EA006755B1

EA006755B1 - Способ изготовления блока солнечного элемента с использованием временной подложки

Info

Publication number: EA006755B1
Application number: EA200401154A
Authority: EA
Inventors: Эрик Мидделман; Паулус Маринус Гезина Мария Петерс; Рудольф Эммануэль Изидор Схропп
Original assignee: Акцо Нобель Н. В.
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2006-04-28
Also published as: KR20040104482A; JP4368685B2; SI1481427T1; BRPI0308218A2; JP2005519473A; EP1481427A2; WO2003075351A3; PT1481427E; EP1481427B1; AU2003208696B2; WO2003075351A2; KR100981538B1; AU2003208696A1; MXPA04008557A; CN100487925C; CN1639880A; CA2478109A1; ATE438930T1; ES2344004T3; EA200401154A1

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу изготовления блока солнечного элемента, включающего в себя этапы, на которых: (а) обеспечивают наличие поддающейся травлению проводящей временной подложки; (b) наносят на временную подложку слой прозрачного проводящего оксида (ППО); (с) наносят фотоэлектрический слой на слой ППО; (d) наносят слой заднего электрода; (е) наносят постоянный несущий элемент; (f) на любом из предыдущих этапов обеспечивают наличие «резиста травления» на временной подложке в виде рисунка, подходящей для формирования токосъемной сетки после удаления той части временной подложки, которая не покрыта резистом травления; (g) выборочно удаляют временную подложку там, где она не покрыта резистом травления. Способ согласно настоящему изобретению делает возможным получение блока солнечного элемента, содержащего токосъемную сетку с высокой проводимостью посредством простого процесса. Если это необходимо, токосъемная сетка может быть снабжена цветным слоем.

Description

Изобретение относится к способу изготовления блока солнечного элемента с использованием временной подложки. Изобретение также относится к блоку солнечного элемента, полученному таким способом.

Блоки солнечных элементов, также известные как фотоэлектрические блоки или фотоэлектрическая фольга, обычно содержат несущий элемент и фотоэлектрический (ФЭ) слой, состоящий из полупроводящего материала, расположенного между передним электродом, содержащим прозрачный проводящий оксид (НПО) (на передней поверхности фольги), и задним электродом (на задней поверхности фольги). Передний электрод является прозрачным, дающим возможность падающему свету достигать полупроводящего материала, где падающее излучение преобразуется в электрическую энергию. Таким образом, свет может быть использован для генерирования электрического тока, что представляет собой привлекательную альтернативу, скажем, сжиганию ископаемого топлива или ядерной энергии.

XVО 98/13882 и XVО 99/49483 описывают способ изготовления фотоэлектрической фольги, включающий в себя этапы, на которых обеспечивают наличие временной подложки, наносят прозрачный проводящий оксид, наносят фотоэлектрические слои, наносят слой заднего электрода, наносят несущий элемент, удаляют временную подложу и, предпочтительно, наносят прозрачное защитное верхнее покрытие на боковую поверхность прозрачного проводящего слоя. Этот способ обеспечивает возможность «рулонного» (от англ. го11-1о-го11, т.е. из рулона в рулон) изготовления фотоэлектрической фольги или блока, в то же время обеспечивая возможность использования любых желательных прозрачного проводящего материала и способа нанесения, не подвергая опасности функцию ФЭ-слоев по генерированию тока. ΧνΟ 01/78156 и ΧνΟ 01/47020 описывают варианты этого способа.

В приведенных выше публикациях указано, что предпочтительно использовать металлическую временную подложу, так как такие материалы обычно могут выдерживать самые высокие температуры во время дальнейшей обработки, испытывают малое испарение и могут быть относительно легко удалены с использованием известных способов травления. Другой причиной выбора металла, в частности алюминия или меди, является то, что ФЭ-фольга должна в конечном итоге содержать «боковые» электроды (которые образуют контакт, предназначенный для соединения с любым вспомогательным устройством или сетью, т.е. для фактического использования ФЭ-фольги в качестве источника электропитания). Оставляя часть временной подложки на месте (например, в виде боковых граней или полосок), наносить эти контакты отдельно не требуется.

Для того чтобы улучшить съем тока с блока солнечного элемента, блоки солнечных элементов часто снабжают токосъемной сеткой. В случае блоков солнечных элементов в виде фольги такую сетку наносят на передний электрод и/или, что менее часто, на задний электрод, если задний электрод выполнен из сравнительно плохо проводящего ППО, чтобы получить блок (полу)прозрачного солнечного элемента. Сетка представляет собой рисунок из линий проводящего материала, который наносят таким образом, чтобы обеспечить легкий съем тока, сгенерированного в фотоэлектрическом слое и протекающего через электрод.

В данной области техники известны различные способы нанесения сеток. Например, известно нанесение сетки посредством способа печати, обычно с использованием пасты, содержащей частицы серебра. Недостатком использования этого типа пасты является то, что ее проводимость является относительно низкой. Можно увеличить проводимость с помощью обжига пасты, но это вводит дополнительный этап обработки. Кроме того, обжиг обычно оказывает отрицательное влияние на свойства блока солнечного элемента, в частности на свойства фотоэлектрического слоя и необязательных полимерных слоев, и при этом результирующая проводимость сетки все же оставляет желать лучшего.

Также в данной области техники известно нанесение сетки путем нанесения расплавленного металла. Несмотря на то, что это приводит в результате к получению сетки с хорошей проводимостью, высокая температура расплавленного металла обычно отрицательно влияет на свойства слоя ППО, в частности фотоэлектрического слоя. Также необходим ряд дополнительных этапов по подготовке поверхности для нанесения металлов.

Недавние разработки относятся к осаждению при относительно низких температурах металлических слоев, которые могут мгновенно затвердевать после их нанесения. Однако в настоящее время эти способы не позволяют изготавливать фотоэлектрические блоки приемлемого качества.

XVО 93/00711 описывает формирование токосъемной сетки на верхней поверхности слоя прозрачного проводящего материала с помощью прикрепления к нему электрически проводящей фольги посредством электрически проводящего клея. Затем часть проводящей фольги удаляют посредством способа травления. Одна из проблем, связанных с этим способом, заключатся в проводящем клее, который также должен быть удален в тех местах, где удалена проводящая фольга. Это может быть сделано, например, с помощью растворителя, но это вносит риск того, что растворитель также растворит клей, связывающий токосъемную сетку с передним электродом. Дополнительной проблемой, связанной с этим способом, является проводимость соединения между токосъемной сеткой и слоем ППО через клей.

Еще одной проблемой, связанной со всеми упомянутыми выше способами нанесения сетки на блок солнечного элемента, является нуждающаяся в улучшении адгезия сетки к поверхности блока солнечного элемента.

- 1 006755

Следовательно, существует потребность в таком способе изготовления содержащего сетку солнечного элемента, в котором сетка имеет хорошую проводимость и хорошую адгезию к слою НПО и может быть получена с помощью простого и хорошо управляемого процесса, который не приводит в результате к ухудшению свойств фольги солнечного элемента, в частности слоя НПО.

Было обнаружено, что эти проблемы могут быть решены при изготовлении блока устройства солнечного элемента с использованием временной подложки, при этом часть проводящей временной подложки сохраняют в качестве токосъемной сетки, которая для целей настоящего описания также включает в себя электрические шины.

Следовательно, настоящее изобретение относится к способу получения блока солнечного элемента, включающему в себя этапы, на которых:

a. обеспечивают наличие поддающейся травлению проводящей временной подложки;

b. наносят на временную подложку слой прозрачного проводящего оксида (НПО);

c. наносят фотоэлектрический слой на слой ППО;

б. наносят слой заднего электрода;

е. наносят постоянный несущий элемент;

£. на любом из предыдущих этапов обеспечивают наличие «резиста травления» на временной подложке в виде рисунка (шаблона), подходящего для формирования токосъемной сетки после удаления той части временной подложки, которая не покрыта резистом травления;

д. выборочно удаляют временную подложку там, где она не покрыта резистом травления.

В контексте настоящего изобретения понятие «травление» означает удаление с помощью химических средств, например растворения. Поддающаяся травлению подложка представляет собой подложку, которая может быть удалена с помощью химических средств; «резист травления» представляет собой материал, который может противостоять условиям, применяемым во время удаления временной подложки.

Поскольку в способе согласно настоящему изобретению слой ППО наносят на то, что впоследствии станет токосъемной сеткой, можно гарантировать, что омический контакт между слоем ППО и токосъемной сеткой будет хорошим. Благодаря тому факту, что слой ППО выращивают на временной подложке, можно гарантировать, что сцепление между слоем ППО и сеткой, сформированной из временной подложки, является хорошим. Поскольку временная подложка является металлической подложкой, проводимость самой сетки будет также хорошей. Кроме того, принимая во внимание, что использование временной подложки всегда требует ее удаления, обычно с помощью этапа травления, способ согласно настоящему изобретению добавляет только один простой этап, т.е. нанесение резиста травления, к способу, известному из XVО 98/13882 или XVО 99/49483. Нанесение резиста травления может быть легко включено в способ получения согласно упомянутым выше документам, особенно, если его выполняют посредством рулонного способа. Это объединение делает возможным расположение сетки точным и воспроизводимым образом, особенно ввиду того, что резист травления является материалом, который легко наносить, т.е. значительно легче, чем, например, полоски расплавленного металла.

Резист травления может быть любым материалом, который может быть нанесен на временную подложку в виде токосъемной сетки и который будет защищать временную подложку от воздействия травителя. Резист травления может быть временным, то есть он может быть удален в ходе некоторого дополнительного этапа способа в целом. Альтернативно, резист травления может быть постоянным. Предпочтительно использование постоянного резиста травления. Имеются разные причины для этого предпочтения. Во-первых, использование постоянного резиста травления устраняет необходимость в этапе удаления резиста травления. Кроме того, резист травления будет защищать сетку от внешних воздействий и вносить свой вклад в электрическую прочность на пробой изоляции всего герметизированного модуля.

Особенно предпочтительным вариантом осуществления способа согласно изобретению является вариант, в котором резист травления является постоянным резистом травления, цвет которого выбран таким образом, что токосъемная сетка имеет цвет, который совпадает с цветом генерирующей энергию части блока солнечного элемента или контрастирует с ней.

Разность цвета между генерирующей энергию частью блока солнечного элемента и цветной сеткой может быть выражена посредством величины бЕаЬ, которую задают следующим образом:

ЭЕаЬ=(бЬ²+ба²+бЬ²)^1/2где бЬ, ба и бЬ - это соответственно разности яркости, голубизны и красноты между частями, снабженными окрашивающим материалом, и генерирующими энергию частями блока солнечного элемента. Величины Ь, а и Ь могут быть определены в соответствии с процедурой СГЕЬАВ с использованием источника света Ό65. Если цвет сетки должен совпадать с цветом блока солнечного элемента, бЕаЬ обычно составляет ниже примерно 5, предпочтительно ниже примерно 2, более предпочтительно ниже примерно 0,3. В этом случае можно говорить об использовании маскирующего (камуфлирующего) цвета. Если цвет сетки выбирают противоположным цвету генерирующей энергии части блока солнечного элемента, то величина бЕаЬ обычно составляет выше примерно 10, предпочтительно выше примерно 12, более предпочтительно между примерно 20 и 100. Если используют более чем один цвет, то обычно по меньшей мере один из этих цветов будет удовлетворять приведенным выше требованиям для величины бЕаЬ.

- 2 006755

Использование комбинации выделяющего цвета и маскирующего цвета делает возможным украшение блока солнечного элемента цветными узорами на однородном фоне. Примерами предусмотренных узоров являются рисунки, буквы, цифры, полоски, прямоугольники и квадраты. В этом варианте осуществления обычно 10-90% сетки снабжены выделяющимся цветом, в то время как 90-10% сетки снабжены маскирующим цветом.

Следует заметить, что в данной области техники было ранее описано нанесение цветного покрытия на сетку блока солнечного элемента. В качестве примера следует привести ссылку на ЕР 0986109 и предварительно не опубликованную международную заявку № РСТ/ЕР01/10245. Однако эти документы не описывают нанесение цветного покрытия в качестве резиста травления для получения цветной высококачественной металлической токосъемной сетки посредством временной подложки.

Кстати, хотя это и является менее предпочтительным, в объем настоящего изобретения входит использование при изготовлении такой сетки временного резиста травления, с последующим удалением временного резиста травления и снабжением сетки окрашивающим материалом, например, как описано в предварительно не опубликованной международной заявке № РСТ/ЕР01/10245.

Нанесение резиста травления на временную подложку может быть выполнено на любой стадии способа согласно изобретению. Например, он может быть нанесен перед началом способа, то есть перед нанесением ППО на другую сторону временной подложки. Он может быть нанесен на любой промежуточной стадии, и он также может быть нанесен в конце способа, то есть после нанесения заднего электрода или, если применимо, постоянного несущего элемента, и непосредственно перед удалением временной подложки с помощью травления. Последний вариант является предпочтительным, так как он предотвращает рисунок резиста травления от повреждения во время предыдущих этапов способа. Он также предотвращает присутствие рисунка резиста травления на «задней поверхности» временной подложки, которое может помешать проведению других этапов способа. В предпочтительном «рулонном» (от англ. го11-1о-го11, т.е. из рулона в рулон) варианте осуществления способа согласно изобретению и то, и другое может случиться, если временную подложу, снабженную на задней поверхности рисунком из резиста травления, пропускают по одному или большему количеству валков.

Может так случиться, что временная подложка является более толстой, чем это требуется для того, чтобы сформировать токосъемную сетку. В этом случае можно сначала стравить часть временной подложки, потом нанести резист травления согласно рисунку токосъемной сетки, а затем удалить незащищенную часть резиста травления. Однако в таком случае предпочтительно сначала нанести временный резист травления согласно рисунку токосъемной сетки, с последующим выборочным удалением временной подложки там, где она не защищена резистом травления. Затем удаляют временный резист травления и выполняют дополнительный этап травления для того, чтобы уменьшить толщину токосъемной сетки.

В предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению временная подложка является гибкой, при этом наносят гибкий постоянный несущий элемент, а сам способ выполняют посредством рулонного способа.

Конкретным преимуществом способа согласно изобретению является то, что сетку получают с привлекательной формой поперечного сечения. Более конкретно, способ согласно изобретению делает возможным получать листы солнечных элементов, снабженные такой сеткой, в которой отношение высоты сетки к ширине сетки (определенной по самой широкой части поперечного сечения сетки) составляет по меньшей мере 0,1, предпочтительно по меньшей мере 0,2, более предпочтительно по меньшей мере 0,3. Выбор сетки, которая, по сравнению с сетками предшествующего уровня техники, является относительно высокой по сравнению с ее шириной, приводит в результате к тому, что благодаря малой ширине величина площади поверхности, покрытой сеткой, является относительно малой, что приводит к более высокой выработке электроэнергии, а относительно большая высота в то же время гарантирует, что токосъемные свойства сетки по-прежнему являются хорошими. Сетка с этим отношением высоты к ширине не может быть получена с помощью традиционных способов, таких как напыление металла и т. д.

Другой особенностью формы поперечного сечения сетки, полученной с помощью способа согласно настоящему изобретению, является то, что сетка имеет свою наибольшую ширину на границе раздела со слоем ППО, а затем сходится к своему самому малому поперечному сечению искривленным образом, например так, как проиллюстрировано на фиг. 1, на которой позиция 1 относится к сетке, а позиция 2 относится к блоку солнечного элемента, снабженного такой сеткой. Эта форма имеет ряд конкретных преимуществ. Во-первых, эта форма приводит к комбинации относительно высокой площади контакта между сеткой и ППО, что приводит к меньшим активным (омическим) потерям на контакте и меньшему эффекту затенения рядом с сеткой. Кроме того, сетка имеет увеличенное сопротивление отслоению, так как ее специфичная наклонная форма гарантирует лучшее распределение усилия. Наконец, наклонная форма делает более легким нанесение герметика на блок солнечного элемента без включения газа рядом с сеткой.

Для порядка следует заметить, что наименьшая ширина поперечного сечения сетки не обязательно находится в верхней части сетки. Поскольку травитель может обладать предпочтением в боковом направлении, то может случиться так, что ширина поперечного сечения сетки является наименьшей где-то

- 3 006755 посередине, как проиллюстрировано на фиг. 2, на которой позиция 1 относится к сетке, а позиция 2 относится к блоку солнечного элемента, снабженному такой сеткой. Тем не менее, предпочтительно, чтобы сетка имела свою наименьшую ширину поперечного сечения в верхней части сетки. Отношение между шириной поперечного сечения сетки в ее наименьшей точке и шириной поперечного сечения на границе раздела с НПО обычно находится между 0,1:1 и 0,9:1, предпочтительно между 0,2:1 и 0,7:1, более предпочтительно между 0,4:1 и 0,6:1.

Для порядка следует заметить, что в объем настоящего изобретения входит изготовление части сетки посредством временной подложки и нанесение другой части каким-либо отличающимся образом. Например, может быть предусмотрено, что более «тонкую» часть сетки получают из временной подложки, в то время как более грубую часть сетки, например электрические шины, наносят отличающимся образом, например с помощью нанесения проводящей ленты. Предпочтительно, чтобы блок солнечного элемента, полученный с помощью способа согласно изобретению, имел по меньшей мере 50% поверхности своей сетки, полученной из временной подложки, более предпочтительно по меньшей мере 70%, еще более предпочтительно по меньшей мере 90%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 95%.

Временная подложка

Временная подложка должна удовлетворять ряду условий. Она должна быть достаточно проводящей для того, чтобы она могла служить в качестве основного материала для токосъемной сетки. Она должна быть достаточно теплостойкой для того, чтобы смочь выдержать условия, преобладающие во время изготовления блока солнечного элемента, более конкретно - во время нанесения слоя НПО и ФЭслоя. Она должна быть достаточно прочной для того, чтобы смочь нести на себе тяжесть (обеспечить поддержку для) блока солнечного элемента во время его изготовления. Она должна легко удаляться со слоя НПО без повреждения последнего. Специалист в данной области техники сможет выбрать подходящую временную подложку в пределах этих рекомендаций.

Временная подложка, используемая в способе согласно изобретению, предпочтительно является фольгой из металла или металлического сплава. Принципиальные причины этого заключаются в том, что такие виды фольги проявляют хорошую проводимость, обычно могут выдерживать высокие температуры обработки, медленно испаряются и сравнительно легко удаляются с использованием известных способов траления. Другой причиной выбора металлической фольги, более предпочтительно алюминиевой или медной, является то, что край блока солнечного элемента должен быть снабжен краевыми электродами, которые должны соединять блок солнечного элемента с любым устройством или электрической сеткой. С этой целью могут быть использованы остающиеся части временной подложки, в результате чего нет необходимости в отдельном обеспечении краевых электродов.

Подходящие металлы включают в себя сталь, алюминий, медь, железо, никель, серебро, цинк, молибден, хром и их сплавы или множество слоев из них. По экономическим соображениям, помимо прочего, предпочтительно использовать Ее, А1, Си или их сплавы. Учитывая их характеристики (и принимая во внимание вопрос стоимости), наиболее предпочтительными являются алюминий, железо и медь.

Подходящие травители и способы удаления металлов известны из уровня техники, и, несмотря на то, что они различаются от металла к металлу, специалист будет в состоянии выбрать из них подходящие. Предпочтительные травители включают в себя кислоты (как кислоты Льюиса, так и кислоты Бренстеда). Таким образом, в случае меди предпочтительно использовать ЕеС1₃, азотную кислоту или фосфорную кислоту. Подходящими травителями для алюминия являются, например, ΝαΟΗ, КОН или смеси фосфорной кислоты и азотной кислоты.

Если в качестве временной подложки используют медь, например, полученную посредством электролитического осаждения, предпочтительно снабдить медь, например, посредством электролитического осаждения, восстанавливаемым диффузионным барьерным слоем, например антикоррозийным слоем, более конкретно оксидом цинка. Это обусловлено тем, что медь может иметь тенденцию к диффундированию через слой ППО в ФЭ-слой. Также можно выбрать ППО, который способен предотвратить такую диффузию, например 8ηΟ₂ или ΖηΟ. Антидиффузионные слои могут быть нанесены, например, посредством электролитического осаждения или посредством конденсации из газовой фазы (РУО) или посредством химического осаждения из газовой фазы (СУЭ). Антидиффузионный слой обычно удаляют с НПО вместе с временной подложкой, однако, его сохраняют в месте расположения сетки. Очевидно, что в том случае, если между слоем НПО и сеткой присутствует такой слой, как антидиффузионный слой и/или буферный слой, то его свойства должны быть такими, что он не мешает переносу тока из ППО в сетку. Следовательно, любой промежуточный слой между сеткой и слоем ППО должен быть проводящим.

С целью легкости удаления временная подложка предпочтительно должна быть как можно тоньше. С другой стороны, необходима определенная толщина для гарантирования того, что сетка, полученная из временной подложки, может снимать достаточный ток. Кроме того, ее толщина должна быть такой, чтобы можно было нанести на нее другие слои, и при этом она должна быть способной удерживать их вместе, но обычно это не требует, чтобы она имела толщину более 500 мкм (0,5 мм). Толщина предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 200 мкм (0,2 мм). В зависимости от коэффициента эластичности, минимальная толщина для большого числа материалов будет составлять 5 мкм. Таким образом, предпочтигельной является толщина в 5-150 мкм, более предпочтительно 10-100 мкм.

- 4 006755

Иногда с помощью соответствующего выбора ширины резиста травления в сочетании с толщиной временной подложки можно регулировать токосъемные свойства сетки. Путем изменения ширины резиста травления по поверхности блока солнечного элемента токосъемные свойства сетки могут быть адаптированы к величине тока, генерируемого в конкретном месте.

Слой НПО

Примерами подходящих прозрачных проводящих оксидов (НПО) являются оксид индия-олова; оксид цинка; оксид цинка, легированный алюминием, фтором, галлием или бором; сульфид кадмия; оксид кадмия; оксид олова; и, наиболее предпочтительно, легированный фтором (Е-легированный) 8пО₂. Упомянутый последний прозрачный материал электрода является предпочтительным, так как он может образовывать желательную кристаллическую поверхность с рассеивающей свет столбчатой текстурой в том случае, когда его наносят при температуре выше 400°С, предпочтительно в диапазоне от 500 до 600°С, или обрабатывают после при упомянутой температуре. Именно в случае этого материала использование временной подложки, которая способна выдерживать такую высокую температуру, является чрезвычайно привлекательным. Кроме того, данный материал является устойчивым к большинству травителей и имеет лучшую стойкость к химическим реактивам, чем широко используемый оксид индия-олова. Также он значительно дешевле.

Слой ППО может быть нанесен посредством способов, известных в данной области техники, например посредством химического осаждения из газовой фазы металлоорганических соединений (МОСУЭ), напыления, химического осаждения из газовой фазы при атмосферном давлении (ЛРСУЭ). плазмохимического осаждения из газовой фазы (РЕСУО), пиролиза диспергированного (распыленного) раствора, термовакуумного испарения (физического осаждения из газовой фазы), электролитического осаждения, нанесения методом химического восстановления, трафаретной печати, золь-гель способов и т.д., или посредством комбинаций этих способов.

Предпочтительно наносить и затем обрабатывать слой НПО при температуре выше 250°С, предпочтительно выше 400°С, более предпочтительно между 450 и 600°С, так что может быть получен слой НПО требуемого состава, свойств и/или текстуры.

Буферный слой

Если это требуется, то между слоем НПО и фотоэлектрическим слоем может присутствовать буферный слой. Буферный слой предназначен для защиты слоя ППО от условий, преобладающих во время нанесения ФЭ-слоя. Природа буферного слоя будет зависеть от природы ФЭ слоя. Подходящие буферные слои для различных ФЭ-слоев известны в данной области техники. Для теллурида кадмия могут быть упомянуты С68, 1п(ОН,8) и Ζη(ΟΗ,δ). Если в настоящем описании упомянуто нанесение ФЭ-слоя на ППО, то буферный слой может присутствовать или может не присутствовать на упомянутом ППО.

Фотоэлектрический (ФЭ) слой

После нанесения слоя НПО может быть соответствующим образом нанесен ФЭ-слой. Здесь следует заметить, что в настоящем описании термин «ФЭ-слой» или «фотоэлектрический слой» охватывает всю систему слоев, необходимых для поглощения света и преобразования его в электричество. Подходящие конфигурации слоев, так же как и способы их нанесения, известны. В качестве обычно общеизвестных сведений в этой области можно упомянуть Юкиноро Кувано (Уиктого Кцуапо), «Фотоэлектрические элементы» («Ρΐιοίονοίΐαίο Се11§»), И11тап'8 Епсус1ореб1а, νοί. А20 (1992), 161 и «Гелиотехнология» («8о1аг Тесйпо1о§у»), И11тап'8 Епсус1ореФа, νο1. А24 (1993), 369.

При производстве ФЭ-слоев могут быть использованы различные тонкопленочные полупроводящие материалы. Примерами являются аморфный гидрогенизированный кремний (а-81:Н), микрокристаллический кремний, поликристаллический аморфный карбид кремния (а-81С) и а-81С:Н, аморфный кремний-германий (а-8Юе) и а-8Юе:Н. Кроме того, ФЭ-слой в блоке солнечного элемента согласно изобретению может содержать С18 (диселенид меди-индия, Си1п8е₂), теллурид кадмия (СбТе), СЮ88 (Си(1п,Са)(8е,8)), Си(1п,Са)8е₂, Ζη8е/СI8 и/или Мо/С18/Сб8^пО и сенсибилизированные красителем солнечные элементы.

ФЭ-слой предпочтительно является слоем аморфного кремния в том случае, когда ППО содержит легированный фтором оксид олова. В этом случае ФЭ-слой обычно будет содержать набор или множество наборов слоев аморфного кремния: с примесями р-типа, с собственной проводимостью и с примесями п-типа, причем слои с примесями р-типа находятся на стороне, воспринимающей падающий свет.

В варианте осуществления с использованием а-81:-Н ФЭ-слой будет, по меньшей мере, содержать слой аморфного кремния с примесями р-типа (δί-р), слой аморфного кремния с собственной проводимостью (81-ΐ) и слой аморфного кремния с примесями п-типа (δί-п). Может быть использован тот вариант, когда на первый набор слоев р-1-п наносят второй и дополнительные слои р-1-п. Также может быть последовательно нанесено множество повторяющихся наборов из слоев р-1-п («р1пр1пр1п» или «ртртршрш»). С помощью нанесения друг на друга в виде стопки множества слоев р-1-п повышают напряжение на ячейку и увеличивают стабильность системы. При этом уменьшается светоиндуцированное разрушение, т.е. так называемый эффект Стеблера-Вронского. Кроме того, спектральная характеристика может быть оптимизирована с помощью выбора материалов с разными запрещенными энергетическими зонами в разных слоях, преимущественно в ί-слоях, более конкретно внутри ί-слоев. Общая толщина ФЭ-слоя,

- 5 006755 более конкретно всех слоев а-81 вместе, обычно будет составлять по порядку величины от 100 до 2000 нм, более типично примерно от 200 до 600 нм, а предпочтительно примерно от 300 до 500 нм.

Задний электрод

Задний электрод в листе тонкопленочного солнечного элемента согласно изобретению предпочтительно служит в качестве как отражателя, так и в качестве электрода. Обычно задний электрод будет иметь толщину примерно от 50 до 500 нм, и он может содержать любой подходящий материал, имеющий светоотражающие свойства, предпочтительно алюминий, серебро или комбинацию слоев из них обоих, и создающий хороший омический контакт с расположенным ниже смежным полупроводящим слоем (слоем полупроводника). Предпочтительно, возможно наносить металлические слои при сравнительно низкой температуре, скажем, ниже чем 250°С, посредством, например, электролитического осаждения, конденсации из газовой фазы (в вакууме) или напыления. В случае серебра предпочтительно сначала наносить слой активатора адгезии (промотера склеивания). ΤίΟ₂, ΤίΝ, ΖηΟ и оксид хрома являются примерами подходящих материалов для слоя активатора адгезии, при этом они имеют также преимущество обладания отражающими свойствами при их нанесении с соответствующей толщиной, составляющей, например, 50-100 нм. Требуемый задний электрод может быть либо прозрачным, либо непрозрачным.

Постоянный несущий слой

Несмотря на то, что это не является существенным для способа согласно изобретению, как правило, предпочтительно снабжать блок солнечного элемента постоянным несущим элементом (постоянной подложкой). В противном случае блок будет настолько тонким, что его хрупкость делает обращение (манипуляцию) с ним трудным. В случае его использования постоянный несущий элемент наносят на задний электрод. Подходящие материалы для слоя несущего элемента включают в себя пленки из имеющихся в продаже полимеров, таких как полиэтилентерефталат (РЕТ), поли(этилен-2,6-нафталиндикарбоксилат) (ΡΕΝ), поликарбонат, поливинилхлорид (РУС), поливинилиденфторид (РУЭБ), поливинилиденхлорид (РУЭС), полифениленсульфид (РР8), полиэфирсульфон (РЕ8), полиэфирэфиркетон (РЕЕК), полиэтиленимин (РЕ1) или пленки из полимера, имеющего очень хорошие свойства, такие как арамидные или полиимидные пленки, а также, например, металлическая фольга, на которую может быть нанесен изолирующий (диэлектрический) поверхностный слой, или же композиции из пластмасс и армирующих волокон и наполнителей. Полимерные «совместно экструдированные» пленки, снабженные слоем термопластичного клея, имеющего температуру размягчения ниже температуры размягчения самой подложки, являются предпочтительными. Если это требуется, совместно экструдированная пленка может быть снабжена антидиффузионным слоем, например, из сложного полиэфира (РЕТ), сложного сополиэфира или алюминия. Толщина несущего элемента предпочтительно составляет от 50 до 10 мкм. Предпочтительные диапазоны составляют от 75 до 3 мкм и от 100 до 300 мкм. Жесткость при изгибе несущего элемента, определенная в контексте этого описания как произведение модуля упругости Е в Н/мм² на толщину I в третьей степени в мм (Е х ΐ³) , предпочтительно составляет более 16 х 10^-2 Н мм и обычно будет менее 15 х 10⁶ Н мм.

Несущий элемент может содержать структуру, которая необходима для его конечного применения. Следовательно, подложка может содержать черепицу (облицовочные плитки), кровельные листы и элементы, элементы фасада, крыши автомобилей и фургонов и т. д. Однако обычно предпочтение отдают несущим элементам, являющимся гибкими. В этом случае получают рулон из фольги солнечного элемента, которая готова к применению, причем от такого рулона могут быть отрезаны листы требуемой мощности и напряжения. Затем, если это необходимо, они могут быть включены в состав (гибридных) элементов крыши или нанесены на черепицу (облицовочные плитки), кровельные листы, крыши автомобилей и фургонов и т. д.

Если это необходимо, на содержащей ППО стороне солнечного элемента может быть нанесено верхнее покрытие или поверхностный слой для того, чтобы защитить ППО от внешних воздействий. Обычно поверхностный слой будет представлять собой полимерный лист (с пустотами, если это необходимо) или полимерную пленку. Требуется, чтобы поверхностный слой имел высокий коэффициент пропускания и содержал, например, следующие материалы: (пер)фторированные полимеры, поликарбонат, полиметилметакрилат, РЕТ, ΡΕN или любое доступное прозрачное покрытие, такое как покрытия, используемые в автомобильной промышленности. Если это необходимо, может быть нанесен дополнительный слой против отражения или против загрязнения (от биологического обрастания). Альтернативно, если это необходимо, весь солнечный элемент может быть заключен в такой герметик.

Резист травления

Резист травления может представлять собой любой материал, который может быть нанесен на временную подложку в виде токосъемной сетки и который будет защищать временную подложку от воздействия травителя. Специалист может выбрать подходящий материал с помощью обычного тестирования. Подходящие резисты травления включают в себя термопластичные и термореактивные полиуретаны и полимиды, термореактивные полимеры, такие как эпоксидные полимеры (ЕР), ИР, УЕ, полисилоксаны (81), (эпоксидные) смолы и акрилаты, а также термопластичные полимеры, такие как РУС, Р1, фторполимеры и т.д. Обычно резист травления включает в себя добавки, такие как фотоинициаторы и другие отвердители, наполнители, пластификаторы и т.д. Резист травления может быть временным, то есть он мо

- 6 006755 жет быть удален на некоторой дополнительной стадии способа. Альтернативно и предпочтительно, резист травления может быть постоянным.

Резист травления соответствующим образом наносят с помощью испарения или печати/экспонирования. Предпочтительно, резист травления наносят посредством способа печати, известного самого по себе. Подходящие способы трафаретной печати включают в себя шелкографию, роторную трафаретную печать, способы струйной печати, флексографию, выдавливание с прямым истечением (прямую экструзию) и т.д. Цвет резиста травления можно регулировать с помощью введения подходящих пигментов или красителей, известных специалисту в данной области техники. Может быть предпочтительным, особенно в случае постоянных резистов травления, наличие пигментов и УФ-стабилизаторов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ изготовления блока солнечного элемента, включающий в себя этапы, на которых:

А) обеспечивают наличие поддающейся травлению проводящей временной подложки;

b) наносят слой прозрачного проводящего оксида (НПО) на упомянутую временную подложку;

c) наносят фотоэлектрический слой на упомянутый слой 11110;

ά) наносят слой заднего электрода;

е) наносят постоянный несущий элемент;

ί) на любом из предыдущих этапов обеспечивают наличие резиста травления на упомянутой временной подложке в виде рисунка, подходящего для формирования токосъемной сетки после удаления той части временной подложки, которая не покрыта резистом травления;

§) выборочно удаляют упомянутую временную подложку там, где она не покрыта резистом травления.
2. Способ по π. 1, в котором упомянутый рисунок, образующий токосъемную сетку, выполняют после нанесения заднего электрода и, если это применимо, постоянного несущего элемента.
3. Способ по π. 1 или 2, в котором упомянутый резист травления представляет собой постоянный резист травления.
4. Способ по п.З, в котором упомянутому постоянному резисту травления придают цвет для того, чтобы отличать упомянутую сетку от блока солнечного элемента и/или замаскировать упомянутую сетку на блоке солнечного элемента.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором упомянутая временная подложка является гибкой, в котором наносят гибкий постоянный несущий элемент и который осуществляют посредством рулонного способа.
6. Блок солнечного элемента, полученный способом по π. 1 и содержащий задний электрод, фотоэлектрический слой, слой 11110 и токосъемную сетку, в котором упомянутая токосъемная сетка представляет собой металлическую токосъемную сетку, снабженную цветным резистом травления.
7. Блок солнечного элемента, полученный способом по π. 1 и содержащий задний электрод, фотоэлектрический слой, слой 11110 и токосъемную сетку, нанесенную непосредственно на упомянутый слой ППО, в котором упомянутая токосъемная сетка имеет форму поперечного сечения, характеризующуюся отношением между высотой сетки и шириной сетки (определенной по самой широкой части поперечного сечения сетки), составляющим по меньшей мере 0,1, предпочтительно по меньшей мере 0,2, более предпочтительно по меньшей мере 0,3.
8. Блок солнечного элемента, полученный способом по π. 1 и содержащий задний электрод, фотоэлектрический слой, слой 11110 и токосъемную сетку, нанесенную непосредственно на упомянутый слой ППО, в котором упомянутая токосъемная сетка имеет такую форму поперечного сечения, при которой сетка имеет свою наибольшую ширину на границе раздела с упомянутым слоем 11110, а затем сходится к своему наименьшему поперечному сечению искривленным образом.