DE102010056333A1 - Thin layer photovoltaic cell, has contact layer, absorber layer and buffer layer arranged on side of substrate, and rear protecting layer arranged on side of substrate and made of corrosion resistant material - Google Patents

Thin layer photovoltaic cell, has contact layer, absorber layer and buffer layer arranged on side of substrate, and rear protecting layer arranged on side of substrate and made of corrosion resistant material Download PDF

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Abstract

The cell (50) has a support substrate (52) with two sides (54, 56), and a contact layer (64), an absorber layer (66) and a buffer layer (68) arranged on one of the sides of the substrate. A rear protecting layer (60) is arranged on the other side of the substrate and made of corrosion resistant material such as chrome or molybdenum alloy. The protecting layer comprises a thickness of 150 Nm to 275 Nm. The molybdenum alloy comprises an alloy partner, selected from the group of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, aluminum and silicon. An independent claim is also included for a method for manufacturing a flexible thin layer photovoltaic structure.

Description

Querverweis auf verbundene AnmeldungCross-reference to connected login

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldungen Nr. 61/284,923, eingereicht am 28. Dezember 2009, Nr. 61/351,245, eingereicht am 3. Juni 2010 und Nr. 61/425,641, eingereicht am 21. Dezember 2010, die alle durch diesen Verweis für alle Zwecke hier einfließen. Ebenso fließen durch diesen Verweis die folgenden Patente und Patentanmeldungen in ihrer Gesamtheit hier mit ein: Patent Nr. 7,194,197, Anmeldung Nr. 12/424,497, eingereicht am 15. April 2009 und Anmeldung Nr. 12/397,846, eingereicht am 4. März 2009.This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 284,923, filed on Dec. 28, 2009, No. 61 / 351,245, filed on Jun. 3, 2010, and No. 61 / 425,641, filed on Dec. 21, 2010, the all incorporated by this reference for all purposes here. Also incorporated herein by reference are the following patents and patent applications in their entirety: Patent No. 7,194,197, Application No. 12 / 424,497, filed April 15, 2009, and Application No. 12 / 397,846, filed March 4, 2009.

Hintergrundbackground

Das Gebiet der Photovoltaik betrifft allgemein mehrschichtige Materialien, die Sonnenlicht direkt in Gleichstrom umwandeln. Der Grundmechanismus für diese Umwandlung ist der photovoltaische (oder photoelektrische) Effekt, der erstmals 1839 von Antoine-César Becquerel beobachtet und 1905 erstmals korrekt von Einstein in einer wegweisenden wissenschaftlichen Abhandlung beschrieben wurde, für die er einen Nobelpreis für Physik erhalten hat. In den Vereinigten Staaten sind photovoltaische (PV) Vorrichtungen allgemein bekannt als Solarzellen oder PV-Zellen. Solarzellen sind typischerweise als eine zusammenwirkende Schichtanordnung von p-Halbleitern und n-Halbleitern konstruiert, wobei das n-Halbleitermaterial (auf einer „Seite” der Schichtanordnung) ein Übermaß an Elektronen aufweist und das p-Halbleitermaterial (auf der anderen „Seite” der Schichtanordnung) ein Übermaß an Löchern aufweist, von denen jedes die Abwesenheit eines Elektrons darstellt. Nahe der p-n-Kontaktstelle zwischen den zwei Materialien bewegen sich Valenzelektronen von der n-Schicht in benachbarte Löcher in der p-Schicht, wodurch ein kleines elektrisches Ungleichgewicht innerhalb der Solarzelle erzeugt wird. Dies resultiert in einem elektrischen Feld in der Umgebung der metallurgischen Kontaktstelle, welche die elektronische p-n-Kontaktstelle bildet.The field of photovoltaics generally relates to multilayer materials that convert sunlight directly into direct current. The basic mechanism for this transformation is the photovoltaic (or photoelectric) effect first observed in 1839 by Antoine-César Becquerel and first described in 1905 by Einstein in a groundbreaking scientific paper for which he was awarded a Nobel Prize in Physics. In the United States, photovoltaic (PV) devices are well known as solar cells or PV cells. Solar cells are typically constructed as a co-acting stack of p-type semiconductors and n-type semiconductors, where the n-type semiconductor material (on one "side" of the layered assembly) has an excess of electrons and the p-type semiconductor material (on the other "side" of the layered structure) ) has an excess of holes, each representing the absence of an electron. Near the p-n junction between the two materials, valence electrons move from the n-layer into adjacent holes in the p-layer, creating a small electrical imbalance within the solar cell. This results in an electric field in the vicinity of the metallurgical contact, which forms the electronic p-n junction.

Wenn ein einfallendes Photon ein Elektron in der Zelle in dem Leitungsband erregt, löst sich das erregte Elektron von den Atomen des Halbleiters, wodurch ein freies Elektron-/Lochpaar erzeugt wird. Da, wie oben beschrieben, die p-n-Kontaktstelle ein elektrisches Feld in der Umgebung der Kontaktstelle erzeugt, neigen Elektron-/Lochpaare, die auf diese Weise in der Nähe der Kontaktstelle erzeugt wurden, dazu, sich abzutrennen und von der Kontaktstelle weg zu bewegen, wobei sich das Elektron zur Elektrode auf der n-Seite bewegt und das Loch sich zur Elektrode auf der p-Seite der Kontaktstelle bewegt. Dies erzeugt insgesamt ein Ladungsungleichgewicht in der Zelle, so dass sich die Elektronen, wenn ein externer leitender Pfad zwischen den zwei Seiten der Zelle bereitgestellt wird, von der n-Seite zurück zur p-Seite entlang des externen Pfades bewegen, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. In der Praxis können Elektronen von der Oberfläche oder nahe der Oberfläche der n-Seite durch ein Leitgitter gesammelt werden, das einen Bereich der Oberfläche bedeckt, während einfallenden Photonen weiterhin ausreichend Zugang in die Zelle ermöglicht wird.When an incident photon excites an electron in the cell in the conduction band, the excited electron detaches from the atoms of the semiconductor, creating a free electron / hole pair. As described above, since the pn pad generates an electric field in the vicinity of the pad, electron / hole pairs thus created near the pad tend to separate and move away from the pad, the electron moves to the n-side electrode and the hole moves to the electrode on the p-side of the pad. This altogether creates a charge imbalance in the cell such that when an external conductive path is provided between the two sides of the cell, the electrons move from the n-side back to the p-side along the external path, thereby generating an electrical current becomes. In practice, electrons can be collected from the surface or near the surface of the n-side through a baffle that covers a portion of the surface, while still allowing incidental photons sufficient access into the cell.

Solch ein photovoltaischer Aufbau bildet eine funktionsfähige PV-Vorrichtung, wenn geeignet angeordnete elektrische Kontakte enthalten sind und die Zelle (oder eine Reihe von Zellen) in einem geschlossenen elektrischen Schaltkreis integriert ist. Als Einzelvorrichtung ist eine einzelne herkömmliche Solarzelle nicht ausreichend, um die meisten Anwendungen mit Strom zu versorgen. Deshalb werden Solarzellen üblicherweise in PV-Modulen oder „Reihen” angeordnet, indem die Vorderseite der einen Zelle mit der Hinterseite einer weiteren Zelle verbunden wird, wodurch die Spannungen der einzelnen Zellen zusammen in einer elektrischen Reihenschaltung aufaddiert werden. Typischerweise wird eine sehr große Anzahl von Zellen in Reihe verbunden, um eine nutzbare Spannung zu erzielen. Der daraus entstehende Gleichstrom kann dann durch einen Inverter eingespeist werden, wobei er zu einem Wechselstrom mit geeigneter Frequenz transformiert wird, die so ausgewählt wird, dass sie zu der Frequenz eines Wechselstroms, der von einem herkömmlichen Energieversorgungsnetz geliefert wird, passt. In den Vereinigten Staaten liegt diese Frequenz bei 60 Hertz (Hz), und in den meisten anderen Ländern wird Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz bereitgestellt.Such a photovoltaic structure forms a functional PV device when suitably arranged electrical contacts are included and the cell (or a series of cells) is integrated in a closed electrical circuit. As a stand-alone device, a single conventional solar cell is not sufficient to power most applications. Therefore, solar cells are usually arranged in PV modules or "rows" by connecting the front of one cell to the back of another cell, thereby adding up the voltages of the individual cells together in an electrical series connection. Typically, a very large number of cells are connected in series to achieve a useful voltage. The resulting direct current may then be fed through an inverter, where it is transformed into an alternating current of suitable frequency, which is selected to match the frequency of an alternating current supplied by a conventional power grid. In the United States, this frequency is 60 hertz (Hz), and in most other countries alternating current is provided at 50 Hz or 60 Hz.

Eine besondere Art von Solarzelle, die für kommerzielle Zwecke entwickelt wurde, ist eine „Dünnschicht”-PV-Zelle. Im Vergleich zu anderen Arten von PV-Zellen, wie z. B. kristalline Silizium-PV-Zellen, benötigen Dünnschicht-PV-Zellen weniger lichtabsorbierendes Material, um eine funktionsfähige Zelle zu bilden und können somit die Herstellungskosten verringern. Auf Dünnschicht basierende PV-Zellen sind auch kostensgünstiger, da sie bereits früher entwickelte Abscheidungstechniken für die Elektrodenschichten einsetzen, die in der Industrie für schützende, dekorative und funktionale Beschichtungen weit verbreitet genutzt werden. Bekannte Beispiele für kostengünstige, kommerzielle Dünnschicht-Produkte umfassen wasserundurchlässige Beschichtungen auf Lebensmittelverpackungen auf Polymerbasis, dekorative Beschichtungen auf Bauglas, Wärmekontrollbeschichtungen mit geringem Emissionsgrad auf Glas im Wohnbereich und Handel, und Beschichtungen gegen Zerkratzen und zur Entspiegelung auf Brillengläsern. Die Übernahme oder Anpassung von Techniken, die in diesen anderen Gebieten entwickelt wurden, ermöglichte eine Verringerung der Entwicklungskosten für Dünnschicht-Abscheidungstechniken für PV-Zellen.One particular type of solar cell that has been developed for commercial use is a "thin film" PV cell. Compared to other types of PV cells, such as. Crystalline silicon PV cells, thin-film PV cells require less light-absorbing material to form a viable cell and thus can reduce manufacturing costs. Thin-film based PV cells are also more cost effective as they employ previously developed electrode layer deposition techniques that are widely used in the industry for protective, decorative and functional coatings. Known examples of low-cost, commercial thin-film products include water-impermeable coatings on polymer-based food packaging, decorative coatings on architectural glass, Low emissivity thermal control coatings on residential and commercial glass, and anti-scratch and anti-reflection coatings on eyeglass lenses. The adoption or adaptation of techniques developed in these other areas has allowed a reduction in the development costs of thin-film deposition techniques for PV cells.

Weiterhin haben Dünnschichtzellen Wirkungsgrade nahe 20% erreicht, was den Wirkungsgraden der höchst effizienten kristallinen Zellen gleichkommt oder diese übersteigt. Insbesondere das Halbleitermaterial Kupfer-Indium-Gallium-Diselenit (CIGS) ist stabil, hat eine geringe Toxizität und ist tatsächlich dünnschichtig, da es eine Dicke von weniger als 2 Mikrometer in einer funktionsfähigen PV-Zelle benötigt. Somit scheint CIGS bis heute das größte Potential für hochleistungsfähige, kostengünstige Dünnschicht-PV-Produkte, und somit für die Eroberung großer Stromerzeugungsmärkte, aufzuweisen. Weitere Halbleitervarianten für die Dünnfilm-PV-Technologie umfassen Kupfer-Indium-Diselenit, Kupfer-Indium-Disulfit, Kupfer-Indium-Aluminium-Diselenit und Cadmium-Tellurid.Furthermore, thin-film cells have achieved efficiencies close to 20%, which equals or exceeds the efficiencies of the most efficient crystalline cells. In particular, the semiconductor material copper-indium-gallium-diselenite (CIGS) is stable, has low toxicity, and is actually thin-layered, requiring less than 2 microns of thickness in a functional PV cell. Thus, CIGS still appears to have the greatest potential for high-performance, low-cost thin-film PV products, and thus for the conquest of large power generation markets. Other semiconductor variants for thin film PV technology include copper indium diselenite, copper indium disulfide, copper indium aluminum diselenite, and cadmium telluride.

Dünnschicht-PV-Zellen, die entweder feste oder flexible Substrate nutzen, umfassen im Allgemeinen eine leitfähige Schicht, die als die untere Elektrode einer Zelle, angeordnet zwischen dem zugrundeliegenden Substrat und dem aktiven PV-Material, dient. Wenn Zellen mittels monolithischer Integrationstechniken verbunden werden (d. h. wenn die elektrischen Verbindungen zwischen den Zellen in situ auf dem durchgehenden Substrat erzeugt werden), wird der sogenannte P2-Musterungsschritt verwendet, um das durchgehend ausgebildete PV-Material in Zellen für eine nachfolgende Verbindung zu teilen.Thin-film PV cells that use either solid or flexible substrates generally include a conductive layer that serves as the bottom electrode of a cell disposed between the underlying substrate and the active PV material. When cells are connected by monolithic integration techniques (i.e., when the electrical connections between the cells are generated in situ on the continuous substrate), the so-called P2 patterning step is used to divide the continuously formed PV material into cells for subsequent connection.

ZusammenfassungSummary

Eine Dünnschicht-Photovoltaikzelle umfasst ein Trägersubstrat; eine Kontaktschicht, die angrenzend an eine erste Seite des Substrats angeordnet ist; eine p-Halbleiterschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist; eine n-Halbleiterschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist, und eine rückseitige Kontaktschutzschichtstruktur, die angrenzend an eine zweite Seite des Substrats angeordnet ist, wobei die rückseitige Kontaktschutzschichtstruktur ein korrosionsbeständiges Material umfassen kann. In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die rückseitige Schicht zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht. Zusätzlich und/oder alternativ kann die rückseitige Schicht eine Molybdänlegierung umfassen, wobei die Molybdänlegierung einen Legierungspartner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al und Si, umfassen kann.A thin-film photovoltaic cell comprises a carrier substrate; a contact layer disposed adjacent a first side of the substrate; a p-type semiconductor layer disposed on the first side of the substrate; an n-type semiconductor layer disposed on the first side of the substrate and a backside contact protection layer pattern disposed adjacent to a second side of the substrate, wherein the backside contact protection layer pattern may comprise a corrosion resistant material. In some embodiments, the backside layer comprises at least a first layer and a second layer. Additionally and / or alternatively, the backside layer may comprise a molybdenum alloy, wherein the molybdenum alloy may comprise an alloying partner selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, and Si.

Ein Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Dünnschicht-Photovoltaikstruktur (PV-Struktur) umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Trägersubstrats; Aufbringen einer Schicht einer Photovoltaikschichtstruktur auf einer ersten Seite des Substrats; und Aufbringen einer rückseitigen Schutzschichtstruktur auf einer zweiten Seite des Substrats, wobei die rückseitige Schutzschichtstruktur ein korrosionsbeständiges Material umfasst. In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Aufbringen der rückseitigen Schutzschichtstruktur ein Aufbringen von zumindest zwei Schichten und/oder das Aufbringen einer rückseitigen Schutzschichtstruktur umfasst ein Aufbringen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht mit einem Dickeverhältnis von 1:2, wobei die erste Schicht Chrom umfasst und die zweite Schicht Molybdän umfasst. Zusätzlich und/oder alternativ kann das Aufbringen einer rückseitigen Schutzschichtstruktur ein Aufbringen einer Molybdänlegierungsschicht umfassen, wobei die Molybdänlegierung einen Legierungspartner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al und Si, umfasst.A method of manufacturing a flexible thin film photovoltaic (PV) structure comprises the steps of: providing a carrier substrate; Depositing a layer of a photovoltaic layer structure on a first side of the substrate; and applying a backside protective layer structure on a second side of the substrate, the backside protective layer structure comprising a corrosion resistant material. In some embodiments, applying the backside protective layer structure comprises applying at least two layers and / or applying a backside protective layer structure comprises applying a first layer and a second layer having a thickness ratio of 1: 2, wherein the first layer comprises chromium and the second Layer comprises molybdenum. Additionally and / or alternatively, the application of a backside protective layer structure may comprise depositing a molybdenum alloy layer, wherein the molybdenum alloy comprises an alloying partner selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, and Si.

Ein zusätzlicher Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zur Herstellung eines länglichen, flexiblen Streifens aus Photovoltaikmaterial (PV-Material) gerichtet, das umfasst: Bereitstellen eines länglichen, flexiblen Streifenträgersubstrats, Anordnen des Substrats, in zeitlicher Abfolge, in verschiedenen, selbstisolierten Verarbeitungskammern, und innerhalb jeder Kammer, Durchführen verschiedener, zeitlich aufeinanderfolgender Unterschichten-Erzeugungsvorgänge, die zusammen zu der Herstellung eines länglichen, in Rollenform vorliegenden, flexiblen Streifens auf PV-Material führen. Der PV-Materialstreifen kann auf einer ersten Seite eine mehrschichtige Dünnschicht-PV-Zellenschichtstruktur und auf einer zweiten Seite eine rückseitige Schutzschichtstruktur umfassen, wobei die rückseitige Schutzschichtstruktur ein korrosionsbeständiges Material umfasst. Die rückseitige Schutzschichtstruktur kann ein erste Schicht mit Chrom und eine zweite Schicht mit Molybdän umfassen. Zusätzlich und/oder alternativ kann die rückseitige Schutzschichtstruktur eine Molybdänlegierungsschicht umfassen, wobei die Molybdänlegierung einen Legierungspartner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al und Si, umfasst.An additional aspect of the present disclosure is directed to a method of making an elongate flexible strip of photovoltaic (PV) material, comprising: providing an elongated, flexible strip carrier substrate, placing the substrate in sequence, in various self-isolated processing chambers, and within each chamber, performing various sequential sub-layer forming operations that together result in the production of an elongate, roll-form, flexible strip of PV material. The PV material strip may comprise a multi-layer thin film PV cell layer structure on a first side and a backside protective layer structure on a second side, the backside protective layer structure comprising a corrosion resistant material. The backside protective layer structure may include a first layer of chromium and a second layer of molybdenum. Additionally and / or alternatively, the backside protective layer structure may comprise a molybdenum alloy layer, wherein the molybdenum alloy comprises an alloying partner selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, and Si.

Die Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden nach Berücksichtigung der Zeichnungen und der genauen Beschreibung besser verstanden werden.The advantages of the present disclosure will be better understood after considering the drawings and the detailed description.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

1 ist eine vereinfachte, schematische Ansicht, die allgemein Prozessschritte und -stufen zeigt, die zum Herstellen eines PV-Moduls eingesetzt werden. 1 Figure 5 is a simplified schematic view generally showing process steps and steps used to make a PV module.

2 ist ein teilweiser, vereinfachter Querschnitt einer PV-Zelle mit einer rückseitigen Schutzschichtstruktur. 2 is a partial, simplified cross-section of a PV cell with a backside protective layer structure.

3 ist ein teilweiser, vereinfachter Querschnitt einer PV-Zelle mit einer rückseitigen Schutzschichtstruktur. 3 is a partial, simplified cross-section of a PV cell with a backside protective layer structure.

4 ist eine Querschnittsansicht eines Bereichs eines monolitisch integrierten Dünnschicht-Photovoltaikmoduls. 4 FIG. 12 is a cross-sectional view of a portion of a monolithically integrated thin film photovoltaic module. FIG.

5 ist eine Kurve, die den elektrischen Widerstand einer dünnen Schicht aus Molybdän und einer dünnen Schicht aus Molybdäntantal als eine Funktion von Stunden einer Verweildauer bei feuchter Wärme zeigt. 5 Figure 12 is a graph showing the electrical resistance of a thin layer of molybdenum and a thin layer of molybdenum tantalum as a function of hours of wet heat soak time.

Genaue BeschreibungPrecise description

PV-Zellen können anfällig für schädigende Umweltbedingungen sein, zum Beispiel während der Aufbringung einer PV-Absorberschicht durch Aufdampfen, während eines Integritätstests bei feuchter Wärme, oder aufgrund von Wärme, Feuchtigkeit und/oder Nässe in der Umgebung, welche ein Trägersubstrat von der Rückseite nach dem Einbau der PV-Zelle oder des PV-Moduls angreifen können. Molybdänbeschichtungen oder -schichten, die auf jeder Seite eines Trägersubstrats angeordnet sind, können anfällig für Korrosion sein, nachdem sie eine Zeit lang Wärme und Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Eine Dünnschicht-PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen verbesserten Korrosionsschutz gegenüber einem Substrat, das nur eine Molybdänschicht allein aufweist.PV cells may be susceptible to adverse environmental conditions, for example, during deposition of a PV absorber layer by vapor deposition, during a wet heat integrity test, or due to heat, moisture, and / or moisture in the environment, which may be a carrier substrate from the backside can attack the installation of the PV cell or the PV module. Molybdenum coatings or layers disposed on either side of a carrier substrate may be susceptible to corrosion after being exposed to heat and moisture for a period of time. A thin film PV cell according to the present disclosure includes improved corrosion protection over a substrate having only one molybdenum layer alone.

Zusätzlich und/oder alternativ kann eine Dünnschicht-PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Trägersubstrat mit einer Photovoltaikschichtstruktur, die auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet ist, und einer rückseitigen Schutzschichtstruktur, die angrenzend an eine zweite Seite des Substrats angeordnet ist, umfassen, wobei die rückseitige Schutzschichtstruktur die Korrosionsbeständigkeit des Substrats verbessert und/oder das Substrat vor schädigenden Umweltbedingungen schützt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann eine rückseitige Schutzschichtstruktur ein korrosionsbeständiges Material umfassen, wie eine Mo-X-Legierung. Zusätzlich und/oder alternativ kann eine PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung eine rückseitige Schutzschichtstruktur mit mehr als einer Schicht umfassen, auch als Doppelschicht bezeichnet, wobei eine oder mehrere der Schichten ein korrosionsbeständiges Material, zum Beispiel Chrom (Cr), umfasst/umfassen.Additionally and / or alternatively, a thin film PV cell according to the present disclosure may include a support substrate having a photovoltaic layer structure disposed on a first side of the substrate and a backside protective layer structure disposed adjacent a second side of the substrate, wherein the backside protective layer structure improves the corrosion resistance of the substrate and / or protects the substrate from damaging environmental conditions. According to an embodiment of the present disclosure, a backside protective layer structure may include a corrosion resistant material, such as a Mo-X alloy. Additionally and / or alternatively, a PV cell according to the present disclosure may comprise a backside protective layer structure having more than one layer, also referred to as a double layer, wherein one or more of the layers comprises a corrosion resistant material, for example, chromium (Cr).

Eine PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung kann hergestellt werden, indem man mit einem Substrat beginnt, und dann aufeinanderfolgend mehrere dünne Schichten aus verschiedenen Materialien auf das Substrat abscheidet. Wenn das Substrat flexibel ist, kann diese Anordnung durch eine Rollenverarbeitung erzielt werden, wobei das Substrat sich von einer Ausgaberolle zu einer Aufnahmerolle bewegt, wobei es durch eine Reihe von Abscheidungsbereichen zwischen den zwei Rollen verläuft. Ungeachtet dessen, ob das PV-Material in einem Rollenverarbeitungsprozess oder durch eine andere Technik hergestellt wurde, wird das Material dann zu Zellen jeder beliebigen Größe geschnitten und nachfolgend miteinander verbunden. Alternativ können verschiedene Schichten aus dem abgeschiedenen Material geätzt oder anderweitig während der Herstellung geteilt werden. Zusätzliche Einzelheiten in Bezug auf die Zusammensetzung und Herstellung von Dünnschicht-PV-Zellen einer Art, die für eine Verwendung mit den hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen geeignet ist, sind zum Beispiel im US-Patent Nr. 7,194,197 , von Wendt u. a., der Anmeldung Nr. 12/424,497, eingereicht am 15. April 2009, und der Anmeldung Nr. 12/397,846, eingereicht am 4. März 2009, zu finden. Diese Aktenzeichen werden hiermit durch diesen Verweis für alle Zwecke in die vorliegende Offenbarung integriertA PV cell according to the present disclosure can be made by starting with a substrate and then sequentially depositing a plurality of thin layers of different materials onto the substrate. When the substrate is flexible, this arrangement can be achieved by roll processing wherein the substrate moves from an output roll to a take-up roll passing through a series of deposition areas between the two rolls. Regardless of whether the PV material was produced in a roll processing process or by some other technique, the material is then cut into cells of any size and subsequently joined together. Alternatively, various layers of the deposited material may be etched or otherwise split during manufacture. Additional details regarding the composition and manufacture of thin film PV cells of a type suitable for use with the methods and devices disclosed herein are disclosed, for example, in US Pat U.S. Patent No. 7,194,197 by Wendt et al., Application No. 12 / 424,497, filed April 15, 2009, and Application No. 12 / 397,846, filed March 4, 2009. These references are hereby incorporated into the present disclosure by this reference for all purposes

1 zeigt einen beispielhaften Vorgang zur Herstellung einer PV-Zelle oder eines PV-Moduls mit einer rückseitigen Schutzschichtstruktur in einer fortlaufenden Rolle-zu-Rolle-Bewegung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass, auch wenn eine Verarbeitung in fortlaufender Rolle-zu-Rolle-Bewegung in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eingesetzt wird, Nicht-Rollenverarbeitungen ebenso effizient genutzt werden können. 1 FIG. 12 shows an exemplary process for making a PV cell or PV module having a backside protective layer structure in a continuous roll-to-roll motion in accordance with the present invention. It will be understood by those skilled in the art that, even though continuous roll-to-roll motion processing is employed in the described embodiment, non-roll processing may be used equally efficiently.

1 zeigt links und rechts zwei Rollen 10, 12, die mehrere Rollenverarbeitungsstufen in fortlaufender Bewegung symbolisieren, die bei der Herstellung dieser neuen Art von PV-Modul eingesetzt werden. Die Rolle 10 stellt eine Ausgaberolle dar, und die Rolle 12 eine Aufnahmerolle. Es ist klar, dass die Rollen 10, 12 repräsentativ für die unterschiedlichen Ausgabe- und Aufnahmerollen sind, die in verschiedenen isolierten Verarbeitungskammern genutzt werden. Somit gibt es typischerweise mehrere Ausgabe- und Aufnahmerollen, die während des gesamten Vorgangs eingesetzt werden. 1 shows two rollers left and right 10 . 12 , which symbolize multiple roll processing stages in continuous motion used in the manufacture of this new type of PV module. The role 10 represents an output roll, and the roll 12 a pickup roll. It is clear that the roles 10 . 12 representative of the different dispensing and take-up rollers used in different isolated processing chambers. Thus, there are typically multiple dispensing and picking roles that will be used throughout the process.

Ein ausgedehnter, flacher Bereich eines länglichen Streifens aus einem dünnen, flexiblen Substratmaterial 14, der sich zwischen den Rollen 10, 12 erstreckt, ist gezeigt. Dieser Substratstreifen weist verschiedene Anzahlen von aufgebrachten (abgeschiedenen) PV-Zellenschichtstrukturen an verschiedenen Positionen zwischen den Rollen auf. Der Streifen hat gegenüberliegende Endwicklungen, die als Umwicklungen auf der Ausgaberolle 10 und der Aufnahmerolle 12 verteilt sind. Die Bewegungsrichtung des Streifenmaterials während der Verarbeitung wird allgemein durch den Pfeil 16 angezeigt. Gebogene Pfeile 18, 20 zeigen symbolisch die zugehörige Drehungsrichtung der Rollen 10, 12 um Achsen 10a, 12a, an, die im Allgemeinen lotrecht zur Ebene der 1 liegen.An extended, flat area of an elongate strip of thin, flexible substrate material 14 that is between the roles 10 . 12 extends is shown. This substrate strip has various numbers of applied (deposited) PV cell layer structures at different positions between the rollers. The strip has opposite end windings which act as wraps on the delivery roller 10 and the pickup roll 12 are distributed. The direction of movement of the strip material during processing is generally indicated by the arrow 16 displayed. Curved arrows 18 . 20 symbolically show the associated direction of rotation of the rollers 10 . 12 around axes 10a . 12a , which are generally perpendicular to the level of 1 lie.

Eine Bezugnahme auf das Substratstreifenmaterial 14 hierin sollte als eine Bezugnahme auf einen Streifen eines Materials verstanden werden, dessen Gesamtstrukturcharakter sich verändert, wenn das Material sich gemäß den Verarbeitungsschritten zwischen den Rollen 10 und 12 vorwärtsbewegt. Während der Verarbeitungsschritte werden Schichten aus verschiedenen Komponenten, die in die Herstellung des PV-Moduls eingehen, hinzugefügt.A reference to the substrate strip material 14 It should be understood herein as referring to a strip of material whose overall structural character changes as the material changes according to the processing steps between the rolls 10 and 12 moves forward. During the processing steps, layers of various components that go into the production of the PV module are added.

Neun getrennte, einzelne Verarbeitungskammern 22, 24, 26, 23, 25, 27, 28, 30, 29 sind als rechteckige Blöcke in 1 dargestellt. Die verschiedenen Materialschichten, die verwendet werden, um ein PV-Modul gemäß dieser Erfindung zu bilden, werden in diesen Kammern aufgebracht oder verändert. Die relative Größe dieser in 1 gezeigten Blöcke ist unwichtig. Es sei angemerkt, dass die Schritte, die durch einige der Verarbeitungskammern dargestellt werden, in manchen Anwendungen optional sind. Zum Beispiel kann eine i-ZnO-Schicht, die in der Kammer 28 erzeugt wird, weggelassen werden, und/oder zusätzliche Schritte können in manchen Anwendungen hinzukommen.Nine separate, individual processing chambers 22 . 24 . 26 . 23 . 25 . 27 . 28 . 30 . 29 are as rectangular blocks in 1 shown. The various layers of material used to form a PV module according to this invention are applied or changed in these chambers. The relative size of this in 1 shown blocks is unimportant. It should be noted that the steps represented by some of the processing chambers are optional in some applications. For example, an i-ZnO layer may be present in the chamber 28 are omitted, and / or additional steps may be added in some applications.

Die Verarbeitung beginnt mit einer blanken Starterrolle, oder einem Streifen, aus einem länglichen, flexiblen Dünnschicht-Substratmaterial, das von der Ausgaberolle 10 zugeführt wird. Das unbeschichtete Material kann eine Breite von ungefähr 33 cm, eine Dicke von ungefähr 0,005 cm und eine Länge von bis zu 300 m aufweisen. Die Breite-, Dicke- und Längenabmessungen sind natürlich wählbar, abhängig von der endgültigen beabsichtigten Anwendung für die fertiggestellten PV-Module. Das Substrat kann PI, jedes beliebige Hochtemperaturpolymer oder ein dünnes Metall, wie Edelstahl, Titan, Kovar, Invar, Tantal, Messing oder Niobium usw., umfassen.The processing begins with a bare starter roll, or strip, of elongated flexible thin film substrate material coming from the output roll 10 is supplied. The uncoated material may have a width of about 33 cm, a thickness of about 0.005 cm and a length of up to 300 m. The width, thickness and length dimensions are of course selectable, depending on the final intended application for the finished PV modules. The substrate may comprise PI, any high temperature polymer or a thin metal such as stainless steel, titanium, kovar, invar, tantalum, brass or niobium, etc.

Eine belastungskonforme Metallzwischenschicht, zum Beispiel Ni-V, die ausgewählt wurde, um Wärmeausdehnungseigenschaften zwischen denen des Substrats und der nachfolgend aufgetragenen Schichten aufzuweisen, kann optional als die erste Schicht, die auf dem Substrat abgeschieden wird, verwendet werden. Dieser Schritt ist in 1 nicht gezeigt, kann aber entweder in einer Kammer mit ähnlicher Konstruktion wie die Kammer 22 oder innerhalb einer getrennten Verarbeitungszone in der Kammer 22 durchgeführt werden.A stress-conforming metal interlayer, for example Ni-V, selected to have thermal expansion properties between those of the substrate and subsequently applied layers may optionally be used as the first layer deposited on the substrate. This step is in 1 not shown, but can either be in a chamber of similar construction as the chamber 22 or within a separate processing zone in the chamber 22 be performed.

Innerhalb der Kammer 22 können zwei oder mehr Schichten auf gegenüberliegenden Seiten oder Flächen des Substrats 32 ausgebildet werden. Diese zwei Schichten sind auf den gegenüberliegenden Flächen (oben und unten in 1) eines Teilstücks 32 bei 34, 36 über der Kammer 22 gezeigt. Die Schicht 34 bildet eine rückseitige Kontaktschicht für das PV-Modul der vorliegenden Offenbarung. Die Schicht 34 kann Molybdän enthalten, oder die rückseitige Molybdän-Kontaktschicht kann, im Falle eines Streifens aus einem Edelstahlsubstrat, durch eine Cr/Mo-Doppelschicht ersetzt werden.Inside the chamber 22 can have two or more layers on opposite sides or faces of the substrate 32 be formed. These two layers are on the opposite surfaces (top and bottom in 1 ) of a section 32 at 34 . 36 over the chamber 22 shown. The layer 34 forms a back contact layer for the PV module of the present disclosure. The layer 34 may contain molybdenum or, in the case of a strip of stainless steel substrate, the back molybdenum contact layer may be replaced with a Cr / Mo double layer.

Die Schicht 36 bildet eine rückseitige Schutzschichtstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die rückseitige Schutzschichtstruktur 36 kann ein korrosionsbeständiges Material, wie eine Mo-X-Legierung, umfassen. Zusätzlich und/oder alternativ kann die rückseitige Schutzschichtstruktur 36 gemäß der vorliegenden Offenbarung mehr als eine Schicht umfassen, was als Doppelschicht bezeichnet wird, wobei eine oder mehrere der Schichten ein korrosionsbeständiges Material umfasst/umfassen. Zum Beispiel kann die rückseitige Schutzschichtstruktur 36 eine Cr/Mo-Doppelschicht umfassen.The layer 36 forms a backside protective layer structure according to the present disclosure. The backside protective layer structure 36 may include a corrosion resistant material, such as a Mo-X alloy. Additionally and / or alternatively, the backside protective layer structure 36 According to the present disclosure, comprising more than one layer, which is referred to as a double layer, wherein one or more of the layers comprises a corrosion resistant material. For example, the backside protective layer structure 36 comprise a Cr / Mo double layer.

Die rückseitige Kontaktschicht 34 und die rückseitige Schutzschichtstruktur 36 können durch Sputtern aufgebracht werden und/oder können in der gleichen Kammer 22 innerhalb getrennter Verarbeitungszonen aufgebracht werden und/oder können in getrennten Kammern aufgebracht werden. Bemerkenswerte Eigenschaften der Schichten 34, 36 sind u. a.: (a) dass jede der Schichten fest an der zugehörigen Substratstreifenfläche anhaftet; und (b) dass diese Schichten in der Lage sind, Temperaturschwankungen auszuhalten, die bei der nachfolgenden Verarbeitung auftreten, ohne Risse oder Brüche aufgrund der Temperatur zu erleiden. Zusätzlich können die Schichten 34, 36, angeordnet wie sie sind auf den gegenüberliegenden Flächen des Substratstreifenmaterials, einander mechanisch „ausgleichen”, um ein Einrollen des Produkts oder ein „Biegen aus der Ebene” zu verhindern. Solch ein Biegen könnte ein Problem und/oder eine Unannehmlichkeit darstellen, wenn nur eine einzelne Schicht auf einer Seite verwendet würde. Zum Beispiel wäre die induzierte interne Kompression in einer einzelnen Molybdänschicht – ohne den ausgleichenden Effekt der gegenüberliegenden Schicht – ausreichend, um das Substrat auf den Durchmesser eines Stifts einzurollen.The back contact layer 34 and the backside protective layer structure 36 can be applied by sputtering and / or can be in the same chamber 22 within separate processing zones be applied and / or can be applied in separate chambers. Remarkable properties of the layers 34 . 36 include: (a) that each of the layers adheres firmly to the associated substrate strip surface; and (b) these layers are capable of withstanding temperature variations that occur in subsequent processing without suffering cracks or breaks due to temperature. In addition, the layers can 34 . 36 , arranged as they are on the opposite surfaces of the substrate strip material, mechanically "balance" each other to prevent curling of the product or "out of plane" bending. Such bending could be a problem and / or inconvenience if only a single layer on one side were used. For example, the induced internal compression in a single molybdenum layer - without the counterbalancing effect of the opposite layer - would be sufficient to roll the substrate to the diameter of a pen.

Das aus der Kammer 22 austretende Material ist bereit, in die Kammer 24 eingeführt zu werden, wobei eine Absorberschicht 38, wie ein p-Halbleiter in der Form von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) oder dessen zulässiges Pendant, Kupfer-Indium-Diselenid (CIS), erzeugt wird, zum Beispiel über Simultan-Abscheidungsvorgänge, die in der Nebelumgebung, die in der Kammer 24 vorhanden ist, stattfinden.That from the chamber 22 leaking material is ready to enter the chamber 24 to be introduced, wherein an absorber layer 38 how to form a p-type semiconductor in the form of copper-indium-gallium-diselenide (CIGS) or its permissible equivalent, copper-indium-diselenide (CIS), for example via simultaneous deposition processes occurring in the fog environment, the in the chamber 24 exists, take place.

In der Kammer 26 wird eine Fenster- oder Pufferschicht in der Form von Cadmiumsulifd (CdS) als eine Schicht 40 aufgebracht, die sich über die CIGS- oder CIS-Schicht erstreckt, die in der Kammer 24 ausgebildet wurde. Die CdS-Schicht wird vorzugsweise in einer nicht feuchten Weise durch Hochfrequenzsputtern aufgebracht. Dies führt zu einer insgesamt mehrschichtigen Struktur, wie sie allgemein über der Kammer 26 gezeigt ist.In the chamber 26 becomes a window or buffer layer in the form of cadmium sulphide (CdS) as a layer 40 applied across the CIGS or CIS layer in the chamber 24 was trained. The CdS layer is preferably applied in a non-wet manner by radio frequency sputtering. This results in an overall multi-layered structure, as generally over the chamber 26 is shown.

Nach der Abscheidung von Mo, CIGS und CdS läuft der Streifen weiter durch eine Abfolge von Vorgängen 23, 25, 27, um zuerst Bereiche zu teilen, und dann nachfolgend angrenzende „geteilte” Bereiche seriell zu verbinden. Der erste Vorgang ist, alle abgeschiedenen Schichten einzuritzen, um blankes, nichtbeschichtetes Substrat freizulegen. Dieses erste Einritzen teilt den länglichen Streifen der abgeschiedenen Schichten zweckmäßig in einzelne Segmente und isoliert jedes Segment dadurch elektrisch. Diese Segmente werden von dem Substrat, das intakt bleibt, zusammengehalten. Die verwendete Ritztechnik kann frei gewählt werden, wobei das hier bevorzugte Verfahren unter Verwendung eines Hochleistungsdichte-Lasers erzielt wird.After the deposition of Mo, CIGS and CdS, the strip continues through a sequence of operations 23 . 25 . 27 to first divide areas, and then subsequently serially connect adjacent "shared" areas. The first process is to scrape all the deposited layers to expose bare uncoated substrate. This first scoring expediently divides the elongate strip of deposited layers into individual segments and thereby electrically isolates each segment. These segments are held together by the substrate, which remains intact. The scribing technique used can be chosen freely, the method preferred here being achieved using a high power density laser.

Direkt nach dem ersten Einritzvorgang wird ein zweiter selektiver Einritzvorgang durchgeführt, um die CdS- und CIGS-Schichten zu entfernen, aber das Molybdän wird in den wie abgeschiedenen Zuständen intakt gelassen. Dieses selektive Einritzen bildet einen Durchgang oder Kanal, der später mit leitfähigen Oxid gefüllt wird.Immediately after the first scoring operation, a second selective scoring operation is performed to remove the CdS and CIGS layers, but the molybdenum is left intact in the as-deposited states. This selective scoring forms a passage or channel which is later filled with conductive oxide.

Um zu verhindern, dass das leitfähige Oxid in der oberen Kontaktschicht in die erste Ritze, Mo/CIGS/CdS, eingefüllt wird und dadurch angrenzende geteilte Mo-Bereiche wieder verbindet, muss die Ritze mit einem Isolator aufgefüllt werden. Vorzugsweise wird dies mittels einer UV-härtenden Tinte erreicht, die im Vorgang 27 mit einem handelsüblichen, angepassten Tintenstrahl-Ausstoßkopf abgeschieden wird, der mit dem Hochleistungsdichte-Laser zusammentrifft.In order to prevent the conductive oxide in the upper contact layer from being filled into the first groove, Mo / CIGS / CdS, thereby rejoining adjacent shared Mo regions, the gap must be filled with an insulator. Preferably, this is achieved by means of a UV-curable ink, in the process 27 is deposited with a commercially available matched inkjet ejection head which coincides with the high power density laser.

Wenn die optionale, elektrisch isolierende, Intrinsic-Zinkoxid i-ZnO-Schicht verwendet wird, dann wird diese in der Verarbeitungskammer 28 hergestellt, um eine Schichtanordnung zu erzeugen, wie sie über der Kammer 28 gezeigt ist. In dieser Schichtanordnung ist die i-ZnO-Schicht bei 42 gezeigt, wobei sie die CdS-Schicht überlagert.If the optional, electrically insulating, intrinsic zinc oxide i-ZnO layer is used, then it will be in the processing chamber 28 made to create a layer arrangement as it is above the chamber 28 is shown. In this layer arrangement, the i-ZnO layer is at 42 shown superimposing the CdS layer.

Eine obere Kontaktschicht in der Form einer transparenten Überschicht 44 aus leitfähigem Oxid, wie eine ITO- oder ZnO:Al-Schicht, wird in der Verarbeitungskammer 30 ausgebildet, entweder direkt auf der CdS-Schicht 40, wenn keine i-ZnO-Schicht verwendet wird, oder direkt auf der i-ZnO-Schicht 42, wenn vorhanden. Die dadurch entstehende zusammengesetzte Schichtstruktur ist allgemein über der Kammer 30 in 1 gezeigt.An upper contact layer in the form of a transparent overlayer 44 Conductive oxide, such as an ITO or ZnO: Al layer, is deposited in the processing chamber 30 trained, either directly on the CdS layer 40 if no i-ZnO layer is used, or directly on the i-ZnO layer 42 , if available. The resulting composite layered structure is generally above the chamber 30 in 1 shown.

Wenn eine isolierende i-ZnO-Schicht, wie die Schicht 42, erzeugt wird, umfasst die daraus entstehende Gesamtschichtstruktur etwas, das später als eine Sandwich-Unterstruktur bezeichnet wird, die allgemein durch die Pfeile 46 in 1 gezeigt ist. Die Unterstruktur 46 umfasst die i-ZnO-Schicht, die zwischen der CdS-Schicht und der ZnO:Al-Schicht angeordnet ist. Wenn also solch eine Sandwich-Unterstruktur genutzt wird, dann wird eine zusammenhängende Schutzzwischenschicht (i-ZnO) bereitgestellt, die zwischen der CIGS/CIS-Schicht und der oberen Kontaktschicht 44 angeordnet ist.When an insulating i-ZnO layer, such as the layer 42 , the resulting overall layer structure comprises what will be referred to later as a sandwich substructure, generally indicated by the arrows 46 in 1 is shown. The substructure 46 includes the i-ZnO layer disposed between the CdS layer and the ZnO: Al layer. Thus, if such a sandwich substructure is utilized, then a continuous protective interlayer (i-ZnO) is provided between the CIGS / CIS layer and the upper contact layer 44 is arranged.

1 und 2 zeigen Querschnittsansichten (nicht maßstabsgetreu) eines Teils der beispielhaften PV-Zellen gemäß der vorliegenden Offenbarung, einschließlich aufeinanderfolgender Schichten, die auf einer ersten Seite eines Trägersubstrats abgeschieden sind, und einer rückseitigen Schutzschichtstruktur, die angrenzend an eine zweite Seite des Trägersubstrats abgeschieden ist. 1 and 2 12 show cross-sectional views (not to scale) of a portion of the exemplary PV cells according to the present disclosure, including successive layers deposited on a first side of a carrier substrate and a backside protective layer structure deposited adjacent to a second side of the carrier substrate.

Allgemein können Dünnschicht-PV-Zellen gemäß der vorliegenden Offenbarung auf festen oder flexiblen Substraten basieren. Feste Glassubstrate sind relativ billig, haben im allgemeinen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der relativ genau zu dem CIGS oder anderen Absorberschichten passt, und ermöglichen die Anwendung von Vakuumabscheidungssystemen. Wenn man jedoch die Technologieoptionen, die während des Abscheidungsprozesses anwendbar sind, vergleicht, weisen feste Substrate verschiedene Nachteile bei der Verarbeitung auf, wie die Notwendigkeit einer erheblichen Aufstellfläche für Verarbeitungsgeräte und Materiallagerung, teures und spezialisiertes Gerät für die einheitliche Erwärmung von Glas auf erhöhte Temperaturen bis oder nahe der Glas-Glühtemperatur, ein hohes Potential eines Bruchs des Substrats mit den daraus resultierenden Produktionsverlusten, und eine höhere Wärmeleistung mit den daraus resultierenden höheren Stromkosten für die Erwärmung des Glases. Außerdem erfordern feste Substrate erhöhte Versandkosten aufgrund des Gewichts und der Empfindlichkeit des Glases. Dadurch ist die Verwendung von Glassubstraten für die Abscheidung von dünnen Schichten nicht die beste Wahl für die kostengünstige, großflächige, ertragreiche, kommerzielle Herstellung von mehrschichtigen, funktionalen Dünnschichtmaterialien, wie bei der Photovoltaik.Generally, thin film PV cells according to the present disclosure may be based on solid or flexible substrates. Solid glass substrates are relatively inexpensive, generally have a coefficient of thermal expansion that fits relatively precisely to the CIGS or other absorber layers, and allow the use of vacuum deposition systems. However, comparing the technology options that are applicable during the deposition process, solid substrates have several disadvantages in processing, such as the need for a significant footprint for processing equipment and storage, expensive and specialized equipment for uniform heating of glass to elevated temperatures up to or near the glass annealing temperature, a high potential of breakage of the substrate with the resulting production losses, and a higher heat output with the consequent higher power costs for the heating of the glass. In addition, solid substrates require increased shipping costs due to the weight and sensitivity of the glass. Thus, the use of glass substrates for the deposition of thin films is not the best choice for the low-cost, large-scale, high-yield, commercial production of multilayer, functional thin-film materials, such as photovoltaics.

Geeignete flexible Substratmaterialen umfassen zum Beispiel ein Hochtemperaturpolymer wie Polyimid, oder eine flexible Metallfolie (Edelstahlfolie, Titanfolie, Aluminiumfolie oder andere) oder dünnes Metall, wie Edelstahl, Aluminium oder Titan u. a. Zum Beispiel kann ein Substrat mit einem flexiblen Edelstahl eine Dicke in der Größenordnung von 0,025 mm (25 Mikrometer) aufweisen, während alle anderen Schichten der Zelle eine kombinierte Dicke in der Größenordnung von 0,002 mm (2 Mikrometer) oder weniger aufweisen können. Im Falle der flexiblen Substrate kann die Herstellung der PV-Zellen mittels Rollenverarbeitung durchgeführt werden. Neben der Möglichkeit, eine Rollenverarbeitung durchzuführen, können flexible Substrate bestimmte Vorteile gegenüber festen Substraten aufweisen. Zum Beispiel ermöglicht die Rollenverarbeitung von dünnen, flexiblen Substraten die Verwendung von kompakten, kostengünstigeren Vakuumsystemen und von nicht-spezialisierten Geräten, die bereits für andere Dünnschicht-Industrieanwendungen entwickelt wurden. Außerdem haben flexible Substratmaterialen von Natur aus eine geringere Wärmekapazität als Glas, so dass die Energiemenge, die zum Erhöhen der Temperatur erforderlich ist, minimiert wird. Flexible Substrate bieten außerdem eine relativ hohe Toleranz gegenüber schnellem Erwärmen und Abkühlen und großen Wärmegefällen, was zu einer geringen Wahrscheinlichkeit eines Bruchs oder eines Ausfalls während der Verarbeitung führt.Suitable flexible substrate materials include, for example, a high temperature polymer such as polyimide, or a flexible metal foil (stainless steel foil, titanium foil, aluminum foil or others) or thin metal such as stainless steel, aluminum or titanium, and the like. a. For example, a flexible stainless steel substrate may have a thickness of the order of 0.025 mm (25 microns), while all other layers of the cell may have a combined thickness of the order of 0.002 mm (2 microns) or less. In the case of the flexible substrates, the production of the PV cells can be carried out by means of roll processing. In addition to being able to perform roll processing, flexible substrates may have certain advantages over solid substrates. For example, roll processing of thin, flexible substrates allows the use of compact, lower-cost vacuum systems and non-specialized equipment already developed for other thin-film industrial applications. In addition, flexible substrate materials inherently have a lower heat capacity than glass so that the amount of energy required to raise the temperature is minimized. Flexible substrates also offer a relatively high tolerance to rapid heating and cooling and large thermal gradients, resulting in a low likelihood of breakage or failure during processing.

Weiterhin können die entstandenen ungeschichteten Zellen oder Zellenreihen, sobald die aktiven PV-Materialen auf den flexiblen Substratmaterialen abgeschieden sind, für eine Schichtung und/oder Montage zu flexiblen oder festen Solarmodulen zu einer anderen Fabrik transportiert werden. Diese strategische Option verringert die Transportkosten (z. B. leichte flexible Substrate im Gegensatz zu Glas) und ermöglicht außerdem den Aufbau von Partnerfirmen zur Fertigstellung und für den Vertrieb von PV-Modulen in der ganzen Welt. Ungeachtet der möglichen Vorteile bei der Verwendung von flexiblen Substraten für Dünnschicht-PV-Zellen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von PV-Zellen auf der Grundlage von flexiblen wie auch festen Substraten.Furthermore, once the active PV materials are deposited on the flexible substrate materials, the resulting uncoated cells or cell rows may be transported to another factory for lamination and / or assembly into flexible or solid solar modules. This strategic option reduces transportation costs (such as lightweight flexible substrates as opposed to glass) and also enables the development of partner companies to complete and distribute PV modules around the world. Notwithstanding the potential benefits of using flexible substrates for thin film PV cells, the present disclosure relates to improving the corrosion resistance of PV cells based on flexible as well as solid substrates.

Eine Photovoltaik-Schichtstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung kann aufeinanderfolgende Schichten umfassen, einschließlich zumindest einer Kontaktschicht, die angrenzend an eine erste Seite des Substrats angeordnet ist, einer p-Halbleiterschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist, und/oder einer n-Halbleiterschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist. Die Photovoltaik-Schichtstruktur kann auf das Substrat einer PV-Zelle in einzelnen Verarbeitungskammern mittels verschiedener Prozesse, wie Sputtern, Bedampfung, Vakuumabscheidung und/oder Drucken, abgeschieden werden. Die genaue Dicke jeder Schicht hängt von der genauen Auswahl der Materialen und dem bestimmten Aufbringungsprozess, der für das Ausbilden jeder Schicht gewählt wurde, ab. Weitere Einzelheiten bezüglich dieser Schichten, einschließlich möglicher bestimmter Schichtmaterialien, Schichtdicken und geeigneter Aufbringungsprozesse für jede Schicht sind z. B. im US-Patent Nr. 7,194,197 beschrieben.A photovoltaic layer structure according to the present disclosure may comprise successive layers, including at least one contact layer disposed adjacent to a first side of the substrate, a p-type semiconductor layer disposed on the first side of the substrate, and / or an n-type layer. Semiconductor layer disposed on the first side of the substrate. The photovoltaic layer structure may be deposited on the substrate of a PV cell in individual processing chambers by various processes such as sputtering, sputtering, vacuum deposition, and / or printing. The exact thickness of each layer depends on the exact choice of materials and the particular deposition process chosen for the formation of each layer. Further details regarding these layers, including possible specific layer materials, layer thicknesses and suitable application processes for each layer, are e.g. In the U.S. Patent No. 7,194,197 described.

Insbesondere das Halbleitermaterial Kupfer-Indium-Gallium-Diselenit (CIGS) ist stabil, hat eine geringe Toxizität und ist tatsächlich dünnschichtig, da es eine Dicke von weniger als 2 Mikrometer in einer funktionsfähigen PV-Zelle benötigt. Weitere Halbleitervarianten für die Dünnfilm-PV-Technologie umfassen Kupfer-Indium-Diselenit, Kupfer-Indium-Disulfit, Kupfer-Indium-Aluminium-Diselenit und Cadmium-Tellurid.In particular, the semiconductor material copper-indium-gallium-diselenite (CIGS) is stable, has low toxicity, and is actually thin-layered, requiring less than 2 microns of thickness in a functional PV cell. Other semiconductor variants for thin film PV technology include copper indium diselenite, copper indium disulfide, copper indium aluminum diselenite, and cadmium telluride.

4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Bereichs eines beispielhaften, monolithisch integrierten Dünnschicht-Photovoltaik-Moduls, das allgemein mit 200 bezeichnet ist, und zeigt einen Teil der Terminologie, die allgemein verwendet wird, um Strukturierungen, die typischerweise in monolithischen Integrationsschemata enthalten sind, zu beschreiben. Genauer gesagt zeigt 4 einen Bereich einer ersten PV-Zelle 202, eine zweite PV-Zelle 204 und einen Bereich einer dritten Zelle 206, die monolithisch auf einem Substrat 208 integriert wurden. Um ein monolithisch integriertes Modul 200 zu bilden, wird eine untere Elektrodenschicht 210 auf dem Substrat 208 angeordnet und dann wie bei P1 gezeigt strukturiert, um die untere Elektrode in einzelne Abschnitte zu unterteilen. Die Strukturierung bzw. das Muster P1 (und darauffolgende Muster, die später beschrieben werden) ergibt sich aus dem Entfernen von Teilen des Materials, z. B. durch Ätzen, Ritzen, Lasern und/oder jedes andere geeignete Verfahren. 4 FIG. 12 is a cross-sectional view of a portion of an exemplary monolithically integrated thin film photovoltaic module, generally incorporated with FIG 200 and shows a portion of the terminology commonly used to describe structuring typically included in monolithic integration schemes. More specifically shows 4 a region of a first PV cell 202 , a second PV cell 204 and an area of a third cell 206 monolithic on a substrate 208 were integrated. To a monolithic integrated module 200 to form a lower electrode layer 210 on the substrate 208 and then patterned as shown at P1 to divide the bottom electrode into discrete sections. The pattern P1 (and subsequent patterns described later) results from the removal of parts of the material, e.g. By etching, scribing, lasers and / or any other suitable method.

Eine aktive PV-Schicht 212, typischerweise mit einer p-n-Halbleiterkontaktstelle oder einer ähnlichen Halbleiterkontaktstelle, wird dann auf der Oberseite der unteren Elektrodenschicht und innerhalb des Musters P1 abgeschieden. Das Muster P2 stellt dann einen Verbindungspfad oder -weg zwischen den Elektroden bereit. Eine obere Elektrodenschicht 214 wird dann über der aktiven PV-Schicht 212 und auch innerhalb des Musters P2 angeordnet. Die obere Elektrode 214 wird dann wie bei P3 gezeigt strukturiert, indem wahlweise Material von der oberen Elektrode entfernt wird, um sie in einzelne Abschnitte zu unterteilen. Dies isoliert die Zellen und vervollständigt deren Herstellung zu einer Reihenverbindungsstruktur.An active PV layer 212 , typically with a pn-type semiconductor junction or similar semiconductor pad, is then deposited on top of the bottom electrode layer and within the pattern P1. The pattern P2 then provides a connection path or path between the electrodes. An upper electrode layer 214 then goes over the active PV layer 212 and also arranged within the pattern P2. The upper electrode 214 is then patterned as shown at P3 by selectively removing material from the top electrode to divide it into discrete sections. This isolates the cells and completes their production into a series connection structure.

Die Verbindung zwischen der oberen Elektrode 214 und der unteren Elektrode 210 innerhalb des Musters P2 kann durch Korrosion an der Schnittstelle der beiden Elektroden gefährdet werden. Gemäß der vorliegenden Lehre kann diese Korrosion durch die Verwendung einer korrosionsbeständigen Molybdänlegierung (Mo-X) für die Gestaltung der unteren Elektrode 210 oder zumindest jener Bereiche der unteren Elektrode in der Nähe des Musters P2 verringert werden. Wie nachfolgend beschrieben, hat man festgestellt, dass die Verwendung von Mo-X-Legierungen eine bessere Korrosionsbeständigkeit bietet als Molybdän alleine oder andere Nicht-Legierungsmetalle, die bisher für die untere Elektrode verwendet wurden.The connection between the upper electrode 214 and the lower electrode 210 within the pattern P2 can be endangered by corrosion at the interface of the two electrodes. According to the present teaching, this corrosion may be due to the use of a corrosion resistant molybdenum alloy (Mo-X) for the design of the lower electrode 210 or at least those areas of the lower electrode in the vicinity of the pattern P2 are reduced. As described below, it has been found that the use of Mo-X alloys provides better corrosion resistance than molybdenum alone or other non-alloy metals heretofore used for the lower electrode.

Unter erneuter Bezugnahme auf 2 kann eine Dünnschicht-PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung, allgemein mit 50 bezeichnet, ein Trägersubstrat 52 mit einer ersten Seite 54 und einer zweite Seite 56 umfassen. Eine Photovoltaik-Schichtstruktur 58 kann auf der ersten Seite 54 des Substrats angeordnet werden, und eine rückseitige Schutzschichtstruktur 60 kann angrenzend an die zweite Seite 56 des Substrats 52 angeordnet sein. Die rückseitige Schutzschichtstruktur 60 kann eine Korrosionsschutzschicht 62 umfassen und kann einen Korrosionsschutz für das Substrat 52 und/oder die PV-Zelle 50 bereitstellen.Referring again to 2 may be a thin-film PV cell according to the present disclosure, generally with 50 denotes a carrier substrate 52 with a first page 54 and a second page 56 include. A photovoltaic layer structure 58 can on the first page 54 of the substrate, and a backside protective layer structure 60 may be adjacent to the second page 56 of the substrate 52 be arranged. The backside protective layer structure 60 can be a corrosion protection layer 62 include and can provide corrosion protection for the substrate 52 and / or the PV cell 50 provide.

Die Photovoltaik-Schichtstruktur, die auf der ersten Seite des Substrats abgeschieden wird, kann eine oder mehrere rückseitige Kontaktschichten 64, wie Mo oder Cr/Mo; eine Absorberschicht 66 oder Schichten aus einem Material wie Kupfer-Indium-Diselenid, Kupfer-Indium-Disulfid, Kupfer-Indium-Aluminium-Diselenid oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS); eine Pufferschicht 68 oder Schichten wie eine Schicht aus Cadmiumsulfid (CdS); eine i-ZnO-Schicht 70 und eine obere Elektrodenschicht 72, wie ein transparentes leitendes Oxid (TCO), umfassen. Zusätzlich wird typischerweise ein leitfähiges Stromsammelgitter (nicht gezeigt), das hauptsächlich aus Silber (Ag) oder einem anderen leitfähigen Metall bestehen kann, über der TCO-Schicht aufgebracht.The photovoltaic layer structure deposited on the first side of the substrate may include one or more backside contact layers 64 such as Mo or Cr / Mo; an absorber layer 66 or layers of a material such as copper indium diselenide, copper indium disulfide, copper indium aluminum diselenide or copper indium gallium diselenide (CIGS); a buffer layer 68 or layers such as a layer of cadmium sulfide (CdS); an i-ZnO layer 70 and an upper electrode layer 72 , such as a transparent conductive oxide (TCO). In addition, typically a conductive current collection grid (not shown), which may be comprised primarily of silver (Ag) or other conductive metal, is deposited over the TCO layer.

Wie vorher beschrieben, kann eine PV-Zelle mit einer rückseitigen Schutzschicht, die angrenzend an die zweite Seite des Substrats abgeschieden wird, ein korrosionsbeständiges Material umfassen und kann einen Korrosionsschutz für die PV-Zelle bieten. Gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die PV-Zelle 50 eine rückseitige Schutzschichtstruktur 60. Die rückseitige Schutzschichtstruktur 60 kann eine Schicht 62 mit einem Korrosionsschutzmaterial umfassen. Die Schicht 62 kann direkt angrenzend an die zweite Seite 56 des Substrats 52 abgeschieden werden. Alternativ kann eine (nicht gezeigte) Zwischenschicht zwischen der Schicht 62 und der zweiten Seite des Substrats vorhanden sein.As previously described, a PV cell having a backside protective layer deposited adjacent to the second side of the substrate may comprise a corrosion resistant material and may provide corrosion protection for the PV cell. According to the present disclosure, the PV cell comprises 50 a backside protective layer structure 60 , The backside protective layer structure 60 can be a layer 62 with a corrosion protection material. The layer 62 can be directly adjacent to the second page 56 of the substrate 52 be deposited. Alternatively, an intermediate layer (not shown) may be interposed between the layer 62 and the second side of the substrate.

Die Schicht 62 kann ein korrosionsbeständiges Material, wie eine Mo-X-Legierung, umfassen. Verschiedene Mo-X-Legierungen oder eine Kombination aus mehreren verschiedenen Mo-X-Legierungen können verwendet werden, um der Korrosion zu widerstehen. Zum Beispiel können Zweifach-, Dreifach- oder Mehrfachkomponentenfolien als Molybdänlegierung Mo-X verwendet werden. Das zusätzliche Element (oder die zusätzlichen Elemente) X kann/können aus den Gruppen IVb, Vb, IIIA und/oder IVA des Periodensystems der Elemente (PSE) ausgewählt werden, und Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al und Si können besonders geeignet sein. In manchen Ausführungsbeispielen kann es wünschenswert sein, dass der Legierungspartner, aus Gründen der Produktionsprozessintegration und -durchführbarkeit, ein Mischkristall mit der Molybdänmatrix bildet. Weiterhin kann es in manchen Ausführungsbeispielen bevorzugt sein, dass die freie Reaktionsenthalpie für die Bildung der Oxidzustandformen des Legierungspartners oder der Legierungspartner höher als die freie Reaktionsenthalpie des Molybdän selbst ist, so dass der Legierungspartner vorzugsweise korrodiert.The layer 62 may include a corrosion resistant material, such as a Mo-X alloy. Various Mo-X alloys or a combination of several different Mo-X alloys can be used to resist corrosion. For example, dual, triple or multiple component films may be used as Mo-X molybdenum alloy. The additional element (or elements) X can be selected from Groups IVb, Vb, IIIA and / or IVA of the Periodic Table of the Elements (PSE), and Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al and Si may be particularly suitable. In some embodiments, it may be desirable for the alloying partner to form a mixed crystal with the molybdenum matrix for reasons of production process integration and feasibility. Furthermore, it may be preferred in some embodiments that the free reaction enthalpy for the Forming the oxide state forms of the alloying partner or the alloying partner is higher than the free reaction enthalpy of the molybdenum itself, so that the alloying partner preferably corrodes.

Die Legierung kann so ausgewählt werden, dass sie einen geringen gesamten Leitungswiderstand aufweist, so dass die Erhöhung des elektrischen Leitungswiderstandes aufgrund der Legierungsbildung auf einem Minimum gehalten wird, indem eine geringe Menge des Legierungselements ausgewählt wird. Zum Beispiel kann der Anteil des Legierungselements (d. h. die Atomkonzentration) so gewählt werden, dass er unter 25% liegt, oder sogar unter 10%. Die Mo-X-Legierung kann durch jede beliebige Art von Dünnschicht-Abscheidungsprozessen gebildet werden, wie Sputtern, Bedampfung, chemische Gasphasenabscheidung, Laserablation, chemische Lösungsabscheidung, Sprühabscheidung, Dünnschicht-Reaktionsprozesse, Implantieren eines Legierungspartners oder andere kombinierte Verfahren für die Dünnschichtherstellung.The alloy may be selected to have a small total line resistance, so that the increase in electrical line resistance due to alloying is kept to a minimum by selecting a small amount of the alloying element. For example, the amount of alloying element (i.e., atomic concentration) may be chosen to be below 25%, or even below 10%. The Mo-X alloy can be formed by any type of thin film deposition process, such as sputtering, sputtering, chemical vapor deposition, laser ablation, chemical solution deposition, spray deposition, thin film reaction processes, implantation of an alloying partner, or other combined thin film fabrication processes.

Die Rückseite des Substrats kann relativ leicht korrodieren, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt ist, falls sie mit einer einzelnen rückseitigen Schicht beschichtet ist, die nur aus reinem Mo besteht. Eine rückseitige Schutzschicht, die auf der zweiten Seite des Substrats gemäß der vorliegenden Offenbarung abgeschieden ist, kann eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber einer rückseitigen Schicht nur aus Mo und damit einen besseren Schutz für die zweite Seite des Substrats bieten. 5 ist eine Kurve, die den elektrischen Widerstand einer dünnen Schicht aus Mo und einer dünnen Schicht aus Molybdän-Tantalum (MoTa) als eine Funktion von Stunden einer Verweildauer bei feuchter Wärme gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung vergleicht. Der elektrische Widerstand wurde mittels eines 4-Punkt-Testaufbaus gemessen. Wie 5 zeigt, steigt der Flächenwiderstand der Mo-Dünnschichtprobe nach nur ca. 100 Stunden in einer Testumgebung mit feuchter Wärme (DH) dramatisch an, während die gesputterte MoTa-Folie eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit zeigt, und keine signifikante Erhöhung des Flächenwiderstandes wurde beobachtet. Der Atomgehalt von Ta für die in 5 gezeigte MoTa-Probe lag bei 5% (Mo95Ta5).The back side of the substrate can be relatively easily corroded when exposed to moisture if it is coated with a single backside layer consisting of pure Mo only. A backside protective layer deposited on the second side of the substrate according to the present disclosure can provide improved corrosion resistance to a backside Mo-only layer and thus better protection for the second side of the substrate. 5 FIG. 12 is a graph comparing the electrical resistance of a thin layer of Mo and a thin layer of molybdenum-tantalum (MoTa) as a function of hours of wet heat soak duration according to aspects of the present disclosure. FIG. The electrical resistance was measured by means of a 4-point test setup. As 5 The surface resistivity of the Mo thin film sample dramatically increases after only about 100 hours in a wet heat (DH) test environment, while the sputtered MoTa film shows very high corrosion resistance, and no significant increase in sheet resistance was observed. The atomic content of Ta for the in 5 MoTa sample shown was 5% (Mo95Ta5).

Als ein weiterer Hinweis für die Korrosionsbeständigkeit von Mo-X-Legierungen vergleicht die nachfolgende Tabelle das optische Erscheinungsbild der gesputterten Proben von Mo und MoTa nach verschiedenen Verweildauern bei feuchter Wärme (DH) gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung. DH-Zeit (Stunden) Mo MoTa 0 Metallisch, glänzend Metallisch, glänzend 24 Metallisch, einzelne Flecken Metallisch, glänzend 95 Korrodiert Metallisch, glänzend, wenige Flecken, Flecken hauptsächlich an der Kante 120 Stark korrodiert Metallisch, glänzend, wenige Flecken, Flecken hauptsächlich an der Kante 147 Stark korrodiert Metallisch, glänzend, wenige Flecken, Flecken hauptsächlich an der Kante As a further indication of the corrosion resistance of Mo-X alloys, the table below compares the visual appearance of the sputtered samples of Mo and MoTa after various periods of wet heat (DH) exposure in accordance with the aspects of the present disclosure. DH time (hours) Not a word MoTa 0 Metallic, shiny Metallic, shiny 24 Metallic, single spots Metallic, shiny 95 corroded Metallic, shiny, few spots, spots mainly on the edge 120 Heavily corroded Metallic, shiny, few spots, spots mainly on the edge 147 Heavily corroded Metallic, shiny, few spots, spots mainly on the edge

Wie aus einem Vergleich der 5 mit der Tabelle ersichtlich ist, entspricht der Anstieg des elektrischen Widerstands weitgehend der Farbveränderung und der sichtbaren Korrosion der Proben. Es wird angenommen, dass die Oberfläche der Mo-Schicht in stark isolierendes MoO3 umgewandelt wird, während die MoTa-Legierung die Ausbildung einer korrodierten isolierenden MoOx-Schicht erfolgreich verhindert. Dies ermöglicht, dass die Solarzellenkontakte über einen langen Zeitraum einer Umgebung, die Feuchtigkeit enthält, ausgesetzt werden können, ohne eine Verschlechterung des Verbindungswiderstandes zu erfahren.As if from a comparison of 5 With the table, the increase in electrical resistance is largely consistent with the color change and visible corrosion of the samples. It is believed that the surface of the Mo layer is converted into highly insulating MoO3 while the MoTa alloy successfully prevents the formation of a corroded MoOx insulating layer. This allows the solar cell contacts to be exposed to an environment containing moisture for a long period of time without experiencing deterioration of the connection resistance.

Zusätzlich und/oder alternativ kann eine Dünnschicht-PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung, allgemein mit 100 bezeichnet, unter erneuter Bezugnahme auf 3, ein Trägersubstrat 102 mit einer ersten Seite 104 und einer zweiten Seite 106 umfassen. Eine Photovoltaik-Schichtstruktur 108, die auf der ersten Seite 104 des Substrats angeordnet ist, und eine rückseitige Schutzschichtstruktur 110 können angrenzend an die zweite Seite 106 des Substrats angeordnet sein. Die Schutzschichtstruktur 110 kann eine erste Schicht 111 angrenzend an die zweite Seite 106 und eine zweite Schicht 112 angrenzend an die erste Schicht 110 umfassen. Die erste Schicht und/oder die zweite Schicht kann/können korrosionsbeständig sein. Weiterhin kann die erste Schicht 110 dazu dienen, Belastung auf das Substrat 102 zu verringern, indem sie relativ glatt und flach gehalten wird, und kann das Anhaften der zweiten Schicht befördern. In manchen Ausführungsbeispielen kann die erste Schicht 110 Chrom (Cr) enthalten und die zweite Schicht 112 kann Mo enthalten.Additionally and / or alternatively, a thin film PV cell according to the present disclosure, generally with 100 with reference to again 3 , a carrier substrate 102 with a first page 104 and a second page 106 include. A photovoltaic layer structure 108 that on the first page 104 of the substrate, and a backside protective layer structure 110 can be adjacent to the second page 106 be arranged of the substrate. The protective layer structure 110 can be a first layer 111 adjacent to the second page 106 and a second layer 112 adjacent to the first layer 110 include. The first layer and / or the second layer may be corrosion resistant. Furthermore, the first layer 110 serve to put stress on the substrate 102 decrease by being relatively smooth and flat and may promote adhesion of the second layer. In some embodiments, the first layer 110 Chromium (Cr) included and the second layer 112 can contain Mo

Die Photovoltaik-Schichtstruktur 108, die auf der ersten Seite 104 des Substrats abgeschieden ist, kann eine oder mehrere rückseitige Kontaktschichten 114, z. B. aus Mo oder Cr/Mo (114a/114b), eine Absorberschicht 116 oder Schichten aus einem Material wie Kupfer-Indium-Diselenid, Kupfer-Indium-Disulfid, Kupfer-Indium-Aluminium-Diselenid oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS), eine Pufferschicht 218 oder Schichten wie eine Schicht aus Cadmiumsulfid (CdS), eine i-ZnO-Schicht 219 und eine obere Elektrodenschicht 220, z. B. aus transparentem leitenden Oxid (TCO), umfassen. Weiterhin ist typischerweise ein leitfähiges Stromsammelgitter (nicht gezeigt), das hauptsächlich aus Silber (Ag) oder einem anderen leitfähigen Metall besteht, über der TCO-Schicht aufgebracht.The photovoltaic layer structure 108 that on the first page 104 of the substrate may be one or more backside contact layers 114 , z. From Mo or Cr / Mo ( 114a / 114b ), an absorber layer 116 or layers of a material such as copper indium diselenide, copper indium disulfide, copper indium aluminum diselenide, or copper indium gallium diselenide (CIGS), a buffer layer 218 or layers such as a layer of cadmium sulfide (CdS), an i-ZnO layer 219 and an upper electrode layer 220 , z. Transparent transparent oxide (TCO). Furthermore, typically a conductive current collecting grid (not shown) made primarily of silver (Ag) or other conductive metal is deposited over the TCO layer.

Eine Schutzschichtstruktur mit zwei Schichten kann eine Dicke im Bereich von ca. 70 nm bis 1300 nm aufweisen, wobei eine erste Schicht, z. B. eine Cr-Schicht, eine Dicke im Bereich von ca. 20 nm bis 300 nm, und eine zweite Schicht, wie z. B. eine Mo-Schicht, eine Dicke im Bereich von ca. 50 nm bis 1000 nm aufweisen können.A protective layer structure having two layers may have a thickness in the range of about 70 nm to 1300 nm, wherein a first layer, for. B. a Cr layer, a thickness in the range of about 20 nm to 300 nm, and a second layer, such as. B. a Mo layer, a thickness in the range of about 50 nm to 1000 nm may have.

Die rückseitige Kontaktschicht kann im Allgemeinen eine Dicke im Bereich von ca. 220 nm bis 1300 nm aufweisen, wobei eine Chromschicht eine Dicke im Bereich von ca. 20 nm bis 300 nm und eine Molybdänschicht eine Dicke in einem Bereich von ca. 200 nm bis 1000 nm aufweisen können. Die Sputterleistungen können zwischen 5,5 kW und 8,5 kW liegen und/oder die Arbeitsdrücke können zwischen 4 mT bis 8 mT liegen. Zum Beispiel kann eine zweite Schicht mit Mo bei 7,5 kW und einem Arbeitsdruck von 6 mTorr gesputtert werden.The back contact layer may generally have a thickness in the range of about 220 nm to 1300 nm, wherein a chromium layer has a thickness in the range of about 20 nm to 300 nm and a molybdenum layer has a thickness in a range of about 200 nm to 1000 nm. The sputtering powers can be between 5.5 kW and 8.5 kW and / or the working pressures can be between 4 mT and 8 mT. For example, a second layer can be sputtered with Mo at 7.5 kW and a working pressure of 6 mTorr.

Auch wenn die genaue Dicke jeder Schicht einer Dünnschicht-PV-Zelle von der genauen Auswahl der Materialien und dem bestimmten Aufbringungsprozess, der für die Ausbildung jeder Schicht gewählt wird, abhängt, sind beispielhafte Materialien, Dicken und Verfahren zur Aufbringung jeder Schicht, die oben für die PV-Zelle 100 beschrieben wurden, wie nachfolgend dargelegt, in der typischen Reihenfolge der Aufbringung jeder Schicht auf das Substrat 102: Beschreibung der Schicht Beispielhaftes Material Beispielhafte Dicke Beispielhaftes Verfahren der Aufbringung Rückseitige Schutzschichtstruktur Cr/Mo 130 nm Sputtern Substrat Edelstahl 25 μm Nicht zutreffend (Basismaterial) Rückseitige Doppelkontaktschicht Cr/Mo 320 nm Sputtern Absorber CIGS 1700 nm Bedampfen Puffer CdS 80 nm Chemische Abscheidung Vordere Elektrode TCO 250 nm Sputtern Sammelgitter Ag 40 μm Drucken Although the exact thickness of each layer of a thin film PV cell depends on the exact choice of materials and the particular deposition process chosen for the formation of each layer, exemplary materials, thicknesses and methods for applying each layer are as described above the PV cell 100 as set forth below, in the typical order of application of each layer to the substrate 102 : Description of the layer Exemplary material Exemplary thickness Exemplary method of application Back protection layer structure Cr / Mo 130 nm sputtering substratum stainless steel 25 μm Not applicable (base material) Back double contact layer Cr / Mo 320 nm sputtering absorber CIGS 1700 nm steaming buffer CdS 80 nm Chemical deposition Front electrode TCO 250 nm sputtering collecting grid Ag 40 μm To Print

Dementsprechend kann eine Cr/Mo-Doppelschicht, die als eine rückseitige Schutzschichtbeschichtung aufgebracht wird, eine größere Korrosionsbeständigkeit für die Rückseite des Substrats bieten als eine reine Mo-Rückschicht. Korrosionstests von Substratelementen, die mit rückseitigen Cr/Mo-Schutzdoppelschichten mit verschiedenen Dicken beschichtet sind, stützen diese Rückschluss.Accordingly, a Cr / Mo bilayer applied as a backside protective layer coating can provide greater corrosion resistance to the back side of the substrate than a pure Mo back layer. Corrosion testing of substrate elements coated with back Cr / Mo protective bilayers of various thicknesses support this inference.

Die verschiedenen strukturellen Bauteile, die hier offenbart wurden, können aus jedem geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien aufgebaut sein, z. B. Metall, Kunststoff, Nylon, Kunststoff, Gummi oder andere Materialien mit ausreichender struktureller Festigkeit, um den während der Nutzung auftretenden Belastungen zu widerstehen. Materialien können auf Grundlage von Haltbarkeit, Flexibilität, Gewicht und/oder ästhetischen Qualitäten ausgewählt werden.The various structural components disclosed herein may be constructed of any suitable material or combination of materials, e.g. As metal, plastic, nylon, plastic, rubber or other materials with sufficient structural strength to withstand the stresses occurring during use. Materials can be selected based on durability, flexibility, weight, and / or aesthetic qualities.

Es wird davon ausgegangen, dass die nachfolgenden Ansprüche insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen darlegen, die auf eine der offenbarten Erfindungen gerichtet, neu und nicht offensichtlich sind. Erfindungen, die in anderen Kombinationen und Unterkombinationen von Merkmalen, Funktionen, Elementen und/oder Eigenschaften enthalten sind, können durch Ergänzung der vorliegenden Ansprüche oder Darlegung von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche geänderten oder neuen Ansprüche, ob auf eine andere Erfindung oder die gleiche Erfindung gerichtet, und ob unterschiedlich, breiter, enger oder gleich hinsichtlich des Umfangs der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als innerhalb des Gegenstandes der Erfindungen der vorliegenden Offenbarung betrachtet.It is believed that the following claims set forth, in particular, certain combinations and sub-combinations that are directed to one of the disclosed inventions, are novel and not obvious. Inventions found in other combinations and subcombinations of characteristics, Functions, elements and / or properties may be claimed by supplementing the present claims or presenting new claims in this or a related application. Such modified or novel claims, whether directed to another invention or the same invention, and whether different, broader, narrower, equal to or more limited in scope of the original claims, are also considered within the scope of the inventions of the present disclosure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7194197 [0019, 0042] US 7194197 [0019, 0042]

Claims (19)

Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle, umfassend: ein Trägersubstrat mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, eine Kontaktschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist, eine Absorberschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist, eine Pufferschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist, und eine rückseitige Schutzschicht auf der zweiten Seite des Substrats, wobei die rückseitige Schutzschichtstruktur ein korrosionsbeständiges Material umfasst.Thin-film photovoltaic cell, comprising: a carrier substrate having a first side and a second side, a contact layer disposed on the first side of the substrate, an absorber layer disposed on the first side of the substrate, a buffer layer disposed on the first side of the substrate, and a backside protective layer on the second side of the substrate, the backside protective layered structure comprising a corrosion resistant material. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 1, wobei die rückseitige Schicht zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht umfasst.The thin film photovoltaic cell of claim 1, wherein the backside layer comprises at least a first layer and a second layer. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 2, wobei die erste Schicht Chrom umfasst.The thin film photovoltaic cell of claim 2, wherein the first layer comprises chromium. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 3, wobei die erste Schicht, die Chrom umfasst, direkt angrenzend an die zweite Seite des Substrats angeordnet ist.The thin film photovoltaic cell of claim 3, wherein the first layer comprising chromium is disposed directly adjacent to the second side of the substrate. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 2, wobei die zweite Schicht das gleiche Material umfasst, das in der Kontaktschicht auf der ersten Seite des Substrats enthalten ist.The thin film photovoltaic cell of claim 2, wherein the second layer comprises the same material contained in the contact layer on the first side of the substrate. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 1, wobei das Substrat Molybdän aufweist, das auf der ersten Seite und der zweiten Seite des Substrats abgeschieden ist.The thin film photovoltaic cell of claim 1, wherein the substrate comprises molybdenum deposited on the first side and the second side of the substrate. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 1, wobei die Kontaktschicht eine Schicht, die Chrom enthält, die angrenzend an die erste Seite des Substrats angeordnet ist, und eine Schicht, die Molybdän enthält, die angrenzend an die Chrom-Kontaktschicht angeordnet ist, umfasst.The thin film photovoltaic cell of claim 1, wherein the contact layer comprises a layer containing chromium disposed adjacent to the first side of the substrate and a layer containing molybdenum disposed adjacent to the chromium contact layer. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 1, wobei die rückseitige Schicht eine Dicke von 150 nm bis 275 nm aufweist.The thin-film photovoltaic cell of claim 1, wherein the backside layer has a thickness of 150 nm to 275 nm. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 1, wobei die rückseitige Schicht eine Molybdänlegierung umfasst.The thin film photovoltaic cell of claim 1, wherein the backside layer comprises a molybdenum alloy. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 9, wobei die Molybdänlegierung einen Legierungspartner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al und Si, umfasst.The thin film photovoltaic cell of claim 9, wherein the molybdenum alloy comprises an alloying partner selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, and Si. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 9, wobei die Atomkonzentration des Legierungspartners weniger als 25% beträgt.The thin film photovoltaic cell of claim 9, wherein the atomic concentration of the alloying partner is less than 25%. Dünnschicht-Photovoltaik-Zelle nach Anspruch 11, wobei die Atomkonzentration des Legierungspartners weniger als 10% beträgt.The thin-film photovoltaic cell according to claim 11, wherein the atomic concentration of the alloying partner is less than 10%. Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Dünnschicht-Photovoltaik-Struktur (PV-Struktur), umfassend: Bereitstellen eines Trägersubstrats mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, Aufbringen einer Photovoltaikschicht auf der ersten Seite des Substrats, und Aufbringen einer rückseitigen Schutzschicht auf der zweiten Seite des Substrats, wobei die rückseitige Schutzschicht ein korrosionsbeständiges Material umfasst.A method of making a flexible thin film photovoltaic (PV) structure, comprising: Providing a carrier substrate having a first side and a second side, applying a photovoltaic layer on the first side of the substrate, and Depositing a backside protective layer on the second side of the substrate, the backside protective layer comprising a corrosion resistant material. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Aufbringen der rückseitigen Schutzschicht ein Aufbringen von zumindest zwei Schichten umfasst, wobei eine der zumindest zwei Schichten Molybdän (Mo) umfasst.The method of claim 13, wherein applying the backside protective layer comprises applying at least two layers, wherein one of the at least two layers comprises molybdenum (Mo). Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine der zumindest zwei Schichten Chrom (Cr) umfasst, der Schritt des Aufbringens einer rückseitigen Schutzschicht ein Ausbilden der Schicht, die Chrom enthält, direkt angrenzend an das Substrat und das Ausbilden einer Schicht, die Molybdän (Mo) enthält, direkt angrenzend an die Chrom enthaltende Schicht umfasst.The method of claim 14, wherein one of the at least two layers comprises chromium (Cr), the step of applying a backside protective layer comprises forming the layer containing chromium directly adjacent to the substrate and forming a layer containing molybdenum (Mo) , directly adjacent to the chromium-containing layer. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Aufbringen einer rückseitigen Schutzschicht ein Aufbringen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht mit einem Dickenverhältnis von 1:2 umfasst.The method of claim 14, wherein applying a backside protective layer comprises applying a first layer and a second layer having a thickness ratio of 1: 2. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Aufbringen der rückseitigen Schutzschicht ein Aufbringen einer Molybdänlegierungsschicht umfasst. The method of claim 13, wherein applying the backside protective layer comprises applying a molybdenum alloy layer. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Molybdänlegierung einen Legierungspartner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al und Si, umfasst.The method of claim 17, wherein the molybdenum alloy comprises an alloying partner selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al and Si. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Molybdänlegierung zumindest einen Legierungspartner, ausgewählt aus den Gruppen IVb, Vb, IIIA und IVA des Periodensystems, umfasst.The method of claim 17, wherein the molybdenum alloy comprises at least one alloying partner selected from Groups IVb, Vb, IIIA and IVA of the Periodic Table.
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