(57)【要約】  本発明は、ストリップ形状の素子を形成して直列接続するための方法であって、従来技術に比べて、直列接続に必要な面積の減少が実現される方法に関する。
2012531755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの基板（４）上にストリップ形状の複数の素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）を製造して直列接続するための方法であって、ストリップ形状の複数の第１の電気接触層（１）が、前記基板（４）上に形成され、これらの第１の電気接触層（１）は、前記基板（４）の表面まで達する複数の第１の溝（５）を介して前記複数の素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）の長さにわたって絶縁されていて、複数の半導体層（２）を前記ストリップ形状の複数の第１の電気接触層（１）上に又は前記複数の第１の溝（５）内に配置する当該方法において、
ａ）領域を形成する複数の凹部（６）が、前記複数の第１の溝（５）の各々の一方の縁部に沿って前記複数の半導体層（２）に形成され、前記第１の電気接触層（１）の表面が、前記第１の溝（５）内で除去され、
ｂ）ストリップ形状の複数の第２の電気接触層（３）が、前記複数の半導体層（２）上に配置される結果、前記複数の凹部（６）が充填され、且つ、１つの素子（Ａ）の前記複数の第２の電気接触層（３）が、隣接した１つの素子（Ｂ）の前記複数の第１の電気接触層（１）に領域を形成して接触し、
ｃ）複数の第２の溝（７）が、前記複数の素子の長さにわたって前記複数の第２の電気接触層（３）を絶縁するためにこれらの第２の電気接触層（３）内に形成され、
ｄ）前記複数の第１の電気接触層（１）を絶縁するための前記複数の第１の溝（５）が形成され、及び／又は、前記複数の第２の電気接触層（３）を絶縁するための前記複数の第２の溝（７）が、前記凹部（６）を迂回する蛇行区域を有して形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の溝（５）又は前記第２の溝（７）の前記蛇行区域の数は、前記凹部の数に一致することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ストリップ形状の素子を形成するため、前記第１の溝（５）に割り当てられた第２の溝（７）が、当該各第１の溝（５）に１つずつ形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
１つの第１の溝（５）の縁部に沿った前記複数の凹部の相互の間隔は、０．２ミリメートル〜１００ミリメートル、特に１．５ミリメートル〜１０ミリメートルに選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
隣接した接触層を絶縁するための１つの第１の溝（５）と１つの第２の溝（７）との間の横方向の間隔は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の溝（７）の、前記凹部（６）の領域以外の領域は、前記第１の溝（５）にわたって直接配置される結果、前記複数の素子の長さ（Ｌ）にわたって延在する前記複数の第１の溝又は前記複数の第２の溝の区域が、横方向のずれなしに形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
領域を形成する前記凹部（６）は、好ましくは１ｍｍ２以下、特に０．０１ｍｍ２以下の面積を有して製造されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
レーザアブレーションが、前記第１の溝及び／又は前記第２の溝及び／又は前記凹部を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の溝及び／又は前記第２の溝及び／又は前記凹部を製造するためのマスクが、配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ＰＶＤ法若しくはＣＶＤ法又は噴霧法又は（インクジェット）印刷法が、層を堆積することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
エッチング法が、前記第１の溝及び／又は前記第２の溝及び／又は前記凹部を製造することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体層及び前記接触層のための材料が選択される結果、当該材料が、光起電力素子を前記基板の長さにわたって形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ガラス基板（４）が、選択されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
ＴＣＯ（透明導電性酸化物）が、前記基板（４）上の前記第１の電気接触層（１）のための材料として選択されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのｎ−ｉ−ｐ又はｐ−ｉ−ｎ構造が、活性半導体層（２）として前記第１の電気接触層（１）上に形成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
ＺｎＯ／Ａｇが、前記第２の電気接触層（３）のための材料として選択されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
基板の長さにわたるストリップ形状の複数の第１の電気接触層と前記第１の電気接触層上に配置されている半導体層と前記半導体層上に配置されている前記基板の長さ（Ｌ）にわたるストリップ形状の複数の第２の電気接触層とを有する当該基板を備えた層構造において、
前記第２の電気接触層は、前記半導体層内の、領域を形成する凹部（６）を通じて前記第１の電気接触層に接触し、前記第１の電気接触層と前記第２の電気接触層とを絶縁するため、第１の層が、前記第１の電気接触層内に配置されていて、第２の溝が、前記第２の電気接触層内に配置されていて、前記第１の溝及び／又は前記第２の溝が、蛇行して前記凹部を迂回することを特徴とする層構造。
【請求項１８】
前記領域を形成する凹部は、第１の溝と第２の溝との間に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の層構造。
【請求項１９】
蛇行区域以外の複数の素子の長さ（Ｌ）にわたる前記第１の溝及び第２の溝は、横方向のずれなしに又は横方向の僅かなずれだけを有して相対して形成されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の層構造。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の層構造としてのソーラーモジュールにおいて、
前記第２の電気接触層（３）、前記第１の電気接触層（２）及び前記半導体層は、光起電力素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）を前記基板の長さにわたって形成する材料から成ることを特徴とするソーラーモジュール。
【請求項２１】
モジュールの全面積に対する当該活性半導体層の面積の比は、少なくとも９８％、好ましくは９８．５％より大きく、特に９９％以上であることを特徴とする請求項２０に記載のソーラーモジュール。
【請求項２２】
１つの基板（４）上にストリップ形状の複数の素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）を製造して直列接続するための方法であって、ストリップ形状の複数の第１の電気接触層（１）が、前記基板（４）上に形成され、これらの第１の電気接触層（１）は、前記基板（４）の表面まで達する複数の第１の溝（５）を介して前記複数の素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）の長さにわたって絶縁されていて、複数の半導体層（２）を前記ストリップ形状の複数の第１の電気接触層（１）上に又は前記複数の第１の溝（５）内に配置し、
ストリップ形状の複数の第２の電気接触層（３）が、前記複数の半導体層（２）上に配置され、複数の第２の溝（７）が、前記複数の素子の長さにわたって前記複数の第２の電気接触層（３）を絶縁するためにこれらの第２の電気接触層（３）内に形成される当該方法において、
前記半導体層は、領域を形成する凹部を有する結果、前記第１の電気接触層が、前記凹部内で前記第２の電気接触層に接触されて、隣接した素子を直列接続することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にソーラーモジュールとしての基板上、及びソーラーモジュール上にストリップ形状の素子を製造して直列接続するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力素子を直列接続してソーラーモジュールとすることで、短絡を生じずに、素子で発生される光誘導エネルギーが足し合わされる。このために、２つの光起電力素子の第１の電気コンタクトと第２の電気コンタクトを規則的に互いに導電接続し、光起電力素子の反対側の面にはコンタクト（電極とも呼ぶ）を配設する。
【０００３】
従来技術から、基板上に第１の電気コンタクトを全面にわたって層として塗布することが知られている。第１の構造化ステップＰ１によって、第１の接触層を、表面から下へ基板に達する深さまで、平行に配列された複数のストリップに細分化する。第１の構造化ステップＰ１後、構造化された第１のコンタクトの表面上に活性半導体層を全面にわたって塗布し、第１のコンタクトの溝を充填する。その後、第２の構造化ステップＰ２により、半導体層を、半導体層の表面から第１の電気コンタクトの表面に達する深さまで、複数のストリップに細分化する。第２の構造化ステップＰ２は、第１の構造化ステップＰ１及び第１の電気コンタクトのストリップ形状の細分化区域のすぐ横で平行に行う。次いで、構造化した第１の電気コンタクト及び構造化した半導体層の上で、第２の電気接触層を、細分化されたストリップ形状の光起電力素子の表面上に塗設し、やはりストリップに細分化する。第３の構造化プロセスＰ３により、第２の電気コンタクトを、その表面から半導体層の表面に達する深さまで、平行に配列された複数のストリップに細分化する。第３の構造化プロセスＰ３は、第２の構造化プロセスＰ２のできるだけすぐ横で平行に行い、第１の構造化プロセスＰ１にも平行であるが、より離して行う。
【０００４】
その結果、第２の電気コンタクトの表面から第１の電気コンタクトへの接続が形成され、その下に配置された光起電力素子の溝を充填することによって直列接続が形成される。
【０００５】
この標準的な方法の欠点は、ソーラーモジュールの直列接続された光起電力素子のエネルギー変換率が低いことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、特にソーラーモジュールとしてストリップ形状の素子を製造して直列接続するための方法であって、より高いエネルギー変換率を実現する方法を提供することである。本発明のさらなる課題は、それに対応する、より高いエネルギー変換率を有するソーラーモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１に記載の方法、並びに別の独立請求項による層構造及びソーラーモジュールによって解決される。有利な形態は、それらの従属請求項から明らかになる。
【０００８】
まず、基板又は表板の上に、好ましくは互いに平行に配列された概してストリップ形状の複数の第１の電気接触層を形成する。
【０００９】
基板として、例えば太陽電池技術、特に薄層太陽電池技術、及び薄層技術自体で一般に使用されているすべての基板又は表板を自由に選択することができ、例えば鋼又はアルミニウムからなる金属箔（基板）である。表板としては、例えばガラス又はプラスチック箔が使用される。
【００１０】
基板は、光散乱を改善するため、又は支持体上での接触層の成長を改善するための機能層を含むことができる。
【００１１】
第１の電気接触層として、例えばＡｌ／ＺｎＯ又はＡｇ／ＺｎＯ（基板）又はＺｎＯ、ＳｎＯ２、若しくはＩＴＯ（表板）などの材料を選択することができる。
【００１２】
ストリップ形状の電気接触層は、基板の表面まで達する深さの互いに平行に配列された第１の溝によって、素子の長さにわたってストリップ状に絶縁される。しかし、当該素子を囲む枠を設けてもよい。
【００１３】
基板の長さ（Ｌ）は、少なくとも素子の長さ（Ｌ）にわたって延びる。
【００１４】
ストリップ形状の第１の接触層は、例えば、マスク法及び噴霧法又はエッチング法を用いたリソグラフィ法によって基板又は表板上に形成することができる。また、第１の接触層は、まず接触層を基板上に全面にわたって塗布し、次いで例えばレーザアブレーション又はマスク法及びエッチング法によって構造化することによって形成することもできる。他の方法及び方法の組合せも可能である。
【００１５】
基板と第１の電気接触層からなるそのような層構造の上で、さらに、ストリップ形状の第１の電気接触層上又は第１の溝内に半導体層を形成する。
【００１６】
半導体層に、各第１の溝のそれぞれ１つの縁部で領域形状凹部、好ましくは点状凹部を形成する。
【００１７】
凹部内で、第１の電気接触層の表面が除去される。これは、隣接するストリップ形状の素子を直列接続するための後の接触形成に役立つ。
【００１８】
このために、好ましくは互いに平行に配列されたストリップ形状の複数の第２の電気接触層を半導体層上に塗設する。それにより、有利には、半導体層の領域形状凹部が充填される。それにより、それぞれ素子（Ａ）での１つの第２の電気接触層と、隣接する素子（Ｂ）での１つの第１の電気接触層との、対応する領域形状コンタクトが形成される。
【００１９】
有利には、第２の溝が、素子の長さにわたって第２の電気接触層を絶縁するのに役立ち、この目的で第２の溝を第２の電気接触層に形成する。それに対応して、その下で、第１の電気接触層の表面又は半導体層を露出させることができる。
【００２０】
第１の電気接触層を絶縁するための第１の溝及び／又は第２の電気接触層を絶縁するための第２の溝は、有利には、領域形状凹部を迂回する蛇行区域又は角張った区域を有して延び、それにより、上から見て、各凹部が第１の溝と第２の溝との間に配置され、又はこれらの溝が凹部を迂回して形成され、それにより隣接する素子が直列接続される。
【００２１】
したがって、占有面積を節約し、半導体層の大部分が使用可能になるので、本発明の課題が解決される。従来技術に比べて、直列接続に必要な面積がはるかに小さい。なぜなら、従来技術では互いに並んで配置された構造化を基にしており、これらの構造化の間に位置する領域をエネルギー発生に利用できないからである。
【００２２】
第１及び／又は第２の溝の蛇行区域又は角張った区域の数は、凹部の数に対応すべきである。第１の溝も第２の溝も蛇行区域を有することができる。
【００２３】
ストリップ形状の素子を形成するために、各第１の溝に対して、その溝に割り当てられた第２の溝を上に形成する。素子の長さにわたって、２〜５０個、好ましくは５〜３０個、特に１０〜２０個の凹部を溝の縁部に沿って形成する。好ましくは、ここで基板の長さは約１０ｃｍである。より大きな基板では、より多くの凹部を形成すべきである。凹部の面積が小さければ小さいほど、エネルギー発生用に多くの場所を残しておくことができる。
【００２４】
凹部同士の間隔の選択は、とりわけその大きさに応じて決まる。好ましくは、溝の縁部に沿って、０．２ミリメートル〜１００ミリメートル、特に１．５ミリメートル〜１０ミリメートルの間隔を選択することができる。
【００２５】
図面に示すように、隣接する接触層を絶縁するために、第１の溝と、それに割り当てられた第２の溝との横方向間隔は２ミリメートルまでとすることができる。横方向間隔は大きすぎないようにすべきである。
【００２６】
凹部の領域以外では、特に有利には上から見て第２の溝の真上に第１の溝を配置すべきであり、それにより両方の溝の大部分が重なり合って、素子の長さにわたって一緒に延びる。
【００２７】
エネルギー発生のために半導体層の大部分を使用できるようにするために、領域形状凹部を、好ましくは点状に、例えば最大１ｍｍ２、特に最大０．０１ｍｍ２の面積で製造すべきである。したがって、凹部の間に位置する半導体層をエネルギー発生に完全に使用することができるように、接触形成用の領域形状凹部は比較的小さい。
【００２８】
有利には、第１の溝及び／又は第２の溝、及び／又は凹部を形成するためにレーザアブレーションを使用することもできる。
【００２９】
また、第１の溝及び／又は第２の溝、及び／又は凹部を形成するために、形成する構造に対応して形成されたマスクを配置し、次いでエッチングして溝又は凹部を形成することもできる。ＰＶＤ法若しくはＣＶＤ法、又は噴霧法、又は印刷法、また特にインクジェット印刷法をそれぞれ、層の堆積のために使用することができる。
【００３０】
同様に、第１の溝及び／又は第２の溝、及び／又は凹部を製造するためにエッチング法を選択することもできる。
【００３１】
特に有利には、これらのストリップ形状の光起電力素子を基板の長さにわたって形成することができるように半導体層及び接触層のための材料が配置され、これらは例えば、ガラス基板、及び基板上の第１の電気接触層としてのＴＣＯ（透明導電性酸化物）である。
【００３２】
第１の電気接触層上の活性半導体層として、少なくとも１つのｎ−ｉ−ｐ又はｐ−ｉ−ｎ構造を配設することができる。
【００３３】
第２の電気接触層として、ＺｎＯ／Ａｇをストリップ状に形成することができる。
【００３４】
そのようにして形成した層構造は、基板を備え、さらに、基板の長さにわたって好ましくは互いに平行に配列されたストリップ形状の複数の第１の電気接触層と、第１の電気接触層の上に配置された半導体層と、半導体層の上に配置された、基板の長さにわたって好ましくは互いに平行に配列されたストリップ形状の複数の第２の電気接触層とを備える。
【００３５】
第２の電気接触層は、半導体層の領域形状凹部を介して第１の電気接触層に接触する。領域形状凹部は、従来技術のように素子の長さ（Ｌ）にわたっては延びない。なお、領域形状凹部の縁部は、半導体層の材料によってのみ形成される。第１の電気接触層と第２の電気接触層を互いに絶縁するために、第１の溝が第１の電気接触層に設けられ、第２の溝が第２の電気接触層に設けられ、第１及び／又は第２の溝は、蛇行区域を有し、凹部のすぐ近くで凹部を迂回して延びる。
【００３６】
第２の電気接触層及び／又は第１の電気接触層は、上から見て、領域形状凹部を迂回する蛇行領域、例えば角張って延びる領域又は湾曲して延びる領域を有する。第１の溝と第２の溝が上から見て密接又は近接している、好ましくはさらにほぼ重なり合っている、すなわち横方向のずれなしで上下に配置されているので、素子の長さにわたって凹部の間のすべての領域をエネルギー発生に使用することができる。領域形状凹部は、それぞれ１つの第１の溝と１つの第２の溝との間に形成される。
【００３７】
ソーラーモジュールがこの層構造を備えることができる。その際、第２の電気接触層と第１の電気接触層、及び半導体層は、基板の長さにわたって光起電力素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）を形成する材料からなる。
【００３８】
基板上に光起電力素子（Ａ、Ｂ、Ｃ）を製造して直列接続するための特別な方法は、まず、第１の電気コンタクトを基板上に層として全面にわたって塗設し、そこに、平行に配列される第１の溝を、基板の表面まで達する深さで形成することによって、ストリップ形状に細分化することを企図している。次いで、半導体層を第１の電気コンタクト上又は第１の溝内に塗設し、半導体層を除去することによって、領域形状凹部を各第１の溝の縁部に並列させて形成する。
【００３９】
次いで、第２の電気コンタクトを半導体層上に、好ましくは全面にわたって塗設すべきであり、それにより凹部を充填する。第１の溝の場所で、それぞれ凹部に隣接して位置する領域以外で、第２の電気コンタクト及び半導体層を除去し、それにより、溝の数に対応する数の光起電力素子（Ａ、Ｂ、Ｃ）を互いに電気絶縁する。なお、残りの凹部領域を迂回して、少なくとも第２の電気接触層及び場合によっては活性半導体層が第１の電気接触層の表面に達する深さまで除去され、それにより、光起電力素子（Ｂ）の第１のコンタクトは、好ましくは点状の複数のコンタクトによって、隣接する素子（Ａ）の第２のコンタクトと直列接続される。
【００４０】
本発明による太陽電池モジュールは、特に有利には、モジュールの全面積に対する活性直列接続半導体層の面積の比が、少なくとも９８％、好ましくは９８．５％超、特に９９％以上である。
【００４１】
本発明の範囲枠内において判明したように、従来技術による方法によれば、大きな領域、すなわち素子の長さにわたって構造化ステップが行われる領域、並びに構造化ステップ１と２との間、及び構造化ステップ２と３との間の全範囲が、エネルギー変換に使用可能でなくなっている。これにより、ソーラーモジュールの潜在的出力が無駄に減少されることが判明した。
【００４２】
さらに、損失面積を全体としてより小さくすることを目指すことで、より高いエネルギー変換率を実現することができることが判明した。
【００４３】
このために、第２の構造化プロセスＰ２によって、光起電力素子を、半導体層の表面から第１の電気コンタクトの表面に達する深さまで、局所的に点状に選択的に除去する。この第２の構造化プロセスＰ２は、第１の電気コンタクトにある平行に配列された第１の溝のできるだけすぐ横で平行に行う。これらの点状凹部を溝の構造縁部に直接設けることもできる。
【００４４】
次いで、さらなるステップにおいて、活性半導体層上及び点状凹部内に、第２の電気接触層を例えば全面にわたって、第１の接触層とは反対側の半導体層の面上に塗設する。それにより、基板と、基板の上に配置された第１の電気コンタクトと、第１の電気コンタクトの上に配置されたｐ−ｉ−ｎ又はｐ−ｉ−ｎ−ｐ−ｉ−ｎ又は同様の構造と、その構造の上に配置された第２の電気コンタクトとを含む層構造が提供される。
【００４５】
第３の構造化ステップＰ３によって、この第２の電気コンタクト及び半導体層をストリップに細分化する。このために必要な溝を、好ましくは第１の溝の位置に形成する。その際、第２の構造化プロセスＰ２に基づく溝の横で活性半導体材料に凹部がない限り、第１の構造化ステップＰ１の溝の上に第２のコンタクト及び活性半導体層を形成することが好ましい。第１の電気コンタクトと第２の電気コンタクトの接触形成を実現するための凹部がある領域では、第３の構造化は、接触形成穴の傍で、第１の構造化Ｐ１に基づく溝に面していない３辺を辿って延びる。ここで、構造化溝は、光起電力素子の電気的な短絡を防止するために、途切れのない線を成さなければならない。
【００４６】
接続領域の迂回構造において、従来技術に比べて有利なのは、やはり直列接続に必要な面積が小さく、したがってより大きな変換効率を実現することができることである。第１の電気接触層と第２の電気接触層との接触形成を実現するための凹部の間隔は、接続に起因する全体の損失が最小限になるように調節する。この全体の損失は、電気接触層に起因する導電損失と、材料アブレーション及び接続に起因する面積損失とからなる。
【００４７】
さらに、本発明を、６つの例示的実施形態及び添付図面に基づいてより詳細に説明するが、それにより本発明を限定はしない。
【００４８】
参照符号Ａ、Ｂ、Ｃは光起電力素子を表し、参照符号Ｌは素子又は基板の長さを表す。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示す。ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５に並列して点状に配置される。
【図２】実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示す。ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５に並列して点状に配置される。
【図３】実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示す。ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５に並列して点状に配置される。
【図４】実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示す。ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５の蛇行した構造化領域９の内側に点状に配置される。
【図５】実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示す。ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５の蛇行した構造化領域９の内側に点状に配置される。
【図６】実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示す。ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５の蛇行した構造化領域９の内側に点状に配置される。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
第１の例示的実施形態
図１は、実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示し、ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５に並列して点状に配置される。
【００５１】
図１ａ）は、ソーラーモジュールでのストリップ形状の複数の光起電力素子の上面図である。部分拡大図は、互いに平行に配列されたそれぞれ３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃを示す。図中の参照符号Ｐ１〜Ｐ３は、各溝又は点状の半導体構造化について、構造化のおおよその位置及び数を示す。ストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃは、第１及び第２の電気接触層１、３、並びにそれらの間に配置された半導体層２から形成される。
【００５２】
図１ｂ）は、この方法の出発点を示す。厚さ１ミリメートルの基板としての表板４の上に、第１のＴＣＯ電気接触層１（透明導電性酸化物）を全面にわたって塗設する。
【００５３】
基板４として、底面積が１００ｃｍ２のガラスを選択した。第１の堆積プロセスで、その上に、ＺｎＯからなる第１の電気接触層１を堆積した。基板４とＺｎＯとの間に、ＺｎＯの構造形成を改良するための機能層を配置し、基板に属するものとした（図示せず）。湿式化学的に組織化された酸化亜鉛からなる第１の電気接触層１の厚さは約８００ｎｍである。
【００５４】
第１の構造化プロセスＰ１（図１ｃ））において、レーザアブレーションによって第１の電気接触層１から材料を除去し、それにより、平行に配列された溝５内で基板４の表面を露出させる。すべての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃについて、この構造化プロセスＰ１を順次に行う。この目的で、レーザを相対運動させて基板４の表面上で動かす。間隔及び出力を調節して、層１の材料を除去する。
【００５５】
レーザとして、波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＴＨＧ）を選択する。この波長は、接触層１の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１５ｋＨｚで平均出力３００ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は２５０ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が１００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層１に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約３５μｍの円形アブレーションが得られる。第１の構造化プロセスＰ１後には、第１の電気接触層１は、平行に配列された第１の溝５によって基板４に達するまで互いに分離されている。その結果、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの平行に配列されたストリップ形状の第１の電気接触層は、溝５によって互いに電気絶縁されて基板４上に形成される。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃを分離するための多数の第１の溝５を形成する（図１ａ右：モジュール内の垂直ストリップ参照）。
【００５６】
構造化プロセスＰ１後には、直に隣接する２つの光起電力素子Ａ、Ｂ又はＢ、Ｃの間にそれぞれ１本の溝５がある。構造化プロセスＰ１は、コンピュータ支援制御下で行う。ここで、形成すべき光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ１を繰り返す。ガラス基板４の辺の長さが１０×１０ｃｍの場合、平行に配列された溝５が約１６本形成され、それによりストリップＡ、Ｂ、又はＣ他は、幅が０．５ｃｍとなる。
【００５７】
その後、第１の電気接触層１がある側で、シリコンからなる微結晶ｐ−ｉ−ｎ太陽電池２で基板４全体を被覆し、第１の電気接触層１及びまた溝５を層２のシリコンで被覆又は充填する（図１ｄ））。活性半導体層２としての微結晶ｐ−ｉ−ｎ積層体２の厚さは、約１３００ｎｍである。
【００５８】
破線Ｐ２に沿った第２の構造化プロセスにより、活性半導体層２を、第１の電気接触層１の表面まで切除し、点状凹部６を形成する（図１ｅ））。ここで、各溝ごとにそれぞれ、第１の構造化プロセスＰ１によって形成した溝５の右縁部の右側で材料を切除し、溝の左側に配置された光起電力素子に対する、素子Ａから素子Ｂへと延びる点状コンタクトを形成することができるようにする（図１ｆ及び１ｉ））。
【００５９】
第１の構造化プロセスＰ１とは異なり、第１の電気接触層１の表面まで達する深さの、素子の長さにわたって延びる溝を形成するために活性半導体層２をストリップ状に切除することはしない。
【００６０】
レーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、半導体層２の材料の切除に特有のものである。基板４も第１の電気接触層１も、選択された固有波長５３２ｎｍで高い透過性を示すので、活性半導体層２の選択的な切除が保証される。各レーザパルスのエネルギーとして約４０μＪが選択される。パルス繰返し率は５３３Ｈｚである。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。これにより、穴同士の間隔は約１．５ｍｍとなる。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板４側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。
【００６１】
その結果、平行に配列されたストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃが基板４上に形成され、点状の直列接続を実現するために、後に活性の半導体層２に点状凹部６を設ける（図１ｆ））。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの第１の電気接触層１を接触させるための多数の開口６を形成する。ここで、形成される光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ２を繰り返す。
【００６２】
次いで、第２の電気コンタクト３の塗布を行う。活性半導体層２の上に第２の電気コンタクト３を塗設する。第２の電気接触層３として、厚さ８０ｎｍの酸化亜鉛と厚さ２００ｎｍの銀層との組合せからなる層システムを選択する。ここで、第２の電気接触層の側では、シリコン積層体２上にまず酸化亜鉛層が位置し、それに銀層が続く。
【００６３】
構造化プロセスＰ３を行う。ここで、構造化プロセスＰ３に基づく溝７の形成は、第１の溝５の場所で、第１の電気接触層を接触させるための凹部６がない位置で、第２の電気接触層３とその下に位置する活性半導体層２を除去するようなものである。
【００６４】
さらに、凹部６がある領域内での第２の電気接触層３とその下にある活性半導体層２の除去は、凹部６の下、上、及び右で半導体層２及び第２の電気コンタクト３の材料を除去するようなものである。この構造化ステップによって材料を除去した２つの光起電力素子Ａ、Ｂ間の個々の領域は、２つの隣接する領域Ａ、Ｂの第２のコンタクトの途切れのない絶縁を成すように関連付けられる。これにより、その後は、２つの隣接する光起電力素子Ａ、Ｂの短絡が防止される（図１ｈ、ｉ））。
【００６５】
層２及び層３から材料を切除するためのレーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、２つの層２、３の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１１ｋＨｚで平均出力４１０ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。ここで、凹部６の周囲のほぼＵ字形の絶縁区域９、及び素子の点状直列接続のためのコンタクトウェブ８が形成される。
【００６６】
この構造化プロセスＰ３もストリップの全長に沿って行うので、大部分が溝５の上に位置し、ごく一部だけが第１の溝５に対してずらして配置された溝７が存在する。構造化プロセスＰ１及びＰ２と同じ回数だけ構造化プロセスＰ３を繰り返し、互いに平行に配列された多数のストリップ形状の光起電力素子の層１、２、３を、溝５及び７によって分離し、凹部６によって互いに直列接続する。
【００６７】
面積が１０×１０ｃｍ２であり、溝７が約１６本ある場合、凹部６をほぼすべて１．５ミリメートルにする必要がある。
【００６８】
従来技術に比べて、この例示的実施形態では、直列接続に必要な面積がはるかに小さく、したがってより高い変換効率を実現することができるという利点がある。穴６同士の間隔は、接続に起因する全体の損失が最小限になるように調節する。この全体の損失は、電気接触層１及び３に起因する導電損失と、材料アブレーション及び接続に起因する面積損失とからなる。
【００６９】
第２の例示的実施形態
図２は、実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示し、ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５に並列して点状に配置される。
【００７０】
図２ａ）は、ソーラーモジュールでのストリップ形状の複数の光起電力素子の上面図である。部分拡大図は、互いに平行に配列されたそれぞれ３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃを示す。図中の参照符号Ｐ１〜Ｐ３は、各溝又は点状の半導体構造化について、構造化のおおよその位置及び数を示す。ストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃは、第１及び第２の電気接触層１、３、並びにそれらの間に配置された半導体層２から形成される。
【００７１】
図２ｂ）は、この方法の出発点を示す。厚さ１ミリメートルの基板としての表板４の上に、第１のＴＣＯ電気接触層１（透明導電性酸化物）を全面にわたって塗設する。
【００７２】
基板４として、底面積が１００ｃｍ２のガラスを選択した。第１の堆積プロセスで、その上に、ＺｎＯからなる第１の電気接触層１を堆積した。基板４とＺｎＯとの間に、ＺｎＯの構造形成を改良するための機能層を配置し、基板に属するものとした（図示せず）。
【００７３】
１０×１０ｃｍ２大のガラス板が、この例示的実施形態の基礎となる。このガラス基板の上に、厚さ約８００ｎｍの湿式化学的に組織化された酸化亜鉛からなる第１の電気接触層１がある。
【００７４】
第１の構造化プロセスＰ１（図２ｃ））において、レーザアブレーションによって第１の電気接触層１から材料を除去し、それにより、平行に配列された溝５内で基板４の表面を露出させる。すべての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃについて、この構造化プロセスＰ１を順次に行う。この目的で、レーザを相対運動させて基板４の表面上で動かす。間隔及び出力を調節して、層１の材料を除去する。
【００７５】
レーザとして、波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＴＨＧ）を選択する。この波長は、接触層１の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１５ｋＨｚで平均出力３００ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は２５０ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が１００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層１に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約３５μｍの円形アブレーションが得られる。第１の構造化プロセスＰ１後には、第１の電気接触層１は、平行に配列された第１の溝５によって基板４に達するまで互いに分離されている。その結果、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの平行に配列されたストリップ形状の第１の電気接触層は、溝５によって互いに電気絶縁されて基板４上に形成される。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃを分離するための多数の第１の溝５を形成する（図２ａ右：モジュール内の垂直ストリップ参照）。
【００７６】
構造化プロセスＰ１後には、直に隣接する２つの光起電力素子Ａ、Ｂ又はＢ、Ｃの間にそれぞれ１本の溝５がある。構造化プロセスＰ１は、コンピュータ支援制御下で行う。ここで、形成すべき光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ１を繰り返す。ガラス基板４の辺の長さが１０×１０ｃｍの場合、平行に配列された溝５が約１６本形成され、それによりストリップＡ、Ｂ、又はＣ他は、幅が０．５ｃｍとなる。
【００７７】
その後、第１の電気接触層１がある側で、シリコンからなる微結晶ｐ−ｉ−ｎ太陽電池２で基板４全体を被覆し、第１の電気接触層１及びまた溝５を層２のシリコンで被覆又は充填する（図２ｄ））。活性半導体層２としての微結晶ｐ−ｉ−ｎ積層体２の厚さは、ここでは全体として約１３００ｎｍである。
【００７８】
破線Ｐ２に沿った第２の構造化プロセスにより、活性半導体層２を、第１の電気接触層１の表面まで切除し、点状凹部６を形成する（図２ｅ））。ここで、各溝ごとにそれぞれ、第１の構造化プロセスＰ１によって形成した溝５の右縁部の右側で材料を切除し、溝の左側に配置された光起電力素子に対する、素子Ａから素子Ｂへと延びる点状コンタクトを形成することができるようにする（図２ｆ））。
【００７９】
第１の構造化プロセスＰ１とは異なり、第１の電気接触層１の表面まで達する深さの連続的な溝を形成するために（従来技術と同様に）素子の長さにわたって活性半導体層２をストリップ状に切除することはしない。
【００８０】
レーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、半導体層２の材料の切除に特有のものである。基板４も第１の電気接触層１も、選択された固有波長５３２ｎｍで高い透過性を示すので、活性半導体層２の選択的な切除が保証される。各レーザパルスのエネルギーとして約４０μＪが選択される。パルス繰返し率は、８００Ｈｚである。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。これにより、穴同士の間隔は１ｍｍとなる。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板４側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。
【００８１】
その結果、平行に配列されたストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃが基板４上に形成され、点状の直列接続を実現するために、後に活性の半導体層２に点状凹部６を設ける（図２ｆ））。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの第１の電気接触層１を接触させるための多数の開口６を形成する。ここで、形成される光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ２を繰り返す。
【００８２】
次いで、第２の電気コンタクト３の塗布を行う。活性半導体層２の上に第２の電気コンタクト３を塗設する。第２の電気接触層３として、厚さ８０ｎｍの酸化亜鉛と厚さ２００ｎｍの銀層との組合せからなる層システムを選択する。ここで、第２の電気接触層の側では、シリコン積層体２上にまず酸化亜鉛層が位置し、それに銀層が続く（図２ｇ））。
【００８３】
構造化プロセスＰ３を行う。ここで、構造化プロセスＰ３に基づく溝７の形成は、第１の溝５の場所からわずかにずらして、第１の電気接触層を接触させるための凹部６がない位置で、第２の電気接触層３とその下に位置する活性半導体層２を除去するようなものである。ここで、溝７は、溝５に対して凹部６の方向に約１５０μｍずらす（図２ｈ、ｉ））。
【００８４】
さらに、凹部６がある領域内での第２の電気接触層３とその下にある活性半導体層２の除去は、凹部６の下、上、及び右で半導体層２及び第２の電気コンタクト３の材料を除去するようなものである。この構造化ステップによって材料を除去した２つの光起電力素子Ａ、Ｂ間の個々の領域は、２つの隣接する領域Ａ、Ｂの第２のコンタクトの途切れのない絶縁を成すように関連付けられる。これにより、その後は、２つの隣接する光起電力素子Ａ、Ｂの短絡が防止される。
【００８５】
層２及び層３から材料を切除するためのレーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、２つの層２、３の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１１ｋＨｚで平均出力４１０ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。ここで、素子の点状直列接続のための凹部の周囲にほぼＵ字形の絶縁区域９が形成される。
【００８６】
この構造化プロセスＰ３もストリップの全長に沿って行うので、第１の溝５に対してずらして配置された溝７が存在する。構造化プロセスＰ１及びＰ２と同じ回数だけ構造化プロセスＰ３を繰り返し、互いに平行に配列された多数のストリップ形状の光起電力素子の層１、２、３を、溝５及び７によって分離し、凹部６によって互いに直列接続する。
【００８７】
面積が１０×１０ｃｍ２であり、溝７が約１６本ある場合、凹部６をほぼすべて１ミリメートルにする必要がある。
【００８８】
従来技術に比べて、この例示的実施形態では、直列接続に必要な面積が小さく、したがってより高い変換効率を実現することができるという利点がある。穴６同士の間隔は、接続に起因する全体の損失が最小限になるように調節する。この全体の損失は、電気接触層１及び３に起因する導電損失と、材料アブレーション及び接続に起因する面積損失とからなる。
【００８９】
第３の例示的実施形態
図３は、実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示し、ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５に並列して点状に配置される。
【００９０】
図３ａ）は、ソーラーモジュールでのストリップ形状の複数の光起電力素子の上面図である。部分拡大図は、互いに平行に配列されたそれぞれ３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃを示す。図中の参照符号Ｐ１〜Ｐ３は、各溝又は点状の半導体構造化について、構造化のおおよその位置及び数を示す。ストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃは、第１及び第２の電気接触層１、３、並びにそれらの間に配置された半導体層２から形成される。
【００９１】
図３ｂ）は、この方法の出発点を示す。厚さ１ミリメートルの基板としての表板４の上に、第１のＴＣＯ電気接触層１（透明導電性酸化物）を全面にわたって塗設する。
【００９２】
基板４として、底面積が１００ｃｍ２のガラスを選択した。第１の堆積プロセスで、その上に、ＺｎＯからなる第１の電気接触層１を堆積した。基板４とＺｎＯとの間に、ＺｎＯの構造形成を改良するための機能層を配置し、基板に属するものとした（図示せず）。
【００９３】
１０×１０ｃｍ２大のガラス板が、この例示的実施形態の基礎となる。このガラス基板の上に、厚さ約８００ｎｍの湿式化学的に組織化された酸化亜鉛からなる第１の電気接触層１がある。
【００９４】
第１の構造化プロセスＰ１（図３ｃ））において、レーザアブレーションによって第１の電気接触層１から材料を除去し、それにより、平行に配列された溝５内で基板４の表面を露出させる。すべての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃについて、この構造化プロセスＰ１を順次に行う。この目的で、レーザを相対運動させて基板４の表面上で動かす。間隔及び出力を調節して、層１の材料を除去する。
【００９５】
レーザとして、波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＴＨＧ）を選択する。この波長は、接触層１の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１５ｋＨｚで平均出力３００ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は２５０ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が１００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層１に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約３５μｍの円形アブレーションが得られる。第１の構造化プロセスＰ１後には、第１の電気接触層１は、平行に配列された第１の溝５によって基板４に達するまで互いに分離されている。その結果、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの平行に配列されたストリップ形状の第１の電気接触層は、溝５によって互いに電気絶縁されて基板４上に形成される。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃを分離するための多数の第１の溝５を形成する（図３ａ右：モジュール内の垂直ストリップ参照）。
【００９６】
構造化プロセスＰ１後には、直に隣接する２つの光起電力素子Ａ、Ｂ又はＢ、Ｃの間にそれぞれ１本の溝５がある。構造化プロセスＰ１は、コンピュータ支援制御下で行う。ここで、形成すべき光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ１を繰り返す。ガラス基板４の辺の長さが１０×１０ｃｍの場合、平行に配列された溝５が約１６本形成され、それによりストリップＡ、Ｂ、又はＣ他は、幅が０．５ｃｍとなる。
【００９７】
その後、第１の電気接触層１がある側で、シリコンからなる微結晶ｐ−ｉ−ｎ太陽電池２で基板４全体を被覆し、第１の電気接触層１及びまた溝５を層２のシリコンで被覆又は充填する（図３ｄ））。活性半導体層２としての微結晶ｐ−ｉ−ｎ積層体２の厚さは、ここでは全体として約１３００ｎｍである。
【００９８】
破線Ｐ２に沿った第２の構造化プロセスにより、活性半導体層２を、第１の電気接触層１の表面まで切除し、点状凹部６を形成する（図３ｅ））。ここで、各溝ごとにそれぞれ、第１の構造化プロセスＰ１によって形成した溝５の右縁部の右側で材料を切除し、溝の左側に配置された光起電力素子に対する、素子Ａから素子Ｂへと延びる点状コンタクトを形成することができるようにする（図３ｆ））。
【００９９】
第１の構造化プロセスＰ１とは異なり、第１の電気接触層１の表面まで達する深さの連続的な溝を形成するために活性半導体層２をストリップ状に切除することはしない。
【０１００】
レーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、半導体層２の材料の切除に特有のものである。基板４も第１の電気接触層１も、選択された固有波長５３２ｎｍで高い透過性を示すので、活性半導体層２の選択的な切除が保証される。各レーザパルスのエネルギーとして約４０μＪが選択される。パルス繰返し率は５３３Ｈｚである。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。これにより、穴同士の間隔は１．５ｍｍとなる。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板４側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。
【０１０１】
その結果、平行に配列されたストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃが基板４上に形成され、点状の直列接続を実現するために、後に活性の半導体層２に点状凹部６を設ける（図３ｆ））。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの第１の電気接触層１を接触させるための多数の開口６を形成する。ここで、形成される光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ２を繰り返す。
【０１０２】
次いで、第２の電気コンタクト３の塗布を行う。活性半導体層２の上に第２の電気コンタクト３を塗設する。第２の電気接触層３として、厚さ８０ｎｍの酸化亜鉛と厚さ２００ｎｍの銀層との組合せからなる層システムを選択する。ここで、第２の電気接触層の側では、シリコン積層体２上にまず酸化亜鉛層が位置し、それに銀層が続く。
【０１０３】
構造化プロセスＰ３を行う。ここで、構造化プロセスＰ３に基づく溝７の形成は、第１の溝５の場所からわずかにずらして、第１の電気接触層を接触させるための凹部６がない位置で、第２の電気接触層３とその下に位置する活性半導体層２を除去するようなものである。ここで、溝７は、溝５に対して凹部６がずれている方向とは逆の方向に約１５０μｍずれている。
【０１０４】
さらに、凹部６がある領域内での第２の電気接触層３とその下にある活性半導体層２の除去は、凹部６の下、上、及び右で半導体層２及び第２の電気コンタクト３の材料を除去するようなものである。この構造化ステップによって材料を除去した２つの光起電力素子Ａ、Ｂ間の個々の領域は、２つの隣接する領域Ａ、Ｂの第２のコンタクトの途切れのない絶縁を成すように関連付けられる。これにより、その後は、２つの隣接する光起電力素子Ａ、Ｂの短絡が防止される（図３ｈ、ｉ））。
【０１０５】
層２及び層３から材料を切除するためのレーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、２つの層２、３の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１１ｋＨｚで平均出力４１０ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。ここで、凹部６の周囲のほぼＵ字形の絶縁区域９、及び素子の点状直列接続のためのコンタクトウェブ８が形成される。
【０１０６】
この構造化プロセスＰ３もストリップの全長に沿って行うので、第１の溝５に対してずらして配置された溝７が存在する。構造化プロセスＰ１及びＰ２と同じ回数だけ構造化プロセスＰ３を繰り返し、互いに平行に配列された多数のストリップ形状の光起電力素子の層１、２、３を、溝５及び７によって分離し、凹部６によって互いに直列接続する。
【０１０７】
面積が１０×１０ｃｍ２であり、溝７が約１６本ある場合、凹部６をほぼすべて１．５ミリメートルにする必要がある。
【０１０８】
従来技術に比べて、この例示的実施形態では、直列接続に必要な面積が小さく、したがってより高い変換効率を実現することができるという利点がある。穴６同士の間隔は、接続に起因する全体の損失が最小限になるように調節する。この全体の損失は、電気接触層１及び３に起因する導電損失と、材料アブレーション及び接続に起因する面積損失とからなる。
【０１０９】
第４の例示的実施形態
図４は、実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示し、ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５の蛇行した構造化領域９の内側に点状に配置される。
【０１１０】
図４ａ）は、ソーラーモジュールでのストリップ形状の複数の光起電力素子の上面図である。部分拡大図は、互いに平行に配列されたそれぞれ３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃを示す。図中の参照符号Ｐ１〜Ｐ３は、各溝又は点状の半導体構造化について、構造化のおおよその位置及び数を示す。ストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃは、第１及び第２の電気接触層１、３、並びにそれらの間に配置された半導体層２から形成される。
【０１１１】
図４ｂ）は、この方法の出発点を示す。厚さ１ミリメートルの基板としての表板４の上に、第１のＴＣＯ電気接触層１（透明導電性酸化物）を全面にわたって塗設する。
【０１１２】
基板４として、底面積が１００ｃｍ２のガラスを選択した。第１の堆積プロセスで、その上に、ＺｎＯからなる第１の電気接触層１を堆積した。基板４とＺｎＯとの間に、ＺｎＯの構造形成を改良するための機能層を配置し、基板に属するものとした（図示せず）。
【０１１３】
１０×１０ｃｍ２大のガラス板が、この例示的実施形態の基礎となる。このガラス基板の上に、厚さ約８００ｎｍの湿式化学的に組織化された酸化亜鉛からなる第１の電気接触層１がある。
【０１１４】
第１の構造化プロセスＰ１（図４ｃ））において、レーザアブレーションによって第１の電気接触層１から材料を除去し、それにより、加工された領域５内で基板４の表面を露出させる。基板上を蛇行するようにレーザ光線を動かし、それにより、第１の電気コンタクト内にコンタクトウェブ８を形成する（図４ｄ））。Ｕ字形の突出部同士の間隔は１．５ｍｍである。すべての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃについて、この構造化プロセスＰ１を順次に行う。この目的で、レーザを相対運動させて基板４の表面上で動かす。間隔及び出力を調節して、層１の材料を除去する。
【０１１５】
レーザとして、波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＴＨＧ）を選択する。この波長は、接触層１の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１５ｋＨｚで平均出力３００ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は２５０ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が１００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層１に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約３５μｍの円形アブレーションが得られる。第１の構造化プロセスＰ１後には、第１の電気接触層１は、平行に配列された第１の溝５によって基板４に達するまで互いに分離されている。その結果、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの平行に配列されたストリップ形状の第１の電気接触層は、溝５によって互いに電気絶縁されて基板４上に形成される。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃを分離するための多数の第１の溝５を形成する（図４ａ右：モジュール内の垂直ストリップ参照）。
【０１１６】
構造化プロセスＰ１後には、直に隣接する２つの光起電力素子Ａ、Ｂ又はＢ、Ｃの間にそれぞれ１本ずつ、Ｕ字形の突出部を有する溝５がある。構造化プロセスＰ１は、コンピュータ支援制御下で行う。ここで、形成すべき光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ１を繰り返す。ガラス基板４の辺の長さが１０×１０ｃｍの場合、平行に配列された溝５が約１６本形成され、それによりストリップＡ、Ｂ、又はＣ他は、幅が０．５ｃｍとなる。
【０１１７】
その後、第１の電気接触層１がある側で、シリコンからなる微結晶ｐ−ｉ−ｎ太陽電池２で基板４全体を被覆し、第１の電気接触層１及びまた溝５を層２のシリコンで被覆又は充填する（図５ｅ））。活性半導体層２としての微結晶ｐ−ｉ−ｎ積層体２の厚さは、ここでは全体として約１３００ｎｍである。
【０１１８】
破線Ｐ２に沿った第２の構造化プロセスにより、活性半導体層２を、第１の電気接触層１の表面まで切除し、点状凹部６を形成する（図５ｆ））。ここで、コンタクトウェブ８の領域内に点状凹部６を形成して（図５ｇ））、隣接する光起電力素子間の、素子Ａから素子Ｂへと延びる点状コンタクトを形成することができるようにする。
【０１１９】
第１の構造化プロセスＰ１とは異なり、第１の電気接触層１の表面まで達する深さの連続的な溝を形成するために活性半導体層２を途切れなく切除することはしない。
【０１２０】
レーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、半導体層２の材料の切除に特有のものである。基板４も第１の電気接触層１も、選択された固有波長５３２ｎｍで高い透過性を示すので、活性半導体層２の選択的な切除が保証される。各レーザパルスのエネルギーとして約４０μＪが選択される。パルス繰返し率は５３３Ｈｚである。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。これにより、穴同士の間隔は１．５ミリメートルとなる。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板４側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。
【０１２１】
その結果、平行に配列されたストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃが基板４上に形成され、点状の直列接続を実現するために、後に活性の半導体層２に点状凹部６を設ける。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの第１の電気接触層１を接触させるための多数の開口６を形成する。ここで、形成される光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ２を繰り返す。
【０１２２】
次いで、第２の電気コンタクト３の塗布を行う。活性半導体層２の上に第２の電気コンタクト３を塗設する。第２の電気接触層３として、厚さ８０ｎｍの酸化亜鉛と厚さ２００ｎｍの銀層との組合せからなる層システムを選択する。ここで、第２の電気接触層の側では、シリコン積層体２上にまず酸化亜鉛層が位置し、それに銀層が続く（図４ｈ））。
【０１２３】
構造化プロセスＰ３を行う。ここで、構造化プロセスＰ３に基づく溝７の形成は、第１の溝５の場所で、第１の電気接触層を接触させるための凹部６がなく、かつコンタクトウェブ８もない位置で、第２の電気接触層３とその下に位置する活性半導体層２を除去するようなものである。
【０１２４】
さらに、コンタクトウェブ８の領域内で溝７を直線状にさらに延ばし、それにより、ここで電気接触層３とその下にある活性半導体層を除去し、その下にある第１の電気コンタクト１を露出させる（図４ｉ、ｊ））。直線状の溝７は、隣接する２つの領域Ａ、Ｂの第２の電気コンタクトを途切れなく絶縁する。これにより、その後は、２つの隣接する光起電力素子Ａ、Ｂの短絡が防止される。
【０１２５】
層２及び層３から材料を切除するためのレーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、２つの層２、３の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１１ｋＨｚで平均出力４１０ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。
【０１２６】
この構造化プロセスＰ３もストリップの全長に沿って行うので、部分的に溝５の上にある溝７が存在する。構造化プロセスＰ１及びＰ２と同じ回数だけ構造化プロセスＰ３を繰り返し、互いに平行に配列された多数のストリップ形状の光起電力素子の層１、２、３を、溝５及び７によって分離し、凹部６によって互いに直列接続する。
【０１２７】
面積が１０×１０ｃｍ２であり、溝７が約１６本ある場合、凹部６をほぼすべて１．５ミリメートルにする必要がある。
【０１２８】
従来技術に比べて、この例示的実施形態では、直列接続に必要な面積が小さく、したがってより高い変換効率を実現することができるという利点がある。穴６同士の間隔は、接続に起因する全体の損失が最小限になるように調節する。この全体の損失は、電気接触層１及び３に起因する導電損失と、材料アブレーション及び接続に起因する面積損失とからなる。
【０１２９】
第５の例示的実施形態
図５は、実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示し、ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５の蛇行した構造化領域９の内側に点状に配置される。
【０１３０】
図５ａ）は、ソーラーモジュールでのストリップ形状の複数の光起電力素子の上面図である。部分拡大図は、互いに平行に配列されたそれぞれ３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃを示す。図中の参照符号Ｐ１〜Ｐ３は、各溝又は点状の半導体構造化について、構造化のおおよその位置及び数を示す。ストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃは、第１及び第２の電気接触層１、３、並びにそれらの間に配置された半導体層２から形成される。
【０１３１】
図５ｂ）は、この方法の出発点を示す。厚さ１ミリメートルの基板としての表板４の上に、第１のＴＣＯ電気接触層１（透明導電性酸化物）を全面にわたって塗設する。
【０１３２】
基板４として、底面積が１００ｃｍ２のガラスを選択した。第１の堆積プロセスで、その上に、ＺｎＯからなる第１の電気接触層１を堆積した。基板４とＺｎＯとの間に、ＺｎＯの構造形成を改良するための機能層を配置し、基板に属するものとした（図示せず）。
【０１３３】
１０×１０ｃｍ２大のガラス板が、この例示的実施形態の基礎となる。このガラス基板の上に、厚さ約８００ｎｍの湿式化学的に組織化された酸化亜鉛からなる第１の電気接触層１がある。
【０１３４】
第１の構造化プロセスＰ１（図５ｃ））において、レーザアブレーションによって第１の電気接触層１から材料を除去し、それにより、加工された領域５内で基板４の表面を露出させる。基板上を蛇行するようにレーザ光線を動かし、それにより、第１の電気コンタクト内にコンタクトウェブ８を形成する（図５ｄ））。Ｕ字形の突出部同士の間隔は１．５ｍｍである。すべての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃについて、この構造化プロセスＰ１を順次に行う。この目的で、レーザを相対運動させて基板４の表面上で動かす。間隔及び出力を調節して、層１の材料を除去する。
【０１３５】
レーザとして、波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＴＨＧ）を選択する。この波長は、接触層１の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１５ｋＨｚで平均出力３００ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は２５０ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が１００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層１に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約３５μｍの円形アブレーションが得られる。第１の構造化プロセスＰ１後には、第１の電気接触層１は、平行に配列された第１の溝５によって基板４に達するまで互いに分離されている。その結果、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの平行に配列されたストリップ形状の第１の電気接触層は、溝５によって互いに電気絶縁されて基板４上に形成される。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃを分離するための多数の第１の溝５を形成する（図５ａ右：モジュール内の垂直ストリップ参照）。
【０１３６】
構造化プロセスＰ１後には、直に隣接する２つの光起電力素子Ａ、Ｂ又はＢ、Ｃの間にそれぞれ１本ずつ、Ｕ字形の突出部を有する溝５がある。構造化プロセスＰ１は、コンピュータ支援制御下で行う。ここで、形成すべき光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ１を繰り返す。ガラス基板４の辺の長さが１０×１０ｃｍの場合、平行に配列された溝５が約１６本形成され、それによりストリップＡ、Ｂ、又はＣ他は、幅が０．５ｃｍとなる。
【０１３７】
その後、第１の電気接触層１がある側で、シリコンからなる微結晶ｐ−ｉ−ｎ太陽電池２で基板４全体を被覆し、第１の電気接触層１及びまた溝５を層２のシリコンで被覆又は充填する（図５ｅ））。活性半導体層２としての微結晶ｐ−ｉ−ｎ積層体２の厚さは、ここでは全体として約１３００ｎｍである。
【０１３８】
破線Ｐ２に沿った第２の構造化プロセスにより、活性半導体層２を、第１の電気接触層１の表面まで切除し、点状凹部６を形成する（図５ｆ））。ここで、コンタクトウェブ８の領域内に点状凹部６を形成して（図５ｇ））、隣接する光起電力素子間の、素子Ａから素子Ｂへと延びる点状コンタクトを形成することができるようにする。
【０１３９】
第１の構造化プロセスＰ１とは異なり、第１の電気接触層１の表面まで達する深さの連続的な溝を形成するために活性半導体層２を途切れなく切除することはしない。
【０１４０】
レーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、半導体層２の材料の切除に特有のものである。基板４も第１の電気接触層１も、選択された固有波長５３２ｎｍで高い透過性を示すので、活性半導体層２の選択的な切除が保証される。各レーザパルスのエネルギーとして約４０μＪが選択される。パルス繰返し率は５３３Ｈｚである。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。これにより、凹部同士の間隔は１．５ミリメートルとなる。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板４側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。
【０１４１】
その結果、平行に配列されたストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃが基板４上に形成され、点状の直列接続を実現するために、後に活性の半導体層２に点状凹部６を設ける。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの第１の電気接触層１を接触させるための多数の開口６を形成する。ここで、形成される光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ２を繰り返す。
【０１４２】
次いで、第２の電気コンタクト３の塗布を行う。活性半導体層２の上に第２の電気コンタクト３を塗設する。第２の電気接触層３として、厚さ８０ｎｍの酸化亜鉛と厚さ２００ｎｍの銀層との組合せからなる層システムを選択する。ここで、第２の電気接触層の側では、シリコン積層体２上にまず酸化亜鉛層が位置し、それに銀層が続く（図５ｈ））。
【０１４３】
構造化プロセスＰ３を行う。ここで、構造化プロセスＰ３に基づく溝７の形成は、第１の溝５の場所からずらして、第２の電気接触層３とその下に位置する活性半導体層２を直線状に除去するようなものである。すなわち、層２及び層３の蛇行した切除は行わない。溝５の非蛇行領域に対して、凹部６がない方向に溝７をずらす（図５ｉ、ｊ））。ずれ量は約１５０μｍである。このプロセスは、第１の電気コンタクト１を露出させるように行う。直線状の溝７は、隣接する２つの領域Ａ、Ｂの第２の電気コンタクトを途切れなく絶縁する。これにより、その後は、２つの隣接する光起電力素子Ａ、Ｂの短絡が防止される。
【０１４４】
層２及び層３から材料を切除するためのレーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、２つの層２、３の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１１ｋＨｚで平均出力４１０ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。
【０１４５】
この構造化プロセスＰ３もストリップの全長に沿って行う。構造化プロセスＰ１及びＰ２と同じ回数だけ構造化プロセスＰ３を繰り返し、互いに平行に配列された多数のストリップ形状の光起電力素子の層１、２、３を、溝５及び７によって分離し、凹部６によって互いに直列接続する。
【０１４６】
面積が１０×１０ｃｍ２であり、溝７が約１６本ある場合、凹部６をほぼすべて１．５ミリメートルにする必要がある。
【０１４７】
従来技術に比べて、この例示的実施形態では、直列接続に必要な面積が小さく、したがってより高い変換効率を実現することができるという利点がある。穴６同士の間隔は、接続に起因する全体の損失が最小限になるように調節する。この全体の損失は、電気接触層１及び３に起因する導電損失と、材料アブレーション及び接続に起因する面積損失とからなる。
【０１４８】
第６の例示的実施形態
図６は、実用可能なソーラーモジュールとしての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの製造及び点状の直列接続を示し、ここでは、活性半導体層６の構造化は、第１の構造化溝５の蛇行した構造化領域９の内側に点状に配置される。
【０１４９】
図６ａ）は、ソーラーモジュールでのストリップ形状の複数の光起電力素子の上面図である。部分拡大図は、互いに平行に配列されたそれぞれ３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃを示す。図中の参照符号Ｐ１〜Ｐ３は、各溝又は各点状半導体構造化について、構造化のおおよその位置及び数を示す。ストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃは、第１及び第２の電気接触層１、３、並びにそれらの間に配置された半導体層２から形成される。
【０１５０】
図６ｂ）は、この方法の出発点を示す。厚さ１ミリメートルの基板としての表板４の上に、第１のＴＣＯ電気接触層１（透明導電性酸化物）を全面にわたって塗設する。
【０１５１】
基板４として、底面積が１００ｃｍ２のガラスを選択した。第１の堆積プロセスで、その上に、ＺｎＯからなる第１の電気接触層１を堆積した。基板４とＺｎＯとの間に、ＺｎＯの構造形成を改良するための機能層を配置し、基板に属するものとした（図示せず）。
【０１５２】
１０×１０ｃｍ２大のガラス板が、この例示的実施形態の基礎となる。このガラス基板の上に、厚さ約８００ｎｍの湿式化学的に組織化された酸化亜鉛からなる第１の電気接触層１がある。
【０１５３】
第１の構造化プロセスＰ１（図６ｃ））において、レーザアブレーションによって第１の電気接触層１から材料を除去し、それにより、加工された領域５内で基板４の表面を露出させる。基板上を蛇行するようにレーザ光線を動かし、それにより、第１の電気コンタクト内にコンタクトウェブ８を形成する（図６ｄ））。Ｕ字形の突出部同士の間隔は１．５ｍｍである。すべての光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃについて、この構造化プロセスＰ１を順次に行う。この目的で、レーザを相対運動させて基板４の表面上で動かす。間隔及び出力を調節して、層１の材料を除去する。
【０１５４】
レーザとして、波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＴＨＧ）を選択する。この波長は、接触層１の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１５ｋＨｚで平均出力３００ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は２５０ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が１００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層１に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約３５μｍの円形アブレーションが得られる。第１の構造化プロセスＰ１後には、第１の電気接触層１は、平行に配列された第１の溝５によって基板４に達するまで互いに分離されている。その結果、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの平行に配列されたストリップ形状の第１の電気接触層は、溝５によって互いに電気絶縁されて基板４上に形成される。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃを分離するための多数の第１の溝５を形成する（図６ａ右：モジュール内の垂直ストリップ参照）。
【０１５５】
構造化プロセスＰ１後には、直に隣接する２つの光起電力素子Ａ、Ｂ又はＢ、Ｃの間にそれぞれ１本ずつ、Ｕ字形の突出部を有する溝５がある。構造化プロセスＰ１は、コンピュータ支援制御下で行う。ここで、形成すべき光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ１を繰り返す。ガラス基板４の辺の長さが１０×１０ｃｍの場合、平行に配列された溝５が約１６本形成され、それによりストリップＡ、Ｂ、又はＣ他は、幅が０．５ｃｍとなる。
【０１５６】
その後、第１の電気接触層１がある側で、シリコンからなる微結晶ｐ−ｉ−ｎ太陽電池２で基板４全体を被覆し、第１の電気接触層１及びまた溝５を層２のシリコンで被覆又は充填する（図６ｅ））。活性半導体層２としての微結晶ｐ−ｉ−ｎ積層体２の厚さは、ここでは全体として約１３００ｎｍである。
【０１５７】
破線Ｐ２に沿った第２の構造化プロセスにより、活性半導体層２を、第１の電気接触層１の表面まで切除し、点状凹部６を形成する（図６ｆ））。ここで、コンタクトウェブ８の領域内に、素子Ａから素子Ｂへと延びる点状凹部６を形成して（図６ｇ））、隣接する光起電力素子間の点状コンタクトを形成することができるようにする。
【０１５８】
第１の構造化プロセスＰ１とは異なり、第１の電気接触層１の表面まで達する深さの連続的な溝を形成するために活性半導体層２を途切れなく切除することはしない。
【０１５９】
レーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、半導体層２の材料の切除に特有のものである。基板４も第１の電気接触層１も、選択された固有波長５３２ｎｍで高い透過性を示すので、活性半導体層２の選択的な切除が保証される。各レーザパルスのエネルギーとして約４０μＪが選択される。パルス繰返し率は５３３Ｈｚである。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。これにより、穴同士の間隔は１．５ミリメートルとなる。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板４の積層側に合焦させる。ここでは、基板４側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。
【０１６０】
その結果、平行に配列されたストリップ形状の光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃが基板４上に形成され、点状の直列接続を実現するために、後に活性の半導体層２に点状凹部６を設ける。このようにして、光起電力素子Ａ、Ｂ、Ｃの第１の電気接触層１を接触させるための多数の開口６を形成する。ここで、形成される光起電力素子の数と同じ回数だけ構造化プロセスＰ２を繰り返す。
【０１６１】
次いで、第２の電気コンタクト３の塗布を行う。活性半導体層２の上に第２の電気コンタクト３を塗設する。第２の電気接触層３として、厚さ８０ｎｍの酸化亜鉛と厚さ２００ｎｍの銀層との組合せからなる層システムを選択する。ここで、第２の電気接触層の側では、シリコン積層体２上にまず酸化亜鉛層が位置し、それに銀層が続く（図６ｈ））。
【０１６２】
構造化プロセスＰ３を行う。ここで、構造化プロセスＰ３に基づく溝７の形成は、第１の溝５の場所からずらして、第２の電気接触層３とその下に位置する活性半導体層２を直線状に除去するようなものである。すなわち、層２及び層３の蛇行した切除は行わない。さらに、溝７によって、コンタクトウェブ８の領域内及びコンタクトウェブ８の上下の溝５内で、第２の電気コンタクト３及び半導体層２を除去する（図６ｉ、ｊ））。溝５の非蛇行領域に対して、凹部６がある方向に溝７をずらす。ずれ量は、溝５の非蛇行領域と凹部６との間に溝７が位置するように選択する。直線状の溝７は、隣接する２つの領域Ａ、Ｂの第２の電気コンタクトを途切れなく絶縁した。これにより、その後は、２つの隣接する光起電力素子Ａ、Ｂの短絡が防止される。
【０１６３】
層２及び層３から材料を切除するためのレーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（Ｒｏｆｉｎ社製、型式ＲＳＹ  ２０Ｅ  ＳＨＧ）を使用する。このレーザの波長は５３２ｎｍである。この波長は、２つの層２、３の材料を切除するのに特有のものである。パルス繰返し率１１ｋＨｚで平均出力４１０ｍＷを選択する。レーザ光線と基板の相対運動の速度は８００ｍｍ／ｓである。個々のパルスのパルス持続時間は約１３ｎｓである。焦点距離が３００ｍｍの合焦ユニットによって、レーザ光線を基板の積層側に合焦させる。ここでは、基板側から、透明な基板４を通して、アブレーションすべき層に光線を通す。このとき、合焦した光線は、ほぼ２次元の回転対称のガウス形状の強度分布を有し、各パルスごとに直径約７０μｍの円形アブレーションが得られる。
【０１６４】
この構造化プロセスＰ３もストリップの全長に沿って行う。構造化プロセスＰ１及びＰ２と同じ回数だけ構造化プロセスＰ３を繰り返し、互いに平行に配列された多数のストリップ形状の光起電力素子の層１、２、３を、溝５及び７によって分離し、凹部６によって互いに直列接続する。
【０１６５】
面積が１０×１０ｃｍ２であり、溝７が約１６本ある場合、凹部６をほぼすべて１．５ミリメートルにする必要がある。
【０１６６】
従来技術に比べて、この例示的実施形態では、直列接続に必要な面積が小さく、したがってより高い変換効率を実現することができるという利点がある。穴６同士の間隔は、接続に起因する全体の損失が最小限になるように調節する。この全体の損失は、電気接触層１及び３に起因する導電損失と、材料アブレーション及び接続に起因する面積損失とからなる。
【０１６７】
本発明の意味では、例示的実施形態における方法ステップはどれも、限定的なものとみなすべきではない。特に、溝及びコンタクト点の寸法、並びに溝間の距離、点間の距離、及び溝と点の距離、光起電力素子自体の各層の層材料、さらにはコンタクト材料の組成も、本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１６８】
１        接触層
２        半導体層
３        電気接触層
４        基板
５        第１の溝
６        凹部
７        第２の溝
８        コンタクトウェブ
９        絶縁区域
Ａ        ストリップ形状の素子
Ｂ        ストリップ形状の素子
Ｃ        ストリップ形状の素子
Ｐ１      第１の構造化ステップ
Ｐ２      第２の構造化ステップ
Ｐ３      第３の構造化プロセス
Ｌ        素子の長さ
【図１ａ）】
2012531755.tif 000003
【図１ｂ）】
2012531755.tif 000004
【図１ｃ）】
2012531755.tif 000005
【図１ｄ）】
2012531755.tif 000006
【図１ｅ）】
2012531755.tif 000007
【図１ｆ）】
2012531755.tif 000008
【図１ｇ）】
2012531755.tif 000009
【図１ｈ）】
2012531755.tif 000010
【図１ｉ）】
2012531755.tif 000011
【図１ｊ）】
2012531755.tif 000012
【図２ａ）】
2012531755.tif 000013
【図２ｂ）】
2012531755.tif 000014
【図２ｃ）】
2012531755.tif 000015
【図２ｄ）】
2012531755.tif 000016
【図２ｅ）】
2012531755.tif 000017
【図２ｆ）】
2012531755.tif 000018
【図２ｇ）】
2012531755.tif 000019
【図２ｈ）】
2012531755.tif 000020
【図２ｉ）】
2012531755.tif 000021
【図３ａ）】
2012531755.tif 000022
【図３ｂ）】
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【図３ｃ）】
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【図３ｄ）】
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【図３ｅ）】
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【図３ｆ）】
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【図３ｇ）】
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【図３ｈ）】
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【図３ｉ）】
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【図４ａ）】
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【図４ｂ）】
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【図４ｃ）】
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【図４ｄ）】
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【図４ｅ）】
2012531755.tif 000035
【図４ｆ）】
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【図４ｇ）】
2012531755.tif 000037
【図４ｈ）】
2012531755.tif 000038
【図４ｉ）】
2012531755.tif 000039
【図４ｊ）】
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【図５ａ）】
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【図５ｂ）】
2012531755.tif 000042
【図５ｃ）】
2012531755.tif 000043
【図５ｄ）】
2012531755.tif 000044
【図５ｅ）】
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【図５ｆ）】
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【図５ｇ）】
2012531755.tif 000047
【図５ｈ）】
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【図５ｉ）】
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【図５ｊ）】
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【図６ａ）】
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【図６ｂ）】
2012531755.tif 000052
【図６ｃ）】
2012531755.tif 000053
【図６ｄ）】
2012531755.tif 000054
【図６ｅ）】
2012531755.tif 000055
【図６ｆ）】
2012531755.tif 000056
【図６ｇ）】
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【図６ｈ）】
2012531755.tif 000058
【図６ｉ）】
2012531755.tif 000059
【図６ｊ）】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年9月30日(2011.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの基板（４）上にストリップ形状の複数の素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）を製造して直列接続するための方法であって、ストリップ形状の複数の第１の電気接触層（１）が、前記基板（４）上に形成され、これらの第１の電気接触層（１）は、前記基板（４）の表面まで達する複数の第１の溝（５）を介して前記複数の素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）の長さにわたって絶縁されていて、複数の半導体層（２）を前記ストリップ形状の複数の第１の電気接触層（１）上に又は前記複数の第１の溝（５）内に配置する当該方法において、
ａ）領域を形成する複数の凹部（６）が、前記複数の第１の溝（５）の各々の一方の縁部に沿って前記複数の半導体層（２）に形成され、前記第１の電気接触層（１）の表面が、前記第１の溝（５）内で除去され、
ｂ）ストリップ形状の複数の第２の電気接触層（３）が、前記複数の半導体層（２）上に配置される結果、前記複数の凹部（６）が充填され、且つ、１つの素子（Ａ）の前記複数の第２の電気接触層（３）が、隣接した１つの素子（Ｂ）の前記複数の第１の電気接触層（１）に領域を形成して接触し、
ｃ）複数の第２の溝（７）が、前記複数の素子の長さにわたって前記複数の第２の電気接触層（３）を絶縁するためにこれらの第２の電気接触層（３）内に形成され、
ｄ）前記複数の第１の電気接触層（１）を絶縁するための前記複数の第１の溝（５）が形成され、及び／又は、前記複数の第２の電気接触層（３）を絶縁するための前記複数の第２の溝（７）が、前記凹部（６）を迂回する蛇行区域を有して形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の溝（５）又は前記第２の溝（７）の前記蛇行区域の数は、前記凹部の数に一致することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ストリップ形状の素子を形成するため、前記第１の溝（５）に割り当てられた第２の溝（７）が、当該各第１の溝（５）に１つずつ形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
１つの第１の溝（５）の縁部に沿った前記複数の凹部の相互の間隔は、０．２ミリメートル〜１００ミリメートル、特に１．５ミリメートル〜１０ミリメートルに選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
隣接した接触層を絶縁するための１つの第１の溝（５）と１つの第２の溝（７）との間の横方向の間隔は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の溝（７）の、前記凹部（６）の領域以外の領域は、前記第１の溝（５）にわたって直接配置される結果、前記複数の素子の長さ（Ｌ）にわたって延在する前記複数の第１の溝又は前記複数の第２の溝の区域が、横方向のずれなしに形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
領域を形成する前記凹部（６）は、好ましくは１ｍｍ２以下、特に０．０１ｍｍ２以下の面積を有して製造されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
レーザアブレーションが、前記第１の溝及び／又は前記第２の溝及び／又は前記凹部を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の溝及び／又は前記第２の溝及び／又は前記凹部を製造するためのマスクが、配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ＰＶＤ法若しくはＣＶＤ法又は噴霧法又は（インクジェット）印刷法が、層を堆積することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
エッチング法が、前記第１の溝及び／又は前記第２の溝及び／又は前記凹部を製造することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体層及び前記接触層のための材料が選択される結果、当該材料が、光起電力素子を前記基板の長さにわたって形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ガラス基板（４）が、選択されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
ＴＣＯ（透明導電性酸化物）が、前記基板（４）上の前記第１の電気接触層（１）のための材料として選択されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのｎ−ｉ−ｐ又はｐ−ｉ−ｎ構造が、活性半導体層（２）として前記第１の電気接触層（１）上に形成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
ＺｎＯ／Ａｇが、前記第２の電気接触層（３）のための材料として選択されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
基板の長さにわたるストリップ形状の複数の第１の電気接触層と前記第１の電気接触層上に配置されている半導体層と前記半導体層上に配置されている前記基板の長さ（Ｌ）にわたるストリップ形状の複数の第２の電気接触層とを有する当該基板を備えた層構造において、
前記第２の電気接触層は、前記半導体層内の、領域を形成する凹部（６）を通じて前記第１の電気接触層に接触し、前記第１の電気接触層と前記第２の電気接触層とを絶縁するため、第１の層が、前記第１の電気接触層内に配置されていて、第２の溝が、前記第２の電気接触層内に配置されていて、前記第１の溝及び／又は前記第２の溝が、蛇行して前記凹部を迂回することを特徴とする層構造。
【請求項１８】
前記領域を形成する凹部は、第１の溝と第２の溝との間に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の層構造。
【請求項１９】
蛇行区域以外の複数の素子の長さ（Ｌ）にわたる前記第１の溝及び第２の溝は、横方向のずれなしに又は横方向の僅かなずれだけを有して相対して形成されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の層構造。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の層構造としてのソーラーモジュールにおいて、
前記第２の電気接触層（３）、前記第１の電気接触層（２）及び前記半導体層は、光起電力素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）を前記基板の長さにわたって形成する材料から成ることを特徴とするソーラーモジュール。
【請求項２１】
モジュールの全面積に対する当該活性半導体層の面積の比は、少なくとも９８％、好ましくは９８．５％より大きく、特に９９％以上であることを特徴とする請求項２０に記載のソーラーモジュール。
【請求項２２】
１つの基板（４）上にストリップ形状の複数の素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）を製造して直列接続するための方法であって、ストリップ形状の複数の第１の電気接触層（１）が、前記基板（４）上に形成され、これらの第１の電気接触層（１）は、前記基板（４）の表面まで達する複数の第１の溝（５）を介して前記複数の素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、…）の長さにわたって絶縁されていて、複数の半導体層（２）を前記ストリップ形状の複数の第１の電気接触層（１）上に又は前記複数の第１の溝（５）内に配置し、
ストリップ形状の複数の第２の電気接触層（３）が、前記複数の半導体層（２）上に配置され、複数の第２の溝（７）が、前記複数の素子の長さにわたって前記複数の第２の電気接触層（３）を絶縁するためにこれらの第２の電気接触層（３）内に形成される当該方法において、
前記半導体層は、前記複数の第１の溝（５）の各々の一方の縁部に沿って領域を形成する複数の凹部を有する結果、前記第２の電気接触層が、前記凹部内で前記第１の電気接触層に接触されて、前記領域を形成する複数の凹部を介して隣接した複数の素子を直列接続することを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2012531755.tif 000061
2012531755.tif 000062
2012531755.tif 000063
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