(57)【要約】  光起電性の薄膜太陽モジュールの製造方法において、・基板を供給するステップと、・基板の上に裏面電極層を堆積させるステップと、・導電性のバリア層を堆積させるステップと、・コンタクト層を堆積させるステップと、・半導体吸収体層を堆積させるステップと、・場合によっては、第１バッファ層を堆積させるステップと、・場合によっては、第２バッファ層を堆積させるステップと、・第１分離トレンチを形成する、第１パターニングステップと、・絶縁材料によって第１分離トレンチを充填するステップと、・第２分離トレンチ又は第１線形導電性領域を形成する、第２パターニングステップと、・透明な前面電極層を堆積させて、隣接する太陽電池セル同士を直列接続させるステップと、・第３分離トレンチを形成する、第３パターニングステップと、を有することを特徴とする製造方法。
2015514323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電性の薄膜太陽モジュールの製造方法において、
・特に平面形の、基板を供給するステップと、
・前記基板の上に少なくとも１つの裏面電極層を堆積させるステップと、
・少なくとも１つの導電性のバリア層を堆積させるステップと、
・特にオーム性の、少なくとも１つのコンタクト層を堆積させるステップと、
・特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の、少なくとも１つの半導体吸収体層を堆積させるステップと、
・場合によっては、少なくとも１つの第１バッファ層を堆積させるステップと、
・場合によっては、少なくとも１つの第２バッファ層を堆積させるステップと、
・レーザー処理（第１レーザー処理）によって、堆積された前記各層を、互いに離間した線に沿って除去して、隣接する太陽電池セル同士を分離させる第１分離トレンチを形成する、第１パターニングステップと、
・少なくとも１つの絶縁材料によって前記第１分離トレンチを充填するステップと、
・第２パターニングステップであって、
−前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記バッファ層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って除去して、対応する前記第１分離トレンチに隣接する第２分離トレンチ、又は、対応する前記第１分離トレンチと境界を接する第２分離トレンチ、特に対応する前記第１分離トレンチに対して平行に延在する第２分離トレンチ、を形成する第２パターニングステップ、
若しくは、
−前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記１つ又は複数のバッファ層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って化学的相転移及び／又は熱分解させて、第１線形導電性領域を形成する第２パターニングステップと、
・少なくとも１つの透明な前面電極層を堆積させて、前記第２分離トレンチを充填及びコンタクトさせ又は前記第１線形導電性領域をコンタクトさせ、これによって、隣接する太陽電池セル同士を直列接続させるステップと、
・前記バリア層から前記少なくとも１つの前面電極層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って除去して、対応する前記第２分離トレンチに隣接する第３分離トレンチ、又は、対応する前記第２分離トレンチと境界を接する第３分離トレンチ、特に前記第２分離トレンチに対して平行に延在する第３分離トレンチを形成する、少なくとも１つの第３パターニングステップと、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記基板は、前記第１レーザー処理の電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である、及び／又は、前記第１パターニングステップの前記レーザー処理を、前記基板の、堆積されている側とは反対の側から、特にレーザーアブレーションによって実施する、
ことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコンタクト層は、少なくとも１つの金属カルコゲン化物を含むか又は金属カルコゲン化物層である、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
前記第２及び／又は第３パターニングステップにおいて、前記第２乃至第３分離トレンチ、並びに、前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記バッファ層の方向に堆積された各層の前記化学的相転移部を、レーザー処理を用いて形成する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項５】
少なくとも１つの第２分離トレンチ、特に全ての第２分離トレンチを、それぞれ１つの充填された前記第１分離トレンチに対して離間して隣接配置する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項６】
少なくとも１つの第３分離トレンチ、特に全ての第３分離トレンチを、それぞれ対応する充填された前記第２分離トレンチによって、又は、前記第１線形導電性領域によって、それぞれ対応する充填された前記第１分離トレンチから分離する、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項７】
前記裏面電極は、タングステン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、コバルト、及び／又は、モリブデンを含むか又は実質的にこれらから形成され、有利にはタングステン、チタン、及び／又は、モリブデンを含むか又は実質的にこれらから形成され、
若しくは、
前記裏面電極は、タングステン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム、及び／又は、モリブデンを含む合金から形成される、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項８】
前記導電性のバリア層は、双方向に作用するバリア層であり、特に前記裏面電極層から及び／又は前記裏面電極層を超えて移動する成分、特に拡散する成分、乃至、拡散可能な成分、特にドーピング材料に対するバリアであり、かつ、前記コンタクト層から及び／又は特に前記半導体吸収体層から前記コンタクト層を超えて移動する成分、特に拡散する成分、乃至、拡散可能な成分、特にドーピング材料に対するバリアである、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項９】
前記バリア層は、特にナトリウムイオンのようなアルカリイオン、セレン若しくはセレン化合物、硫黄若しくは硫黄化合物、及び／又は、特に鉄、ニッケルのような金属、及び／又は、前記半導体吸収体層の金属に対するバリアであり、
及び／又は、
前記バリア層は、少なくとも１つの金属窒化物、少なくとも１つの金属ケイ素窒化物、少なくとも１つの金属炭化物、及び／又は、少なくとも１つの金属ホウ化物を含む又は実質的にこれらから形成され、
特にTiN、TiSiN、MoN、TaSiN、MoSiN、TaN、WN、ZrN、及び／又は、WSiNを含む又は実質的にこれらから形成される、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのコンタクト層は、前記半導体吸収体層と直接境界を接している、
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の方法。
【請求項１１】
前記コンタクト層は、
モリブデン、タンタル、ニオブ、及び／又は、タングステンを含むか又は実質的にこれらから形成され、
及び／又は、
金属セレン化物、金属硫化物、及び／又は、金属硫セレン化物から選択された少なくとも１つの金属カルコゲン化物を含むか又は実質的にこれらから形成され、金属としてMo、W、Ta、Zr、Co、又は、Nbを含み、
特にMoSe2、WSe2、MoS2、WS2、Mo(Se1-x,Sx)2、及び／又は、W(Se1-x,Sx)2から選択された少なくとも１つの金属カルコゲン化物を含むか又は実質的にこれらから形成され、但し、xは０〜１の任意の値を取る、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項１２】
前記コンタクト層は、前記薄膜太陽電池セルの前記半導体吸収体層に対する少なくとも１つのドーピング材料を含み、
前記ドーピング材料は特に、
ナトリウム、カリウム、リチウムの群から選択される、及び／又は、これらの元素と、有利には酸素、セレン、硫黄、ホウ素、及び／又は、例えばヨウ素又はフッ素のようなハロゲンとの少なくとも１つの化合物、
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、
を含む、
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項１３】
前記半導体吸収体層は、４元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)Se2層か、又は、５元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)(Se1-x,Sx)2層か、又は、黄錫亜鉛鉱層、特にCu2ZnSn(Sex,S1-x)4層、例えばCu2ZnSn(Se)4層又はCu2ZnSn(S)4層であるか、又はこれらを含み、但し、xは０〜１の任意の値を取る、
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項１４】
黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の前記半導体吸収体層を前記コンタクト層の上に堆積させることによって、当該コンタクト層の中に存在する金属、又は、当該コンタクト層を形成する金属を、完全に又は部分的に、金属セレン化物、金属硫化物、及び／又は、金属硫セレン化物に変換させる、
ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項１５】
前記第１バッファ層を、乾式化学的又は湿式化学的に堆積させる、
ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項１６】
前記第１バッファ層は、CdS層又はCdSフリー層を含むか又は実質的にこれらから形成され、特にZn(S,OH)又はIn2S3を含むか又は実質的にこれらから形成され、
及び／又は、
前記第２バッファ層は、導電性の真性酸化亜鉛及び／又は高抵抗酸化亜鉛を含むか又は実質的にこれらから形成される、
ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項１７】
前記第１レーザー処理、前記第２レーザー処理、及び／又は、前記第３レーザー処理を、１０ナノ秒未満、特に１００ピコ秒未満のパルス持続時間を有するレーザー光パルスを用いて実施する、
ことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項１８】
前記前面電極は、ｎドープされた酸化亜鉛を含むか又はｎドープされた酸化亜鉛から実質的に形成される、
ことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項１９】
前記第１、第２、及び、第３パターニングステップは、前記薄膜太陽電池セルのモノリシック集積型直列接続構造をもたらし、又は、前記薄膜太陽電池のモノリシック集積型直列接続構造に寄与し、特に線形の処理ステップとして構成されている、
ことを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２０】
前記第３分離トレンチを、前記第３パターニングステップにおいて、特にニードルスクライビングのような機械的なパターニングによって、及び／又は、第３レーザー処理によって形成する、
ことを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２１】
前記金属カルコゲン化物の金属は、モリブデン、タングステン、タンタル、コバルト、ジルコニウム、及び／又は、ニオブからなる群から選択され、
及び／又は、
前記カルコゲンは、セレン及び／又は硫黄からなる群から選択される、
ことを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２２】
前記バリア層の上に、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、ニオブからなる少なくとも１つの第１金属層を堆積させ、セレン及び／又は硫黄を含有する雰囲気中で前記半導体吸収体層、特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の前記半導体吸収体層を製造する際に、当該第１金属層を、部分的に金属カルコゲン化物層に変換させて、前記コンタクト層を形成する、
ことを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２３】
前記バリア層の上に、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、ニオブからなる少なくとも１つの第１金属層を堆積させ、さらに、セレン及び／又は硫黄を含有する雰囲気中で前記半導体吸収体層、特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の前記半導体吸収体層を製造する際に、当該第１金属層を、完全に金属カルコゲン化物層に変換させて、前記コンタクト層を形成する、
ことを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２４】
前記バリア層の平均厚さは、少なくとも１０ｎｍ、特に少なくとも３０ｎｍ、有利には最大２５０ｎｍ又は１５０ｎｍであり、
及び／又は、
前記コンタクト層の平均厚さは、少なくとも５ｎｍ、有利には１５０ｎｍ以下、特に有利には５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１から２３のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２５】
前記第１、第２、及び／又は、第３分離トレンチの平均幅は、３０μｍ以下、有利には１５μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１から２４のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２６】
前記基板は、幅が０．５ｍより大きく、特に２ｍより大きく、かつ、長さが１．２ｍより長く、特に３ｍより長いガラスプレートである、
ことを特徴とする請求項１から２５のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２７】
前記半導体吸収体層、特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の前記半導体吸収体層を堆積させるステップは、
前記半導体吸収体層の特に全ての金属成分を、特に黄銅鉱の半導体吸収体層の場合には銅、インジウム、場合によってはガリウムを、黄錫亜鉛鉱の半導体吸収体層の場合には銅、亜鉛、錫を、前記コンタクト層の上に堆積させて、第２金属層を形成するステップと、
当該第２金属層を、セレン及び／又はセレン化合物と、場合によっては硫黄及び／又は硫黄化合物とを用いて処理するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１から２６のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２８】
前記第２金属層、特に銅／インジウムの金属層、乃至、銅／インジウム／ガリウムの金属層、又は、銅／亜鉛／錫の金属層を、セレン及び／又はセレン化合物と、場合によっては硫黄及び／又は硫黄化合物とを用いて処理する前に、堆積された前記基板を、個々の複数のモジュールに分割、特に切断する、
ことを特徴とする請求項２８記載の製造方法。
【請求項２９】
第１及び／又は第２金属層を、
各々有利には高真空下で実施される物理蒸着（PVD）による堆積、電子ビーム蒸発による蒸着、抵抗蒸発による蒸着、誘導蒸発、アーク蒸発、及び／又は、特にDC若しくはRFマグネトロンスパッタリングのようなカソードスパッタリング（スパッタリング堆積）を含む物理気相蒸着法によって形成するか、
又は、
特に化学蒸着（CVD）、低圧CVD、及び／又は、大気圧CVDを含む化学気相蒸着法によって形成する、
ことを特徴とする請求項１から２８のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項３０】
前記裏面電極層と、前記導電性のバリア層と、前記コンタクト層と、特に黄銅鉱の半導体吸収層を形成する場合にはCu、In、Ga層であり、黄錫亜鉛鉱の半導体吸収層を形成する場合にはCu、Zn、Sn層である前記半導体吸収体層の金属とを、ただ１つの真空堆積装置において、有利には連続スパッタリング法によって堆積させる、
ことを特徴とする請求項１から２９のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項３１】
請求項１から３０のいずれか一項記載の方法によって製造される、光起電性の薄膜太陽モジュール。
【請求項３２】
前記光起電性の薄膜太陽電池モジュールは、順番に、
少なくとも１つの基板層と、
少なくとも１つの裏面電極層と、
少なくとも１つの導電性のバリア層と、
特にオーム性の、少なくとも１つのコンタクト層と、
特に前記コンタクト層の上に直接堆積された、少なくとも１つの半導体吸収体層、特に黄銅鉱又は黄錫亜鉛鉱の半導体吸収体層と、
場合によっては少なくとも１つのバッファ層、特にCdS層又はCdSフリー層を含むか又は実質的にこれらから形成される、特にZn(S,OH)又はIn2S3を含むか又は実質的にこれらから形成される、少なくとも１つの層（第１バッファ層）、及び／又は、
場合によっては、真性酸化亜鉛及び／又は高抵抗酸化亜鉛を含む及び実質的にこれらから形成される、少なくとも１つの層（第２バッファ層）と、
少なくとも１つの前面電極と、
を含むことを特徴とする請求項３２記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３３】
前記半導体吸収体層は、４元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)Se2層か、又は、５元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)(Se1-x,Sx)2層か、又は、黄錫亜鉛鉱層、特にCu2ZnSn(Sex,S1-x)4層、例えばCu2ZnSn(Se)4層又はCu2ZnSn(S)4層であるか、又はこれらを含み、但し、xは０〜１の任意の値を取る、
ことを特徴とする請求項３２又は３３記載の薄膜太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電性の薄膜太陽電池モジュールの製造方法、並びに、当該製造方法によって製造される薄膜太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
光起電性の薄膜太陽電池モジュールは以前から公知であり、また商業的に入手可能でもある。このようなモジュールは通常、例えばCu(In,Ga)(Se,S)系のようないわゆる黄銅鉱の半導体吸収体層を使用した複雑な多層積層体である。このような薄膜太陽電池モジュールは多段のプロセスで製造されるが、この場合には各々の方法段階を、多数の相互作用に基づいて慎重に後続の方法段階に適合させなければならない。装置技術的な理由により、モジュールフォーマットの寸法が１．２ｍ×０．５ｍを超える薄膜太陽電池モジュールは、大量生産することが不可能又は非常に困難であることが多い。従来は、個々の製造段階において各々の温度及び反応条件を適用すべき場合には、多層積層体における個々の層の成分、ドーピング材料、若しく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。
【０００３】
従って、従来技術の欠点を有さず、特により少ないプロセスステップで実施できると同時に、例えば従来技術から知られているようなモジュールフォーマットに関する制限のない、光起電性の薄膜太陽電池モジュールの製造方法を使用できるようにすることが望ましい。
【０００４】
従って、光起電性の薄膜太陽電池モジュールの製造方法において、
・特に平面形の、基板を供給するステップと、
・前記基板の上に少なくとも１つの裏面電極層を堆積させるステップと、
・少なくとも１つの導電性のバリア層を堆積させるステップと、
・特にオーム性の、少なくとも１つのコンタクト層を堆積させるステップと、
・特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の、少なくとも１つの半導体吸収体層を堆積させるステップと、
・場合によっては、少なくとも１つの第１バッファ層を堆積させるステップと、
・場合によっては、少なくとも１つの第２バッファ層を堆積させるステップと、
・レーザー処理（第１レーザー処理）によって、堆積された前記各層を、互いに離間した線に沿って除去して、隣接する太陽電池セル同士を分離させる第１分離トレンチを形成する、第１パターニングステップと、
・少なくとも１つの絶縁材料によって前記第１分離トレンチを充填するステップと、
・第２パターニングステップであって、
−前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記１つ又は複数のバッファ層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って除去して、対応する前記第１分離トレンチに隣接する第２分離トレンチ、又は、対応する前記第１分離トレンチと境界を接する第２分離トレンチ、特に対応する前記第１分離トレンチに対して平行に延在する第２分離トレンチ、を形成する第２パターニングステップ、
若しくは、
−前記バリア層から前記半導体吸収体層又は前記バッファ層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って化学的相転移又は熱分解させて、第１線形導電性領域を形成する第２パターニングステップと、
・少なくとも１つの透明な前面電極層を堆積させて、前記第２分離トレンチを充填及びコンタクトさせ又は前記第１線形導電性領域をコンタクトさせ、これによって、隣接する太陽電池セル同士を直列接続させるステップと、
・前記バリア層から前記少なくとも１つの前面電極層の方向へと堆積された各層を、互いに離間した線に沿って除去して、対応する前記第２分離トレンチに隣接する第３分離トレンチ、又は、対応する前記第２分離トレンチと境界を接する第３分離トレンチ、特に前記第２分離トレンチに対して平行に延在する第３分離トレンチを形成する、少なくとも１つの第３パターニングステップと、
を有する製造方法が発明された。
【０００５】
前記基板は、有利には、第１レーザー処理の電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性である。適当な基板には、例えばガラスプレートのようなガラス基板が含まれる。択一的に、例えばプラスチックフィルムのようなフレキシブル又は非フレキシブルなプラスチック層か、又は、特殊鋼層乃至フィルムを使用することも可能である。
【０００６】
本発明の方法の適当な１つの実施形態においては、前記裏面電極は、タングステン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、コバルト、及び／又は、モリブデンを含むか又は実質的にこれらから形成され、有利にはタングステン、チタン、及び／又は、モリブデンを含むか又は実質的にこれらから形成され、若しくは、前記裏面電極は、タングステン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム、及び／又は、モリブデンを含む合金から形成される。本発明における裏面電極は、バルク裏面電極とも呼ぶことができる。また、バルク裏面電極と、バリア層と、コンタクト層とからなる積層体を、多層裏面電極と呼ぶこともできる。有利な１つの実施形態においては、前記バルク裏面電極及び前記コンタクト層は、モリブデン又はタングステン又はモリブデン合金又はタングステン合金を有し、特にモリブデン又はモリブデン合金を有し、若しくは、実質的に、モリブデン又はタングステン又はモリブデン合金又はタングステン合金から形成され、特にモリブデン又はモリブデン合金から形成される。
【０００７】
本発明の方法において特に使用される実施形態では、導電性のバリア層が、双方向に作用するバリア層であり、特に裏面電極層から及び／又は裏面電極層を超えて移動する成分、特に拡散する成分、乃至、拡散可能な成分、特にドーピング材料に対するバリアであり、かつ、コンタクト層から及び／又は特に半導体吸収体層からコンタクト層を超えて拡散する成分、乃至、拡散可能な成分、特にドーピング材料に対するバリアである。この場合のバリア層は、例えば特にナトリウムイオンのようなアルカリイオン、セレン若しくはセレン化合物、硫黄若しくは硫黄化合物、及び／又は、特に鉄、ニッケルのような金属、及び／又は、半導体吸収体層の金属に対するバリアであり、例えば、Cu、In、Ga、Fe、Ni、Al、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、及び／又は、Wに対するバリアである。有利には、バリア層は、少なくとも１つの金属窒化物、少なくとも１つの金属ケイ素窒化物、少なくとも１つの金属炭化物、及び／又は、少なくとも１つの金属ホウ化物を含む又は実質的にこれらから形成される。有利には、上記の金属窒化物、金属ケイ素窒化物、金属炭化物、及び／又は、金属ホウ化物の金属は、チタン、モリブデン、タンタル、ジルコニウム、又は、タングステンである。特に有利には、バリア層は、TiN、TiSiN、MoN、TaSiN、MoSiN、TaN、WN、ZrN、及び／又は、WSiNを含む又は実質的にこれらから形成される。
【０００８】
導電性のバリア層は、双方向に作用するバリア層として、裏面電極層から及び／又は裏面電極層を超えて移動する成分、特に拡散する成分、乃至、拡散可能な成分、特にドーピング材料に対するバリア層であり、かつ、コンタクト層から及び／又は特に半導体吸収体層からコンタクト層を超えて拡散する成分、乃至、拡散可能な成分、特にドーピング材料に対するバリア層である。バリア層が存在するという状況に基づき、例えばバルク裏面電極の材料の純度を格段に低減することが可能である。例えば、バルク裏面電極層は、Fe、Ni、Al、Cr、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、及び／又は、Naからなる群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、上記元素の化合物によって不純にすることができ、それでもなお、本発明の裏面電極を有する薄膜太陽電池セル乃至モジュールの効率が持続的に損なわれることはない。
【０００９】
本発明のバリア材料としてこのような金属窒化物、例えばTiNが好まれており、この場合の金属は、窒素に関して化学量論的又は超化学量論的に、すなわち過剰な窒素によって堆積される。
【００１０】
本発明による多層裏面電極及びバリア層を使用する別の利点は、薄膜太陽電池及びモジュールにおいて使用する場合に、例えば黄銅鉱層又は黄錫亜鉛鉱層のような半導体吸収体層の厚さを従来の積層体に比べて格段に低減することができるという点で明らかになる。というのは、バリア層が例えばチタン窒化物のような金属窒化物の形態であるか、又は、このような金属窒化物又はチタン窒化物を含んでいる場合には、半導体吸収体層を通過する太陽光が当該バリア層によって非常に効果的に反射されるので、半導体吸収体層を２度通過することによる非常に良好な量子収率を達成することができるからである。本発明の多層裏面電極、乃至、本発明の多層裏面電極を有する薄膜太陽電池セル乃至モジュールに上記のようなバリア層を設けることによって、半導体吸収体層の平均厚さを、例えば０．４μｍ〜１．５μｍの範囲、例えば０．５μｍ〜１．２μｍの範囲の値まで低減することができる。
【００１１】
本発明の多層裏面電極のバリア層は、特に有利な実施形態では、ドーピング材料に対するバリア特性、及び／又は、特に半導体吸収体層へのドーピング材料及び／又は半導体吸収体材料からのドーピング材料に対するバリア特性、及び／又は、セレン及び／又は硫黄のようなカルコゲン並びにカルコゲン化合物に対するバリア特性、及び／又は、Cu、In、Ga、Sn、及び／又は、Znのような半導体吸収体層の金属成分に対するバリア特性、及び／又は、鉄及び／又はニッケルのようなバルク裏面電極層からの不純物及び／又は基板からの成分及び／又は不純物に対するバリア特性、とりわけ双方向のバリア特性を提供することができる。一方では、基板からのドーピング材料に対する双方向のバリア特性によって、半導体吸収体層と多層裏面電極乃至コンタクト層との界面に、例えばガラス基板から拡散されたアルカリイオンが蓄積するのを阻止したい。このような蓄積は、半導体層の剥離の原因として知られている。従ってこの導電性のバリア層は、接着性の問題を回避するのに役立つのである。他方では、半導体吸収体から拡散されるドーピング材料乃至拡散可能なドーピング材料に対するバリア特性によって、このようにしてドーピング材料がバルク裏面電極へと失われるのを阻止し、ひいては、太陽電池セル又は太陽電池モジュールの効率を著しく減少させ得る、半導体吸収体のドーピング材料の欠乏を阻止したい。というのは、例えばモリブデン製の裏面電極は、ナトリウムドーピング材料の相当量を吸収し得ることが知られているからである。従って、双方向の導電性のバリア層によって、太陽電池セル及びモジュールの再現可能な高効率を達成するために、半導体吸収体層中のドーピング材料を所期のように調量するための前提条件を可能にしたい。
【００１２】
カルコゲンに対するバリア特性により、カルコゲンが裏面電極に到達するのを阻止して、到着した場所で金属カルコゲン化物化合物が形成されるのを阻止したい。例えばMoSeのようなこのカルコゲン化物化合物は、裏面電極の表面近傍にある層の体積を格段に増加させ、このことが層構造の不均一性及び接着性の悪化の原因となる。Fe、Niのようなバルク裏面電極材料の不純物は、例えば黄銅鉱の半導体に対するいわゆるディープトラップ（半導体毒）であるので、バリア層によって半導体吸収体層から阻隔される。
【００１３】
有利な実施形態では、バリア層の平均厚さは、通常少なくとも１０ｎｍ、特に少なくとも３０ｎｍ、有利には最大２５０ｎｍ又は１５０ｎｍである。
【００１４】
コンタクト層は、有利には基板に向いた側ではバリア層と直接境界を接しており、及び／又は、前面電極に向いた側では半導体吸収体層と直接境界を接している。好ましくは、コンタクト層は、少なくとも１つの金属カルコゲン化物を含む。有利には、金属カルコゲン化物の金属は、モリブデン、タングステン、タンタル、コバルト、ジルコニウム、及び／又は、ニオブからなる群から選択され、及び／又は、金属カルコゲン化物のカルコゲンは、セレン及び／又は硫黄からなる群から選択される。本発明の方法の有利な１つの実施形態においては、コンタクト層は、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、タングステンを含むか又は実質的にこれらから形成され、及び／又は、金属セレン化物、金属硫化物、及び／又は、金属硫セレン化物から選択された少なくとも１つの金属カルコゲン化物を含むか又はこれらから形成され、金属としてMo、W、Ta、Zr、Co、又は、Nbを含み、特に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からなる群から選択された少なくとも１つの金属カルコゲン化物を含むか又は実質的にこれらから選択され、但し、xは０〜１の任意の値を取る。
【００１５】
このような方法の実施形態による特に有利な効果は、コンタクト層が、薄膜太陽電池セルの半導体吸収体層に対する少なくとも１つのドーピング材料を含むことである。ドーピング材料は、ナトリウム、カリウム、リチウムの群から選択され、及び／又は、これらの元素と、有利には酸素、セレン、硫黄、ホウ素、及び／又は、例えばヨウ素又はフッ素のようなハロゲンとの少なくとも１つの化合物を有し、及び／又は、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有する少なくとも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、カリウムブロンズを含む。
【００１６】
さらにコンタクト層の平均厚さは、通常少なくとも５ｎｍ、有利には１５０ｎｍ以下、特に有利には５０ｎｍ以下である。
【００１７】
さらに有利には、半導体吸収体層は、４元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)Se2層か、又は、５元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)(Se1-x,Sx)2層か、又は、黄錫亜鉛鉱層、特にCu2ZnSn(Sex,S1-x)4層、例えばCu2ZnSn(Se)4層又はCu2ZnSn(S)4層であるか、又はこれらを含み、但し、xは０〜１の任意の値を取る。黄錫亜鉛鉱層は、通常、IB-IIA-IVA-VIA構造に基づいている。例として、Cu2ZnSnSe4とCu2ZnSnS4とを挙げておく。１つの実施形態においては、黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の半導体吸収体層をコンタクト層の上に堆積させることによって、当該コンタクト層の中に存在する金属、又は、当該コンタクト層を形成する金属を、完全に又は部分的に、金属セレン化物、金属硫化物、及び／又は、金属硫セレン化物に変換させることができる。
【００１８】
本発明の方法においてはさらに、コンタクト層は、少なくとも１つの金属層と、少なくとも１つの金属カルコゲン化物層とからなる積層体を含むことができ、この場合の金属層は、裏面電極層又は導電性のバリア層に当接乃至隣接することができ、金属カルコゲン化物層は、半導体吸収体層に当接乃至隣接することができる。金属層の金属と、金属カルコゲン化物層の金属とが一致するような構成も有利であり、特にモリブデン及び／又はタングタングステンである。
【００１９】
本発明による方法の別の１つの実施形態では、バリア層の上に、例えばモリブデン、タンタル、ジルコニウム、コバルト、タングステン、及び／又は、ニオブからなる少なくとも１つの第１金属層が堆積され、セレン及び／又は硫黄を含有する雰囲気中で半導体吸収体層、特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の半導体吸収体層を製造する際に、当該第１金属層を、部分的に金属カルコゲン化物層に変換させて、コンタクト層を形成する。
【００２０】
本発明による方法のさらなる実施形態では、バリア層の上に、モリブデン、タンタル、ジルコニウム、コバルト、タングステン、及び／又は、ニオブからなる少なくとも１つの第１金属層が堆積され、さらに、セレン及び／又は硫黄を含有する雰囲気中で半導体吸収体層、特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の半導体吸収体層を製造する際に、当該第１金属層を、完全に金属カルコゲン化物層に変換させて、コンタクト層を形成する。
【００２１】
本発明による方法では、有利な実施形態において、半導体吸収体層、特に黄錫亜鉛鉱又は黄銅鉱の半導体吸収体層を堆積させるステップは、以下のステップを含む：すなわち、半導体吸収体層の特に全ての金属成分を、特に黄銅鉱の半導体吸収体層を形成する場合には銅、インジウム、場合によってはガリウムを、黄錫亜鉛鉱の半導体吸収体層を形成する場合には銅、亜鉛、錫を、コンタクト層の上に堆積させて、第２金属層を形成するステップと、この第２金属層を、セレン及び／又はセレン化合物と、場合によっては硫黄及び／又は硫黄化合物とを用いて、有利には３００℃、特に３５０℃を上回る温度で処理するステップである。
【００２２】
この場合とりわけ、第２金属層、特に銅／インジウムの金属層、乃至、銅／インジウム／ガリウムの金属層、又は、銅／亜鉛／錫の金属層を、セレン及び／又はセレン化合物と、場合によっては硫黄及び／又は硫黄化合物とを用いて処理する前に、堆積された１つの基板が、個々の複数のモジュールに分割、特に切断される。
【００２３】
第１及び／又は第２金属層は、各々有利には高真空下で実施される物理蒸着（PVD）による堆積、電子ビーム蒸発による蒸着、抵抗蒸発による蒸着、誘導蒸発、アーク蒸発、及び／又は、特にDC若しくはRFマグネトロンスパッタリングのようなカソードスパッタリング（スパッタリング堆積）を含む物理気相蒸着法によって形成されるか、又は、特に化学蒸着（CVD）、低圧CVD、及び／又は、大気圧CVDを含む化学気相蒸着法によって形成される。
【００２４】
さらには、裏面電極層と、導電性のバリア層と、コンタクト層と、特に黄銅鉱の半導体吸収層の場合にはCu、In、Ga層であり、黄錫亜鉛鉱の半導体吸収層の場合にはCu、Zn、Sn層である半導体吸収体層の金属とを、特にただ１つの真空堆積装置において、有利には連続スパッタリング法によって堆積させる実施形態が有利である。
【００２５】
第１バッファ層は、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。第１バッファ層は、CdS層又はCdSフリー層を含むか又は実質的にこれらから形成することができ、特にZn(S,OH)又はIn2S3を含むか又は実質的にこれらから形成することができる。第２バッファ層は、導電性の真性酸化亜鉛及び／又は高抵抗酸化亜鉛を有利には含むか又はこれらから形成されている。
【００２６】
前面電極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の波長を有する放射に対して透過性である。光起電性の薄膜太陽電池セル及びその適用のために適した前面電極の材料は、当業者には公知である。１つの実施形態では、前面電極は、ｎドープされた酸化亜鉛を含むか又は実質的にこれから形成されている。
【００２７】
有利には本発明においては、第１レーザー処理、第２レーザー処理、及び／又は、第３レーザー処理は、１０ナノ秒未満、特に１００ピコ秒未満のパルス持続時間を有するレーザー光パルスを用いて実施される。この場合に有利な実施形態においては、第２レーザー処理は、バッファ層に向いた側から実施することができる。
【００２８】
有利な１つの実施形態では、第２及び／又は第３パターニングステップにおいて、第２乃至第３分離トレンチ、並びに、特にバリア層から半導体吸収体層又はバッファ層の方向に堆積された層を熱分解させることによる化学的相転移部は、レーザー処理を用いて形成される。第１パターニングステップのレーザー処理は、有利には基板の、堆積されている側とは反対の側から、特にレーザーアブレーションによって実施される。１つの実施形態では、第３分離トレンチは、第３パターニングステップにおいて、特にニードルスクライビングのような機械的なパターニングによって、及び／又は、第３レーザー処理によって形成することができる。
【００２９】
実用的な１つの実施形態においては、少なくとも１つの第２分離トレンチ、特に全ての第２分離トレンチは、それぞれ１つの充填された第１分離トレンチに対して離間して隣接配置される。さらに、少なくとも１つの第３分離トレンチ、特に全ての第３分離トレンチは、それぞれ対応する充填された第２分離トレンチによって、又は、第１線形導電性領域によって、それぞれ対応する充填された第１分離トレンチから分離されている。
【００３０】
本発明の方法においてはさらに、第１、第２、及び、第３パターニングステップが、太陽電池のモノリシック集積型直列接続構造をもたらし、又は、太陽電池のモノリシック集積型直列接続構造に寄与し、特に、線乃至分離トレンチを形成する処理ステップとして構成されている。
【００３１】
さらに別の１つの実施形態では、第１、第２、及び／又は、第３分離トレンチの平均幅は、３０μｍ以下、有利には１５μｍ以下である。
【００３２】
本発明による方法において使用される基板は、有利には幅が０．５ｍより大きく、特に２ｍより大きく、特に有利には３ｍより大きく、かつ、長さが１．２ｍより長く、特に３ｍより長く、有利には５ｍより長いプレート又はフィルム、特にガラスプレートである。例えば、特に幅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さえも可能である。ここから例えば、モジュールフォーマットが１．６ｍ×０．７ｍの１６個の薄膜太陽電池モジュールを得ることができる。
【００３３】
本発明の基礎となる課題はさらに、本発明の製造方法によって製造される光起電性薄膜太陽電池モジュールによって解決される。
【００３４】
本発明の方法によって得られる光起電性の薄膜太陽電池モジュールは、順番に、少なくとも１つの基板層と、少なくとも１つの裏面電極層と、少なくとも１つの導電性のバリア層と、特にオーム性の、少なくとも１つのコンタクト層と、特に前記コンタクト層の上に直接堆積された、少なくとも１つの半導体吸収体層、特に黄銅鉱又は黄錫亜鉛鉱の半導体吸収体層と、少なくとも１つの前面電極とを含む。
【００３５】
この場合にはとりわけ、半導体吸収体層と前面電極との間に、少なくとも１つのバッファ層、特に少なくとも１つの層（第１バッファ層）、及び／又は、少なくとも１つの層（第２バッファ層）を設けることができ、前記第１バッファ層は、特にCdS層又はCdSフリー層を含むか又は実質的にこれらから形成され、特にZn(S,OH)又はIn2S3を含むか又は実質的にこれらから形成され、前記第２バッファ層は、真性酸化亜鉛及び／又は高抵抗酸化亜鉛を含む及び／又は実質的にこれらから形成される。
【００３６】
この場合に特に有利な本発明の薄膜太陽モジュールにおいては、半導体吸収体層は、４元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)Se2層か、又は、５元系のIB-IIIA-VIA族の黄銅鉱層、特にCu(In,Ga)(Se1-x,Sx)2層か、又は、黄錫亜鉛鉱層、特にCu2ZnSn(Sex,S1-x)4層、例えばCu2ZnSn(Se)4層又はCu2ZnSn(S)4層であるか、又はこれらを含む（但し、xは０〜１の任意の値を取る）。
【００３７】
本発明の薄膜太陽電池モジュールの有利な１つの実施形態ではさらに、コンタクト層は、少なくとも１つの金属層と、少なくとも１つの金属カルコゲン化物層とを含み、前記金属層は、裏面電極に隣接乃至接触しているか、又は、バリア層に隣接乃至接触しており、前記金属カルコゲン化物層は、半導体吸収体層に隣接又は接触している。
【００３８】
有利には金属層と金属カルコゲン化物層とは、同じ金属、特にモリブデン及び／又はタングステンをベースにしている。この場合のコンタクト層は、有利には金属カルコゲン化物層である。
【００３９】
裏面電極を有する薄膜太陽電池セル乃至モジュールの、コンタクト層及び／又は半導体吸収体層の中のドーピング材料、特にナトリウムイオンのドープ量が、１０１３〜１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、特に１０１４〜１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であると有利であることが判明している。
【００４０】
薄膜太陽電池セルの半導体吸収体層のためのドーピング材料をコンタクト層にドーピングする場合には、本発明の多層裏面電極が有利であることが判明している。半導体吸収体層の製造時には、基本的に３００℃〜３５０℃を超える温度が使用される。この温度は、５００℃〜６００℃の範囲内になることも多い。このような温度では、特にナトリウムイオン又はナトリウム化合物のようなドーピング材料が、ドープされたコンタクト層から半導体吸収体層の中へと移動、特に拡散する。バリア層が存在するので、裏面電極層への移動乃至拡散は行われない。
【００４１】
半導体の処理中における温度は上記のように比較的高温であるので、多層裏面電極のうちの選択された層、特にバルク裏面電極及び／又は導電性のバリア層の線熱膨張係数が、半導体吸収体層及び／又は基板の線熱膨張係数に適合するように構成すると有利である。従って、特に本発明の薄膜太陽電池セル及びモジュールのバルク裏面電極及び／又はバリア層の線熱膨張係数は、１４×１０−６Ｋ、有利には９×１０−６Ｋを超えないようにすべきである。
【００４２】
半導体の処理中における温度は上記のように比較的高温であるので、多層裏面電極のうちの選択された層、特にバルク裏面電極及び／又は導電性のバリア層の線熱膨張係数が、半導体吸収体層及び／又は基板の線熱膨張係数に適合するように構成すると有利である。従って、特に本発明の薄膜太陽電池セル及びモジュールのバルク裏面電極及び／又はバリア層の線熱膨張係数は、１４×１０−６Ｋ、有利には９×１０−６Ｋを超えないようにすべきである。
【００４３】
本発明においては有利には、バルク裏面電極層の平均厚さは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲、特に８０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲であり、及び／又は、バリア層の平均厚さは、１０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲、特に２０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲であり、及び／又は、コンタクト層の平均厚さは、２ｎｍ〜２００ｎｍの範囲、特に５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。多層裏面電極の全体厚さは、有利には、本発明の裏面電極の全比抵抗が５０μΩ・ｃｍ、有利には１０μΩ・ｃｍを超えないように調整すべきである。上記設定値より小さければ、直列接続されたモジュールにおける抵抗損失をさらに低減することができる。
【００４４】
本発明は、特に本発明の多層裏面電極と組み合わせた一連のパターニングプロセスによって、大量生産される高品質かつ高効率のモノリシック集積型直列接続構造の太陽電池セルを、コスト的に有利に再現可能に製造することが可能であるという驚くべき認識に基づいている。従来技術の製造方法では、分割された裏面電極の構造トレンチの縁部において、セレン及び／又は硫黄との、乃至、セレン化水素及び／又は硫化水素との望ましくない反応が生じる。これらの公知の方法では、構造トレンチは半導体形成プロセスよりも前に製造されるので、構造トレンチは、半導体形成時に適用される高温の影響を受け、また場合によっては３５０℃〜６００℃のアルカリ拡散を受け、それによりセレン又は硫黄の影響下で腐食してしまうことが多い。これに伴い、セレン及び／又は硫黄の影響下で腐食した金属の体積膨張に起因して、機械的応力による層の浸透が発生し、またマイクロクラックが形成される。本発明の方法によれば、上記欠点は回避される。本発明の方法、とりわけ１つの実施形態では、セレン及び／又は硫黄のようなカルコゲン乃至カルコゲン化合物に対するバリア層が使用され、また、当該バリア層は、時系列的に反応性の半導体形成プロセスの後に初めてパターニングされる。さらに本発明の方法によれば、マイクロクラックや、パターニング縁部におけるモリブデンの溶融を完全には回避できないような時点において、例えばモリブデン製の裏面電極でのレーザーパターニングを実施する必要性が回避される。２つの現象は、半導体吸収体層の形成の条件下において、いずれにせよ薄膜太陽電池セルを少なくとも部分的に阻害しうる。さらに本発明の方法によれば、従前ではレーザー加工時に絶縁性のバリア層に頻繁に発生していた損傷を回避することができる。従って、アルカリイオンが、ガラス基板から半導体吸収体層へと制御不能に到達するのを阻止することができる。半導体吸収体層の過剰ドーピングを回避し、絶縁体充填材料を用いて構造トレンチを充填することによって、隣接するセル同士の間における所期の高いブリッジ抵抗が、従来技術に比べて格段に改善され、この結果、相当な充填率乃至効率が得られる。さらに、半導体吸収体層のドーピングの制御によって、本発明の方法によって形成された薄膜太陽電池モジュールにおいては、アルカリイオンに起因する個々の層の接着性に関する問題がもはや生じないことが保証される。これにより、使用不能な欠陥品の発生率を格段に低減することができる。
【００４５】
本発明の方法によればさらに、光起電性の薄膜太陽電池モジュールにおける薄膜太陽電池セルのモノリシック集積型直列接続構造において、導電性のバリア層をバルク裏面電極と組み合わせて使用することが初めて可能となる。セレン及び硫黄を含有する雰囲気中では基本的に耐食性のない本発明のバルク裏面電極は、半導体製造プロセス中には、まだパターニング乃至分割されていないバリア層によって保護される。バルク裏面電極層の腐食に起因した体積膨張による、構造トレンチにおけるバリア層と、該バリア層の上に位置する半導体吸収体層の破壊を−典型的には３分の１に−回避することができる。腐食性の半導体形成プロセスの後に初めて、半導体吸収体層とバッファ層とを有する多層裏面電極がパターニングされる。
【００４６】
さらに本発明の方法によれば、例えばバルク裏面電極層に対して、純度の低い材料を使用することが可能となる。これによって、薄膜モジュールの各々異なる材料の層における熱膨張率の挙動を互いにより良好に調整することが可能となる。このことは特に、剥離現象や接着力の問題をさらに抑制できるという有利な効果を有する。
【００４７】
さらに本発明によれば、第１パターニングステップを、有利にはレーザー処理を用いてバッファ層を堆積した後に初めて実施することによっても、従来技術に係る薄膜太陽電池モジュールの製造における欠点を克服することが可能であることが認識されている。上述した有利な効果は、とりわけ前述したバリア層、特に双方向に作用するバリア層を備えている薄膜太陽電池モジュール、乃至、薄膜太陽電池モジュールの前駆体において上記のパターニングモードが実施される場合にも発生する。
【００４８】
別の利点は、第１及び第２パターニングステップと、絶縁体による構造トレンチの充填とを、１つの装置において実施することができるという驚くべき認識であり、これによって最終的に、分離トレンチの線同士の間隔を小さくすることが可能となり、これによって個々の太陽電池セルの活性化面積が増大し、ひいては薄膜太陽電池モジュールの効率が向上する。絶縁体を充填する方法として、インクジェットプリンタ業界で知られている、非常に微細に調節可能なインクジェット法が適当である。充填材料としては、例えば半導体技術から知られているような、高速硬化性絶縁インク又はＵＶ硬化性の電気絶縁コーティングを使用することができる。ＵＶ照射は、充填ステップの直後に実施される。第１及び第２レーザー処理のための方法においては、例えば１０ピコ秒未満のパルス持続時間を有するレーザー光パルスが使用される。線フィードは、数ｍ／秒の速度であり、大量生産に適している。
【００４９】
本発明の他の特徴および利点は、例示的な概略図を参照しながら本発明の有利な実施形態を説明している後続の記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の方法における、本発明の薄膜太陽電池モジュールの製造段階の概略断面図である。
【図２】本発明の方法における、本発明の薄膜太陽電池モジュールの後続の製造段階の概略概略図である。
【図３】本発明の方法における、本発明の薄膜太陽電池モジュールのさらなる別の製造段階の概略断面図である。
【図４】本発明の方法における、本発明の薄膜太陽電池モジュールのさらなる別の製造段階の概略断面図である。
【図５】本発明の方法における、本発明の薄膜太陽電池モジュールのさらなる別の製造段階の概略断面図である。
【００５１】
図１からは、本発明の薄膜太陽電池モジュール１の中間製造段階１ａの概略断面図が見て取れる。ガラス基板２の上には、薄膜堆積法によって、モリブデンからなるバルク裏面電極層４が設けられている。バルク裏面電極層４の上に接して、例えばTiN又はZrNからなる双方向に反射性のバリア層６が設けられている。バリア層６も薄膜堆積法によって形成することができる。バリア層６の上には、図示した実施形態では、モリブデンセレン化物のような金属カルコゲン化物からなるオーム性のコンタクト層８が堆積されている。このコンタクト層８は、種々の形式及び方法で形成することができる。１つの実施形態では、例えばモリブデンセレン化物ターゲットからモリブデンセレン化物がスパッタリングされる。択一的に、最初にまず金属層を堆積させた後、半導体吸収体層を形成する前及び／又は形成中に、相応の金属カルコゲン化物に変換させることができる。有利な１つの実施形態では、コンタクト層８に少なくとも１つのドーピング材料、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ナトリウム硫化物を混合させることも可能である。層１０は半導体吸収体層であり、例えば黄銅鉱又は黄錫亜鉛鉱の半導体吸収体層として設けることができる。この半導体吸収体層を堆積させるための方法は、当業者には公知である。コンタクト層の中にドーピング材料が存在する場合には、このドーピング材料は、基本的に半導体吸収体層を形成する条件下で、当該半導体吸収体層の中へと拡散する。その後、薄膜堆積法によって、半導体吸収体層１０の上にまず例えばCdS、Zn(S,OH)、又は、In2S3からなる第１バッファ層１２が設けられ、次いで真性酸化亜鉛からなる第２バッファ層１４が堆積される。
【００５２】
図１に図示した本発明の薄膜太陽電池モジュール１の製造段階１ａは、ただ１つの装置において、実質的に連続した１つのプロセスで製造される。プロセスの全期間に亘って、ただ１つの装置において処理することができる。従って、高コストの方法ステップが回避されるだけでなく、例えば酸素による中間製造段階の汚染の危険性も低下する。
【００５３】
図２は、中間製造段階１ａにおいて実施される第１パターニングステップによって形成された製造段階１ｂを示している。透明な基板２の裏側からレーザー処理（矢印で示す）することによって第１分離トレンチ１６が形成される。この第１分離トレンチ１６は、最終的に、モノリシック集積型直列接続構造のセル幅を画定する。このようにして、例えば平均幅１５μｍの分離トレンチに亘って、線に沿って、基板上に設けられた全ての層が除去される。
【００５４】
図３に図示した製造段階１ｃは、硬化可能な絶縁材料１８が充填された分離トレンチ１６を供給する。絶縁材料１８は、図示した実施形態では第２バッファ層１４の表側まで達している。さらにレーザー処理によって今度は表側から積層体における第２パターニングプロセスが実施され、これによって、離間した第２分離トレンチ２０が形成される。第２バッファ層１４から半導体吸収体層１０を超えてコンタクト層８まで（コンタクト層８を含む）の全ての層が、有利には１５μｍの平均幅に亘って除去される。
【００５５】
第１レーザーパターニングのステップと、第１分離トレンチを充填するステップと、第２レーザーパターニングのステップとは、有利には同じ１つの装置において実施することができる。これによって面倒な調整が省略される。むしろこのような調整は、ただ１回だけ実行すればよくなる。第１分離トレンチと第２分離トレンチとの間の間隔を狭くすることもでき、これによって、薄膜太陽電池モジュールの有効面積は拡大する。
【００５６】
製造段階１ｃでは、図４に示すように、公知の薄膜堆積法によって例えばｎドープされた酸化亜鉛からなる透明な高導電率の前面電極層２２が堆積され、製造段階１ｄが形成される。このときに前面電極の材料は、第２分離トレンチ２０の中に入り込む。
【００５７】
最後に、製造段階１ｄでは、モノリシック集積型直列接続構造における絶縁構造を画定するための第３パターニングステップが実施され、ここでは、バリア層６に到達するまで第３分離トレンチ２４が形成される（図５参照）。第３分離トレンチ２４は、レーザー処理によって形成されるか、又は、例えばニードルスクライビングによって機械的に形成される。
【００５８】
図示した方法では、有利な実施形態においては、半導体吸収体層の金属を堆積した後、カルコゲンを用いてこれらの金属層をより高温で処理する前に、元々の基板のフォーマットから切断することにより、薄膜太陽電池モジュールの目標のフォーマットを得ることができる。
【００５９】
上記の説明、特許請求の範囲、及び図面に開示された本発明の特徴は、個々でも任意の組み合わせでも、本発明の種々の実施形態において本発明を実現するための基礎とすることができる。
【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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【国際調査報告】
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