特に前記半導体層の上に被着するステップと、
ｇ）場合によっては、少なくとも１つの第２の緩衝層を、特に前記第１の緩衝層の上に、又は前記半導体吸収層の上に被着するステップと、
ｈ）少なくとも１つの透過性の前面電極層を、特に前記半導体吸収層の上に、又は前記第１もしくは第２の緩衝層の上に被着するステップと、
ｉ）少なくとも１つの第１の構造形成ステップであって、前記基板層に被着された複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って、レーザ処理（第１のレーザ処理）により除去して、隣り合う太陽電池を分離する第１の構造分離トレンチを形成するステップと、
ｏ）少なくとも１つの第４の構造形成ステップであって、前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層を含め該前面電極層まで延在する複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って除去して、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う、又は該第１の構造分離トレンチと接する、特に少なくとも部分的に該第１の構造分離トレンチと実質的に平行に延在する、第４の構造分離トレンチを形成するステップと、
ｐ）前記第１の構造分離トレンチに少なくとも１つの絶縁材料を充填するステップと、
ｑ）前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層まで、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う分離壁に沿って延在する、前記第４の構造分離トレンチにおける第１の容積領域を、少なくとも１つの導電性材料で充填し、前記バリア層から前記前面電極層まで、前記第１の構造分離トレンチとは隣り合っていない分離壁に沿って延在する、前記第１の容積領域と隣り合う第２の容積領域を充填しない／空けておくステップと、
ｒ）導電性材料で充填された、前記第４の構造分離トレンチにおける前記第１の容積領域から、隣り合う前記第１の、絶縁材料で充填された構造分離トレンチの上を越えて、該第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前面電極層に至る、少なくとも１つの導電性ブリッジを、導電性材料によって形成して、隣り合う太陽電池を電気的に直列に接続するステップと、
を含むことを特徴とする、
薄膜ソーラモジュールの製造方法。
【請求項２４】
前記ステップｍ）及びｎ）を１つのステップｓ）にまとめる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ステップｌ）を前記ステップｉ）後ただちに又は間をおいて実施し、かつ前記ステップｍ）を前記ステップｊ１）後ただちに又は間をおいて実施するかぎり、前記ステップｉ）、ｊ１）、ｋ）、ｌ）及びｍ）の順序は任意であり、特にｉ）、ｊ１）、ｌ）、ｋ）、ｍ）及びｎ）の順序もしくはｉ）、ｊ１）、ｌ）、ｋ）及びｓ）の順序を含み、又は
前記ステップｌ）を前記ステップｉ）後ただちに又は間をおいて実施するかぎり、前記ステップｉ）、ｊ２）、ｋ）及びｌ）の順序は任意であり、特にｉ）、ｊ２）、ｌ）、ｋ）及びｎ）の順序を含む、
請求項２２又は２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ステップｑ）及びｒ）を１つのステップｔ）にまとめる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記ステップｐ）を前記ステップｉ）後ただちに又は間をおいて実施し、かつ前記ステップｑ）を前記ステップｏ）後ただちに又は間をおいて実施するかぎり、前記ステップｉ）、ｏ）、ｐ）及びｑ）の順序は任意であり、特にｉ）、ｏ）、ｐ）、ｑ）及びｒ）の順序又はｉ）、ｏ）、ｐ）及びｔ）の順序を含む、
請求項２３又は２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板は、少なくとも部分的に、前記第１のレーザ処理の電磁放射に対し透過性であり、及び／又は
前記第１の構造形成ステップのレーザ処理を、特にレーザアブレーションにより、前記基板の被層された側とは反対側から実施する、
請求項２２から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２及び／又は第３及び／又は第４の構造形成ステップにおいて、特に前記第２の構造形成ステップにおいて、前記第２、第３もしくは第４の構造分離トレンチを、レーザ処理（第２、第３もしくは第４のレーザ処理）により形成し、及び／又は、
前記第２及び／又は第３及び／又は第４の構造形成ステップにおいて、特に前記第３及び／又は第４の構造形成ステップにおいて、前記第２、第３もしくは第４の構造分離トレンチを機械的に、特にニードルスクライバにより、形成する、
請求項２２から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１、第２、第３及び／又は第４の構造分離トレンチを、及び／又は、前記第１のライン状の導電性領域を、少なくとも部分的に、特に全体的に、５０μｍを超えない平均的な幅で形成し、特に３０μｍを超えない、有利には１５μｍを超えない平均的な幅で形成する、
請求項２２から２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
特に隣り合った、前記第１及び第２の構造分離トレンチ及び／又は、特に隣り合った、前記第１及び第３の構造分離トレンチ及び／又は、特に隣り合った、前記第２及び第３の構造分離トレンチ又は、特に隣り合った、前記第１、第２及び第３の構造分離トレンチ又は、特に隣り合った、前記第１及び第４の構造分離トレンチ又は、特に隣り合った、前記第１の構造分離トレンチ及び前記第１のライン状の導電性領域を、少なくとも部分的に実質的に平行に案内する、
請求項２２から３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
隣り合った前記第１の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第２の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第３の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第４の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第１のライン状の導電性領域を、少なくとも部分的に、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の平均間隔で形成し、特に４ｍｍ〜８ｍｍの平均間隔で形成する、
請求項２２から３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
隣り合った前記第１及び第２の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第２及び第３の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第１及び第４の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第１の構造分離トレンチ及び前記第１のライン状の導電性領域を、少なくとも部分的に、特に全体的に、５μｍ〜１００μｍの範囲の平均間隔で形成し、特に１０μｍ〜５０μｍの範囲の平均間隔で形成する、
請求項２２から３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
隣り合う前記第１、第２及び第３の構造分離トレンチ又は、隣り合う前記第１及び第４の構造分離トレンチ又は、隣り合う前記第１の構造分離トレンチ及び前記第１のライン状の導電性領域の相互間の平均間隔は、隣り合っていない前記第１、第２及び第３の構造分離トレンチもしくは隣り合っていない第１及び第４の構造分離トレンチ、又は隣り合っていない前記第１の構造分離トレンチ及び前記第１のライン状の導電性領域の相互間の平均間隔よりも小さい、
請求項２２から３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記第３の構造分離トレンチを、特に該第３の構造分離トレンチ全体を、それぞれ隣り合う前記第２の構造分離トレンチ又は前記第１のライン状の導電性領域によって、それぞれ隣り合う前記第１の構造分離トレンチから分離する、
請求項２２から３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記コンタクト層は、特に少なくとも１つのドーパントを含有する前記コンタクト層は、以下の物質を含み、又は実質的に以下の物質から成り、即ち、モリブデン、タンタル、ジルコニウム、コバルト、ニオブ及び／又はタングステン（第１の金属層）、及び／又は、少なくとも１つの金属カルコゲナイドであり、
前記金属カルコゲナイドを、金属＝Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｃｏ又はニオブを含む金属セレン化物、金属硫化物、及び／又は金属スルホセレン化物から選択し、特に、ＭｏＳｅ2，ＷＳｅ2，ＭｏＳ2，ＷＳ2，Ｍｏ（Ｓｅ1-x，Ｓx）2及び／又はＷ（Ｓｅ1-x，Ｓx）2から成るグループから選択し、ただしｘは０から１までの値をとる、
請求項２２から３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記半導体吸収層は、第四級IB-IIIA-VIAカルコパイライト構造層特にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層、第五級IB-IIIA-VIAカルコパイライト構造層特にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ1-x，Ｓx）2層、又はケステライト構造層特にＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓｅx，Ｓ1-x）4層、例えばＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓｅ）4層又はＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓ）4層を成し、又は含み、ただしｘは０から１までの値をとる、
請求項２２から３６のいずれか１項に方法。
【請求項３８】
前記ケステライト型半導体吸収層又は前記カルコパイライト型半導体吸収層を、前記コンタクト層上に被着することにより、該コンタクト層中に存在する金属又は該コンタクト層を成す金属を、全体的に又は部分的に、金属セレン化物、金属硫化物、及び／又は金属スルホセレン化物に変換する、
請求項２２から３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１のレーザ処理、前記第２のレーザ処理、及び／又は前記第３のレーザ処理を、１ピコ秒から１ナノ秒までの範囲のパルス持続時間のレーザ光パルスによって実行する、
請求項２２から３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１、第２及び第３の構造形成ステップ、又は前記第１及び第４の構造形成ステップは、モノリシックに集積された太陽電池の直列接続回路を形成するものであり、或いは該直列接続回路に寄与するものであり、特にリニアな処理ステップとして構成されている、
請求項２２から３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記半導体吸収層特に前記ケステライト型半導体吸収層又は前記カルコパイライト型半導体吸収層を被着する前記ステップは、
前記半導体吸収層の金属成分特にすべての金属成分を、特に、前記カルコパイライト型半導体吸収層については銅、インジウム及び場合によってはガリウムを、前記ケステライト型半導体吸収層については銅、亜鉛及び錫を、前記コンタクト層上に堆積して、第２の金属層を形成するステップと、
該第２の金属層を、セレン及び／又はセレン化合物ならびに場合によっては硫黄及び／又は硫黄化合物によって処理するステップと
を含む、
請求項２２から４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記背面電極層、前記導電性のバリア層、特にＭｏを含む前記第１の金属層、特にＣｕ、Ｉｎ及びＧａを含む前記第２の金属層、前記第１の緩衝層、前記第２の緩衝層、及び／又は前記前面電極層を、
物理気相成長によって形成し、特に物理蒸着（ＰＶＤ）コーティング、電子ビーム気化源による蒸着、抵抗加熱気化源による蒸着、誘導加熱蒸着、ＡＲＣ蒸着、及び／又はカソードスパッタリング（スパッタコーティング）、特にＤＣ又マグネトロンスパッタ又はＲＦマグネトロンスパッタによって、それぞれ有利には高真空において形成し、又は、
化学気相成長によって形成し、特に化学蒸着（ＣＶＤ）、低圧ＣＶＤ、及び／又は常圧ＣＶＤによって形成する、
請求項２２から４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記背面電極層、前記導電性のバリア層、前記第１の金属層又は前記コンタクト層及び前記第２の金属層の被着を、単一の真空コーティング装置内で実施し、有利にはガスフロースパッタ法により実施する、
請求項２２から４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１及び第２の構造形成ステップと、絶縁材料による前記第１の構造分離トレンチの充填ステップを、単一の装置内で実施する、
請求項２２から４３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４５】
絶縁材料による前記第１の構造分離トレンチの充填、及び／又は、導電性材料による前記第２の構造分離トレンチ又は前記第４の構造分離トレンチにおける第１の容積領域の充填を、インクジェット法又はエアロゾルジェット法により実施する、
請求項２２から４４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力による薄膜ソーラモジュールならびに該薄膜ソーラモジュールの製造方法に関する。光起電力によるソーラモジュールは以前から知られており、市販もされている。適切なソーラモジュールには、結晶及び非晶質のシリコンソーラモジュールも含まれるし、いわゆる薄膜ソーラモジュールも含まれる。この種の薄膜ソーラモジュールは例えば、いわゆるカルコパイライト型半導体吸収層例えばＣｕ（ｌｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）系の使用をベースとしており、複雑な多層系を成している。それらの薄膜ソーラモジュールの場合、ガラス基板上には通常、モリブデン背面電極層が配置されている。
【０００２】
プロセスの１つのバリエーションによればこれには、銅及びインジウムならびに場合によってはガリウムを含む前駆体金属薄膜が設けられ、ついでこれを、硫化水素中及び／又はセレン化水素中で温度を高めて、いわゆるＣＩＳ系もしくはＣＩＧＳ系に転換させる。さらに別のプロセスバリエーションによれば、セレン化水素及び硫化水素の代わりに、元素のセレンの蒸気及び硫化水素の蒸気を使用することもできる。したがって、この種の薄膜ソーラモジュールの製造は多段階のプロセスであって、数多くの相互作用があることから、各プロセス段階を後続のプロセス段階に注意深く合わせて調整しなければならない。また、各層に用いるべき材料の選定及び純度にも、特別な注意を払わなければならない。施設の技術的な理由から、１．２ｍ×０．５ｍのサイズを超えるモジュールフォーマットの薄膜ソーラモジュールを、一般市場向けに製造するのは、多くの事例において不可能であり、或いは極めて難しい。しかも従来、個々の製造段階において適用すべき温度ならびに反応条件であると、多層系における個々の層の成分、ドーパント又は不純物による汚染又は相互拡散を、排除することができなかった。したがって、背面電極層製造の選定ならびに種類次第で既に、薄膜太陽電池の効率に影響が及ぼされる可能性がある。例えば、損失の僅かな直列接続を保証するには、背面電極層が高品質でなければならない。さらに、基板及び／又は半導体吸収層からのマイグレーションにより移動する物質が、背面電極層又は半導体吸収層に作用を及ぼすようであってはならない。しかも微細な亀裂の発生を避けるため、背面電極層の材料は、基板及びその上に位置する基板の熱膨張特性に合わせて良好に整合されていなければならない。さらに基板表面における付着が、一般的な使用要求をすべて満たすようにもしておくべきである。たしかに、特別に純粋な背面電極材料を使用すれば、高い効率を達成することができるけれども、当然ながらそれに付随してあまりにも高い製造コストが生じてしまう。また、上述のマイグレーション現象もしくは特に拡散現象によって、一般的な製造条件のもとでは、背面電極材料を著しく汚染させてしまうことは、珍しいことではない。例えば、半導体吸収層に取り込まれるドーパントは、上述の拡散によって背面電極に拡散し、それによって半導体吸収層を劣化させるおそれがある。その結果、完成したソーラモジュールの効率が著しく低下する。あらゆるプロセス及び材料の最適化に留意したところで、販売を意図した薄膜ソーラモジュールの最終的なデザインは依然として、どうしても著しく制約されたものとなってしまう。
【０００３】
形態学的に良好に形成された吸収層を備えた高効率のソーラセルを実現するため、DE 44 42 824 C1によれば、カルコパイライト型半導体吸収層を、ナトリウム、カリウム、リチウムのグループから成る元素により、１０14〜１０16元素／ｃｍ2のドーパント量でドーピングし、それと同時に基板と半導体吸収層との間に拡散阻止層を設けるようにしている。拡散阻止層を用いるべきではない場合に、別の選択肢として提案されているのは、アルカリ不含の基板を適用することである。
【０００４】
Bloesch等（Thin Solid Films 2011）により提案されているのは、ポリイミド基板シートを使用する場合、良好な付着特性ならびに満足のいく熱特性プロフィルを得る目的で、チタン、窒化チタン及びモリブデンから成る層系を用いることである。フレキシブルな薄膜太陽電池を用いるためにBloesch等（IEEE, 2011, Vol. 1, NO. 2, P.194 - 199）がさらに提案しているのは、ステンレス鋼基板シートを使用し、付着向上のため最初にその上に薄いチタン層を被着させることである。チタン／モリブデン／モリブデンから成る三層構造を備えたこの種のＣＩＧＳ薄膜太陽電池によって、満足のいく結果が得られた。さらにWO 2011/123869 A2の技術的教示も、薄膜太陽電池の改善を達成しようというものである。この文献に開示されている太陽電池には、ナトリウムガラス基板、モリブデン背面電極層、ＣＩＧＳ層、緩衝層、真性の酸化亜鉛から成る層、ならびにアルミニウムでドーピングされた酸化亜鉛から成る層が含まれている。この場合、第１の分離トレンチが、モリブデン層、ＣＩＧＳ層及び粉体層にわたって延在しており、第２の分離トレンチがモリブデン層の上で始まっている。絶縁材料が第１の分離トレンチの中もしくは上に堆積され、この第１の分離トレンチを含む太陽電池に対して斜めに、前面電極を堆積させることができる。このようにして、発光効率を向上させた薄膜太陽電池を得ようとしている。US 2004/014419 A1によれば、モリブデン背面電極層の効率を改善させた薄膜太陽電池を利用できるようにする努力がなされている。この場合、厚さ５００ｎｍを超えないようにしたモリブデンから成る背面電極層を、ガラス基板に設けることによって、このことを達成しようとしている。
【０００５】
薄膜太陽電池に適した背面電極材料として、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウム、チタン、マンガンなど、様々な金属が考慮の対象となることが見出されている（Thin Solid Films, 2003, Vol.431-432, P.1987-1993）
【０００６】
したがって、以下のような光起電力による薄膜ソーラモジュールの製造方法を利用できるようにすることが望まれている。即ちそのような製造方法において、従来技術の欠点が伴わず、特に僅かなプロセスステップを用いるだけで十分であり、それにもかかわらず、例えば従来技術による方法で知られていたモジュールフォーマットなどに関する制約を受けないようにすることが望まれている。さらに本発明の課題は、以下のような薄膜ソーラモジュールを提供できるようにすることである。即ち薄膜ソーラモジュールにおいて、いっそう大きいフィルファクタならびにいっそう高い効率が得られるようにし、さらに製造方法の条件の影響を受けにくくし、それにもかかわらず例えば長さ、幅、形状など、デザインの多様性が大きくなるようにすることである。
【０００７】
したがって、光起電力による薄膜ソーラモジュール（本発明による薄膜ソーラモジュールの第１構成とも呼ぶ）が見出され、これには特に次の順序で以下のものを含む。即ち、
・少なくとも１つの基板層、特にガラス基板層。
・少なくとも１つの、特に前記基板層とじかに当接し、モリブデンを含み、又は実質的にモリブデンから成る背面電極層。
・少なくとも１つの、特に前記背面電極層及び／又は前記基板層とじかに当接する、導電性のバリア層と、特に双方向のバリア層。
・少なくとも１つの、特に前記バリア層とじかに当接するコンタクト層特にオーミックコンタクト層。該コンタクト層は特に、モリブデン及び／又はモリブデンセレン化物及び／又はモリブデンスルホセレン化物を含む、又は実質的にモリブデン及び／又はモリブデンセレン化物及び／又はモリブデンスルホセレン化物から成る。
・少なくとも１つの、特に前記接触層とじかに当接する、半導体層例えばカルコパイライト型半導体吸収層又はケステライト型半導体吸収層。
・場合によっては少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層とじかに当接する、第１の緩衝層、該第１の緩衝層は、ＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層を含み、又は実質的にＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層から成り、特にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3を含む、又は実質的にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3から成る。及び／又は、
・場合によっては少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層又は前記第１の緩衝層とじかに当接する、第２の緩衝層、該第２の緩衝層は、真性の酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛を含む、及び実質的に真性の酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛から成る。さらに、
・少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層、前記第１の緩衝層、及び／又は前記第２の緩衝層とじかに当接する、透過性の前面電極層を有しており、該前面電極層は特に、ｎドーピングされた酸化亜鉛を含み、又は実質的にｎドーピングされた酸化亜鉛から成る。
【０００８】
上記の構成を備えた薄膜ソーラモジュールは、以下の構成を含むことを特徴とする。即ち、
・間隔をおいて配置され、少なくとも１つの絶縁材料で充填された複数の第１の構造分離トレンチ。該第１の構造分離トレンチは、隣り合う太陽電池を前記基板層まで互いに分離する。
・間隔をおいて配置され、少なくとも１つの導電性材料で充填された、又は少なくとも１つの導電性材料が設けられた、複数の第２の構造分離トレンチ。該第２の構造分離トレンチは、前記コンタクト層まで、又は前記背面電極層まで、又は前記バリア層まで、特に前記バリア層まで、延在しており、該第２の構造分離トレンチは、充填された第１の構造分離トレンチとそれぞれ隣り合って配置されている。
・間隔をおいて配置された複数の第３の構造分離トレンチ。該第３の構造分離トレンチは、前記コンタクト層まで、又は前記背面電極層まで、又は前記バリア層まで、特に前記バリア層まで、延在しており、前記第３の構造分離トレンチは、前記第２の構造分離トレンチが隣り合う前記第１の構造分離トレンチの側とは反対側で、それぞれ前記第２の構造分離トレンチと隣り合って配置されている。
・少なくとも１つの導電性のブリッジ。該導電性のブリッジは、導電性材料で充填された又は該導電性材料が設けられた前記第２の構造分離トレンチから、絶縁材料で充填された隣り合う前記第１の構造分離トレンチの上を越えて、該第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前記前面電極層に至る。これにより隣り合う太陽電池が、電気的に直接接続されるようになる。
【０００９】
さらに本発明の基礎とする課題は、光起電力による薄膜ソーラモジュール（本発明による薄膜ソーラモジュールの第２構成とも呼ぶ）によって解決され、これには特に次の順序で以下のものを含む。即ち、
・少なくとも１つの基板層、特にガラス基板層。
・少なくとも１つの、特に前記基板層とじかに当接し、モリブデンを含み、又は実質的にモリブデンから成る背面電極層。
・少なくとも１つの、特に前記背面電極層とじかに当接する、導電性のバリア層、特に双方向のバリア層。
・少なくとも１つの、特に前記バリア層とじかに当接する、コンタクト層特にオーミックコンタクト層。該コンタクト層は特に、モリブデン及び／又はモリブデンセレン化物及び／又はモリブデンスルホセレン化物を含む、又は実質的にモリブデン及び／又はモリブデンセレン化物及び／又はモリブデンスルホセレン化物から成る。
・少なくとも１つの、特に前記接触層とじかに当接する、半導体層例えばカルコパイライト型半導体吸収層又はケステライト型半導体吸収層。
・場合によっては少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層とじかに当接する、第１の緩衝層。該第１の緩衝層は、ＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層を含み、又は実質的にＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層から成り、特にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3を含む、又は実質的にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3から成る。及び／又は、
・場合によっては少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層又は前記第１の緩衝層とじかに当接する、第２の緩衝層。該第２の緩衝層は、真性の酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛を含み、及び実質的に真性の酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛から成る。さらに、
・少なくとも１つの、特に前記半導体吸収層、前記第１の緩衝層、及び／又は前記第２の緩衝層とじかに当接する、透過性の前面電極層。該前面電極層は特に、ｎドーピングされた酸化亜鉛を含み、又は実質的にｎドーピングされた酸化亜鉛から成る。
【００１０】
上記の構成を備えた薄膜ソーラモジュールは、以下の構成を含むことを特徴とする。即ち、
・間隔をおいて配置され、少なくとも１つの絶縁材料で充填された複数の第１の構造分離トレンチ。該第１の構造分離トレンチは、隣り合う太陽電池を前記基板層まで互いに分離する。
・間隔をおいて配置された複数の第４の構造分離トレンチ。該第４の構造分離トレンチは、前記コンタクト層まで、又は前記背面電極層まで、又は前記バリア層まで、特に前記バリア層まで、延在しており、充填された前記第１の構造分離トレンチとそれぞれ隣り合って配置されており、該第４の構造分離トレンチは、第１の容積領域及び該第１の容積領域と隣り合う第２の容積領域を含んでおり、前記第１の容積領域は、前記バリア層から前記前面電極層まで、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う分離トレンチ壁に沿って延在しており、該第１の容積領域は、少なくとも１つの導電性材料で充填されており、又は該第１容積領域には、少なくとも１つの導電性材料が設けられており、前記第２の容積領域は、前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層まで、延在している。
・少なくとも１つの導電性のブリッジ。該導電性のブリッジは、導電性材料で充填された又は該導電性材料が設けられた前記第２の構造分離トレンチの前記第１の容積領域から、絶縁材料で充填された隣り合う前記第１の構造分離トレンチの上を越えて、該第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前記前面電極層に至る。これにより隣り合う太陽電池が、電気的に直接接続されるようになる。
【００１１】
本発明による光起電力による薄膜ソーラモジュールに関するこれら第１構成及び第２の構成において、第１実施形態によれば、基板層の上にまずは導電性のバリア層が設けられ、その上に背面電極層が、その上にコンタクト層が、その上に半導体吸収層が、場合によってはその上に第１又は第２の緩衝層が、さらにその上に前面電極層が設けられる。さらにこれら第１構成及び第２構成において、第２実施形態によれば、基板層の上にまずは導電性のバリア層が設けられ、その上に背面電極層が、その上に第２の導電性のバリア層が、その上にコンタクト層が、その上に半導体吸収層が、場合によってはその上に第１又は第２の緩衝層が、さらにその上に前面電極層が設けられる。さらに、本発明による薄膜ソーラモジュールに関する第１構成及び第２構成において、第３実施形態によれば、有利には以下のように構成されている。即ち、基板層の上にまずは背面電極層が設けられ、その上に導電性のバリア層が、その上にコンタクト層が、その上に半導体吸収層が、場合によってはその上に第１又は第２の緩衝層が、さらにその上に前面電極層が設けられる。
【００１２】
１つの実施形態によれば、前記半導体吸収層は、第四級IB-IIIA-VIAカルコパイライト構造層特にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層、第五級IB-IIIA-VIAカルコパイライト構造層特にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ1-x，Ｓx）2層、又はケステライト構造層特にＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓｅx，Ｓ1-x）4層、例えばＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓｅ）4層又はＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓ）4層を成し、又は含み、ただしｘは０から１までの値をとる。
【００１３】
基板は、有利にはプレート又はシートである。基板は例えば、ガラスディスクのようなガラス基板、フレキシブル又は非フレキシブルなプラスチック層例えばプラスチックシート、又は金属プレート例えば特殊鋼層ないしはステンレス層もしくは特殊鋼シートないしはステンレスシートであり、０．５ｍ以上の幅特に２．０ｍ以上の幅と、１．２ｍ以上の長さ特に３．０ｍ以上の長さを有する。しかも例えば、幅３．２ｍ、長さ６ｍの基板フォーマット特に基板ガラスフォーマットですら利用することができる。したがって例えば、１．６ｍ×０．７ｍのモジュールフォーマットを有する１６個の薄膜ソーラモジュールを実現することができる。
【００１４】
１つの格別適した実施形態によれば、前記背面電極層は、Ｖ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ及び／又はＷを含み、又は実質的にＶ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ及び／又はＷから成り、及び／又は、Ｖ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ及び／又はＷを含有する合金を含む、又は実質的に該合金から成る。本発明においては背面電極のことを、バルク背面電極とも称する場合もあり、さらにバルク背面電極もしくは背面電極と、バリア層ならびにコンタクト層とから成る系を、多層背面電極と称する場合もある。
【００１５】
さらに以下のように構成することもできる。即ち、前記バリア層は、前記背面電極層から、及び／又は前記背面電極層を介して、マイグレーションにより移動する、特に拡散するもしくは拡散可能な成分特にドーパントのためのバリアであり、及び／又は、前記コンタクト層から、及び／又は前記コンタクト層を介して、マイグレーションにより移動する、特に拡散するもしくは拡散可能な成分特にドーパントのためのバリアであり、特に双方向のバリア層である。後者の場合にはバリア層によって、半導体層を形成するドーパントの１つ例えばナトリウムなどによる半導体層の劣化が回避され、これによって妨害を及ぼさない作用を維持することができる。
【００１６】
好適にはバリア層は、アルカリイオン特にナトリウムイオン、又はアルカリイオンを含む化合物、セレン又はセレン化合物、硫黄又は硫黄化合物、及び／又は金属、特にＣｕ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ａｌ及び／又はＷのためのバリアである。バリア層は有利には双方向のバリア層であり、基板層及び／又は背面電極層からの成分による半導体吸収層の汚染を回避し、さらに半導体層の成分例えばＣｕ，Ｉｎ、Ｇａによる背面電極層の汚染も回避する。後者の場合にはバリア層によって、半導体層を形成する金属のうちの１つよる半導体層の劣化が回避され、これによって妨害を及ぼさない作用を維持することができる。
【００１７】
１つの好適な実施形態によれば本発明による背面電極のバリア層は、以下のものに対するバリア特性特に双方向バリア特性を有している。即ち、ドーパント特に半導体吸収層のための及び／又は半導体吸収層からのドーパント、セレン及び／又は硫黄などのカルコゲンならびにカルコゲン化合物、Ｃｕ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｎ及び／又はＺｎなど半導体吸収層の金属成分、鉄及び／又はニッケルなど背面電極層からの汚染物質、及び／又は基板からの成分及び／又は汚染物質。基板からのドーパントに対する双方向バリア特性は一方では、背面電極もしくはコンタクト層と半導体吸収層との界面に、例えばガラス基板から外方拡散するアルカリイオンが蓄積するのを回避しようというものである。このような蓄積は、半導体の層剥離の原因として知られている。このため導電性のバリア層は、付着の問題を回避するのに役立つことになる。他方、半導体吸収層から外方拡散する可能性のある、もしくは外方拡散するドーパントに対するバリア特性によって、ドーパントがこのようにして背面電極に拡散して失われてしまうのが回避され、つまりはドーパントに起因して半導体吸収層が劣化してしまうのが回避され、このような自体が生じると、太陽電池又はソーラモジュールの効率が著しく下がってしまうことになる。その理由は例えば、モリブデン背面電極は大量のナトリウムドーパントを受容可能であることが知られているからである。したがって、太陽電池及びソーラモジュールの再現可能な高い効率を達成できるようにする目的で、双方向の導電性バリア層は、半導体吸収層へのドーパントの所期のドーピングのための前提条件を可能にするものでなければならない。
【００１８】
同様にカルコゲンに対するバリア特性によって、カルコゲンが背面電極に到達して、背面電極に金属カルコゲナイド化合物が形成されるのが回避されることになる。周知のようにこのようなカルコゲナイド化合物例えばＭｏＳｅによって、背面電極表面近傍の層の体積が著しく増大させられてしまい、その結果として層構造の非平坦性ならびに付着特性の劣化が引き起こされてしまう。ＦｅやＮｉなど背面電極材料の汚染物質は、例えばカルコパイライト型半導体に対していわゆる深部妨害個所（半導体有害物質）を成すものであり、したがってバリア層を介して半導体吸収層から遠ざけておかなければならない。
【００１９】
１つの好適な実施形態によれば、バリア層の平均的な厚さは通常、少なくとも１０ｎｍであり、特に少なくとも３０ｎｍ、有利には最大で２５０ｎｍ又は１５０ｎｍである。
【００２０】
バリア層が設けられている状態ゆえに例えば、背面電極材料の純度を著しく下げることが可能となる。例えば背面電極層を、Ｆｅ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ及び／又はＮａから成るグループから選択された少なくとも１つの元素によって、及び／又はこれらの元素の化合物によって、不純状態にすることができ、これによっても、本発明による背面電極を含む薄膜太陽電池もしくは薄膜ソーラモジュールの効率がその後も損なわれ続けることがない。
【００２１】
特に有利には前記バリア層は、以下の物質を含む、又は実質的に以下の物質から成る。即ち、少なくとも１つの金属窒化物特にＴｉＮ，ＭｏＮ，ＴａＮ，ＺｒＮ及び／又はＷＮ、少なくとも１つの金属炭化物、少なくとも１つの金属ホウ化物、及び／又は少なくとも１つの金属ケイ素窒化物特にＴｉＳｉＮ，ＴａＳｉＮ及び／又はＷＳｉＮ。この場合、とりわけこの種のバリア層に例えば、光を反射させる表面を生じさせるＴｉＮが用いられる。このようにすれば、効率を高めるために、半導体吸収層を通過した光をもう一度バリア層によって偏向させることができる。
【００２２】
この種の金属窒化物は、本発明においてはバリア材料として有利であり、例えばＴｉＮであり、この場合、金属は窒素に関して化学量論的であり、或いは化学量論を上回っており、つまり窒素が過剰に堆積される。さらに別の実施形態によれば、バリア層特に金属窒化物バリア層又は金属ケイ素窒化物層の堆積中及び／又は堆積後、このプロセス段階において酸素が特に微量、計量供給される。これによってバリア特性が高められることになり、これと同時にバリアの導電率が著しく低下することはない。バリア層の被着とともに酸素を計量供給することによって、一般的な多結晶の薄膜バリアの粒界が酸素もしくは酸素化合物によってブロックされるようになる。
【００２３】
本発明による薄膜ソーラモジュールを使用する際に、（背面電極層、バリア層及びコンタクト層から成る）多層背面電極系の構成部分としてバリア層を用いるさらに別の利点として挙げられるのは、半導体吸収層例えばカルコパイライト構造層又はケステライト構造層の厚さを、慣用の系よりも著しく薄くできることでもある。その理由は、バリア層を特に金属窒化物例えばチタン窒化物として設けることで、又はバリア層がこの種の金属窒化物もしくはチタン窒化物を含むようにすることで、半導体吸収層を通過する太陽光がきわめて効果的に反射させられ、その結果、半導体吸収層を二回の通過ステップを経ることで、著しく高い量子効率を達成できることによる。本発明による背面電極に、もしくはこの背面電極を含む薄膜太陽電池ないしは薄膜ソーラモジュールに、上述のバリア層を設けることによって、半導体吸収層の平均的な厚さを、例えば０．４μｍ〜１．５μｍの範囲の値まで低減することができ、例えば０．５μｍ〜１．２μｍの範囲の値まで低減することができる。
【００２４】
バリア層を、背面電極層とコンタクト層の間に設けると有利である。別の選択肢として、或いはこれに加えて、既述のように少なくとも１つのバリア層を、基板層と背面電極層との間にも被着させることができる。このようなケースでは、背面電極層は基板層にじかには当接しない。
【００２５】
さらに別の実施形態によれば、前記コンタクト層は、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ及び／又はＣｏ特にＭｏ及び／又はＷを含み、又は実質的にＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ及び／又はＣｏ特にＭｏ及び／又はＷから成り、及び／又は、少なくとも１つの金属カルコゲナイドを含み、又は実質的に少なくとも１つの金属カルコゲナイドから成り、及び／又は、前記コンタクト層は、前記バリア層と隣接する少なくとも１つの第１の層と、前記バリア層とは隣接しない少なくとも１つの第２の層とを含み、前記第１の層は、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ及び／又はＣｏ特にＭｏ及び／又はＷを含み、又は実質的にＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ及び／又はＣｏ特にＭｏ及び／又はＷから成り、前記第２の層は、少なくとも１つの金属カルコゲナイドを含み、又は実質的に少なくとも１つの金属カルコゲナイドから成る。コンタクト層は有利には、基板の側でバリア層とじかに当接しており、及び／又は前面電極の側で半導体吸収層とじかに当接している。さらにコンタクト層は適切な手法で、少なくとも１つの金属カルコゲナイドを含んでいる。
【００２６】
この場合、前記コンタクト層の金属カルコゲナイドの金属は、又は前記コンタクト層における第２の層の金属カルコゲナイドの金属は、有利にはモリブデン、タングステン、タンタル、ジルコニウム、コバルト、及び／又はニオブから選択され、前記金属カルコゲナイドのカルコゲンは、有利にはセレン及び／又は硫黄から選択され、前記金属カルコゲナイドは、特にＭＳｅ2，ＭＳ2及び／又はＭ（Ｓｅ1-x，Ｓx）2であり、ただしＭ＝Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｃｏ又はＮｂであり、ｘは０から１の任意の値をとり、例えばＭｏＳｅ2，ＷＳｅ2，ＴａＳｅ2，ＮｂＳｅ2，Ｍｏ（Ｓｅ1-x，Ｓx）2，Ｗ（Ｓｅ1-x，Ｓx）2，Ｔａ（Ｓｅ1-x，Ｓx）２、及び／又はＮｂ（Ｓｅ1-x，Ｓx）2である。
【００２７】
この種の実施形態は、以下のような場合にも好適であると判明した。即ち、前記コンタクト層における前記第１の層の金属と前記第２の層の金属とは同一であり、及び／又は、前記コンタクト層における前記第１の層の金属及び／又は前記第２の層の金属は、前記背面電極層の金属と同一であり、及び／又は、前記コンタクト層の金属は、前記背面電極層の金属と同一である。
【００２８】
さらにコンタクト層の平均的な厚さは一般に、少なくとも５ｎｍであり、有利には１５０ｎｍを超えず、特に有利には５０ｎｍを超えない。
【００２９】
さらに効率の高められた本発明による薄膜ソーラモジュールは以下のようにしても実現されることが多い。即ち、前記半導体吸収層は、少なくとも１つのドーパントを含み、特にナトリウム、カリウム及びリチウムのグループから選択された少なくとも１つの元素を含み、及び／又は、前記元素の少なくとも１つの化合物を含み、有利には酸素、セレン、硫黄、ホウ素、及び／又はハロゲン例えばヨウ素又はフッ素との化合物を含み、及び／又は、少なくとも１つのアルカリ金属ブロンズ、特にナトリウムブロンズ及び／又はカリウムブロンズ、有利にはモリブデン、タングステン、タンタル、及び／又はニオブから選択された金属とのアルカリ金属ブロンズを含む。
【００３０】
前記コンタクト層及び／又は半導体吸収層におけるドーパント特にナトリウムイオンは、有利には１０13〜１０17原子／ｃｍ2の範囲のドーズ量で存在し、特に１０14〜１０16原子／ｃｍ2のドーズ量で存在する。
【００３１】
第１の緩衝層を、乾式化学的にも湿式化学的にも堆積させることができる。この場合、第１の緩衝層は、ＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層を含み、又は実質的にＣｄＳ層又はＣｄＳ不含層から成り、特にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3を含む、又は実質的にＺｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3から成る。第２の緩衝層は、有利には真性の導電性酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛を含み、又は実質的に真性の導電性酸化亜鉛及び／又は高抵抗の酸化亜鉛から成る。
【００３２】
前面電極のために用いられる材料は、有利には電磁放射に対して透過性であり、特に半導体の吸収波長領域の範囲にある波長の電磁放射に対して透過性である。光起電力による薄膜太陽電池ならびにその用途に適切な前面電極材料は、当業者に知られている。１つの実施形態によれば前面電極は、ｎドーピングされた酸化亜鉛を含み、又は実質的にｎドーピングされた酸化亜鉛から成る。
【００３３】
本発明による薄膜ソーラモジュールは、特に適切な実施形態において以下の点でも優れている。即ち、前記背面電極層の平均的な厚さは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあり、特に８０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲にあり、及び／又は、前記バリア層の平均的な厚さは、１０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲にあり、特に２０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲にあり、及び／又は、前記コンタクト層の平均的な厚さは、２ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあり、特に５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあり、及び／又は、前記半導体吸収層の平均的な厚さは、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲にあり、特に５００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲にあり、有利には８００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲にあり、及び／又は、前記第１の緩衝層の平均的な厚さは、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあり、特に１０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲にあり、及び／又は、前記第２の緩衝層の平均的な厚さは、１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲にあり、特に２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にある。この場合、多層背面電極の厚さ全体は、即ち背面電極もしくはバルク背面電極とバリア層とコンタクト層とから成る系の厚さ全体は、この多層電極全体の比抵抗が５０μΩ*ｃｍ有利には１０μΩ*ｃｍを超えないように設定すると有利である。このように設定すれば、直列接続されたモジュールにおけるオーム損失が、さらに著しく効率的に低減される。
【００３４】
本発明による薄膜ソーラモジュールによれば、以下の実施形態によっても高い効率が得られる。即ち、前記背面電極層は、モリブデン及び／又はタングステン特にモリブデンを含み、又は実質的にモリブデン及び／又はタングステン特にモリブデンから成り、前記導電性のバリア層はＴｉＮを含み、又は実質的にＴｉＮから成り、前記コンタクト層はＭｏＳｅ2を含み、又は実質的にＭｏＳｅ2から成る。
【００３５】
本発明による薄膜ソーラモジュールの好適な実施形態によれば、前記第１、第２、第３及び／又は第４の構造分離トレンチは、少なくとも部分的に、特に全体的に、５０μｍを超えない平均的な幅を有しており、特に３０μｍを超えない、有利には１５μｍを超えない平均的な幅を有している。
【００３６】
その際、本発明による薄膜ソーラモジュールによれば、以下のように構成することもできる。即ち、特に隣り合った、前記第１及び第２の構造分離トレンチ及び／又は、特に隣り合った、前記第１及び第３の構造分離トレンチ及び／又は、特に隣り合った、前記第２及び第３の構造分離トレンチ、又は、特に隣り合った、前記第１、第２及び第３の構造分離トレンチ又は、特に隣り合った、前記第１及び第４の構造分離トレンチは、少なくとも部分的に実質的に平行に延在している。
【００３７】
さらに本発明の実施形態において有利であると判明した構成によれば、隣り合った前記第１の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第２の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第３の構造分離トレンチ、及び／又は隣り合った前記第４の構造分離トレンチは、少なくとも部分的に、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の平均間隔を有しており、特に４ｍｍ〜８ｍｍの平均間隔を有している。
【００３８】
さらにその際にやはり有利となり得る構成によれば、隣り合った前記第１及び第２の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第２及び第３の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第１及び第４の構造分離トレンチは、少なくとも部分的に、特に全体的に、５μｍ〜１００μｍの範囲の平均間隔を有しており、特に１０μｍ〜５０μｍの平均間隔を有している。
【００３９】
構造分離トレンチを著しく狭く形成可能であることから、及び／又は、それぞれ隣り合う構成分離トレンチ間の間隔が僅かであることから、１つの太陽電池の実効面積を、即ち太陽エネルギーの変換に利用可能な面積を、最適化することができ、もしくはできるかぎり大きく構成することができる。
【００４０】
本発明による薄膜ソーラモジュールによれば、第１の構造分離トレンチは通常、半導体吸収層の高さまで、特に緩衝層の高さを超えて、絶縁材料で充填されている。この場合、絶縁体で充填された第１の構造分離トレンチの上に設けられたブリッジの抵抗は、有利には５０ｋΩよりも大きく、特に１００ｋΩよりも大きい。
【００４１】
本発明による薄膜ソーラモジュールには、通常、少なくとも２つの、特に多数の、モノリシックに集積され直列に接続された太陽電池が設けられている。
【００４２】
さらに本発明の基礎とする課題は、本発明による薄膜ソーラモジュールの第１構成を製造する方法によって解決され、この方法には以下のステップが含まれる。即ち、
ａ）基板層特に平坦な基板層を準備するステップ。
ｂ）少なくとも１つの背面電極層を、特に前記基板層に被着するステップ。
ｃ）少なくとも１つの導電性のバリア層を、特に前記基板層の上に、又は前記背面電極層の上に、又は前記基板層の上及び前記背面電極層の上に、特に、前記基板層のすぐ上に被着された前記背面電極層の上に、被着するステップ。
ｄ）少なくとも１つのコンタクト層特にオーミックコンタクト層を、特に前記バリア層の上に被着するステップ。
ｅ）少なくとも１つの、特にケステライト型半導体吸収層又はカルコパイライト型半導体吸収層を、特に前記コンタクト層の上に被着するステップ。
ｆ）場合によっては、少なくとも１つの第１の緩衝層を、特に前記半導体吸収層の上に被着するステップ。
ｇ）場合によっては、少なくとも１つの第２の緩衝層を、特に前記第１の緩衝層又は前記半導体吸収層の上に被着するステップ。
ｈ）少なくとも１つの前面電極層を、特に前記半導体吸収層又は前記第１又は第２の緩衝層の上に被着するステップ。
ｉ）少なくとも１つの第１の構造形成ステップ。このステップは、前記基板層に被着された複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って、レーザ処理（第１のレーザ処理）により除去して、隣り合う太陽電池を分離する第１の構造分離トレンチを形成するステップを含む。
ｊ）少なくとも１つの第２の構造形成ステップ。このステップは以下のステップを含む。即ち、
ｊ１）前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層を含め該前面電極層まで延在する複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って除去して、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う、又は該第１の構造分離トレンチと接する、特に少なくとも部分的に該第１の構造分離トレンチと平行に延在する、第２の構造分離トレンチを形成するステップ。
又は、
ｊ２）前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層を含め該前面電極層まで延在する複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って、化学的に相転移させて、及び／又は熱的に分解して、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う、又は該第１の構造分離トレンチと接する、特に少なくとも部分的に該第１の構造分離トレンチと実質的に平行に延在する、第１のライン状の導電性領域を形成するステップと、
ｋ）少なくとも１つの第３の構造形成ステップ。このステップは以下のステップを含む。即ち、前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層を含め該前面電極層まで延在する複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って除去して、前記第２の構造分離トレンチと隣り合う、又は該第２の構造分離トレンチと接する、特に少なくとも部分的に該第２の構造分離トレンチと実質的に平行に延在する、第３の構造分離トレンチを形成するステップ。
ｌ）前記第１の構造分離トレンチに、少なくとも１つの絶縁材料を充填するステップ。
ｍ）前記第２の構造分離トレンチに、少なくとも１つの導電性材料を充填するステップ。
ｎ）導電性材料で充填された前記第２の構造分離トレンチから、又は前記第１のライン状の導電性領域から、隣り合う前記第１の、絶縁材料で充填された構造分離トレンチの上を越えて、該第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前面電極層に至る、少なくとも１つの導電性ブリッジを、導電性材料により形成して、隣り合う太陽電池を電気的に直列に接続するステップ。
【００４３】
さらに本発明の基礎とする課題は、本発明による薄膜ソーラモジュールの第２構成を製造する方法によって解決され、この方法には以下のステップが含まれる。即ち、
ａ）基板層特に平坦な基板層を準備するステップ。
ｂ）少なくとも１つの背面電極層を、特に前記基板層に被着するステップ。
ｃ）少なくとも１つの導電性のバリア層を、特に前記基板層の上に、又は前記背面電極層の上に、又は前記基板層の上及び前記背面電極層の上に、特に、前記基板層のすぐ上に被着された前記背面電極層の上に、被着するステップ。
ｄ）少なくとも１つのコンタクト層特にオーミックコンタクト層を、特に前記バリア層の上に被着するステップ。
ｅ）少なくとも１つの、特にケステライト型半導体吸収層又はカルコパイライト型半導体吸収層を、特に前記コンタクト層の上に被着するステップ。
ｆ）場合によっては、少なくとも１つの第１の緩衝層を、特に前記半導体吸収層の上に被着するステップ。
ｇ）場合によっては、少なくとも１つの第２の緩衝層を、特に前記第１の緩衝層の上に、又は前記半導体吸収層の上に被着するステップ。
ｈ）少なくとも１つの前面電極層を、特に前記半導体吸収層の上に、又は前記第１もしくは第２の緩衝層の上に被着するステップ。
ｉ）少なくとも１つの第１の構造形成ステップ。このステップは以下のステップを含む。即ち、前記基板層に被着された複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って、レーザ処理（第１のレーザ処理）により除去して、隣り合う太陽電池を分離する第１の構造分離トレンチを形成するステップ。
ｏ）少なくとも１つの第４の構造形成ステップ。このステップは以下のステップを含む。即ち、前記コンタクト層から、又は前記背面電極層から、又は前記バリア層から、特に前記バリア層から、前記前面電極層を含め該前面電極層まで延在する複数の層を、互いに間隔のおかれたラインに沿って除去して、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う、又は該第１の構造分離トレンチと接する、特に少なくとも部分的に該第１の構造分離トレンチと平行に延在する、第４の構造分離トレンチを形成するステップ。又は、
ｐ）前記第１の構造分離トレンチに少なくとも１つの絶縁材料を充填するステップ。
ｑ）前記バリア層から前記前面電極層まで、前記第１の構造分離トレンチと隣り合う分離壁に沿って延在する、前記第４の構造分離トレンチにおける第１の容積領域を、少なくとも１つの導電性材料で充填し、前記バリア層から前記前面電極層まで、前記第１の構造分離トレンチとは隣り合っていない分離壁に沿って延在する、前記第１の容積領域と隣り合う第２の容積領域を充填しない／空けておくステップ。
ｒ）導電性材料で充填された、前記第４の構造分離トレンチにおける前記第１の容積領域から、隣り合う前記第１の、絶縁材料で充填された構造分離トレンチの上を越えて、該第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前面電極層に至る、少なくとも１つの導電性ブリッジを、導電性材料によって形成して、隣り合う太陽電池を電気的に直列に接続するステップ。
【００４４】
第２の構造分離トレンチを少なくとも１つの導電性材料で充填すること、ならびに、導電性材料で充填された第２の構造分離トレンチから、隣り合う第１の、絶縁材料で充填された構造分離トレンチの上を越えて、この第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前面電極に至る、少なくとも１つの導電性のブリッジを導電性材料で形成して、隣り合う太陽電池が直列に接続されるようにすることを、本発明による薄膜ソーラモジュールの第１構成の製造にあたり、１つのプロセスステップもしくは１つの作業工程で行うことができ、即ち、ステップｍ）及びステップｎ）を、１つのステップｓ）としてまとめることもできる。
【００４５】
さらに本発明による薄膜ソーラモジュールの第１構成の製造において、前記ステップｌ）を前記ステップｉ）後ただちに又は間をおいて実施し、かつ前記ステップｍ）を前記ステップｊ１）後ただちに又は間をおいて実施するかぎり、前記ステップｉ）、ｊ１）、ｋ）、ｌ）及びｍ）の順序は任意であり、又は、前記ステップｌ）を前記ステップｉ）後ただちに又は間をおいて実施するかぎり、前記ステップｉ）、ｊ２）、ｋ）及びｌ）の順序は任意である。有利には順序は、ｉ）、Ｊ１）、ｌ）、ｋ）、ｍ）及びｎ）であり、又はｉ）、Ｊ１）、ｌ）、ｋ）及びｓ）であり、もしくはｉ）、ｊ２）、ｌ）、ｋ）及びｎ）である。
【００４６】
ステップｊ２）における化学的な相転移は有利には、バリア層から前面電極層を含めこの層まで延在する層を、特にレーザ処理を用いて熱的に分解させることにより行われる。これにより、例えばレーザ光により処理されるラインに沿って、既述の層の導電率が、隣り合う処理されない層よりも著しく高められる。このようにして、直線的ないしはリニアに処理されたこれらの層を、導電性材料で充填された第２の構造分離トレンチと同じように、隣り合う太陽電池を電気的に直列接続するために利用できるようになる。相転移に適したレーザ光波長ならびにレーザ光パルス持続時間は、当業者に周知である。適切なパルス持続時間は、例えば１ナノ秒よりも長い時間である。
【００４７】
第２の構造分離トレンチの第１の容積領域を少なくとも１つの導電性材料で充填すること、ならびに、導電性材料で充填された第２の構造分離トレンチの第１の容積領域から、隣り合う第１の、絶縁材料で充填された構造分離トレンチの上を越えて、この第１の構造分離トレンチと隣り合う太陽電池の前面電極に至る、少なくとも１つの導電性のブリッジを導電性材料で形成して、隣り合う太陽電池が直列に接続されるようにすることを、本発明による薄膜ソーラモジュールの第２構成の製造にあたり、１つのプロセスステップもしくは１つの作業工程で行うことができ、即ち、ステップｑ）及びステップｒ）を、１つのステップｔ）としてまとめることもできる。
【００４８】
さらに、本発明による薄膜ソーラモジュールの第２構成の製造において、前記ステップｐ）を前記ステップｉ）後ただちに又は間をおいて実施し、かつ前記ステップｑ）を前記ステップｏ）後ただちに又は間をおいて実施するかぎり、前記ステップｉ）、ｏ）、ｐ）及びｑ）の順序は任意である。有利には順序は、ｉ）、ｏ）、ｐ）、ｑ）及びｒ）、又はｉ）、ｏ）、ｐ）及びｔ）である。
【００４９】
１つの実施形態によれば、プロセスステップｉ）とｊ１）、ｉ）とＪ２）、ｉ）とｋ）、ｊ１）とｋ）、ｊ２）とｋ）、ｉ）とｊ１）とｋ）、及び／又は、ｉ）とｊ２）とｋ）を、同時に実施することもできる。さらにステップｉ）とｏ）も、同時に実施することができる。
【００５０】
１つの格別好適な実施形態によれば、基板は少なくとも部分的に、第１のレーザ処理の電磁放射に対し透過性である。好適には、第１の構造形成ステップのこのレーザ処理を、特にレーザアブレーションによって、基板の被層された側とは反対側から行うことができる。
【００５１】
本発明による方法のさらに別の実施形態によれば、前記第２及び／又は第３及び／又は第４の構造形成ステップにおいて、特に前記第２の構造形成ステップにおいて、前記第２、第３もしくは第４の構造分離トレンチを、レーザ処理（第２、第３もしくは第４のレーザ処理）により形成し、及び／又は、前記第２及び／又は第３及び／又は第４の構造形成ステップにおいて、特に前記第３及び／又は第４の構造形成ステップにおいて、前記第２、第３もしくは第４の構造分離トレンチを機械的に、特にニードルスクライバにより、形成する。
【００５２】
本発明による方法の１つの格別好適な実施形態によれば、前記第１、第２、第３及び／又は第４の構造分離トレンチを、及び／又は、前記第１のライン状の導電性領域を、少なくとも部分的に、特に全体的に、５０μｍを超えない平均的な幅で形成し、特に３０μｍを超えない、有利には１５μｍを超えない平均的な幅で形成する。
【００５３】
本発明による方法の１つの実施形態によれば、特に隣り合った、前記第１及び第２の構造分離トレンチ及び／又は、特に隣り合った、前記第１及び第３の構造分離トレンチ及び／又は、特に隣り合った、前記第２及び第３の構造分離トレンチ又は、特に隣り合った、前記第１、第２及び第３の構造分離トレンチ又は、特に隣り合った、前記第１及び第４の構造分離トレンチ又は、特に隣り合った、前記第１の構造分離トレンチ及び前記第１のライン状の導電性領域を、少なくとも部分的に実質的に平行に案内する。
【００５４】
さらにこのような方法の実施にあたり有利であると判明したのは、隣り合った前記第１の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第２の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第３の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第４の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第１のライン状の導電性領域を、少なくとも部分的に、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の平均間隔で形成し、特に４ｍｍ〜８ｍｍの平均間隔で形成することである。
【００５５】
本発明による方法によれば、さらに別の実施形態において以下のようにすることができる。即ち、隣り合った前記第１及び第２の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第２及び第３の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第１及び第４の構造分離トレンチ及び／又は、隣り合った前記第１の構造分離トレンチ及び前記第１のライン状の導電性領域を、少なくとも部分的に、特に全体的に、５μｍ〜１００μｍの範囲の平均間隔で形成し、特に１０μｍ〜５０μｍの範囲の平均間隔で形成する。
【００５６】
その際、この種の実施形態において格別好適であるのは、隣り合う前記第１、第２及び第３の構造分離トレンチ又は、隣り合う前記第１及び第４の構造分離トレンチ又は、隣り合う前記第１の構造分離トレンチ及び前記第１のライン状の導電性領域の相互間の平均間隔は、隣り合っていない前記第１、第２及び第３の構造分離トレンチもしくは隣り合っていない第１及び第４の構造分離トレンチ、又は隣り合っていない前記第１の構造分離トレンチ及び前記第１のライン状の導電性領域の相互間の平均間隔よりも小さいことである。
【００５７】
本発明による方法の第１構成によれば通常、前記第３の構造分離トレンチを、特に該第３の構造分離トレンチ全体を、それぞれ隣り合う前記第２の構造分離トレンチ又は前記第１のライン状の導電性領域によって、それぞれ隣り合う前記第１の構造分離トレンチから分離する。
【００５８】
構造分離トレンチの製造にあたり、前記第１のレーザ処理、前記第２のレーザ処理、及び／又は前記第３のレーザ処理を、有利には１ピコ秒から１ナノ秒までの範囲のパルス持続時間のレーザ光パルスによって実行する。第１及び第２のレーザ処理のためのプロセスにおいて例えば、１０ピコ秒よりも短いパルス持続時間のレーザ光パルスを使用することができる。ラインの送りを、例えば数ｍ／秒の速度とすることができ、これは大量生産に適した速度である。
【００５９】
本発明による方法の第１構成における第１、第２及び第３の構造形成ステップ、或いは本発明による方法の第２構成における第１及び第４の構造形成ステップは通常、モノリシックに集積される太陽電池の直列接続回路を形成するものであり、或いはそのような回路の形成に寄与するものである。このような構造形成ステップは、有利には直線的ないしはリニアな処理ステップとして構成されている。
【００６０】
この種の方法の実施にあたり、以下のようにするのが格別有利であると判明した。即ち、前記コンタクト層は、特に少なくとも１つのドーパントを含有する前記コンタクト層は、以下の物質を含み、又は実質的に以下の物質から成り、即ち、モリブデン、タンタル、ジルコニウム、コバルト、ニオブ及び／又はタングステン（第１の金属層）、及び／又は、少なくとも１つの金属カルコゲナイドであり、前記金属カルコゲナイドを、金属＝Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｃｏ又はニオブを含む金属セレン化物、金属硫化物、及び／又は金属スルホセレン化物から選択し、特に、ＭｏＳｅ2，ＷＳｅ2，ＭｏＳ2，ＷＳ2，Ｍｏ（Ｓｅ1-x，Ｓx）2及び／又はＷ（Ｓｅ1-x，Ｓx）2から成るグループから選択し、ただしｘは０から１までの任意の値をとる。
【００６１】
有利には本発明による方法によれば、前記半導体吸収層は、第四級IB-IIIA-VIAカルコパイライト構造層特にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層、第五級IB-IIIA-VIAカルコパイライト構造層特にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ1-x，Ｓx）2層、又はケステライト構造層特にＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓｅx，Ｓ1-x）4層、例えばＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓｅ）4層又はＣｕ2ＺｎＳｎ（Ｓ）4層を成し、又は含み、ただしｘは０から１までの値をとる。
【００６２】
しかもこの種の手法において格別有利であると判明したのは、前記ケステライト型半導体吸収層又は前記カルコパイライト型半導体吸収層を、前記コンタクト層上に被着することにより、該コンタクト層中に存在する金属又は該コンタクト層を成す金属を、全体的に又は部分的に、金属セレン化物、金属硫化物、及び／又は金属スルホセレン化物に変換することである。
【００６３】
この場合、本発明による方法を、例えば以下のように実施することができる。即ち、コンタクト層は、少なくとも１つの金属層及び少なくとも１つの金属カルコゲナイド層から成る積層体を含み、その際、金属層を背面電極層又は導電性のバリア層に当接もしくは隣接させ、さらにその際、金属カルコゲナイド層を半導体吸収層に当接もしくは隣接させる。この種の手法においても有利であるのは、金属層の金属と、金属カルコゲナイド層の金属とを、同一のものとすることであり、例えばモリブデン及び／又はタングステンとすることである。
【００６４】
さらに本発明による方法を、例えば以下のようにすることもできる。即ち、バリア層の上に、モリブデン、タンタル、タングステン、コバルト、ジルコニウム及び／又はニオブから成る第１の金属層を被着し、この第１の金属層を、半導体吸収層特にケステライト型半導体吸収層又カルコパイライト型半導体吸収層の製造にあたり、セレン及び／又は硫黄を含有する大気中においてコンタクト層を形成させながら、部分的に金属カルコゲナイド層に変換する。さらに本発明による方法の別の実施形態によれば、バリア層の上に、例えばモリブデン、タンタル、タングステン、コバルト、ジルコニウム及び／又はニオブから成る第１の金属層を被着し、この第１の金属層を、半導体吸収層特にケステライト型半導体吸収層又カルコパイライト型半導体吸収層の製造にあたり、セレン及び／又は硫黄を含有する大気中においてコンタクト層を形成させながら、全体的に金属カルコゲナイド層に変換する。
【００６５】
本発明による方法によれば、前記半導体吸収層特に前記ケステライト型半導体吸収層又は前記カルコパイライト型半導体吸収層を被着する前記ステップは、１つの好適な実施形態において、前記半導体吸収層の金属成分特にすべての金属成分を、特に、前記カルコパイライト型半導体吸収層については銅、インジウム及び場合によってはガリウムを、前記ケステライト型半導体吸収層については銅、亜鉛及び錫を、前記コンタクト層上に堆積して、第２の金属層を形成するステップと、該第２の金属層を、セレン及び／又はセレン化合物ならびに場合によっては硫黄及び／又は硫黄化合物によって、有利には３００°Ｃよりも高い温度で、特に３５０°Ｃよりも高い温度で処理するステップを含む。
【００６６】
半導体吸収層の製造において、反応温度が５００℃〜６００℃の範囲であることも多い。このような温度においては、特に拡散性のドーパント例えばナトリウムイオンもしくはナトリウム化合物が、ドーピングされたコンタクト層から半導体吸収層へマイグレーションにより移動する。バリア層が設けられていることから、背面電極層へのマイグレーションもしくは拡散は起こらない。半導体の処理において上述のように比較的高い温度が用いられることから有利であるのは、多層背面電極における選択された層を、特に背面電極及び／又は導電性のバリア層を、それらの線形の熱膨張率が半導体吸収層及び／又は基板の熱膨張率に整合するように構成することである。したがって特に、本発明による薄膜ソーラモジュールの背面電極及び／又はバリア層を、線形の熱膨張率が１４×１０-6／Ｋ有利には９×１０-6／Ｋを超えないように構成するのが有利である。
【００６７】
さらに本発明による方法によれば、以下のようにすることができる。即ち、前記背面電極層、前記導電性のバリア層、特にＭｏを含む前記第１の金属層、特にＣｕ、Ｉｎ及びＧａを含む前記第２の金属層、前記第１の緩衝層、前記第２の緩衝層、及び／又は前記前面電極層を、物理気相成長によって形成し、特に物理蒸着（ＰＶＤ）コーティング、電子ビーム気化源による蒸着、抵抗加熱気化源による蒸着、誘導加熱蒸着、ＡＲＣ蒸着、及び／又はカソードスパッタリング（スパッタコーティング）、特にＤＣマグネトロンスパッタ又はＲＦマグネトロンスパッタによって、それぞれ有利には高真空において、形成し、又は、化学気相成長によって形成し、特に化学蒸着（ＣＶＤ）、低圧ＣＶＤ、及び／又は常圧（大気圧）ＣＶＤによって形成する。
【００６８】
この場合、殊に有利であるのは、前記背面電極層、前記導電性のバリア層、前記第１の金属層又は前記コンタクト層及び前記第２の金属層の被着を、単一の真空コーティング装置内で実施し、有利にはガスフロースパッタ法により実施することである。
【００６９】
しかも本発明による方法において有利であるのは、前記第１及び第２の構造形成ステップと、絶縁材料による前記第１の構造分離トレンチの充填ステップを、単一の装置内で実施できることである。本発明による方法の構造形成ステップならびに充填ステップを、それらを技術的な理由から相前後して実施する必要がなければ、部分的に又は全体的に、同時に実施することができる。例えばこの目的で、レーザジェット装置及びインクジェット装置又はエアロゾルジェット装置のために多層ヘッドアレイを用いることができ、これによれば複数のトレンチを並行して処理し充填することができる。
【００７０】
本発明において有利となり得るのは、導電性の構造又はその他の構造を本発明に従ってレーザジェット装置及びインクジェット装置又はエアロゾルジェット装置によって形成するために、インク有利にはホットメルトエアロゾルインキを噴霧し、それによって導電性のコンタクトを基板上に被着することである。その際に有利には、使用されるインキが少なくとも４０℃の温度付近でη≦１Ｐａ・ｓの粘度を有するように、レーザジェット装置及びインクジェット装置又はエアロゾルジェット装置を少なくとも部分的に加熱可能であり、又は加熱される。これについては、例えばDE 10 2007 058 972 A1に記載されており、ここでこの文献を参照することにより本発明の開示内容に取り込まれるものとする。
【００７１】
同様に有利となる可能性があるのは、特にインクジェット装置及び／又はエアロゾルジェット装置のためのインキが金属粒子を含むようにすることであり、例えば銀、錫、亜鉛、クロム、コバルト、タングステン、チタン及び／又はそれらの混合物から成るグループから選択された金属粒子を含むようにすることである。別の選択肢として、又はこれらに加え、インキは金属酸化物を含むことができ、例えば酸化鉛、酸化ビスマス、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、及び／又はそれらの混合物を含むことができる。
【００７２】
同様に有利となる可能性があるのは、インキが熱可塑性の化合物を含むようにすることであり、この化合物は、Ｃ16〜Ｃ20有利にはＣ14〜Ｃ16の脂肪族アルコール及び／又は多価アルコール例えば１．６ヘキサンジオールから選択される。
【００７３】
本発明によれば同様に有利となる可能性があるのは、インキに含まれる溶剤を、グリコールエーテル、Ｍ−メチルピロリドン、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、及び／又はこれらの混合物から選択することである。
【００７４】
同様に有利であるのは、インキが添加剤として分散剤及び／又は消泡剤を含むことである。
【００７５】
この場合、構造形成トレンチを、例えば薄膜ソーラモジュールの長さ全体にわたり、１回の一貫した作業工程で製造することができる。例えばこのような手法によれば、構造形成トレンチを１．６ｍ及びそれ以上の長さで形成することができる。構造形成トレンチの長さの限度を、例えばモジュール又は基板の長さによって決めてもよいし、又は装置技術上の設定によって決めてもよいし、或いはそうではなく本発明による方法自体によって決めてもよい。
【００７６】
１つの有利な実施形態によれば、絶縁材料による前記第１の構造分離トレンチの充填、及び／又は、導電性材料による前記第２の構造分離トレンチ又は前記第４の構造分離トレンチにおける第１の容積領域の充填が、インクジェット法又はエアロゾルジェット法によって実施される。インクジェット法によれば、例えばインクジェット印刷業界において知られているように、絶縁材料も導電性材料も著しく精密に調量することができる。例えばインクジェット法及び／又はエアロゾルジェット法によれば、約１０ピコリットルから１ピコリットルを下回る範囲の体積で液滴を精密に調量し、例えば高精度ｘｙｚテーブルを用いて精確に調整して、構造分離トレンチに充填もしくは噴霧することができる。さらにこのような微量な液滴体積によって、構造分離トレンチを部分的に充填することも可能であり、これは例えば液適量、液滴速度及び／又は送り量及び／又は相応の横方向調整によって行うことができる。例えば第２の構造分離トレンチを、幅約２０μｍの高さのときに約３μｍの高さとなるようにすることができる。このようなアスペクト比において例えば、容易に以下のことを実現することができる。即ち、単一の作業工程で第１の構造分離トレンチを完全に絶縁材料で充填し、第２の構造分離トレンチを部分的に導電性材料で充填することができ、即ち第１の容積領域に導電性材料を充填することができ、しかも充填された第１の容積領域から隣り合う太陽電池の前面電極に至る導電性のブリッジを形成することができる。
【００７７】
絶縁材料の充填材料として例えば、半導体技術で知られているような、高速硬化性の絶縁性インキ又は紫外線硬化性で電気的に絶縁性の塗料を使用することができる。紫外線照射は、充填ステップの直後に行うのが有利である。
【００７８】
本発明は、殊に多層背面電極特に双方向のバリア層を含む多層背面電極と組み合わせた構造形成プロセスのシーケンスによって、モノリシックに集積され直列に接続された太陽電池を含む光起電力による薄膜ソーラモジュールを、大量生産において高品質、高効率かつ効果的なコストで、再現可能に形成することができる、という驚くべき着想を基礎としている。さらにこの場合に利点となるのは、太陽電池及びモジュールのフォーマットデザインを、大量生産であっても幅広く変更可能なことであり、それ相応の顧客の要求を広範囲にわたり考慮して実現できることである。このことは、薄膜ソーラモジュールに対して顧客から要求される無負荷電圧及び短絡電流についても、同様にあてはまる。太陽電池の構造形成を、前面電極層まで層全体を堆積させた後にはじめて行うことによって、半導体吸収層の製造中、劣化を生じさせる弱点がなくなる。半導体吸収層の製造は、一般に過酷な条件のもとで実施され、つまり高温において、例えばセレン化水素、硫化水素、単体のセレン蒸気及び／又は単体の硫黄蒸気が存在する状況で実施される。例えば、個々の層の浸潤が生じて金属カルコゲナイドが生成される状況を排除することができる。なぜならば、従来技術により公知の方法の場合には、半導体形成プロセスの前に構造分離トレンチが形成されることから、構造分離トレンチは半導体形成に適用される高温のもとで、場合によってはアルカリ拡散の作用も受けながら、３５０℃〜６００℃の範囲におかれており、セレンもしくは硫黄の作用のもとでしばしば腐食する可能性があるからである。これに付随して、層の浸潤が発生し、セレン及び／又は硫黄の作用により侵食された金属の体積膨張に起因する機械的なストレスによって、微小亀裂が形成されることになる。本発明による方法によれば、これらの欠点が回避される。したがって、付着特性が改善された薄膜系が実現され、しかも従来技術により得られる薄膜ソーラモジュールよりも平坦な表面を有する点で優れた複数の個別層から成る層構造が実現される。この場合、界面の粗さもしくは層厚の変動は、もはや生じない。さらに半導体吸収層の形成中、分離された背面電極はもはや生じないので、構造分離トレンチ側縁の表面侵食をもはやおそれる必要がなくなる。これによって微小亀裂のリスクが低減され、或いはそれどころか阻止される。さらにレーザによる構造形成において背面電極金属を溶融することにより、構造エッジの形成を回避することができる。このような溶融エッジは一般に、半導体吸収層の形成条件のもとでセレン及び／又は硫黄との反応の影響をとりわけ受けやすい。その際、体積膨張の発生及びその結果として生じる微小亀裂を回避できないことが多い。このような問題は、本発明による薄膜ソーラモジュールによればもはや発生しない。
【００７９】
本発明による薄膜ソーラモジュールにおいてさらに利点となるのは、エネルギー獲得に利用可能である、光起電力として有効な太陽電池あたりの面積を、できるかぎり広く高い信頼性を伴って提供できることでもある。この目的の達成に寄与するのは、構造分離トレンチを著しく狭く形成可能なこと、そして隣り合う構造分離トレンチ間の間隔を最小寸法まで調整可能なことである。
【００８０】
しかも本発明による方法によれば、レーザプロセスにおいて本発明によらなければ絶縁性のバリア層の損傷が頻繁に発生してしまうような状況を、回避することができる。その結果、本発明によれば、アルカリイオンが非制御状態で基板ガラスから半導体吸収層に到達してしまうようなことを、回避することができる。半導体吸収層の過剰ドーピングを防止すること、ならびに構造分離トレンチを絶縁材料によって充填することによって、隣り合う太陽電池間で要求される高いブリッジ抵抗を、従来技術よりも著しく改善することができ、その結果、著しく良好なフィルファクタならびに効率度が得られるようになる。さらに、半導体吸収層のコントロールされたドーピングにより、本発明による方法に従って製造された薄膜ソーラモジュールの場合には、アルカリイオンに起因する個々の層の付着の問題が、もはや発生しない。このため、使用不可能な欠陥品の割合を劇的に低減することができる。
【００８１】
本発明による薄膜ソーラモジュールによれば、いっそう高いフィルファクタといっそう改善された効率を実現することができる。
【００８２】
さらに有利であると判明したのは、複数のプロセスステップが単一の装置内で実施されるようにすることである。このことは例えば、第１及び第２の構造形成ステップと、絶縁材料による第１の構造分離トレンチの充填についてあてはまる。このようにして本発明による方法によれば、性能を著しく向上させながら処理コストを低減させることができる。しかも半導体吸収層に、実質的に狙い通り以上にドーパントを組み込むことができる。
【００８３】
以下の説明には、本発明のさらに別の特徴ならびに利点が示されている。次に、図面を参照しながら本発明の有利な実施形態について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明による方法の第１の実施形態により得られる、本発明による薄膜ソーラモジュールの第１の実施形態の１つの製造段階を概略的に示す断面図
【図２】本発明による方法により得られる、本発明による薄膜ソーラモジュールの次の製造段階を概略的に示す断面図
【図３】本発明による方法により得られる、本発明による薄膜ソーラモジュールのさらに次の製造段階を概略的に示す断面図
【図４】本発明による方法により得られる、本発明による薄膜ソーラモジュールのさらに次の製造段階を概略的に示す断面図
【図５】本発明による方法により得られる、本発明による薄膜ソーラモジュールのさらに次の製造段階を概略的に示す断面図
【図６】本発明による方法により得られる、本発明による薄膜ソーラモジュールのさらに次の製造段階を概略的に示す断面図
【図７】本発明による方法の択一的な実施形態により得られる、本発明による薄膜ソーラモジュールの択一的な実施形態の１つの製造段階を概略的に示す断面図
【図８】図７による製造段階で形成された本発明による薄膜ソーラモジュールのさらに別の択一的な実施形態の、次の製造段階を概略的に示す断面図
【図９】本発明による方法の択一的な実施形態により得られる、本発明による薄膜ソーラモジュールのさらに別の択一的な実施形態の１つの製造段階を概略的に示す断面図
【図１０】図９による製造段階で形成された本発明による薄膜ソーラモジュールの択一的な実施形態の、さらに次の製造段階を概略的に示す断面図
【００８５】
図１には、本発明による薄膜ソーラモジュール１の中間製造段階１ａを概略的に示す断面図が描かれている。ガラス基板２の上に薄膜堆積によって、例えばモリブデンから成るバルク背面電極層４が設けられる。これに隣接して、例えばＴｉＮ又はＺｒＮから成る双方向反射性のバリア層６が設けられ、この層も同様に薄膜堆積によって形成することができる。図示の実施形態の場合にはバリア層６の上に、セレン化モリブデンなどのような金属カルコゲナイドから成るオーミックコンタクト層８が設けられる。このコンダクト層は、既に一般的に説明したように、様々なやり方で形成することができる。１つの実施形態によれば、例えばセレン化モリブデンがセレン化モリブデンターゲットからスパッタリングされる。別の選択肢として、最初に金属層を設け、ついで半導体吸収層の形成前又は形成中に、この金属層を相応の金属カルコゲナイドに変換することもできる。この場合、１つの有利な実施形態によれば、コンタクト層８に少なくとも１つのドーパントを混入させることもでき、例えばナトリウムイオン又はナトリウム化合物特に亜硫酸ナトリウム又は硫化ナトリウムを混入させることができる。層１０は半導体吸収層であり、例えばカルコパイライト型半導体吸収層或いはケステライト型半導体吸収層として設けることができる。これらの半導体吸収層を被着させる方法は、当業者に周知である。コンタクト層にドーパントが存在する場合、ドーパントは通常、半導体吸収層形成の条件で、半導体吸収層に拡散する。その後、薄膜堆積によって、半導体吸収層１０の上に最初に、例えばＣｄＳ，Ｚｎ（Ｓ，ＯＨ）又はＩｎ2Ｓ3から成る第１緩衝層１２が形成され、さらに真性の酸化亜鉛から成る第２緩衝層１４が、ついでｎ型にドーピングされた酸化亜鉛から成る前面電極層２２が形成される。
【００８６】
図１に示した本発明による薄膜ソーラモジュール１の積層体２，４，６，８を、単一の装置内で実質的に１つにまとめられたプロセスとして製造することができる。既述のプロセス期間にわたり、単一の装置内で処理を行うことができる。このようにしてコストのかかるプロセスステップを回避できるだけでなく、例えば酸素などによって製造中間段階に汚染されてしまうリスクも低減される。
【００８７】
図２には、中間製造段階１ａに対し第１構造形成ステップが行われて、製造段階１ｂとなる様子が示されている。この場合、透明な基板２の下側（矢印で示す）からレーザ処理を行うことにより、第１分離トレンチ１６が形成され、このトレンチによって最終的に、モノリシック集積直列接続回路における太陽電池の幅が決定される。第１分離トレンチ１６により、例えば太陽電池１００と２００とが互いに分離される。このようにして、例えば１５μｍの平均分離トレンチ幅にわたりラインに沿って、前面電極層を含め、基板の上方に位置するすべての層が分離される。
【００８８】
図３に示されている製造段階１ｃの場合、層系に対しレーザ処理によって、ここでは上側から、第２構造形成プロセスが行われて、間隔のとられた第２分離トレンチ２０が形成される。前面電極層２２から緩衝層及び半導体吸収層１０を介してコンタクト層８を含めバリア層に至るまで、層全体が除去され、有利には１５μｍの幅で除去される。この第２分離トレンチ２０を機械的に、例えばニードルスクライバなどを用いて形成することもできる。第２分離トレンチ２０は、第１分離トレンチ１６の隣りに設けられ、例えば平均間隔は５０μｍよりも小さく、一例として約３０μｍである。この場合、第１分離トレンチ１６と第２分離トレンチ２０は、有利には実質的に平行に位置している。
【００８９】
図４に示されているように第１分離トレンチ１６を、例えばインクジェット法或いはエアゾルジェット法によって、例えば紫外線硬化性絶縁材料１８で充填することができる。この場合に有利であるのは、図面に示されているように、第１分離トレンチを前面電極層２２まで、即ち第２緩衝層１４の上方まで、絶縁材料１８で充填すべきことであって、その目的は、太陽電池２００と向き合った側の構造側縁の壁部領域において、あとで短絡が発生するのを防止するためである。このようにして製造段階１ｄが生じる。
【００９０】
この場合、第１レーザ構造形成及び第２レーザ構造形成、ならびに絶縁材料による第１分離トレンチの充填を、有利には同一の装置内で実施することができる。このようにすることで、煩雑なアライメントを省くことができ、このようなアライメントは１回だけ行えばよい。さらに第１分離トレンチ及び第２分離トレンチを、互いにいっそう狭い間隔で設けることも可能であり、そのようにすれば薄膜ソーラモジュールの光起電力活性面が拡大される。
【００９１】
ついで、モノリシック集積直列接続回路における絶縁構造を規定する目的で、製造段階１ｄに対し第３構造形成ステップが実施され、このステップにおいて第３分離トレンチ２４が形成され、このトレンチは、第２分離トレンチ２０と同様、バリア層６まで延在している（製造段階１ｅ、図５参照）。第３分離トレンチ２４は、第２分離トレンチ２０の隣りに設けられ、平均間隔は例えば５０μｍよりも小さく、一例として約３０μｍである。この場合、第２分離トレンチ２０と第３分離トレンチ２４は、有利には実質的に平行に位置している。第３分離トレンチ２４を、レーザ処理によって、或いは機械的に例えばニードルスクライバによって、形成することができる。太陽電池１００における第１分離トレンチ１６と第２分離トレンチ２０と第３分離トレンチ２４とによって、本発明が意図するような互いに隣り合った分離トレンチが形成される。
【００９２】
図示の実施形態によれば、図６に示した次のプロセス段階において、第２分離トレンチ２０が高導電性材料２６によって、厳密に位置合わせされて充填され、かつこの導電性材料２６により前面電極層２２の表面に沿って導電性ブリッジ２８が形成される。この導電性ブリッジ２８は、絶縁材料１８によって充填された隣り合う第１分離トレンチ１６の上を越えて、隣り合う太陽電池２００まで及んでおり、例えばこの太陽電池２００の前面電極層２２まで及んでいる。このようにして、第１太陽電池１００の背面電極４と、隣り合う太陽電池２００の前面電極２２との間における導電性の接触つまりは直列接続が保証される。導電性材料の被着を、例えばインクジェット法或いはエアゾルジェット法によって行うことができる。このようにして製造段階１ｆが生じる。
【００９３】
図示の方法の場合、製造段階１ｆによる基板の元々のフォーマットから切断して、薄膜ソーラモジュールの目標フォーマットを、目的に適った形状で得ることができる。
【００９４】
モジュール切断前又は切断後、他の慣用のプロセス段階例えばラミネートシートの被着及び／又は保護ガラス層の取り付けなどを加えることができる。これらのプロセス段階自体は、当業者によく知られている。
【００９５】
図７には、既述の製造段階１ｃ及び１ｆに対する別の選択肢が示されている。最初に第２分離トレンチ２０を形成し、ついで導電性材料をそこに充填する代わりに、所期のようにレーザ処理によって、例えば既述の第１の実施形態で述べた第２分離トレンチの幅に合わせて境界を規定して、高導電性領域３０を有利には第１分離トレンチ１６に対し平行に形成することができ、この領域によって、背面電極４から前面電極２２へ至る導電性経路が形成される。パルス化されたレーザ光によって、領域３０に合わせて空間的に区切られて熱が供給されることによって、この実施形態ではバリア層上方の層が相転移して、高導電性の経路が生じる。
【００９６】
図８にまとめて示されているように、製造段階１ｄ及び１ｅに従い、第１分離トレンチ１６を絶縁材料１８で充填し、次に第３分離トレンチ２４を機械的に又はレーザ処理によって形成することができる。これに続いて既述の製造段階１ｆと同様に、導電性材料２６から成るブリッジ２８が取り付けられる。このブリッジ２８は、第１太陽電池１００の第１高導電性領域３０から、絶縁材料１８で充填された第１分離トレンチ１６の上を越えて、隣り合う第２太陽電池２００の前面電極層２２まで及んでいる。このようにしても、本発明による薄膜ソーラモジュール１のそれぞれ隣り合う太陽電池から成る直列接続回路を形成することができる。
【００９７】
図９には、本発明による薄膜ソーラモジュールを実現するための、さらに別の選択肢が示されている。最初は、既述の製造段階１ａ〜１ｅの場合と同様にプロセスが進行し、つまり第１分離トレンチ１６と第２分離トレンチ２０が形成され、第１分離トレンチ１６が絶縁材料１８で充填される。図１〜図５に示した本発明による方法の手法とは異なり、図９による実施形態の第２分離トレンチ２０′は、図５による第２分離トレンチ２０より広い幅で形成される。例えばインクジェット法或いはエアゾル法によって実現されるような、導電性材料２６を厳密に位置決めして設ける方法の場合であれば、この実施形態においても第２分離トレンチ２０′を、図１〜図５に示した既述の実施形態よりも広い幅で形成しなくてもよい。
【００９８】
これに続くプロセスステップにおいて、図１０に示されているように、第２分離トレンチ２０′の第１容積領域３２が硬化性の導電性材料２６によって、厳密に位置合わせされて充填される。ただしこの場合、隣り合う第２容積領域３４はそのまま残され、もしくは空けたままにされる。同時にこのプロセスステップにおいて、導電性材料２６から成る導電性ブリッジ２８が形成される。このブリッジ２８は、第１太陽電池１００の、導電性材料２６で充填された第１容積領域３２から、絶縁材料１８で充填された第１分離トレンチ１６の上を越えて、隣り合う第２太陽電池２００の前面電極層２２まで及んでいる。このようにしても、本発明による薄膜ソーラモジュール１のそれぞれ隣り合う太陽電池から成る直列接続回路を形成することができる。この場合、第１容積領域３２は、第１分離トレンチ１６と隣り合う第１分離トレンチ壁３６から、第２分離トレンチ２０′の第２分離トレンチ壁３８から間隔のおかれた、導電性材料２６の壁領域４０まで延在している。これに応じて第２容積領域３４は、第２分離トレンチ壁３８から壁領域４０まで延在している。これら両方の容積領域はバリア層６から始まり、前面電極２２を含め薄膜ソーラモジュール１の横断方向に延在している。第１容積領域３２と第２分離壁３８との接触は、短絡を防止するため回避しなければならない。
【００９９】
これまで述べてきた説明、特許請求の範囲、ならびに図面に開示された本発明の特徴は、それぞれ単独でも、任意のいかなる組み合わせであっても、本発明の種々の実施形態において本発明の実現にとって重要な意味をもつ可能性がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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