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DE102011014795B4 - Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen (10), aufweisend folgende Schritte:
a. Aufbringen eines fotoaktiven Schichtaufbaus (15) auf ein starres Substrat (11) mit dessen Frontkontakt-Schicht (12) voraus,
b. Aufbringen einer flexiblen Folie (16) auf die dem Substrat (11) abgewandte Rückkontakt-Schicht (14) des Schichtaufbaus (15),
c. Ablösen des fotoaktiven Schichtaufbaus (15) vom Substrat (11) mittels Laserstrahl (20),
d. Aufbringen einer weiteren flexiblen Folie (22) auf die Frontkontakt-Schicht (12), wobei ein Substrat (11) aus Glas verwendet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen.
  • Flexible Dünnschicht-Solarzellen sind beispielsweise aus der DE 100 05 680 B4 sowie DE 100 06 823 C2 bekannt. Als flexibles Substrat bzw. flexibles Trägermaterial wird zur Herstellung beispielsweise eine bandförmige Kupferfolie verwendet. Dabei weist der Stand der Technik auf Herstellungsprobleme bei der Verwendung von flexiblen Folien aus Kunststoffen oder Metallen hin.
  • Die US 2010/0255344 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle, bei dem auf ein starres Substrat, das aus Glas bestehen kann, eine Elektrodenschicht und darauf ein Filmlaminat aufgebracht wird, wobei zwischen dem Substrat und der Elektrodenschicht eine Opferschicht vorhanden ist, die mittels eines Laserstrahls zerstört wird, so dass das Filmlaminat samt Elektrodenschicht vom Substrat entfernt werden kann.
  • Des Weiteren ist bekannt, dass der Dünnschichtaufbau vom starren Substrat durch chemische Ablösung ( JP 2009-049389 A ), thermische Auflösung einer Zwischenschicht ( US 2007/0044834 A1 ), oder mechanische Abtrennung ( DE 101 27 255 A1 ) entfernt werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen zu schaffen, bei dem ein vom Stand der Technik unterschiedlicher Weg zu deren Verwirklichung gegangen werden soll.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.
  • Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein Herstellungsverfahren für flexible Dünnschicht-Solarzellen erreicht, bei dem Probleme beim Aufbau der einzelnen Schichten unmittelbar auf einer flexiblen Folie vermieden sind und zwar dadurch, dass die einzelnen Schichten zunächst in an sich bekannter Weise auf ein starres Substrat, nämlich ein Glassubstrat, aufgebaut bzw. übereinandergelegt werden und danach der gesamte Schichtaufbau als Einheit vom Glassubstrat abgenommen und auf eine flexible Folie gebracht wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen hinsichtlich des Schichtaufbaus und des Ablösens des Schichtaufbaus vom Substrat und der Verwendung entsprechender Folien als Trägermaterial und/oder als Abdeckung ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 2 bis 9.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
    • 1 bis 6 jeweils in schematischer geschnittener Darstellung die einzelnen Verfahrensschritte zum Herstellen einer flexiblen Dünnschicht-Solarzelle und
    • 7 in den vorhergehenden Figuren entsprechender Darstellung eine fertig hergestellte Dünnschicht-Solarzelle zum Aufbau eines Solarmoduls.
  • Die in den 1 bis 6 dargestellten einzelnen und aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte führen zu einer in 7 dargestellten fertigen flexiblen Dünnschicht-Solarzelle 10, die einzeln oder in einer Vielzahl entsprechend verschalteter Dünnschicht-Solarzellen zu einem Dünnschicht-Solarmodul führt. Es versteht sich, dass Form und Größe der Dünnschicht-Solarzelle 10 beliebig sein kann.
  • Gemäß 1 wird als vorläufiges Trägermaterial 11 ein starres Trägermaterial in Form eines Glassubstrats verwendet. In einem ersten Herstellungsschritt wird auf das Glassubstrat 11 eine Frontkontakt-Schicht 12 in Form einer TCO-Schicht gebracht. Auf die Frontkontakt-Schicht 12 wird eine fotoaktive Schicht 13 aus beispielsweise Silizium in Dünnschicht gebracht. Auf die fotoaktive Schicht 13 wird eine Rückkontaktschicht 14 gebracht. Dieser aus den aufeinander gelegten Schichten 12 bis 14 hergestellte Schichtaufbau 15 kann üblicher Bauart sein. Die Rückkontakt-Schicht 14 kann aus beispielsweise Dünnschicht-Aluminium sein. Der auf dem Glassubstrat 11 angeordnete fotoaktive Schichtaufbau 15 ist in 2 gezeigt.
  • In einem weiteren Herstellungsschritt wird gemäß 3 auf die Rückkontakt-Schicht 14 eine flexible Folie 16 aufgebracht, vorzugsweise auflaminiert. Die flexible Folie 16 ist der Rückkontakt-Schicht 14 zugewandt mit Leiterbahnen, insbesondere Kontaktdrähten versehen, wie dies in der DE 102 39 845 C1 beschrieben ist. Die Folie 16 kann transparent oder opak sein. Dieser aus dem Glassubstrat 11, dem Schichtaufbau 15 und der auflaminierten Folie 16 bestehende Rohzellenaufbau wird gegebenenfalls nach Wenden von der freien Glassubstrat-Oberfläche her mit einem Laserstrahl 20 beaufschlagt (4). Von dem von einem nicht dargestellten Laser ausgehenden Laserstrahl 20 wird die gesamte freie dem Schichtaufbau 15 abgewandte Oberfläche des Glassubstrats 11 scannend abgetastet. Die Energie des Lasers bzw. des Laserstrahles ist so eingestellt, dass die Grenzschicht zwischen der Innenfläche des Glassubstrats 11 und der gegenüberliegenden Fläche der Frontkontakt-Schicht 12 derart behandelt wird, dass sich ein Ablöseprozess des Glassubstrats 11 von der Frontkontakt-Schicht 12 ergibt. Beispielsweise kann das Laserlicht eine Wellenlänge im Bereich von 532 nm besitzen, wobei das Glassubstrat 11 beispielsweise eine Dicke von 4 mm aufweist.
  • Gemäß 5 wird das Glassubstrat 11 nach seinem Ab- bzw. Loslösen aufgrund des Laserstrahls 20 abgehoben und bei Seite gelegt. Das Glassubstrat 11 kann nach einer Reinigung wieder verwendet werden.
  • Anstelle des Glassubstrats 11 wird gemäß 6 eine transparente Folie 22 auf die Frontkontakt-Schicht 12 des erhalten gebliebenen Schichtaufbaus 15 aufgebracht, vorzugsweise laminiert. Diese transparente Folie 22 besitzt ebenfalls eine teilweise elektrisch leitende Oberfläche in Form von Leiterbahnen, insbesondere Kontaktdrähten, wobei diese transparente Folie 22 ebenso wie die Folie 16 entsprechend der DE 102 39 845 C1 aufgebaut ist. In beiden Fällen handelt es sich um eine Kunststofffolie.
  • Gemäß 7 ergibt sich damit die fertige flexible Solarzelle 10 in Form einer Dünnschicht-Solarzelle, deren Lichteinfallseite für die fotoaktive Schicht 13 die frei liegende Oberfläche 21 der transparenten Folie 22 ist.
  • Die fertige sehr dünne flexible Dünnschicht-Solarzelle 10 kann in verschiedenen Geometrien hergestellt oder insbesondere nachträglich zugeschnitten werden. Mehrere solcher Dünnschicht-Solarzellen 10 können zu einem größeren Dünnschicht-Solarzellenmodul zusammengefasst bzw. elektrisch verschaltet werden.
  • Alternativ ist es möglich, das Ablösen des Glassubstrats 11 von der Frontkontakt-Schicht 12 mittels Laserstrahl statt nach 5 von der dem Glassubstrat 11 abgewandten Seite des Schichtaufbaus 15 vorzunehmen.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen (10), aufweisend folgende Schritte: a. Aufbringen eines fotoaktiven Schichtaufbaus (15) auf ein starres Substrat (11) mit dessen Frontkontakt-Schicht (12) voraus, b. Aufbringen einer flexiblen Folie (16) auf die dem Substrat (11) abgewandte Rückkontakt-Schicht (14) des Schichtaufbaus (15), c. Ablösen des fotoaktiven Schichtaufbaus (15) vom Substrat (11) mittels Laserstrahl (20), d. Aufbringen einer weiteren flexiblen Folie (22) auf die Frontkontakt-Schicht (12), wobei ein Substrat (11) aus Glas verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau (15) dadurch gebildet wird, dass die Frontkontakt-Schicht (12) auf das Substrat (11), dann auf die Frontkontakt-Schicht (12) eine fotoaktive Schicht (13) und danach auf die fotoaktive Schicht (13) die Rückkontakt-Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material gebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Frontkontakt-Schicht (12) eine TCO-Schicht verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als fotoaktive Schicht (13) eine Schicht (13) aus Silizium verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Folien (16, 22) auf die betreffende Schicht (14, 12) laminiert werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ablösen des Substrats (11) das Laserlicht (20) auf die dem Schichtaufbau (15) abgewandte Oberfläche des Substrats (11) gerichtet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die weitere flexible Folie (22) eine transparente Folie verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine transparente Folie mit Leiterbahnen verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie des Laserstrahls derart eingestellt wird, dass eine Grenzschicht zwischen einer Innenfläche des Substrats (11) und einer gegenüberliegenden Fläche der Frontkontakt-Schicht (12) derart behandelt wird, dass sich ein Ablöseprozess des Substrats (11) von der Frontkontakt-Schicht (12) ergibt.
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