DE112009002290T5 - Strukturieren von Elektrodenmaterialien, frei von Bermstrukturen, für Dünnfilm-Photovoltaikzellen - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Ausbilden eines Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelements mit strukturierten Elektrodenfilmen enthält das Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats mit einer darüberliegenden unteren Elektrodenschicht, die ein Molybdänmaterial umfasst. Das Verfahren enthält des Weiteren das Behandeln der unteren Elektrodenschicht mit einem oder mehreren Impulsen elektromagnetischer Strahlung von einer Laserquelle zum Ablatieren einer oder mehrerer Strukturierungen in Verbindung mit einer oder mehreren Bermstrukturen von der unteren Elektrodenschicht. Des Weiteren enthält das Verfahren das Bearbeiten der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, mittels einer mechanischen Bürstenvorrichtung zum Entfernen der einen oder mehreren Bermstrukturen, und das anschließende Behandeln der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen, die von der einen oder den mehreren Bermstrukturen befreit sind, umfasst. Das Verfahren enthält des Weiteren das Ausbilden einer Schicht aus Photovoltaikmaterial über der unteren Elektrodenschicht und das Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial.
Description
- QUERVERWEISE ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
- Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/101,650, eingereicht am 30. September 2008, mit dem Titel „STRUKTURIEREN VON ELEKTRODENMATERIALIEN, FREI VON BERMSTRUKTUREN, FÜR DÜNNFILM-PHOTOVOLTAIKZELLEN” vom Erfinder Robert D. Wieting, die gemeinsam an den Rechtsnachfolger abgetreten wurden und für alle Zwecke durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen sind.
- ERKLÄRUNG ZU RECHTEN AN ERFINDUNGEN, DIE IM RAHMEN VON MIT ÖFFENTLICHEN MITTELN DES BUNDES FINANZIERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG HERVORGEBRACHT WURDEN
- NICHT ZUTREFFEND
- VERWEIS AUF EINE „SEQUENZAUFLISTUNG”, EINE TABELLE ODER EINEN COMPUTERPROGRAMMLISTUNGS-ANHANG, DIE AUF EINER COMPACT-DISK EINGEREICHT WERDEN.
- NICHT ZUTREFFEND
- ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Photovoltaikmaterialien und Herstellungsverfahren. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung von Dünnfilm-Solarzellen bereit. Lediglich als Beispiel behandelt das hier besprochene Verfahren das Strukturieren von Elektrodenmaterial, frei von Bermstrukturen, für die Herstellung von Dünnfilm-Photovoltaikzellen. Es versteht sich, dass die Erfindung auch andere Konfigurationen haben kann.
- Seit Menschengedenken wird nach Wegen gesucht, sich die Kräfte der Natur dienstbar zu machen. Energie existiert in unterschiedlicher Form, zum Beispiel als petrochemische Energie, hydroelektrische Energie, Kern-, Wind-, Biomasse- und Solarenergie und in primitiveren Formen wie zum Beispiel Holz und Kohle. Im Verlauf des vergangenen Jahrhunderts hat sich die moderne Zivilisation auf petrochemische Energie als wichtigen Energieträger gestützt. Zu petrochemischer Energie gehören Gas und Öl. Zum Gas zählen leichtere Formen wie zum Beispiel Butan und Propan, die üblicherweise zum Beheizen von Wohnungen und als Brennstoff zum Kochen verwendet werden. Zum Gas zählen des Weiteren Benzin, Diesel und Turbinentreibstoff, die üblicherweise für Transportzwecke verwendet werden. Schwerere Formen von petrochemischer Energie können an einigen Orten ebenfalls zum Beheizen von Wohnungen verwendet werden. Leider sind die Vorräte an petrochemischen Brennstoffen begrenzt und im Wesentlichen durch die auf der Erde verfügbaren Mengen festgelegt. Dazu kommt, dass immer mehr Menschen immer mehr Produkte auf Erdölbasis nutzen, so dass Erdöl sich zu einer knapper werdenden Ressource entwickelt, die eines Tages zwangsläufig erschöpft sein wird.
- Seit einigen Jahren entwickelt sich eine Nachfrage nach umweltfreundlichen und erneuerbaren Energiequellen. Ein Beispiel einer sauberen Energiequelle ist hydroelektrische Energie. Hydroelektrische Energie gewinnt man durch Stromgeneratoren, die durch das strömende Wasser angetrieben werden, das aus Dämmen wie zum Beispiel dem Hoover-Damm in Nevada kommt. Der erzeugte Strom dient der Elektrizitätsversorgung eines großen Teils der Stadt Los Angeles in Kalifornien. Saubere und erneuerbare Energiequellen sind außerdem Wind, Wellen, Biomasse und dergleichen. Das heißt, Windkraftwerke wandeln Windenergie in nützlichere Energieformen wie zum Beispiel Elektrizität um.
- Eine weitere Form von sauberer Energie ist Solarenergie. Spezielle Einzelheiten zur Solarenergie finden sich im vorliegenden Abschnitt „Allgemeiner Stand der Technik” und insbesondere weiter unten.
- Die Solarenergietechnologie wandelt allgemein elektromagnetische Strahlung von der Sonne in andere nützliche Energieformen um. Zu diesen anderen Energieformen gehören Wärmeenergie und elektrischer Strom. Für Elektrizitätsanwendungen werden oft Solarzellen verwendet. Obgleich Solarenergie umweltfreundlich ist und sich bereits bis zu einem bestimmten Punkt bewährt hat, sind noch zahlreiche Hindernisse zu überwinden, bevor sie auf der ganzen Welt zum breiten Einsatz kommen kann. Zum Beispiel verwendet ein Solarzellentyp kristalline Materialien, die aus Halbleitermaterialblöcken gewonnen werden. Diese kristallinen Materialien können zur Fertigung optoelektronischer Bauelemente, zum Beispiel Photovoltaik- und Photodioden-Bauelemente, verwendet werden, die elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom umwandeln. Jedoch sind kristalline Materialien oft teuer und in großen Mengen schwierig herzustellen. Außerdem haben Bauelemente aus solchen kristallinen Materialien oft einen niedrigen Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung. Andere Arten von Solarzellen verwenden „Dünnfilm”-Technologie zum Ausbilden eines Dünnfilms aus lichtempfindlichem Material, der zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlung in elektrischen Strom verwendet werden soll. Ähnliche Beschränkungen existieren bei der Verwendung von Dünnfilm-Technologie zur Herstellung von Solarzellen. Das heißt, der Wirkungsgrad ist oft schlecht. Außerdem ist die Zuverlässigkeit des Films oft schlecht und kann nicht über längere Zeit in herkömmlichen Umweltanwendungen verwendet werden. Oft lassen sich Dünnfilme nur schwer mechanisch miteinander integrieren. Des Weiteren lassen sich Dünnfilme oft nur schwer in einer kosteneffektiven, effizienten und zuverlässigen Weise herstellen. Diese und andere Beschränkungen dieser herkömmlichen Technologien finden sich in der gesamten vorliegenden Spezifikation und insbesondere weiter unten.
- KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Photovoltaikmaterialien und Herstellungsverfahren. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung von Dünnfilm-Solarzellen bereit. Lediglich als Beispiel beschreibt das hier besprochene Verfahren das Strukturieren von Elektrodenmaterial, frei von Bermstrukturen, für die Herstellung von Dünnfilm-Photovoltaikzellen. Es versteht sich, dass die Erfindung auch andere Konfigurationen haben kann.
- In einer konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden eines Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelements mit strukturierten Elektrodenfilmen bereit. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats, das eine Oberflächenregion umfasst, und das Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht, die ein Molybdänmaterial umfasst, über der Oberflächenregion. Das Verfahren enthält des Weiteren das Behandeln der unteren Elektrodenschicht mit einem oder mehreren Impulsen elektromagnetischer Strahlung von einer Laserquelle. Der eine oder die mehreren Impulse elektromagnetischer Strahlung sind in der Lage, eine oder mehrere Strukturierungen von der unteren Elektrodenschicht zu ablatieren. Die eine oder die mehreren Strukturierungen enthalten eine oder mehrere Bermstrukturen. Außerdem enthält das Verfahren das Bearbeiten der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, mittels einer mechanischen Bürstenvorrichtung zum Entfernen der einen oder mehreren Bermstrukturen. Das Verfahren enthält des Weiteren das Behandeln der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, die von der einen oder den mehreren Bermstrukturen befreit sind. Des Weiteren enthält das Verfahren das Ausbilden einer Schicht aus Photovoltaikmaterial über der unteren Elektrodenschicht. Die Schicht aus Photovoltaikmaterial eine Zwischenverbindungsstruktur auf der Basis der einen oder der mehreren Strukturierungen innerhalb der unteren Elektrodenschicht umfasst. Darüber hinaus enthält das Verfahren das Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial.
- In einer weiteren konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden eines Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelements mit strukturierten Elektrodenfilmen bereit. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats, das eine Oberflächenregion umfasst, und das Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht, die ein Molybdänmaterial umfasst, über der Oberflächenregion. Das Verfahren enthält des Weiteren das Behandeln der unteren Elektrodenschicht mit einem oder mehreren Impulsen elektromagnetischer Strahlung von einer Laserquelle, um eine oder mehrere Strukturierungen von der unteren Elektrodenschicht zu ablatieren. Die eine oder die mehreren Strukturierungen enthalten eine oder mehrere Bermstrukturen. Außerdem enthält das Verfahren das Bearbeiten der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, mittels einer mechanischen Bürstenvorrichtung und einer Reinigungsflüssigkeit zum Entfernen der einen oder mehreren Bermstrukturen. Des Weiteren enthält das Verfahren das Bearbeiten der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, die von der einen oder den mehreren Bermstrukturen befreit sind, unter Verwendung einer Gasrakel. Die Gasrakel ist dafür konfiguriert, im Wesentlichen alle Flüssigkeit, einschließlich Flüssigkeitströpfchen, von einer Oberfläche der unteren Elektrodenschicht zu entfernen, um die untere Elektrodenschicht zu trocknen, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, die von der einen oder den mehreren Bermstrukturen befreit sind.
- Mittels der vorliegenden Erfindung lassen sich zahlreiche Vorteile realisieren. Zum Beispiel verwendet die vorliegende Erfindung Ausgangsmaterialien, die auf dem freien Markt erhältlich sind, um einen Dünnfilm aus Halbleiter-tragendem Material zu bilden, der auf einem geeigneten Substrat angeordnet ist. Der Dünnfilm aus Halbleiter-tragendem Material kann weiter bearbeitet werden, um ein Halbleiter-Dünnfilmmaterial mit gewünschten Eigenschaften zu bilden, wie zum Beispiel atomische Stoichiometrie, Verunreinigungskonzentration, Trägerkonzentration, Dotierung und andere. In einer konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine resultierende Struktur bereit, die zuverlässig und frei von Bermstrukturen ist und dergleichen. In bevorzugten Ausführungsformen verwendet die vorliegende Erfindung häufig verwendet Werkzeuge und Prozesstechnologie. Je nach Ausführungsform lassen sich einer oder mehrere der Vorteile realisieren. Diese und weitere Vorteile werden in größerer Ausführlichkeit in der gesamten vorliegenden Spezifikation und besonders unten beschrieben.
- Lediglich als Beispiel enthalten das hier besprochene Verfahren und die hier besprochenen Materialien Absorbermaterialien, die aus Kupfer-Indium-Disulfid-Spezies, Kupfer-Zinn-Sulfid, Eisendisulfid oder anderem für Zellen mit einer einzigen Anschlussstelle oder Zellen mit mehreren Anschlussstellen bestehen.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
2 –4 ,4A ,5 ,5A ,6 ,6A , und7 –11 sind Schaubilder, die ein Verfahren veranschaulichen, das eine Reihe von Prozessen und Strukturen zur Herstellung einer Dünnfilm-Photovoltaikzelle gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Photovoltaikmaterialien und Herstellungsverfahren. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung von Dünnfilm-Solarzellen bereit. Lediglich als Beispiel enthält das hier besprochene Verfahren das Strukturieren von Elektrodenmaterial, das auf einem Natron-Kalk-Glas-Substrat unter Verwendung von elektromagnetischen Strahlungen gebildet wird, und das Bearbeiten des Elektrodenmaterials, frei von Bermstrukturen, für die Herstellung von Dünnfilm-Photovoltaikzellen. Es versteht sich, dass die Erfindung auch andere Konfigurationen haben kann.
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1 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Das Verfahren1000 enthält die folgenden Prozesse: - 1. Prozess
1010 zum Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats mit einer Oberflächenregion; - 2. Prozess
1020 zum Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht über der Oberflächenregion; - 3. Prozess
1030 zum Behandeln der unteren Elektrodenschicht mit einer Laserstrahlung zum Ablatieren einer oder mehrerer Strukturierungen; - 4. Prozess
1040 zum Bearbeiten der unteren Elektrodenschicht, um eine oder mehrere Bermstrukturen der einen oder mehreren Strukturierungen zu entfernen; - 5. Prozess
1050 zum Behandeln der unteren Elektrodenschicht mit der einen oder den mehreren Strukturierungen, die von der einen oder den mehreren Bermstrukturen befreit sind; - 6. Prozess
1060 zum Ausbilden einer Schicht aus Photovoltaikmaterial, das eine Zwischenverbindungsstruktur auf der Basis jeder der einen oder mehreren Strukturierungen umfasst; - 7. Prozess
1070 zum Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial; - 8. Prozess
1080 zum Ausführen anderer Schritte. - Die obige Abfolge von Prozessen stellt ein Verfahren zum Strukturieren einer Elektrodenschicht und zum Bearbeiten der Elektrodenschicht zum Ausbilden einer oder mehrerer Strukturierungen, die frei von Bermstrukturen sind, für die Herstellung von Dünnfilm-Photovoltaikzellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereit. In einer konkreten Ausführungsform enthält das Verfahren das Anwenden von Laserstrahlungen zum Ablatieren der einen oder der mehreren Strukturierungen von einer durchgängigen Elektrodenschicht. In einer weiteren konkreten Ausführungsform enthält das Verfahren des Weiteren das Verwenden einer mechanischen Bürstenvorrichtung zum Bearbeiten der einen oder mehreren Strukturierungen. Es können noch andere Alternativen bereitgestellt werden, wobei Prozesse hinzugefügt werden, ein oder mehrere Prozesse weggelassen werden oder ein oder mehrere Prozesse in einer anderen Abfolge ausgeführt werden, ohne den Schutzbereich der Ansprüche der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann eine Sperrschicht ausgebildet werden, bevor die untere Elektrodenschicht ausgebildet wird. Es können weitere funktionale Schichten mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen zwischen die Schicht aus Photovoltaikmaterial und die erste Zinkoxidschicht und so weiter eingefügt werden. Weitere Einzelheiten des Verfahrens finden sich in der gesamten vorliegenden Spezifikation und insbesondere weiter unten.
- Bei Prozess
1010 wird ein Natron-Kalk-Glas-Substrat bereitgestellt. Dieser Prozess kann visuell durch2 veranschaulicht werden.2 ist ein vereinfachtes Diagramm, das ein Natron-Kalk-Glas-Substrat veranschaulicht, das zur Herstellung einer Dünnfilm-Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie gezeigt, wird das Natron-Kalk-Glas-Substrat100 , das eine Oberflächenregion101 enthält, bereitgestellt. Das Natron-Kalk-Glas wird weithin als Fensterglas verwendet. Ein wichtiger Grund für die Wahl von Natron-Kalk-Glas als Substrat zum Herstellen von Dünnfilm-Photovoltaikzellen ist – abseits einfacher wirtschaftlicher Erwägungen – ein positiver Einfluss von Alkali-Ionen (z. B. Na+) auf das Kornwachstum von Dünnfilm-Photovoltaikmaterialien mit hohem Wirkungsgrad. Zum Beispiel können aus polykristallinen Verbindungen bestehende Halbleiterfilme aus chalkopyritstrukturierten CuIn(Ga)Se2- oder CuInSe2-Materialien auf Natron-Kalk-Glas-Substraten mit groben Korngrößen von 1 Mikron oder größer ausgebildet werden, so dass ein hoher Zellenstrom mit diesen Photovoltaikfilmen gesammelt werden kann, um einen Lichtumwandlungs-Wirkungsgrad von 17% oder mehr zu erreichen. Ohne die Dotierung von Natriumatomen hat das gleiche Filmmaterial, das auf anderen Substratarten ausgebildet wird, viel feinere Korngrößen. In bestimmten Implementierungen wird die Oberflächenregion101 einem bestimmten Vorbehandlungsprozess unterzogen, so dass die Oberflächenregion101 gereinigt und im Wesentlichen von Oberflächenverunreinigungen, Fetten, Schmutz, Staub und Teilchen mit Größen von mehr als 3 Mikron befreit werden. - Bei Prozess
1020 wird eine untere Elektrodenschicht über der Oberflächenregion des Natron-Kalk-Glas-Substrats ausgebildet. Dieser Prozess kann visuell durch3 veranschaulicht werden. Wie gezeigt, wird die untere Elektrodenschicht200 über der Oberflächenregion101 des Natron-Kalk-Glas-Substrats100 ausgebildet. Die untere Elektrodenschicht200 dient als eine Rückelektrode für Dünnfilm-Photovoltaikzellen, die in anschließenden Prozessen auszubilden sind. „Untere” ist hier lediglich ein Wort für das hier besprochene Beispiel des Ausbildens eines Dünnfilms auf einem Substrat, wo der Dünnfilm eine unterseitige Solarzelle werden soll. Die „untere” Elektrode kann einer „oberen” oder „vorderen” Elektrode entsprechen, die sich oben auf einer Fensterschicht befindet. Wenn das Substrat in einer Anwendung des Ausbildens einer oberseitigen Solarzelle als „Oberschicht” verwendet wird, so können die unteren oder oberen Elektroden in umgekehrter Weise angeordnet sein. In bestimmten Fällen, wenn keine Verwechslung möglich ist, wird nur von „Elektrodenschicht” gesprochen. Insbesondere kann entweder die untere oder die obere Elektrodenschicht optisch transparent sein. Zum Beispiel besteht die untere Elektrodenschicht aus Molybdänmaterial mit einer Dicke im Bereich von 0,2 bis 1 Mikron. In anderen Beispielen kann ein transparentes leitfähiges Oxid als das Material für die obere Elektrodenschicht verwendet werden. In bestimmten Implementierungen kann das Ausbilden der Elektrodenschicht unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses, wie zum Beispiel Sputtern, Plattierung, Verdampfung, Plasmaabscheidung und dergleichen, und jeder anderen geeigneten Technik erreicht werden. Natürlich sind auch andere Varianten, Modifizierungen und Alternativen möglich. - Im nächsten Prozess (
1030 ) enthält das Verfahren1000 das Behandeln der unteren Elektrodenschicht mit einer Laserstrahlung zum Ablatieren einer oder mehrerer Strukturierungen. Dieser Laserstrukturierungs- oder -ablatierungsprozess kann visuell durch4 veranschaulicht werden.4 ist ein Schaubild, das einen Prozess zur Herstellung einer Dünnfilm-Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Dieses Schaubild ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie gezeigt, wird die untere Elektrodenschicht200 an bestimmten, zuvor festgelegten Stellen einer Laserbestrahlung120 unterzogen. Die Laserstrahlung120 kann ein Strahl von einem gepulsten Laser oder einem CW-Laser sein. Der Laserstrahl kann von oberhalb der unteren Elektrodenschicht200 oder von einer Rückseitenregion des Natron-Kalk-Glas-Substrats100 her ausgerichtet sein, da das Glas optisch transparent ist. Diese Option der Laserausrichtung ist von der Bauweise eines Herstellungssystems und der Art der konkreten Dünnfilmwachstumsprozesse abhängig. In der Regel wird der Laserstrahl aus einer gütegeschalteten Nd:YAG-Infrarot-Impulslaserquelle mit einer Wellenlänge von etwa 1065 nm erzeugt. Natürlich können je nach Anwendungszweck auch andere Arten von Laserquellen mit anderen Wellenlängen oder Impulsraten verwendet werden. - In einer Ausführungsform bewirkt der Laserstrahl
120 , der die untere Elektrodenschicht200 bestrahlt, einen Ablationsprozess, bei dem ein Abschnitt der unteren Elektrodenschicht unter dem Laserstrahl von dem Natron-Kalk-Glas-Substrat100 abgetragen wird. Genauer gesagt, bewirkt die Laserenergie ein Verdampfen von Elektrodenschichtmaterial, z. B. Molybdän, unter einem Strahlpunkt oder ein einfaches Fortblasen von dem Substrat100 . Der Laserstrahl120 kann entlang eines zuvor festgelegten Bewegungspfades geführt werden, woraufhin weitere Mengen von Elektrodenschichtmaterial entfernt werden. Jedes Mal, wenn der Laserstrahl einen Punkt des Elektrodenschichtmaterials ablatiert hat, wird der Strahl zum nächsten Punkt bewegt (wobei er in den AUS-Zustand gepulst werden kann); dann wird die Laserleistung wieder EIN-gepulst, um den neuen Punkt zu bestrahlen, damit das Elektrodenschichtmaterial unter dem neuen Punkt abgetragen wird. Auf diese Weise durchläuft die Elektrodenschicht200 , die zunächst als ein durchgängiger Film auf der Oberflächenregion101 des Natron-Kalk-Glas-Substrats100 abgeschieden wurde, einen Laserstrukturierungsprozess zum Ausbilden einer oder mehrerer Strukturierungen (oder laserablatierter Strukturen). - Wie in dem Seitenansichtsabschnitt von
4 gezeigt, ist eine der einen oder mehreren Strukturierungen250 schematisch veranschaulicht und trennt die Elektrodenschicht200 in einen linken Abschnitt200A und einen rechten Abschnitt200B . Eine vergrößerte Draufsicht zeigt mehr Einzelheiten eines eingekreisten Abschnitts einer bestimmten Strukturierung250 , die die untere Elektrodenschicht200 in die beiden Abschnitte200A und200B trennt. Insbesondere zeigt die vergrößerte Ansicht, dass die Strukturierung250 genau genommen eine durchgängige Linie mit einer Breite von etwa 25 bis 50 Mikron der unteren Elektrodenschicht ist, die durch den Laserablationsprozess von dem Glassubstrat im Wesentlichen entfernt wurde. - Infolge dessen wird eine „Straßen”-Struktur innerhalb der Elektrodenschicht
200 ausgebildet. In bestimmten Ausführungsformen werden mehrere Straßen mit einer durchschnittlichen Beabstandung von etwa 6 mm in der Elektrodenschicht über die gesamte Oberflächenregion des Natron-Kalk-Glas-Substrats hinweg ausgebildet, wodurch eine streifenförmige Zelle zwischen den einzelnen benachbarten Straßen definiert wird. - Aufgrund des räumlichen Profils des Laserstrahls und der Impulse- und Abtastvariation entstehen eine oder mehrere Bermstrukturen
255 innerhalb der Strukturierung250 . In einer konkreten Ausführungsform befinden sich die eine oder die mehreren Bermstrukturen255 gewöhnlich nahe den Rändern der Strukturierung250 , während einige auch nahe der mittleren Region der Strukturierung250 hinterlassen werden können. Wie gezeigt, haben die eine oder die mehreren Bermstrukturen255 unregelmäßige Formen. Je nach Anwendungszweck können die eine oder die mehreren Bermstrukturen255 Rückstandsmaterial der Elektrodenschicht250 oder Verunreinigungen von einem System, in dem das Natron-Kalk-Glas-Substrat untergebracht ist, enthalten. Weil die Bermstrukturen255 elektrisch leitfähig sind, können sie einen elektrischen Kurzschluss von Dünnfilm-Bauelementen verursachen, wenn sie nicht durch einen geeigneten Prozess im Wesentlichen gereinigt oder befreit werden. -
4A ist eine Mikroskopaufnahme, die eine laserablatierte Strukturierung zeigt, die auf einem Dünnfilm über einem Glassubstrat ausgebildet ist. Wie gezeigt, wird die laserablatierte Strukturierung durch Aufstrahlen eines runden Laserpunktes auf den Dünnfilm hergestellt, wobei das Dünnfilmmaterial unter dem Punkt mindestens teilweise entfernt wird. Außerdem wird es dem Laserpunkt ermöglicht, sich von einem Punkt zum nächsten zu bewegen und dabei entlang seines Weges Dünnfilmmaterial abzutragen. - Wenn der Laserstrahl eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit hat, so wird eine Straße oder eine Kanalstruktur gebildet. Wie in der Draufsicht von
4A gezeigt, entspricht die Straße255 der laserablatierten Strukturierung250 in der unteren Elektrodenschicht200 , die in4 als Seitenansicht zu sehen ist. Jedoch können Unregelmäßigkeiten während des Laserablationsprozesses eine bestimmte Menge an Rückständen oder Neuablagerungen oder nicht-abgetragene Abschnitte des Dünnfilmmaterials zurücklassen, die dann eine oder mehrere Bermstrukturen255 in der, oder um die, Laserablationsstrukturierung250 bilden. Diese Bermstrukturen255 können eine Qualitätsminderung des Dünnfilm-Bauelements, Kurzschlüsse oder andere Probleme verursachen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren bereit, um die Laserablationsstrukturierung von diesen Bermstrukturen im Wesentlichen zu säubern. Eine ausführlichere Beschreibung des Verfahrens findet sich im Verlauf dieser Spezifikation und insbesondere weiter unten. - Im nächsten Prozess
1040 enthält das Verfahren1000 das Bearbeiten der unteren Elektrodenschicht, die eine oder mehrere Strukturierungen aufweist, zum Entfernen der einen oder mehreren darin enthaltenen Bermstrukturen. Dieser Prozess kann visuell durch5 veranschaulicht werden.5 ist ein Schaubild, das einen Prozess zur Herstellung einer Dünnfilm-Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Dieses Schaubild ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie in5 gezeigt, stellt eine konkrete Ausführungsform des Verfahrens1000 eine mechanische Bürstenvorrichtung300 bereit, die über der unteren Elektrodenschicht200 angeordnet ist. Die mechanische Bürstenvorrichtung300 enthält einen Rotor301 , der einen Außenumfang trägt, der mehrere Borsten305 umfasst. In einer Ausführungsform wird der Rotor301 so angetrieben, dass er sich im Uhrzeigersinn310 dreht, und ist gleichzeitig so konfiguriert, dass er sich seitlich entlang einer Richtung320 bewegt, die im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Natron-Kalk-Glas-Substrats verläuft. In einer konkreten Ausführungsform kann die Bürstenbewegungsrichtung320 parallel oder senkrecht zu der Laserablationsstrukturierung250 verlaufen, um Materialtrümmer oder Teilchen innerhalb der Strukturierung effektiv zu entfernen. Wie ebenfalls gezeigt, ist eine Sprühvorrichtung350 in den Betrieb der mechanischen Bürstenvorrichtung300 eingebunden, um eine Flüssigkeit (in einer bevorzugten Ausführungsform entionisiertes Wasser) während des Bürstprozesses zuzuführen. - In einer bestimmten Implementierung des Prozesses
1040 kann die mechanische Bürstenvorrichtung300 auf eine zweckmäßige Höhe über der unteren Elektrodenschicht200 eingestellt werden, und die mehreren Borsten305 können mit einer zuvor festgelegten Drehzahl (entlang einer Richtung310 ) gedreht werden, während sie sich gleichzeitig mit einer zuvor festgelegten seitlichen Geschwindigkeit seitlich (entlang einer Richtung320 ) bewegen. Darüber hinaus ist die mechanische Bürstenvorrichtung300 so konfiguriert, dass sie ihre Höhe und ihre seitliche Bewegungsrichtung justieren kann, um die eine oder die mehreren Bermstrukturen255 in der, oder um die, einen oder mehreren Strukturierungen250 in verschiedenen Ausrichtungen und Dichten so gründlich und vollständig wie möglich zu entfernen. Natürlich sind auch andere Varianten, Alternativen und Modifizierungen bei der Steuerung der Drehzahl, der Drehrichtung, der seitlichen Bewegungsrichtung und der seitlichen Bewegungsgeschwindigkeit sowie bei den Konfigurationen der mechanischen Bürstenvorrichtung, einschließlich der relativen Position des Rotors, der Länge jeder Borste, der Zufuhr von Flüssigkeit aus der Sprühvorrichtung350 und so weiter, möglich. Zum Beispiel kann die Länge der Borsten so gewählt werden, dass sie komplett in die Tiefe des laserablatierten Grabens hineinreichen, so dass – zusätzlich zum Entfernen der Bermstrukturen von der Oberflächenregion – alle Materialtrümmer, die bei der Laserablation entstanden sind, aus der ablatierten Region im Wesentlichen entfernt werden. - In einer konkreten Ausführungsform bestehen die mehreren Borsten
305 aus einem Nylonmaterial. Die mechanische Festigkeit der Nylonborsten erzeugt die erforderlichen Kräfte, um die eine oder die mehreren Bermstrukturen, die um das Substrat herum verstreut sind und an dem Substrat anhaften, mit relativ geringen Kräften zu entfernen. Die Nylonborsten besitzen aufgrund ihres Materials eine relative Flexibilität, die zudem entsprechend der Gruppierung einer bestimmten Anzahl von Borsten und ihrer Verteilung entlang des Außenumfangs der mechanischen Bürstenvorrichtung300 so eingestellt werden kann, dass die durch diese Borsten erzeugten Kräfte nicht die übrigen Abschnitte der unteren Elektrodenschicht (z. B.200A und200B ), die mit viel größeren Kräften an dem Substrat angehaftet sind, beschädigen. Die mechanische Bürstenvorrichtung300 mit den Nylonborsten305 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Lage, die eine oder die mehreren Bermstrukturen255 kontinuierlich von der einen oder den mehreren Strukturierungen250 der aus Molybdänmaterial bestehenden unteren Elektrodenschicht zu entfernen. - In einer alternativen Ausführungsform kann die mechanische Bürstenvorrichtung von beiden Seiten des transparenten Substrats einwirken, wie schematisch in
5A gezeigt ist, die eine Seitenansicht ist, die ein Substrat veranschaulicht, das an mehreren Rollen innerhalb eines diskontinuierlichen Systems entlang geführt wird. In dieser Figur wirkt eine mechanische Bürstenvorrichtung300A , die eine Wassersprühvorrichtung350A enthält, von einer Oberseitenregion201 ein, und eine weitere mechanische Bürstenvorrichtung300B , die beide im Wesentlichen die gleiche sein können wie die mechanische Bürstenvorrichtung300 , wirkt von einer Unterseitenregion des Substrats ein. In einem Beispiel ist die Oberseitenregion201 eine Oberfläche der unteren Elektrodenschicht200 , die über dem Substrat100 angeordnet ist. In einem weiteren Beispiel enthält die Oberseitenregion201 einen oder mehrere Abschnitte, die Teil der einen oder mehreren Strukturierungen250 sind, die innerhalb der unteren Elektrodenschicht200 ausgebildet sind. - Wie in
1 dargestellt, enthält das Verfahren1000 des Weiteren einen Prozess1050 . zum Behandeln der unteren Elektrodenschicht mit der einen oder den mehreren Strukturierungen, die von der einen oder den mehreren Bermstrukturen befreit sind. Dieser Prozess kann visuell durch6 veranschaulicht werden, die ein Schaubild ist, das einen Prozess zur Herstellung einer Dünnfilm-Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieses Schaubild ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie in einer konkreten Ausführungsform gezeigt, beinhaltet ein Teil des Behandlungsprozesses1050 einen Reinigungsprozess, während dem das mit einer Elektrodenschicht200 beschichtete Natron-Kalk-Glas-Substrat100 mit einer Reinigungsflüssigkeit400 behandelt wird. In einer Implementierung umfasst die Reinigungsflüssigkeit400 mindestens entionisiertes Wasser, das Oberflächenrückstände physisch herauswäscht und reaktiv desorbiert. Anschließend beinhaltet ein weiterer Teil des Behandlungsprozesses1050 einen Prozess des Anwendens eines Luftrakelgebläses, um Feuchtigkeit und Staub, die auf einer Oberflächenregion der Elektrodenschicht200 zurückgeblieben sind, zu entfernen. - In einer Implementierung ist, wie schematisch in
6 gezeigt, ein Gasrakelgebläse360 nahe der Oberflächenregion der Elektrodenschicht200 , die die eine oder die mehreren Strukturierungen250 enthält, im Anschluss an den Reinigungsprozess, bei dem die Reinigungslösung400 zum Einsatz kam, angeordnet. In einem Beispiel ist die Gasrakel360 eine Luftrakel mit einer länglichen Düse, die ein facettiertes Profil eines Hochgeschwindigkeitsluftstromes365 abgeben kann. Der auftreffende Luftstrom365 mit dem facettierten Profil ist sehr effektiv zum Trocknen und Reinigen der Oberflächenregion, die eine oder mehrere (streifenförmige) Strukturierungen aufweist. In einem weiteren Beispiel kann trockener Stickstoff das Gas in der Gasrakel sein. In einer Ausführungsform ist das Luftrakelgebläse360 in der Lage, einen Winkel relativ zu der Oberflächenregion201 zu justieren, um eine erwünschte Trocknungs- oder Reinigungswirkung zu erreichen. Zum Beispiel kann der Winkel zwischen dem facettierten Profil der Luft relativ zu der Oberfläche von 90 Grad bis etwa 45 Grad oder 30 Grad und weniger eingestellt werden, um die Trocknungswirkung zu verbessern. In einem weiteren Beispiel kann ein Winkel zwischen der Luftströmungsrichtung und der Laserstrukturierung ebenfalls zwischen 0 und 90 Grad eingestellt werden, um die Wirkung der Materialtrümmerbeseitigung zu verbessern. In einer alternativen Ausführungsform kann der Luftdruck des Luftrakelgebläses360 während des Materialtrümmerbeseitigungsprozesses gesteuert werden, insbesondere, um Materialtrümmer aus der Region der Laserstrukturierung zu entfernen. In einer konkreten Ausführungsform kann das Luftrakelgebläse360 zum Trocknen der Oberflächenregion im Wesentlichen alle Flüssigkeit entfernen, einschließlich Rückstände der Reinigungsflüssigkeit400 , Wassertröpfchen oder andere Chemikalien in flüssiger Form. In einer weiteren konkreten Ausführungsform kann das Luftrakelgebläse360 zum Entfernen der während des Behandlungsprozesses aufgebrachten Flüssigkeit in der Weise eingesetzt werden, dass ein direktes physisches Fortblasen im Wesentlichen ohne Hervorrufen einer Verdampfung ausgeführt wird. Somit führt die Trocknungswirkung gemäß der obigen Implementierung von Ausführungsformen der Erfindung dazu, dass im Wesentlichen alle Feuchtigkeitsrückstände von der unteren Elektrodenschicht, die eine oder mehrere Strukturierungen enthält, beseitigt werden. - In einer weiteren Implementierung, wie schematisch in
6A gezeigt, können beide Seiten des Substrats mit dem Luftrakelgebläse während der oben beschriebenen Trocknungs- und Reinigungsprozesse bestrichen werden. Wie gezeigt, wird ein Substrat an mehreren Rollen innerhalb eines diskontinuierlichen Systems entlang geführt. Das Substrat hat eine Oberseitenregion201 , die im Wesentlichen eine Oberfläche der unteren Elektrodenschicht200 , die sich über dem Natron-Kalk-Glas-Substrat100 befindet, aus5 ist. Ein Luftrakelgebläses360A wirkt von oberhalb der Oberseitenregion201 ein, und ein weiteres Luftrakelgebläse360B wirkt von unterhalb des Substrats ein. Im Wesentlichen ist der Behandlungsprozess1050 ein kombinierter Prozess, der beinhaltet, das Substrat mit einer Reinigungsflüssigkeit400 zu behandeln und ein Luftrakelgebläse360 zum Trocknen des Substrats, das die untere Elektrodenschicht200 mit einer oder mehreren Strukturierungen250 aufweist, zu verwenden. Der Behandlungsprozess führt dazu, dass die untere Elektrodenschicht200 mit einer oder mehreren Strukturierungen250 im Wesentlichen frei von jeglichen Bermstrukturen255 und Feuchtigkeitsrückständen ist. - Wenden wir uns wieder
1 zu, wo das Verfahren1000 einen Prozess (1060 ) zum Ausbilden einer Schicht aus Photovoltaikmaterial über der Elektrodenschicht enthält. Dieser Prozess kann visuell durch7 veranschaulicht werden, die ein Schaubild ist, das einen Prozess zur Herstellung einer Dünnfilm-Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieses Schaubild ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie gezeigt, ist eine Schicht aus Photovoltaikmaterial500 über der unteren Elektrodenschicht200 ausgebildet. Insbesondere kann vor dem oder während des Prozesses1060 des Ausbildens der Schicht aus Photovoltaikmaterial500 eine Strukturierung250 , die durch Laserablation (Prozess1030 ) in der unteren Elektrodenschicht200 gebildet wird, mit einem leitfähigen Material ausgefüllt werden, um eine Zwischenverbindungsstruktur270 zu bilden. Die Zwischenverbindungsstruktur kann als ein elektrischer Anschlussdraht zum Sammeln von Strom von einer Dünnfilm-Solarzelle, die mit der Schicht aus Photovoltaikmaterial herzustellen ist, dienen. In einer konkreten Ausführungsform wird die Schicht aus Photovoltaikmaterial500 aus Kupfer-Iridium-Diselenid (CIS)-Material unter Verwendung eines Prozesses hergestellt, der aus Sputtern und einer auf Tempern basierenden Selenisierung besteht. In einer weiteren konkreten Ausführungsform umfasst die Schicht aus Photovoltaikmaterial500 ein Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS)-Material oder Kupfer-Indium-Disulfid-Material, das unter Verwendung eines oder mehrerer geeigneter Dünnfilmabscheidungsprozesse abgeschieden wird. In einer typischen Implementierung ist die Schicht aus Photovoltaikmaterial500 ein p-Typ-Halbleitermaterial, das als ein Lichtabsorbierer eines Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelements fungiert. In einer Ausführungsform, die eine bestimmte Menge an eindotiertem Natrium enthält, kann die Schicht aus CIGS-Material, die auf (der unteren Elektrodenschicht über) dem Natron-Kalk-Glas-Substrat gebildet wird, große Korngrößen von über 1 Mikron haben. Darum kann ein hoher Zellenstrom bei einem Wirkungsgrad von 17% oder mehr für die entstandene Dünnfilm-Solarzelle erwartet werden. - Obgleich das Obige allgemein anhand einer konkreten Struktur für CIS- und/oder CIGS-Dünnfilmzellen beschrieben wurde, können auch andere konkrete CIS- und/oder CIGS-Konfigurationen verwendet werden, wie zum Beispiel jene aus
US-Patent Nr. 4,612,411 undUS-Patent Nr. 4,611,091 , die hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden, ohne von der Erfindung, die durch die weiter unten folgenden Ansprüche beschrieben wird, abzuweichen. - Des Weiteren enthält das Verfahren
1000 einen Prozess (1070 ) zum Ausbilden einer oberen Elektrodenschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial. Hier ist die obere Elektrodenschicht oder die zweite Elektrodenschicht eine erste Zinkoxidschicht, die eine Art von transparentem leitfähigem Oxid oder TCO ist. Wie in8 gezeigt, führt – im Anschluss an den Prozess1060 – der Prozess1070 zum Ausbilden der zweiten Elektrodenschicht600 über der Schicht aus Photovoltaikmaterial500 .8 ist lediglich ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. In einer konkreten Ausführungsform ist die zweite Elektrodenschicht600 eine erste Zinkoxidschicht. In einem Beispiel wird die erste Zinkoxidschicht unter Verwendung einer metallorganischen chemischen Dampfabscheidungs (MOCVD)-Technik innerhalb eines diskontinuierlichen Systems ausgebildet. Die durch MOCVD gebildete erste Zinkoxidschicht ist eine grobe Schicht, die das einfallende Licht streuen kann, wodurch der Wirkungsgrad von Solarzellen gesteigert wird. Außerdem kann die erste Zinkoxidschicht600 mechanisch strukturiert werden, um eine oder mehrere Strukturierungen auszubilden, die außerdem dafür verwendet werden, mindestens eine weitere Zwischenverbindungsstruktur670 für die Dünnfilm-Photovoltaikzelle, die in8 als ein Beispiel gezeigt ist, zu bilden. - Das Verfahren
1000 kann dann einen Prozess1070 für zusätzliche Schritte bei der Herstellung eines Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelements enthalten. Zum Beispiel kann der Prozess1070 ein weiteres mechanisches Strukturieren sein, um die zweite oder obere Elektrodenschicht zu konfigurieren; kann ein mechanischer Isocut-Prozess zum Herstellen einer oder mehrerer Einheitszellen sein; und kann ein mechanischer Buspad-Reinigungsprozess zum Montieren der einen oder mehreren Einheitszellen sein. Natürlich sind viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen möglich. [...] ein Beispiel, das nicht dafür vorgesehen ist, den Schutzbereich der Ansprüche unzulässig einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Varianten, Alternativen und Modifizierungen erkennen. Wie gezeigt, ist eine Sperrschicht150 zwischen die untere Elektrodenschicht200 und die Oberflächenregion101 des Natron-Kalk-Glas-Substrats100 eingefügt. Weil eine überschüssige, unkontrollierte Menge Natrium die Korngrößen des auf dem Natron-Kalk-Glas-Substrat aufgewachsenen Photovoltaik-Dünnfilms reduzieren können, wird die Sperrschicht150 angeordnet, um zu verhindern, dass ein Natriumelement in die oberen Schichten, insbesondere die Schicht aus Photovoltaikmaterial, diffundiert. In einer Ausführungsform ist die Sperrschicht150 eine Schicht aus Siliziumdioxid, die durch einen Sputterprozess gebildet wird und die als eine effektive Natriumdiffusionssperrschicht dient und eine Dicke von nur etwa 200 Ångström oder mehr aufweist. Andere Materialien, einschließlich Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Titannitrid, Titanoxid oder Zirkonoxid, können je nach Anwendungszweck ebenfalls verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform können die Sperrschichteigenschaften so eingestellt oder justiert werden, dass die Effektivität des Blockierens einer Natriumionendiffusion aus dem Glas in die photovoltaikaktiven Schichten erhöht wird. Zum Beispiel kann die Sperrschichtdichte ein verwendeter Faktor sein. Eine höhere Sperrschichtdichte kann verwendet werden, um die Diffusionssperre zu verstärken und die Menge der Natriumdiffusion zu begrenzen. - In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Verfahren
1000 einen Prozess des Ausbildens einer Cadmiumsulfidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial vor dem Ausbilden der ersten Zinkoxidschicht enthalten. Insbesondere ist, wie in10 gezeigt, die Schicht aus Photovoltaikmaterial500 eine Schicht aus Kupfer-Indium-Diselenid-Material über der Molybdänschicht200 der unteren Elektrode. Die Cadmiumsulfidschicht505 , die als ein Halbleiter mit breitem Bandabstand gekennzeichnet ist, ist über der Schicht aus Kupfer-Indium-Diselenid-Material500 ausgebildet, um als eine Fensterschicht für die Dünnfilm-Photovoltaikzelle zu dienen, während die Schicht aus Kupfer-Indium-Diselenid-Material500 als eine Absorberschicht fungiert. In bestimmten Ausführungsformen gilt die Cadmiumsulfidschicht505 als ein Teil der Schicht aus Photovoltaikmaterial, die unter Verwendung eines Mehrschichtabscheidungs- und Behandlungsprozesses ausgebildet wird. In einem Beispiel kann die Cadmiumsulfidschicht505 unter Verwendung von Sputter-, Vakuumverdampfungs- oder chemischen Badabscheidungs (CBD)-Techniken ausgebildet werden und kann zur Erhöhung der Leitfähigkeit mit Verunreinigungen vom n+-Typ dotiert werden. In Abhängigkeit von den Ausführungsformen kann die Fensterschicht aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt werden, die aus einem Cadmiumsulfid (CdS), einem Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO), Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO) oder anderem besteht. - In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Verfahren
1000 einen Prozess des Ausbildens einer zweiten Zinkoxidschicht vor dem Ausbilden der ersten Zinkoxidschicht enthalten. Wie in11 gezeigt, wird die zweite Zinkoxidschicht605 zuerst über der Schicht aus Photovoltaikmaterial, oder genauer gesagt, über der Cadmiumsulfidschicht505 , ausgebildet, und die erste Zinkoxidschicht600 wird über der zweiten Oxidschicht605 ausgebildet. Die Schicht aus Photovoltaikmaterial500 ist eine Schicht aus Kupfer-Indium-Diselenid-Material über der Molybdänschicht200 der unteren Elektrode. In einer konkreten Ausführungsform hat die zweite Zinkoxidschicht605 einen höheren spezifischen Widerstand als die erste Zinkoxidschicht600 . Funktionsseitig erfüllt die zweite Zinkoxidschicht605 mehr die Rolle einer Sperr- oder Schutzschicht, während die erste Zinkoxidschicht600 mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand mehr die Rolle einer leitfähigen Elektrodenschicht erfüllt. In einer bestimmten Ausführungsform wird die zweite Zinkoxidschicht605 ebenfalls unter Verwendung einer metallorganischen chemischen Dampfabscheidungs (MOCVD)-Technik innerhalb eines diskontinuierlichen Systems ausgebildet. - Obgleich das Obige gemäß konkreten Ausführungsformen veranschaulicht wurde, sind auch andere Modifizierungen, Alternativen und Varianten möglich. Es versteht sich, dass die im vorliegenden Text beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und dass dem Fachmann vor diesem Hintergrund verschiedene Modifizierungen oder Änderungen einfallen, die alle unter den Geist und Geltungsbereich dieser Anmeldung und unter den Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- US 4611091 [0036]
Claims (22)
- Verfahren zum Ausbilden eines Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelements mit strukturierten Elektrodenfilmen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats, das eine Oberflächenregion umfasst; Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht, die ein Molybdänmaterial umfasst, über der Oberflächenregion; Behandeln der unteren Elektrodenschicht mit einer oder mehreren Impulsen elektromagnetischer Strahlung von einer Laserquelle, wobei der eine oder die mehreren Impulse elektromagnetischer Strahlung in der Lage sind, eine oder mehrere Strukturierungen von der unteren Elektrodenschicht zu ablatieren, wobei die eine oder die mehreren Strukturierungen eine oder mehrere Bermstrukturen umfassen; Bearbeiten der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, mittels einer mechanischen Bürstenvorrichtung zum Entfernen der einen oder mehreren Bermstrukturen; Behandeln der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, die von der einen oder den mehreren Bermstrukturen befreit sind; Ausbilden einer Schicht aus Photovoltaikmaterial über der unteren Elektrodenschicht, wobei die Schicht aus Photovoltaikmaterial eine Zwischenverbindungsstruktur auf der Basis der einen oder der mehreren Strukturierungen innerhalb der unteren Elektrodenschicht umfasst; und Ausbilden einer ersten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial.
- Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Behandeln der Oberflächenregion mit einem oder mehreren Reinigungsprozessen umfasst, um ein oder mehrere Teilchen und/oder Kontaminierungsstoffe zu entfernen.
- Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Ausbilden einer Sperrschicht über der Oberflächenregion umfasst, wobei die Sperrschicht dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die eine oder die mehreren Natriumspezies innerhalb des Natron-Kalk-Glas-Substrats hält.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Sperrschicht ein Siliziumdioxidmaterial mit einer Dicke von etwa 200 Ångström und mehr umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Sperrschicht ein Material umfasst, das unter Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Titannitrid, Titanoxid und Zirkonoxid ausgewählt ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Ausbilden einer zweiten Zinkoxidschicht über der Schicht aus Photovoltaikmaterial vor dem Ausbilden der ersten Zinkoxidschicht umfasst, wobei die erste Zinkoxidschicht einen niedrigeren spezifischen Widerstand aufweist als die zweite Zinkoxidschicht.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Schicht aus Photovoltaikmaterial ein Kupfer-Indium-Diselenid-Material umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 7, das des Weiteren eine Cadmiumsulfidschicht über der Kupfer-Indium-Diselenid-Schicht vor dem Ausbilden der ersten Zinkoxidschicht umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Laserquelle ein gütegeschalteter gepulster YAG-Infrarotlaser ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mechanische Bürstenvorrichtung mehrere Borsten umfasst, die Nylonmaterial umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Behandeln der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, das Behandeln der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, mit einer Reinigungsflüssigkeit umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Reinigungsflüssigkeit Wasser umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Wasser entionisiertes Wasser ist, das durch einen oder mehrere Sprühstrahlen herangeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, das des Weiteren – nach dem Behandeln der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst – das Verwenden einer oder mehrerer Gasrakel umfasst, um die Reinigungsflüssigkeit von der unteren Elektrodenschicht in einer solchen Weise zu entfernen, dass die Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen frei von Verdampfung ist.
- Verfahren nach Anspruch 14, wobei die eine oder die mehreren Gasrakel eine Luftrakel mit einer länglichen Düse zum Erzeugen eines facettierten Luftstromprofils umfassen.
- Verfahren zum Ausbilden eines Dünnfilm-Photovoltaik-Bauelements mit strukturierten Elektrodenfilmen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Natron-Kalk-Glas-Substrats, das eine Oberflächenregion umfasst; Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht, die ein Molybdänmaterial umfasst, über der Oberflächenregion; Behandeln der unteren Elektrodenschicht mit einer oder mehreren Impulsen elektromagnetischer Strahlung von einer Laserquelle, wobei der eine oder die mehreren Impulse elektromagnetischer Strahlung in der Lage sind, eine oder mehrere Strukturierungen von der unteren Elektrodenschicht zu ablatieren, wobei die eine oder die mehreren Strukturierungen eine oder mehrere Bermstrukturen umfassen; Bearbeiten der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, mittels einer mechanischen Bürstenvorrichtung und einer Reinigungsflüssigkeit zum Entfernen der einen oder mehreren Bermstrukturen; und Bearbeiten der unteren Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, die von der einen oder den mehreren Bermstrukturen befreit sind, unter Verwendung einer Gasrakel, wobei die Gasrakel dafür konfiguriert ist, im Wesentlichen alle Flüssigkeit, einschließlich Flüssigkeitströpfchen, von einer Oberfläche der unteren Elektrodenschicht zu entfernen, um die untere Elektrodenschicht, welche die eine oder die mehreren Strukturierungen umfasst, die von der einen oder den mehreren Bermstrukturen befreit sind, zu trocknen.
- Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren das Behandeln der Oberflächenregion mit einem oder mehreren Reinigungsprozessen umfasst, um ein oder mehrere Teilchen und/oder Kontaminierungsstoffe zu entfernen.
- Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren das Ausbilden einer Sperrschicht über der Oberflächenregion umfasst, wobei die Sperrschicht dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die eine oder die mehreren Natriumspezies innerhalb des Natron-Kalk-Glas-Substrats hält.
- Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Sperrschicht ein Siliziumdioxidmaterial mit einer Dicke von etwa 200 Ångström und mehr umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 16, wobei die mechanische Bürstenvorrichtung mehrere Borsten umfasst, die ein Nylonmaterial umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verwenden der Gasrakel umfasst, eine Luftrakel mit einer länglichen Düse so zu konfigurieren, dass ein facettiertes Profil trockener Luft mit verstellbaren Winkeln relativ zu der Oberflächenregion erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 16, wobei die jegliche Flüssigkeit, einschließlich Flüssigkeitströpfchen, alle Flüssigkeit umfasst, einschließlich Rückständen der Reinigungsflüssigkeit, Kondenswasser oder Feuchtigkeit.
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