NL1013900C2 - Werkwijze voor de vervaardiging van een zonnecelfolie met in serie geschakelde zonnecellen. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR DE VERVAARDIGING VAN EEN ZONNECELFOLIE MET IN SERIE GESCHAKELDE ZONNECELLEN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een 5 zonnecelfolie met in serie geschakelde zonnecellen, meer in het bijzonder op een werkwijze voor de vervaardiging van een zonnecelfolie met in serie geschakelde zonnecellen die geschikt is voor toepassing in de vervaardiging van flexibele zonnecelfolies op basis van een tijdelijk substraat.

10 Zonnecelfolies omvatten in het algemeen een drager en een fotovoltaïsche laag uit een halfgeleidermateriaal die aangebracht is tussen een voorelektrode (aan de voorzijde van de folie) en een achterelektrode (aan de dragerzijde van de folie). De voorelektrode is transparant, zodat invallend licht het halfgeleidermateriaal kan bereiken, waar de invallende straling omgezet wordt in elektrische energie. Op deze 15 wijze kan licht gebruikt worden om elektrische stroom te leveren, hetgeen een interessant alternatief is voor bijvoorbeeld fossiele brandstoffen of kernenergie.

Het maximale voltage van een zonnecel wordt bepaald door de sterkte van het invallende licht en door de samenstelling van de cel, in het bijzonder door de aard 20 van het halfgeleidermateriaal. Als het oppervlak van de zonnecel wordt vergroot neemt de gegenereerde stroom toe, maar het voltage blijft gelijk. Om het voltage te doen stijgen wordt een zonnecelfolie vaak in verschillende cellen verdeeld, die vervolgens in serie worden geschakeld. Dit wordt in het algemeen gedaan door groeven op de folie aan te brengen, bijvoorbeeld met behulp van een laser of door 25 etsen, en een geleidend contact aan te brengen tussen de voorelektrode van de ene cel en de achterelektrode van de andere cel. Bij gebruik van een zonnecelfolie worden de individuele cellen bij elkaar gehouden door de drager.

Een relatief nieuwe trend in de vervaardiging van zonnecelfolies is het gebruik van 30 een tijdelijk substraat. Zo beschrijft EP 0 218 193 een werkwijze voor de vervaardiging van een zonnecelfolie met behulp van een lopende band als tijdelijk substraat. Op de lopende band worden achtereenvolgens een achterelektrode en een fotovoltaïsche laag (PV laag) aangebracht waarna groeven worden aangebracht in de PV laag. Vervolgens wordt een laag van een transparant geleidend oxide (TCO) 10139 nn 2 aangebracht, waarin ook weer groeven worden aangebracht. Daarna wordt een dragermateriaal aangebracht, waarna het geheel van het tijdelijk substraat wordt verwijderd.

Dit systeem heeft een aantal nadelen. In de eerste plaats wordt het TCO 5 aangebracht bovenop de PV laag. Dat betekent dat men de temperatuur tijdens het aanbrengen van de TCO zo moet kiezen dat de PV laag niet wordt beschadigd. Daardoor kunnen aantrekkelijke materialen voor de TCO zoals F-gedoteerd tinoxide (Sn02) niet worden gebruikt, omdat dit bij voorkeur wordt aangebracht bij een temperatuur boven 400°C, waar de PV laag niet tegen bestand is. Een ander nadeel 10 van dit systeem is dat de drager die op de TCO laag wordt aangebracht van een zodanige dikte en sterkte moet zijn dat hij de zonnecelfolie bijeen kan houden na verwijdering van het tijdelijk substraat. Omdat deze dragerlaag zich aan de TCO zijde van de zonnecelfolie bevindt, de zijde waar invallend licht moet worden opgevangen, moet de drager ook voldoende transparant zijn. Dit stelt hoge eisen aan de aard van 15 de drager.

Deze beide problemen worden ondervangen in WO 98/13882. Deze publicatie beschrijft een werkwijze voor de vervaardiging van zonnecelfolies waarin achtereenvolgens een TCO laag, een fotovoltaïsche laag, een achterelektrode en 20 een drager op een tijdelijk substraat worden aangebracht, waarna het tijdelijk substraat wordt verwijderd. Deze publicatie beschrijft verschillende methoden om een serieschakeling te bewerkstelligen. Zo kan men bijvoorbeeld na het aanbrengen van iedere laag groeven in de zojuist aangebrachte laag aanbrengen door middel van laserschrijven of etsen. Ook wordt de mogelijkheid genoemd om een serieschakeling 25 aan te brengen door groeven aan beide kanten van de zonnecelfolie aan te brengen, maar deze wordt niet nader toegelicht.

De onderhavige uitvinding verschaft nu een werkwijze voor de vervaardiging van een zonnecelfolie met in serie geschakelde zonnecellen waarbij gebruik wordt gemaakt 30 van de mogelijkheid, geboden door het gebruik van het tijdelijk substraat, om aan twee kanten van de zonnecelfolie groeven aan te brengen.

1 01 39 00 < 3

De werkwijze volgens de uitvinding omvat de volgende stappen: a. verschaffen van een tijdelijk substraat b. aanbrengen van een transparant geleidend oxide (TCO)

c. aanbrengen van een fotovoltaïsche (PV) laag op het TCO

5 d. aanbrengen van een groef (1) door de PV laag en eventueel door het TCO

e. aanbrengen van een achterelektrode op de PV laag en in groef (1) en, indien groef (1) door het TCO is aangebracht, indien nodig, aanbrengen van een groef (2) in de achterelektrode binnen groef (1) tot op het tijdelijk substraat op zodanige wijze dat aan één kant van groef (2) de TCO en de achterelektrode 10 niet met elkaar verbonden zijn, en indien groef (1) niet door het TCO is aangebracht, aanbrengen van een groef (2a) door de achterelektrode tot op de PV laag naast groef (1) f. aanbrengen van een niet-geleidend materiaal in groeven (1) en (2) of (2a), eventueel gecombineerd met of gevolgd door het aanbrengen van een 15 permanente drager g. verwijderen van het tijdelijk substraat h. aanbrengen van een groef (3) vanaf de zijde van het TCO door het TCO en eventueel door de PV laag buiten groef (1) aan de andere kant van groef (1) dan groef (2) of (2a) 20 i. indien groef (1) door het TCO is aangebracht, aanbrengen van een geleidende verbinding tussen het TCO aan die kant van groef (2) waar de TCO en de achterelektrode niet met elkaar verbonden zijn en de achterelektrode aan de andere kant van groef (2) j. aanbrengen van een isolerend materiaal in groef (3) en, indien gewenst, 25 tegelijkertijd of achtereenvolgens over de bovenkant van de zonnecelfolie.

De werkwijze volgens de uitvinding omvat twee specifieke uitvoeringsvormen.

De eerste uitvoeringsvorm is de meest eenvoudige. Hierbij wordt in stap d groef 1 30 niet door de TCO aangebracht en wordt in stap e naast groef (1) een groef (2a) aangebracht door de achterelektrode tot op de PV laag. Deze werkwijze omvat derhalve de volgende stappen: a. verschaffen van een tijdelijk substraat 1013900 4 b. aanbrengen van een transparant geleidend oxide (TCO)

c. aanbrengen van een fotovoltaïsche (PV) laag op het TCO

d. aanbrengen van een groef (1) door de PV laag tot op de TCO

e. aanbrengen van een achterelektrode op de PV laag en in groef (1) en 5 aanbrengen van een groef (2a) door de achterelektrode tot op de PV laag naast groef (1) f. aanbrengen van een niet-geleidend materiaal in groeven (1) en (2a), eventueel gecombineerd met of gevolgd door het aanbrengen van een permanente drager 10 g. verwijderen van het tijdelijk substraat h. aanbrengen van een groef (3) door de TCO en eventueel door de PV laag aan de andere zijde van groef (1) dan groef (2a) i. aanbrengen van een isolerend materiaal in groef (3) en, indien gewenst, tegelijkertijd of achtereenvolgens over de bovenkant van de zonnecelfolie.

15

Deze werkwijze wordt toegelicht in figuur 1, waarbij figuren 1-a tot 1-i overeenkomen met stappen a-i als boven beschreven.

De werkwijze volgens bovenbeschreven uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt door zijn 20 eenvoud. Een meer geavanceerde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat de volgende stappen is die waarbij in stap d groef (1) door de TCO tot op de achterelektrode wordt aangebracht, in stap e, indien nodig, een groef (2) wordt aangebracht in de achterelektrode binnen groef (1) tot op het tijdelijk substraat op zodanige wijze dat aan één kant van groef (2) de TCO en de achterelektrode niet 25 met elkaar verbonden zijn, en in stap i een geleidende verbinding wordt aangebracht tussen het TCO aan die kant van groef (2) waar de TCO en de achterelektrode niet met elkaar verbonden zijn en de achterelektrode aan de andere kant van groef (2). Deze werkwijze omvat derhalve de volgende stappen, a. verschaffen van een tijdelijk substraat 30 b. aanbrengen van een transparant geleidend oxide (TCO)

c. aanbrengen van een fotovoltaïsche (PV) laag op het TCO

d. aanbrengen van een groef (1) door het TCO en de PV laag 1013900 5 e. aanbrengen van een achterelektrode op de PV laag en in groef (1) en, indien nodig, aanbrengen van een groef (2) in de achterelektrode binnen groef (1) tot op het tijdelijk substraat op zodanige wijze dat aan één kant van groef (2) de TCO en de achterelektrode niet met elkaar verbonden zijn 5 f. aanbrengen van een niet-geleidend materiaal in groeven (1) en (2), eventueel gecombineerd met of gevolgd door het aanbrengen van een permanente drager g. verwijderen van het tijdelijk substraat h. aanbrengen van een groef (3) vanaf de zijde van het TCO door het TCO en 10 eventueel door de PV laag tot op de achterelektrode, waarbij de groef wordt aangebracht buiten groef (1) aan die kant van de groef waar de TCO en de achterelektrode met elkaar verbonden zijn i. aanbrengen van een geleidende verbinding tussen het TCO aan die kant van groef (2) waar de TCO en de achterelektrode niet met elkaar verbonden zijn 15 en de achterelektrode aan de andere kant van groef (2) j. aanbrengen van een isolerend materiaal in groef (3) en, indien gewenst, tegelijkertijd of achtereenvolgens over de bovenkant van de zonnecelfolie.

Deze werkwijze wordt toegelicht in figuur 2, waarbij figuren 2-a tot en met 2-j 20 overeenkomen met stappen a-j als boven beschreven.

De essentie van groef (2) in de uitvoeringsvorm geïllustreerd in figuur 2 is dat één kant van groef (1) bedekt wordt met achterelektrode tot op de bodem van de groef, terwijl de andere kant van groef (1) vrij blijft van achterelektrode. Tenminste een 25 gedeelte van de bodem van groef (1) moet vrij blijven van achterelektrode opdat er geen geleidend contact is tussen de twee kanten van de groef. Dit geleidend contact wordt pas gemaakt wanneer in stap 2-i een geleidende verbinding wordt aangebracht.

Groef 2 kan op verschillende manieren worden verkregen. Twee van deze manieren 30 worden geïllustreerd in figuur 3. De eerste manier is, zoals weergegeven in figuur 3-a, eerst het gehele oppervlak van de zonnecelfolie te bedekken met achterelektrode (3a-1). Vervolgens wordt een groef (2) aangebracht in de achterelektrode op zodanige wijze dat aan één kant van groef (2) de TCO en de achterelektrode niet met 1013900 6 elkaar verbonden zijn. Daardoor wordt het samenstelsel geïllustreerd in figuur 2-e (3a-2) verkregen. Een andere manier is om, zoals weergegeven in figuur 3-b, de achterelektrode door middel van sputteren onder een hoek aan te brengen, op zodanige wijze dat één kant van groef (1) en eventueel een gedeelte van de bodem 5 van groef (1) wordt bedekt met achterelektrode, terwijl de andere kant van groef (1) en tenminste een deel van de bodem van groef (1) vrij blijft van achterelektrode (3b-1). Dit leidt eveneens tot het samenstelsel geïllustreerd in figuur 2-e (3b-2).

Zoals bij de beschrijving van het tijdelijk substraat nader zal worden toegelicht is het 10 mogelijk dat zich tussen het tijdelijk substraat en het TCO een transparante isolerende tussenlaag bevindt die na het verwijderen van het tijdelijk substraat op de TCO aanwezig is. Als dat het geval is, is het, om in de uitvoeringsvorm geïllustreerd in figuur 2 een geleidend contact te kunnen bewerkstelligen tussen de TCO aan de ene kant van groef (1) en de achterelektrode aan de andere kant van groef (1), 15 noodzakelijk om deze isolerende tussenlaag van het TCO te verwijderen op die plaats waar de geleidende verbinding wordt aangebracht. Dat kan gebeuren door, zoals in figuur 4 is aangegeven, een groef (4) aan te brengen door de isolerende tussenlaag tot op het TCO. Groef (4) kan, indien gewenst, tegelijkertijd met groef (3) worden aangebracht.

20

Het aanbrengen van de groeven kan op bekende wijze gebeuren met behulp van een laser. Indien gewenst is het ook mogelijk om etstechnieken te gebruiken, maar deze hebben in het algemeen minder de voorkeur. 1 2 3 4 5 6 1 0 1 39 00

De breedte van de verschillende groeven wordt in het algemeen door de volgende 2 overwegingen bepaald. Op de plaatsen waar groeven zitten kan de zonnecel geen 3 licht omzetten in elektriciteit. Vanuit dat oogpunt moeten de groeven zo smal mogelijk 4 zijn. Aan de andere kant moeten de groeven wel zodanig breed zijn dat het gewenste 5 effect, in het bijzonder het scheiden van de verschillende lagen, met zekerheid wordt 6 verkregen. Geschikte breedtes van de groeven zijn bijvoorbeeld als volgt.

In de uitvoeringsvorm geïllustreerd in figuur 1 heeft groef (1) in het algemeen een breedte van 2 tot 200 μίτι, bij voorkeur 5 tot 75 μίτι. Groef (2a) heeft in het algemeen 7 een breedte van 2 tot 200 prm, bij voorkeur 5 tot 75 μιτι. Groef (3) heeft in het algemeen een breedte van 2 tot 200 μη, bij voorkeur 5 tot 75 μη.

In de uitvoeringsvorm geïllustreerd in figuur 2 heeft groef (1) in het algemeen een breedte van 2 tot 200 μη, bij voorkeur 5 tot 75 μη. Groef (2) heeft in het algemeen 5 een breedte van 2 tot 200 μη, bij voorkeur 5 tot 75 μη. Groef (3) heeft in het algemeen een breedte van 2 tot 200 μη, bij voorkeur 5 tot 75 μη. Groef (4), weergegeven in figuur 4, heeft, indien aanwezig, in het algemeen een breedte van 2 tot 200 μη, bij voorkeur 5 tot 75 μη.

10 De groeven zijn in het algemeen continu, omdat dit een goede serieschakeling waarborgt. De enige uitzondering hierop is groef (1) in de uitvoeringsvorm van voorbeeld (1). Deze groef dient om een verbinding te maken tussen de achterelektrode van de ene cel en de TCO van een andere cel en kan eventueel discontinu in de vorm van gaten of strepen worden uitgevoerd. In verband met 15 procesefficiëntie heeft een continue groef echter wel de voorkeur.

In de werkwijze volgens de uitvinding zijn er twee mogelijkheden voor het aanbrengen van groef (3). Men kan groef (3) aanbrengen door de TCO tot op de PV laag of door de TCO en de PV laag tot op de achterelektrode. Voor de goede orde 20 wordt opgemerkt dat zowel in de uitvoeringsvorm geïllustreerd in figuur 1 als in de uitvoeringsvorm geïllustreerd in figuur 2 beide mogelijkheden kunnen worden toegepast

De uitvinding heeft ook betrekking zonnecelfolie voorzien van in serie geschakelde 25 zonnecellen die verkregen kunnen worden met de werkwijze volgens de uitvinding.

Zo heeft de uitvinding betrekking op een zonnecelfolie voorzien van in serie geschakelde zonnecellen die een drager, een TCO, een PV laag en een achterelektrode omvat, waarbij de cellen in serie zijn geschakeld door middel van een groef (1) in de PV laag die achterelektrode omvat, en waarbij kortsluiting wordt 30 voorkomen door een groef (2a) in de achterelektrode tot op de PV laag aan de ene kant van groef (1) en een groef (3) in de TCO en eventueel in de PV laag aan de andere kant van groef (1), waarbij groeven (2a) en (3) gevuld zijn met een isolerend 1013900 8 materiaal. Dit is de zonnecelfolie die verkregen kan worden volgens de methode geïllustreerd in figuur 1.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een zonnecelfolie voorzien van in serie geschakelde zonnecellen die een drager, een TCO, een PV laag en een 5 achterelektrode omvat, waarbij een serieschakeling wordt verkregen door een groef (1) door de PV laag en de TCO, waarbij één kant van groef (1) voorzien is van achterelektrode en de andere kant en een gedeelte van de bodem van groef (1) vrij is van achterelektrode en gevuld is met een isolerend materiaal, waarbij aan de TCO zijde van de folie een geleidende verbinding aanwezig is tussen de achterelektrode 10 aan de ene kant van groef (1) en de TCO aan de andere kant van groef (1) en waarbij buiten groef (1) aan die kant van de groef waar de TCO en de achterelektrode met elkaar verbonden zijn een groef (3) door het TCO en eventueel door de PV laag tot op de achterelektrode aanwezig is, welke groef (3) gevuld is met een isolerend materiaal. Dit is de zonnecelfolie die verkregen kan worden met de 15 werkwijze geïllustreerd in figuur 2.

Het tijdelijk substraat

Het tijdelijk substraat moet aan een aantal voorwaarden voldoen. Het moet 20 voldoende hittebestendig zijn om de omstandigheden vigerend tijdens de vervaardiging van de zonnecelfolie, in het bijzonder tijdens de depositie van de TCO en de PV laag, te kunnen ondergaan. Het moet voldoende sterkte hebben om de zonnecelfolie tijdens de vervaardiging te kunnen dragen. Het moet op eenvoudige wijze van de TCO laag te verwijderen zijn zonder dat deze wordt beschadigd. Binnen 25 deze richtlijnen is de vakman in staat een geschikt tijdelijk substraat uit te zoeken.

Het tijdelijk substraat kan een polymeer zijn. Het kan bijvoorbeeld een “positieve fotoresist" zijn, dat wil zeggen, een lichtgevoelig materiaal dat onder invloed van straling extraheerbaar wordt met een oplosmiddel, bijvoorbeeld gecrosslinkte 30 polyimides. Omdat deze materialen niet goedkoop zijn hebben ze niet de voorkeur. In dit verband is het aantrekkelijker om polymeren te gebruiken die door middel van plasma-etsen kunnen worden verwijderd, bijvoorbeeld door 02 plasma of, bijvoorbeeld voor polysiloxaan polymeren, SF6 plasma. Hoewel vrijwel alle polymeren 1013900 9 dan geschikt zijn, hebben polymeren die bestand zijn tegen hoge temperaturen (boven 250°C en meer bij voorkeur boven 400°C) de voorkeur.

Het tijdelijk substraat gebruikt bij de werkwijze volgens de uitvinding is bij voorkeur 5 een folie van een metaal of een metaallegering. De belangrijkste redenen hiervoor zijn dat dergelijke folies in het algemeen bestand zijn tegen hoge procestemperaturen, niet snel verdampen en relatief eenvoudig kunnen worden verwijderd met bekende etstechnieken. Een andere reden om voor een metaalfolie te kiezen, in het bijzonder voor aluminium of koper, is dat de zonnecelfolie uiteindelijk 10 voorzien moet worden van randelektroden die de zonnecelfolie moeten verbinden met een toestel of het elektriciteitsnet. Stukken van het tijdelijk substraat die niet verwijderd zijn kunnen hiervoor dienen, waardoor de randelektroden niet afzonderlijk hoeven te worden aangebracht.

Geschikte metalen omvatten staal, aluminium, koper, ijzer, nikkel, zilver, zink, 15 molybdeen, en legeringen of multilagen daarvan. Onder andere om economische redenen heeft het de voorkeur om Fe, Al, Cu, of legeringen daarvan toe te passen. In verband met hun prestatie (en gecombineerd met het kostenaspect) hebben aluminium, door elektrodepositie vervaardigd ijzer en door elektrodepositie vervaardigd koper het meest de voorkeur. Geschikte etsmiddelen en technieken voor 20 het verwijderen van metalen zijn bekend, en hoewel ze voor elk metaal verschillen, is de vakman in staat ze uit te kiezen. Etsmiddelen die de voorkeur hebben omvatten zuren (zowel Lewis als Bronstedt zuren). In het geval van koper heeft het bijvoorbeeld de voorkeur om FeCI3, salpeterzuur of zwavelzuur te gebruiken. Aluminium kan geschikt verwijderd worden met behulp van, bijvoorbeeld, NaOH.

25

Een specifieke reden waarom door elektrodepositie (galvanisch) verkregen materialen de voorkeur hebben is het feit dat ze eenvoudig van een oppervlaktestructuur kunnen worden voorzien. Dat is van belang voor het functioneren van de zonnecelfolie. Voor het efficiënt functioneren van een 30 zonnecelfolie is het namelijk gewenst dat het invallend licht zo veel mogelijk binnen de cel wordt verstrooid. Daarom is het gewenst om het oppervalk van de zonnecel en de andere lagen te voorzien van een structuur, bijvoorbeeld een veelheid aan optische prisma’s. Een belangrijk voordeel van door elektrodepositie vervaardigde 1013900 10 materialen is dat het elektrodepositieproces het mogelijk maakt om de folie van elke gewenste structuur te voorzien. Dit kan gebeuren door het oppervlak waarop de elektrodepositie plaatsvindt, in het algemeen een rol, van een structuur te voorzien. Als de zonnecelfolie op een getextureerd substraat wordt opgebouwd, werkt het 5 substraat als een mal, die zijn structuur in negatief overbrengt op de aangrenzende laag en de daarop volgende lagen. De rol kan op op zichzelf bekende wijze van een structuur worden voorzien, bijvoorbeeld door middel van laserschrijven of een fotolithografisch proces. Het is ook mogelijk om een getextureerd oppervlak aan te brengen op die kant van het substraat die van de rol is afgekeerd. De textuur aan 10 deze kant wordt niet alleen beïnvloed door de oppervlaktetextuur van de rol en het materiaal waaruit de rol is vervaardigd, maar ook door procesparameters als de stroomdichtheid, de aard en concentratie van het toegepaste elektrolyt, en eventueel toegepaste additieven. De vakman is in staat de verschillende parameters zo aan te passen dat een oppervlakteruwheid van de orde van 0.1 tot 10 pm (loodrecht op het 15 oppervlak) wordt verkregen. Door de textuur van het tijdelijk substraat aan te passen is het dus mogelijk om de textuur van het TCO zodanig te reguleren dat deze een optimale oppervlaktemorfologie zal hebben.

Een uitvoeringsvorm van het bovenstaande die in het bijzonder de voorkeur heeft is een textuur die een veelheid aan naast elkaar gelegen piramides omvat, en dus 20 voorziet in naast elkaar gelegen uitsteeksels en verdiepingen. Het relatieve hoogteverschil tussen de uitsteeksels en de verdiepingen is bij voorkeur van de orde van 0.1 tot 10 pm, meer bij voorkeur 0.15 tot 0.2 pm. Het heeft de voorkeur als de uitsteeksels en verdiepingen een afgeronde vorm hebben, bijvoorbeeld met een hoek van de basis tot de hypotenusa van maximaal 40°. Op deze wijze worden mogelijke 25 defecten in de PV laag voorkomen. Het zal duidelijk zijn dat als uitstekende piramiden op de rol aanwezig zijn, het negatief hiervan zal worden overgebracht op het tijdelijk substraat en daarmee op de andere lagen, waardoor deze voorzien zullen zijn van piramidevormige verdiepingen. 1 1 n 1 39 0 0

Met het oog op de mogelijkheid om de uiteindelijke textuur van de zonnecelfolie te beïnvloeden heeft het de voorkeur om door elektrodepositie verkregen koper te gebruiken als tijdelijk substraat. Omdat koper echter de neiging kan hebben om door de PV laag te diffunderen heeft het de voorkeur om het koper, eventueel door 11 elektrodepositie, te voorzien van een niet reducerende diffusiebarrierelaag, bijvoorbeeld een anticorrosielaag, in het bijzonder zink oxide, of om een TCO te kiezen die dergelijke diffusie kan voorkomen, bijvoorbeeld Ti02, Al203, Sn02, of ZnO. De anti-diffusielagen kunnen bijvoorbeeld door elektrodepositie worden aangebracht, 5 bijvoorbeeld door Fysische dampdepositie (PVD) of door Chemische dampdepositie (CVD). De antidiffusielaag zal in het algemeen met het tijdelijk substraat van de TCO worden verwijderd.

Indien gewenst kan het tijdelijk substraat worden voorzien van een transparante 10 isolerende tussenlaag. Vanwege zijn transparantie kan deze laag op de TCO blijven zitten en als beschermlaag voor de TCO dienen. De transparante isolerende tussenlaag is bij voorkeur van glas. Om het tijdelijk substraat flexibel te houden, en om economische redenen is de transparante isolerende tussenlaag bij voorkeur zeer dun, bijvoorbeeld met een dikte van 50-200 nm. Een geschikte methode om een 15 dergelijk laag aan te brengen is PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition), bijvoorbeeld van SiH4 en N20 (plasma oxide), onder toevoeging van een geschikt additief zoals B2H6 om een boorsilicaat glas te vormen met een gunstige transparantheid. Het heeft de voorkeur om APCVD silicium oxide te gebruiken. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 01 39 00

In verband met de verwijderbaarheid is het tijdelijk substraat bij voorkeur zo dun 2 mogelijk. Uiteraard moeten er andere lagen op kunnen worden aangebracht, en moet 3 het deze bij elkaar kunnen houden, maar hiervoor hoeft het in het algemeen niet 4 dikker te zijn dan 500 pm (0.5 mm). De dikte is bij voorkeur tussen 1 en 200 pm (0.2 5 mm). Afhankelijk van de elasticiteitsmodulus zal de minimumdikte voor een groot 6 aantal materialen 5 pm zijn. Een dikte van 5-150 pm, in het bijzonder 10-100 pm 7 heeft derhalve de voorkeur.

8

De TCO laag 9 30 Voorbeelden van geschikte transparante geleidende oxiden zijn indium tin oxide, zink 10 oxide, aluminium- of borium-gedoteerd zink oxide, cadmium sulfide, cadmium oxide, tin oxide en, het meest bij voorkeur, F-gedoteerd Sn02. Dit laatste transparante elektrodemateriaal heeft de voorkeur omdat het een gewenst kristallijn oppervlak met 12 een zuilvormige lichtverstrooiende textuur kan vormen als het bij een temperatuur boven 400°C, bij voorkeur tussen 500 en 600°C, wordt aangebracht. Juist voor dit TCO materiaal is het gebruik van een tijdelijk substraat dat een dergelijke hoge temperatuur kan weerstaan, en in het bijzonder het gebruik van een getextureerd 5 metaalsubstraat bijzonder aantrekkelijk. Additioneel is het materiaal bestand tegen de meeste etsmiddelen, en heeft het een betere weerstand tegen chemicaliën en betere opto-electronische eigenschappen dan het veel gebruikte indium tin oxide. Bovendien is het veel goedkoper.

10 Het TCO kan worden aangebracht volgens methoden die in het veld bekend zijn, bijvoorbeeld door middel van “Metal Organic Chemical Vapour Deposition” (MOCVD), sputteren, “Atmospheric Pressure Chemical Vapour Deposition” (APCVD), PECVD, sproeipyrolyse, verdamping (fysische dampdepositie), elektrodepositie, “screen binding”, sol-gel processen, etc. Het heeft de voorkeur dat de TCO laag bij een 15 temperatuur boven 250°C wordt aangebracht, bij voorkeur boven 400°C, meer bij voorkeur tussen 500 en 600°C, zodat een TCO laag verkregen kan worden met gewenste samenstelling, eigenschappen en/of textuur.

De PV laag 20

Na het aanbrengen van de TCO laag kan de PV laag op geschikte wijze worden aangebracht. Hierbij wordt opgemerkt dat in de onderhavige beschrijving de aanduiding PV laag of fotovoltaïsche laag het gehele systeem der lagen omvat die nodig zijn om licht op te vangen en om te zetten in elektriciteit. Geschikte 25 laagconfiguraties zijn bekend, evenals methoden om deze aan te brengen. Voor algemene stand der techniek op dit gebied wordt verwezen naar Yukinoro Kuwano, “Photovoltaic Cells,” Ullmann’s Encyclopedia. Vol.A20 (1992), 161, en naar “Solar Technology,” Ullmann’s Encyclopedia. Vol.A24 (1993), 369. 1 1 01 39 00

Verscheidene dunne-laag halfgeleiders kunnen worden gebruikt bij de vervaardiging van de PV laag. Voorbeelden zijn amorf silicium (a-Si:H), microkristallijn silicium, polykristallijn amorf silicium carbide (a-SiC), amorf silicium-germanium (a-SiGe) en a-SiGe:H. Verder kan de PV laag in de zonnecelfolie volgens de uitvinding bijvoorbeeld 13 CIS (koper indium diselenide, CulnSe2) PV cellen omvatten, cadmium telluride cellen, Cu(ln,Ga)Se cellen, ZnSe/CIS cellen, ZnO/CIS cellen, en/of Mo/CIS/CdS/ZnO cellen.

Het heeft de voorkeur als de PV laag een amorf silicium laag is als de TCO een fluor-5 gedoteerd tin oxide omvat. In dit geval omvat de PV laag in het algemeen een set, of een veelheid aan sets van p-gedoteerde, intrinsieke, en n-gedoteerde amorf silicium lagen, waarbij de p-gedoteerde lagen zich bevinden aan de kant van het invallend licht.

In de a-Si-H uitvoeringsvorm zal de PV laag tenminste een p-gedoteerde amorf 10 silicium laag (Si-p), een intrinsieke amorf silicium laag (Si-i), en een n-gedoteerde amorf silicium laag (Si-n) omvatten. Het kan zijn dat op de eerste set van p-i-n lagen tweede en verdere p-i-n lagen worden aangebracht. Het is ook mogelijk om een veelheid van herhalende p-i-n (“pinpinpin” of “pinpinpinpin”) lagen achtereenvolgens aan te brengen. Door een veelheid aan p-i-n lagen te stapelen wordt het voltage per 15 cel verhoogd, en wordt de stabiliteit van het systeem verbeterd. Degradatie door licht, het zogenaamde Staebler-Wronski effect, vermindert. Verder kan men de spectrale respons optimaliseren door in de verschillende lagen materialen te kiezen met een verschillende band-gap. Dit geldt in het bijzonder voor de i-lagen, en meer in het bijzonder binnen de i-lagen. De totale dikte van de PV laag, in het bijzonder van het 20 totaal der a-Si lagen zal in het algemeen liggen tussen 100 en 2000 nm, meer in het bijzonder tussen ongeveer 200 tot 600 nm, en bij voorkeur ongeveer 300 tot 500 nm.

De achterelektrode 25 De achterelektrode in de zonnecelfolie volgens de uitvinding dient bij voorkeur zowel als reflector en als elektrode. De achterelektrode zal in het algemeen een dikte hebben van ongeveer 50 tot 500 nm, en kan elk geschikt materiaal omvatten dat lichtreflecterende eigenschappen heeft, bij voorkeur aluminium, zilver, of een combinatie van lagen van beide. Deze metaallagen kunnen bij voorkeur bij een 30 relatief lage temperatuur, bijvoorbeeld beneden 250°C, worden aangebracht door middel van, bijvoorbeeld, (in vacuo) fysische dampdepositie of sputteren. In het geval van zilver heeft het de voorkeur om eerst een hechtpromotorlaag aan te brengen. Ti02 en ZnO zijn voorbeelden van geschikte materialen voor een hechtpromotorlaag, 1 01 39 0 0 14 en hebben het voordeel dat ze ook reflecterende eigenschappen hebben als ze in een geschikte dikte, bijvoorbeeld ongeveer 80 nm, worden aangebracht.

De permanente drager 5

Hoewel niet essentieel voor de werkwijze volgens de uitvinding heeft het in het algemeen de voorkeur om de zonnecelfolie te voorzien van een permanente drager. Anders wordt de folie namelijk zo dun dat hij door zijn kwetsbaarheid niet meer eenvoudig te hanteren is. De permanente drager wordt, als hij wordt toegepast, 10 aangebracht over de achterelektrode. Geschikte materialen voor de dragerlaag omvatten polymeerfolies, zo als polyethyleen terephthalaat, poly(ethyleen 2,6-naphthaleen dicarboxylaat), polycarbonaat, polyvinyl chloride, of polymeerfolies met zeer goede eigenschappen zoals aramide of polyimide folies, maar ook, bijvoorbeeld, metaalfolies waarop een isolerende (dielektrische) toplaag is aangebracht, of 15 samenstellingen van epoxy en glas. Polymere “geco-extrudeeerde” folies voorzien van een thermoplastische lijmlaag met een verwekingspunt onder dat van de drager zelf hebben de voorkeur. De gecoextrudeerde folie is eventueel voorzien van een anti-diffusie laag van bijvoorbeeld, polyester (PET), copolyester, of aluminium. De dikte van de drager is bij voorkeur 75 pm tot 10 mm. Voorkeurstrajecten zijn 100 pm 20 tot 6 mm en 150 pm tot 300 pm. De buigstijfheid van de drager, die in de context van deze beschrijving wordt gedefinieerd als het product van de elasticiteitsmodulus E in N/mm2 en de derde macht van de dikte t in mm (E x t3) is bij voorkeur groter dan 16x10'2 Nmm en zal in het algemeen kleiner zijn dan 15x106 Nmm.

De drager kan een structuur omvatten die nodig is voor het uiteindelijke gebruik. De 25 drager kan bijvoorbeeld een dakpan omvatten, dakplaten, autodaken, caravandaken, etc. In het algemeen heeft het echter de voorkeur als de drager flexibel is. In dat geval wordt een rol zonnecelfolie verkregen die klaar is voor gebruik en waarbij vellen met het gewenste vermogen en voltage van de rol kunnen worden afgeknipt. Deze kunnen dan naar wens worden opgenomen in (hybride) dakelementen, of worden 30 aangebracht op dakpannen, dakplaten, autodaken, caravandaken, etc.

Indien gewenst kan men aan de TCO zijde van de zonnecel een “top coat” of toplaag aanbrengen om de TCO te beschermen tegen invloeden van buitenaf. De toplaag zal 1 0139 00 15 in het algemeen een polymere plaat (eventueel met holten) of een polymeerfilm zijn. De toplaag moet een hoge transmissie hebben en omvat bijvoorbeeld de volgende materialen: amorfe ge(per)fluorineerde polymeren, polycarbonaat, poly(methylmethacrylaat), of elke verkrijgbare heldere coating, zoals die welke 5 gebruikt worden in de auto-industrie. Indien gewenst kan een additionele anti-reflectie of anti-vervuilingslaag worden aangebracht. Indien gewenst is het ook mogelijk de gehele zonnecel in een dergelijk incapsulant op te nemen.

Het isolerend materiaal 10

In de werkwijze volgens de uitvinding worden op verschillende plaatsen groeven opgevuld met een isolerend materiaal. Dit materiaal moet, zoals gezegd, isolerend zijn, en voldoende flexibel om binnen een groef te worden aangebracht. Alle gecrosslinkte polymeren zijn in principe geschikt. Geschikte materialen zijn aan de 15 vakman bekend. Zoals aan de vakman duidelijk zal zijn moet het te kiezen materiaal wel bestand zijn tegen de omstandigheden waaronder de zonnecelfolie zal worden toegepast, bijvoorbeeld voor wat betreft UV-bestendigheid en temperatuurbestandigheid. Voorbeelden van geschikte materialen zijn polyurethanen, epoxyaminen, en acrylaten.

20

De geleidende verbinding

In de uitvoeringsvorm zoals geïllustreerd in figuur 2 wordt een geleidende verbinding aangebracht. Geschikte materialen voor een geleidende verbinding zijn coatings van 25 gecrosslinkte polymeren, bijvoorbeeld de bovengenoemde, waaraan een geleidend vulmiddel, zoals zilverdeeltjes of nikkelvlokken zijn toegevoegd. Dergelijke coatings zijn aan de vakman bekend. De coatings kunnen worden aangebracht door bekende methoden zoals zeefdrukken of door middel van spuittechnieken.

De geleidende verbinding kan ook worden aangebracht door middel van vlamspuiten 30 van metalen, zoals bijvoorbeeld aluminium. Vlamspuittechnologie is aan de vakman bekend.

1 0 1 39 00 16

De uitvinding zal hieronder worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.

Voorbeeld 1 5

Dit voorbeeld illustreert de uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens de uitvoeringsvorm geïllustreerd in figuur 1.

Als tijdelijk substraat wordt een aluminiumfolie genomen (figuur 1-a). Hierop wordt 10 door middel van APCVD bij een temperatuur van ongeveer 550°C een TCO laag van F-gedoteerd tindioxide met een dikte van ongeveer 600 -1000 nm aangebracht (figuur 1-b). Daarna wordt door middel van PECVD een amorf silicium PV laag bestaande uit een p-laag, een intrinsieke laag en een n-iaag aangebracht (figuur 1-c). Een groef (1) met een breedte van 25-50 pm wordt aangebracht door de PV-laag tot 15 op de TCO laag (figuur 1-d). Door vacuümdepositie wordt een achterelektrode van zilver aangebracht (figuur 1-e), waarna met behulp van een laser groef (2a) wordt aangebracht in de achterelektrode (figuur 1-f). Nu wordt een kunststofdrager aangebracht (figuur 1-g) door middel van lamineren. De daarbij gebruikte (isolerende) lijm vult bovendien groef (2a). Het tijdelijk aiuminiumsubstraat wordt nu verwijderd 20 door etsen (figuur 1-h), waarna met behulp van een laser groef (3) wordt aangebracht in de TCO laag (figuur 1-i). Tot slot wordt nog een incapsulant op de TCO gelamineerd (figuur 1-j). Dit materiaal vult tevens groef (3).

Voorbeeld 2 25

Dit voorbeeld illustreert de uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens de uitvoeringsvorm geïllustreerd in figuur 2.

Als tijdelijk substraat wordt een aluminiumfolie genomen (figuur 2-a). Hierop wordt 30 een transparante isolerende Si-laag aangebracht. Vervolgens wordt door middel van APCVD bij een temperatuur van ongeveer 550°C een TCO laag van F-gedoteerd tinoxide (Sn02) met een dikte van ongeveer 600 nm aangebracht (figuur 2-b). Daarna wordt door middel van PECVD een amorf silicium PV laag bestaande uit een p-laag, 1 0 1 39 0 0 17 een intrinsieke laag en een n-laag aangebracht (figuur 2-c). Een groef (1) met een breedte van 25-50 μιτι wordt aangebracht door de PV laag en de TCO tot op de aluminiumfolie (figuur 2-d). Door vacuümdepositie wordt een achterelektrode van zilver aangebracht, waarna met behulp van een laser groef (2) wordt aangebracht 5 (figuur 2-e). Groeven (1) en (2) wordt opgevuld met een isolerend materiaal, waarna een kunststof drager wordt aangebracht (figuur 2-f). Het tijdelijk aluminiumsubstraat wordt verwijderd door etsen (figuur 2-g), waarna met behulp van een laser groeven

(3) en (4) worden aangebracht, waarbij groef (3) door het TCO en de PV laag tot op de achterelektrode gaat en groef (4) alleen door de isolerende laag tot op het TCO

10 (figuur 4). Door middel van een druktechniek wordt een geleidende verbinding bestaande uit een geleidende inkt aangebracht. Deze verbinding verbindt via groef (4) de TCO met de achterelektrode aan de andere kant van groef (1) (figuur 2-i). Vervolgens wordt een toplaag aangebracht van een isolerend materiaal. Hiermee wordt ook groef (3) opgevuld (figuur 2-j).

15 1n139 nn

Claims (9)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een zonnecelfolie voorzien van in serie 5 geschakelde zonnecellen die de volgende stappen omvat: a. verschaffen van een tijdelijk substraat b. aanbrengen van een transparant geleidend oxide (TCO) c. aanbrengen van een fotovoltaïsche (PV) laag op het TCO d. aanbrengen van een groef (1) door de PV laag en eventueel door het

10 TCO e. aanbrengen van een achterelektrode op de PV laag en in groef (1) en, indien groef (1) door het TCO is aangebracht, indien nodig, aanbrengen van een groef (2) in de achterelektrode binnen groef (1) tot op het tijdelijk substraat op zodanige wijze dat aan één kant van 15 groef (2) de TCO en de achterelektrode niet met elkaar verbonden zijn, en, indien groef (1) niet door het TCO is aangebracht, aanbrengen van een groef (2a) door de achterelektrode tot op de PV laag naast groef (1) f. aanbrengen van een niet-geleidend materiaal in groeven (1) en (2) of 20 (2a), eventueel gecombineerd met of gevolgd door het aanbrengen van een permanent substraat g. verwijderen van het tijdelijk substraat h. aanbrengen van een groef (3) vanaf de zijde van het TCO door het TCO en eventueel door de PV laag buiten groef (1) aan de andere 25 kant van groef (1) dan groef (2) of (2a) i. indien groef (1) door het TCO is aangebracht, aanbrengen van een geleidende verbinding tussen het TCO aan die kant van groef (2) waar de TCO en de achterelektrode niet met elkaar verbonden zijn en de achterelektrode aan de andere kant van groef (2) 30 j. aanbrengen van een isolerend materiaal in groef (3) en, indien gewenst, tegelijkertijd of achtereenvolgens over de bovenkant van de zonnecelfolie. 1 0 1 39 00

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij in stap d groef (1) niet door de TCO wordt aangebracht, en in stap e naast groef (1) een groef (2a) wordt aangebracht door de achterelektrode tot op de PV laag.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 waarbij in stap d groef (1) door de TCO tot op de achterelektrode wordt aangebracht, in stap e, indien nodig, een groef (2) wordt aangebracht in de achterelektrode binnen groef (1) tot op het tijdelijk substraat op zodanige wijze dat aan één kant van groef (2) de TCO en de achterelektrode niet met elkaar verbonden zijn, en in stap i een geleidende 10 verbinding wordt aangebracht tussen het TCO aan die kant van groef (2) waar de TCO en de achterelektrode niet met elkaar verbonden zijn en de achterelektrode aan de andere kant van groef (2).

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij de achterelektrode wordt aangebracht 15 door middel van sputteren onder een hoek, op zodanige wijze dat één kant van groef (1) en eventueel een gedeelte van de bodem van groef (1) wordt bedekt met achterelektrode, terwijl de andere kant van groef (1) en tenminste een deel van de bodem van groef (1) vrij blijft van achterelektrode.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 3 of 4 waarbij een isolerende laag aanwezig is tussen het tijdelijk substraat en de TCO die na verwijdering van het tijdelijk substraat op de TCO achterblijft, welke isolerende laag wordt verwijderd in een groef (4) die aangebracht wordt aan de andere kant van groef (1) dan groef (3). 25

6. Werkwijze volgens conclusie 5 waarbij groef (3) en groef (4) tegelijkertijd worden aangebracht.

7. Zonnecelfolie die verkregen kan worden met de werkwijze van een der 30 voorgaande conclusies.

8. Zonnecelfolie volgens conclusie 7, voorzien van in serie geschakelde zonnecellen die een drager, een TCO, een PV laag en een achterelektrode 1 0 1 39 00 A omvat, omvattende een groef (1) in de PV laag die achterelektrode omvat, een groef (2a) in de achterelektrode tot op de PV laag aan de ene kant van groef (1) en een groef (3) door de TCO en eventueel door de PV laag aan de andere kant van groef (1), waarbij groeven (2a) en (3) gevuld zijn met een 5 isolerend materiaal.

9. Zonnecelfolie volgens conclusie 7 voorzien van in serie geschakelde zonnecellen die een drager, een TCO, een PV laag en een achterelektrode omvat, waarbij een serieschakeling wordt verkregen door een groef (1) door 10 de PV laag en de TCO, waarbij één kant van groef (1) voorzien is van achterelektrode en de andere kant en een gedeelte van de bodem van groef (1) vrij is van achterelektrode en gevuld is met een isolerend materiaal, waarbij aan de TCO zijde van de folie een geleidende verbinding aanwezig is tussen de achterelektrode aan de ene kant van groef (1) en de TCO aan de 15 andere kant van groef (1) en waarbij buiten groef (1) aan die kant van de groef waar de TCO en de achterelektrode met elkaar verbonden zijn een groef (3) door het TCO en eventueel door de PV laag tot op de achterelektrode aanwezig is, welke groef (3) gevuld is met een isolerend materiaal. 10139 oo