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CN103797585A - 具有串联连接的薄层太阳能模块和用于串联连接薄层太阳能电池单元的方法 - Google Patents

具有串联连接的薄层太阳能模块和用于串联连接薄层太阳能电池单元的方法 Download PDF

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CN103797585A CN201280045516.7A CN201280045516A CN103797585A CN 103797585 A CN103797585 A CN 103797585A CN 201280045516 A CN201280045516 A CN 201280045516A CN 103797585 A CN103797585 A CN 103797585A
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Abstract

本发明涉及一种具有串联连接的薄层太阳能模块（1），其至少包括：a)被结构化线PR划分为区域的背电极层（3），b）布置在背电极层（3）上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层（4），以及c）布置在光敏半导体层（4）的与背电极层（3）相对置的侧上并且被结构化线PF划分为区域的前电极层（5），其中前电极层（5）的区域与背电极层（3）的相邻区域经由结构化线PA以串联连接而电连接，并且具有凸起（7.10）和棱边（7.11）的结构化线PR和具有凸起（7.20）和棱边（7.21）的结构化线PA被彼此构造为，使得通过在光敏半导体层（4）中产生的电流通过前电极层（5）的减小的平均路段而减小欧姆损耗。

Description

具有串联连接的薄层太阳能模块和用于串联连接薄层太阳能电池单元的方法
技术领域
本发明涉及一种具有串联连接的薄层太阳能模块以及一种用于将薄层太阳能电池单元串联连接成薄层太阳能模块的方法。
背景技术
用于将太阳辐射直接转换为电能的光伏层系统充分已知。这些层的材料和布置被协调为，使得入射的辐射被一个或多个半导体层以尽可能高的辐射输出率直接转换为电流。光伏的和平面伸展的层系统被称为太阳能电池单元。
太阳能电池单元在所有情况下都包含半导体材料。为了提供足够的机械强度而需要载体衬底的太阳能电池单元被称为薄层太阳能电池单元。基于物理特性和工艺可操纵性，具有非晶、微晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、铜-铟-（镓）-硒化物-硫化物（Cu(In,Ga)(S,Se)2）、铜-锌-锡-磺基-硒化物（来自锌黄锡矿族的CZTS）以及有机半导体的薄层系统特别适合于太阳能电池单元。戊烯（pentenär）半导体Cu(In,Ga)(S,Se)2属于黄铜矿半导体族，该黄铜矿半导体通常称为CIS（铜铟二硒化物或硫化物）或CIGS（铜铟镓二硒化物，铜铟镓二硫化物，或铜铟镓二硫硒化物）。S在CIGS缩写中可以代表硒、硫或两种硫族元素的混合物。
用于薄层太阳能电池单元的已知载体衬底包含无机玻璃、聚合物、金属或金属合金，并且可以依据层厚和材料特性被构成为刚性板或可弯曲薄膜。基于广泛可用的载体衬底和简单的整体串联连接，可以成本低廉地制造薄层太阳能电池单元的大面积装置。
多个太阳能电池单元的电路称为光伏模块或太阳能模块。太阳能电池单元的电路在已知的耐天气变化的结构中被持久地保护以免遭环境影响。通常，低铁的钠钙玻璃和增附性聚合物薄膜与太阳能电池单元连接成耐天气变化的光伏模块。所述光伏模块可以经由连接插座绑定到多个光伏模块的电路中。光伏模块的电路经由已知的功率电子器件与公共的供应网络或自给自足的电能供应装置连接。
在薄层太阳能模块的串联连接中，一般采用集成的串联连接。在集成的串联连接中，将活性电池单元面划分为纵向条，这些纵向条分别是单个的薄层太阳能电池单元。各个薄层太阳能电池单元在其纵向棱边处分别与相邻的电池单元串联连接。在此，背电极层、光敏半导体层和前电极层通过结构化线PR、PA、PF划分，并且第一区域的背电极层经由第二结构化线PA与邻接的区域的前电极层连接。
在实践中已经表明，单个薄层太阳能电池单元的效率随着太阳能电池单元宽度的增加而下降。为了限制太阳能模块的损耗，单个太阳能电池单元的宽度可以根据所使用的电池单元结构在CIS太阳能模块的情况下不超过大约1cm，或在非晶硅太阳能模块的情况下不超过1cm至1.5cm。具有较大宽度的各个太阳能电池单元的薄层太阳能模块由于其小的电压和较高的电流而对特定的应用是有利的，例如对于电池的充电是有利的。
发明内容
本发明的任务在于，在各个薄层太阳能电池单元加宽的情况下——这等于是每模块面减少数量的串联连接的单太阳能电池单元——提供具有更高效率的改善的薄层太阳能模块。
本发明的任务根据本发明通过根据权利要求1所述的具有串联连接的薄层太阳能模块解决。优选的实施由从属权利要求得知。
此外，本发明包括一种用于将薄层太阳能电池单元串联连接成薄层太阳能模块的方法。
本发明的方法的应用由其它权利要求得知。
单个薄层太阳能电池单元基本上由三层组成：在背离光的侧上的背电极层、前电极层以及位于它们之间的光敏半导体层。通过光入射而生成的电流流动在一个太阳能电池单元内垂直于三个结构化线PR、PA、PF地在前电极层中被收集，被引导至第二结构化线PA，并且从那里向下被转发至相邻电池单元的背电极层。
该设计的基本特性是在前电极层内在串联连接的方向上强烈升高的电流密度，或在背电极层中下降的电流密度。与一般由高度导电的金属组成的背电极层相比，前电极层具有为至多1/2、但是大多至多为1/100至1/10的电导率。这是由于根据前电极层的高光学透明度的要求而决定的，这种高光学透明度仅在薄的、不是太强烈掺杂的前电极层情况下给出。由前电极层的低电导率决定地，发生显著的欧姆损耗，这种欧姆损耗在与太阳能电池单元横向方向上非线性地升高。虽然在太阳能电池单元宽度强烈减小的情况下，欧姆损耗被减小，但是由此活性面处的损耗升高，这是由结构化线PR、PA、PF的数量升高并且随之而来的非活性面部分的数量升高而引起的。由此在给定太阳能模块宽度的情况下，各个太阳能电池单元的数量不能在广的范围中被改变，并且因此太阳能模块的总电压不能在光的范围中被改变。由此在给定光敏半导体层和前电极层的光电子特性的情况下电池单元的最佳宽度wopt固定在相当窄的界限内。
对该问题的本发明的解决方案在于将金属背电极层的足够的现有电导率用于支持通常必须由前电极层接管的电流流动。为此单个太阳能电池单元的形状不被构造为精确的矩形，而是在纵向棱边处具有凸起，在所述凸起中电流流动从弱导电的前电极层经由以特别的铸造制造的第二结构化线PA通过背电极层接管。电流收集所需要的、在前电极层内的平均路段由此可以被减小。因此得到更小的串联电阻损耗和在薄层太阳能模块电特性的塑造方面新的自由度。在给定衬底格式的情况下，单个太阳能电池单元的数量以及由此太阳能模块的电压/电流比几乎可被自由选择。尤其是对于用于通过光伏模块对电池充电的应用来说这是决定性的前提条件。但是在其它应用的情况下有利的还有，采用具有更小电压和更高电流的模块，以例如能够在大的光伏设备内配置更长的串联连接的太阳能电池单元链。
因此，根据本发明的在衬底上的具有串联连接的薄层太阳能模块至少包括：
•被结构化线PR划分的背电极层，
•布置在背电极层上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层，以及
•布置在光敏半导体层的与背电极层相对置的侧上并且借助于结构化线PF划分的前电极层。
经由结构化线PA对相邻单电池单元的前电极层和背电极进行电连接。此外，具有凸起和棱边的结构化线PR和具有凸起和棱边的第二结构化线PA被彼此构造为，使得在光敏半导体层内产生的电流通过前电极层的平均路段被减小。
在本发明意义上的棱边是结构化线PA、PR或PF的不包括凸起的片段。
本发明的薄层太阳能模块可以以所谓的衬底配置或所谓的覆板配置（Superstratekonfiguation）构建。在这两种配置中，在绝缘板状材料上实现由多个薄的半导体的和金属的层组成的结构。
在衬底配置中具有串联连接的本发明薄层太阳能模块的有利构型至少包括：
•布置在衬底上并且被结构化线PR划分的背电极层，
•布置在背电极层上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层，以及
•布置在光敏半导体层上的前电极层，其中至少前电极层被结构化线PF划分为区域并且第一区域的前电极层以串联连接与第二区域的背电极层连接，
其中具有凸起和棱边的结构化线PR和具有凸起和棱边的结构化线PA被相互构造为，使得在光敏半导体层中产生的电流通过前电极层的平均路段被减小。
在本发明的薄层太阳能模块的优选构型中，前电极层和光敏半导体层被结构化线PF划分为区域。
衬底在此例如由具有相对小的透光性的玻璃制成，其中同样也可以采用其它具有期望强度和针对所执行的过程步骤的惰性特性的电绝缘材料。
高度导电的背电极层例如包含如钼（Mo）、铝（Al）、铜（Cu）或钛（Ti）的金属并且例如可以通过蒸发或者通过磁场辅助的阴极溅射被施加到衬底上。背电极层被第一结构化线PR划分。
在背电极层上布置也填充结构化线PR的光敏半导体层。作为光敏半导体层合适的是每种适用于制造薄层太阳能电池单元的层结构。这样的层结构优选包含不同掺杂的非晶、微晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、、铜-锌-锡-硫砷化物（CZTS）、有机半导体或铜-铟-（镓）-硒化物-硫化物（Cu(In,Ga)(S,Se)2）。光敏半导体层至少被结构化线PA划分，但是也可以附加地被结构化线PF划分。
在光敏半导体层上布置至少一个前电极层，该前电极层对于在太阳能电池单元的光谱灵敏度范围中的辐射在很大程度上是透明的，从而入射的太阳光仅被少量衰减。前电极层也填充光敏半导体层中的结构化线PA，由此第一区域的前电极层与第二区域的背电极层以串联连接的方式连接。
前电极层优选包含透明的导电金属氧化物层，尤其是氧化锌（ZnO）、掺杂铝的氧化锌（ZnO：Al）、掺杂硼的氧化锌（ZnO：B）、掺杂铟的氧化锌（ZnO：In）、掺杂镓的氧化锌（ZnO：Ga）、掺杂氟的氧化锡（SnO2：F）、掺杂锑的氧化锡（SnO2：Sb）或者氧化铟锡（ITO）。前电极层例如可以通过蒸发、化学气相沉积（CVD）或者通过磁场辅助的阴极溅射被施加到光敏半导体层上。在沉积前电极之前为了改善光电子特性还可以附加地施加薄的缓冲层（例如由II-VI半导体或III-V半导体制成）。
在衬底配置的情况下，前电极层以及必要时还有光敏半导体层被结构化线PF划分，由此薄层太阳能模块的各个薄层太阳能电池单元相互串联连接。
在覆板配置中具有串联连接的本发明薄层太阳能模块的有利构型至少包括：
•布置在透明衬底上并且被结构化线PF划分的前电极层，
•布置在前电极层上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层，以及
•布置在光敏半导体层上的背电极层，其中至少背电极层被结构化线PR划分为区域并且第一区域的背电极层以串联连接与第二区域的前电极层连接，
其中具有凸起和棱边的结构化线PR和具有凸起和棱边的结构化线PA被相互构造为，使得在光敏半导体层中产生的电流通过前电极层的平均路段被减小。
在覆板配置中的构型通过在透明衬底的背离光的表面上的层结构实现。透明衬底例如由铁含量小的极白玻璃制成，其中同样地可以采用其它具有期望强度和针对所执行的过程步骤的惰性特性的电绝缘和光学透明材料。
在本发明的薄层太阳能模块的该构型中，前电极层被结构化线PF划分，光敏半导体层被第二结构化线PA划分，并且至少背电极层、必要时还有邻接的吸收层被第三结构化线PR划分。各个薄层太阳能电池单元的串联连接在这种情况下通过第一区域的背电极层与第二区域的前电极层的连接来进行。
在本发明的薄层太阳能模块中，具有凸起和棱边的结构化线PR以及具有凸起和棱边的结构化线PA相互被构造为，使得在光敏半导体层中产生的电流通过前电极层的平均路段被减小。
在光敏半导体层中产生的电流通过前电极接收并且经由第二结构化线PA转发给在串联连接中跟随的薄层太阳能电池单元的背电极层。第二结构化线PA的凸起导致，电流不再在平行于薄层太阳能电池单元的纵向方向或串联连接方向的直轨道中流经前电极层，而是跟随最低电阻的路径。通过第二结构化线PA的凸起减小前电极层的不同区域至第二结构化线PA的平均距离。由此，在光敏半导体层中产生的电流通过前电极层的平均路段被减小并且通过前电极层的平均电阻被减小。电流经由结构化线PA被引导至导电更佳的背电极层中。这导致薄层太阳能电池单元的较低的总电阻。
在本发明的薄层太阳能模块的有利构型中，也构造出具有类似凸起和棱边的结构化线PF。通过该措施可以增大每个单个薄层太阳能电池单元的光伏活性面，因为在第二结构化线PA和相邻的第三结构化线PR之间的光伏非活性面被减小。
在本发明的薄层太阳能模块的另一有利构型中，结构化线PR、结构化线PA和PR或结构化线PR、PA和PF的凸起构造成通向尖端的。
在本发明的薄层太阳能模块的另一有利构型中，至少所述结构化线PR、必要时结构化线PA和/或PF的凸起被构造为三角形的。
在本发明的薄层太阳能模块的另一有利构型中，结构化线PA的凸起被构造为线形或矩形的。结构化线PA的该构型可以在技术上特别简单地被执行。
在本发明的薄层太阳能模块的另一有利构型中，相邻结构化线PR、PA和PF的凸起至少近似平行地并排构造。由此减小结构化线PF、PA和PR之间的光伏非活性面并且增大每个单个薄层太阳能电池单元的光伏活性面。在此情况下，结构化线PR、PA和必要时PF的凸起被定向到同一个方向上（例如垂直于这些结构化线的延伸），也就是结构化线分别朝着同一个方向（例如垂直于其延伸）凸出。由此结构化线PR、PA和必要时PF配备有相同定向的凸起。
在光敏半导体层中产生的电流通过前电极层的平均路段（下面也称为光电流），优选小于或等于最佳电池单元宽度wopt。
如开头已经描绘的，在实践中已经表明：单个薄层太阳能电池单元的效率随着太阳能电池单元宽度的增加而下降。这此外是随着电池单元宽度增加的欧姆电阻的结果，这首先是由透明前电极的有限电导率引起的。相反，随着电池单元宽度的减小，光电子非活性面的对于结构化线所需要的相对部分增加。由这两个相反的效应引起的最佳电池单元宽度wopt在常规串联连接的情况下基本上取决于相应太阳能电池单元的电压和光电流密度。如试验所表明的，最佳电池单元宽度wopt在具有空转电压大约0.5V以及具有比较高的光电流密度的CIS或CIGS薄层太阳能模块的情况下例如为5mm至10mm以及优选为4.5mm至6.5mm。在具有高空转电压和比较低的光电流密度的太阳能电池单元情况下，例如在空转电压大约为0.9V的非晶硅太阳能电池单元情况下，最佳电池单元宽度wopt例如是7mm至15mm以及优选是7.5mm至10.5mm。
在本发明的薄层太阳能模块的另一有利构型中，结构化线PR的凸起以小于或等于最佳电池单元宽度wopt的至相邻电池单元的结构化线PF的最小距离d来构造。与距离d相关的结构化线PF位于背离最近的结构化线PA的侧上（参见例如图4的阐明）。相关的结构化线PF将前电极层相对在串联连接中在前的薄层太阳能电池单元划清界限。
在本发明的薄层太阳能模块的有利构型中，凸起被构造为具有沿着结构化线的距离a，其中该距离a小于或等于wopt的双倍距离。这具有的特殊优点是，在两个凸起之间生成的光电流必须经过小于或等于最佳电池单元宽度wopt的通路，以经由结构化线PA到达背电极。
在本发明的薄层太阳能模块的另一有利构型中，背电极层具有面电阻，该面电阻至多是前电极层的1/10，优选是前电极层的1/100。由此可以减小背电极的结构化线PR的凸起的基本宽度bPR。基本宽度bPR的减小导致光电非活性面的减小并且由此导致效率的提高。
本发明的另一方面包括一种用于在所谓的衬底配置中制造和串联连接薄层太阳能模块的方法，其中：
a)将背电极层沉积在衬底上，并且通过第一结构化线PR来划分背电极层，
b)将光敏半导体层沉积在背电极层上并且通过第二结构化线PA划分光敏半导体层，
c)将前电极层沉积在光敏半导体层上，通过第三结构化线PF将前电极层和光敏半导体层划分为区域，并且将第一区域的前电极层以串联连接与第二区域的背电极层连接，
其中具有凸起和棱边的第一结构化线PR以及具有凸起和棱边的第二结构化线PA相互构造为，使得在光敏半导体层中产生的电流通过前电极层的平均路段被减小。
本发明的另一方面包括本发明的用于在所谓的覆板配置中制造和串联连接薄层太阳能模块的方法，其中
a) 将前电极层沉积在透明衬底上，并且通过第一结构化线PR来划分前电极层，
b)将光敏半导体层沉积在前电极层上并且通过第二结构化线PA划分光敏半导体层，
c)将背电极层沉积在光敏半导体层上，通过第三结构化线PF将背电极层和光敏半导体层划分为区域，并且将第一区域的背电极层以串联连接与第二区域的前电极层连接，
其中具有凸起和棱边的结构化线PR以及具有凸起和棱边的结构化线PA相互构造为，使得在光敏半导体层中产生的电流通过前电极层的平均路段被减小。
本发明的另一方面包括本发明方法用于制造和串联连接薄层太阳能模块、尤其是由非晶、微晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、基于锌黄锡矿的半导体如铜-锌-锡-硫砷化物（CZTS）、基于黄铜矿的半导体如铜-铟-（镓）-硒化物-硫化物（Cu(In,Ga)(S,Se)2）或有机半导体制成的薄层太阳能模块的应用。
附图说明
下面借助附图和示例更详细地阐述本发明。附图不是完全按比例的。本发明不以任何方式受图的限制。其中：
图1示出具有两个串联连接的薄层太阳能电池单元的本发明薄层太阳能模块的实施例的示意横截面图，
图2示出沿着图1的剖线A-A’的横截面图，
图3示出流过两个串联连接的薄层太阳能电池单元的电流流动的示意图，
图4示出本发明薄层太阳能模块的结构化线PR，PA和PF的序列的示意图，
图5示出本发明薄层太阳能模块的结构化线PR，PA和PF的替换构型的示意图，
图6示出本发明薄层太阳能模块的结构化线PR、PA和PF的替换构型的示意图，
图7示出本发明薄层太阳能模块的结构化线PR、PA和PF的替换构型的示意图，
图8示出本发明薄层太阳能模块的结构化线PR、PA和PF的替换构型的示意图，
图9示出本发明薄层太阳能模块的替换实施例（覆板结构）的示意横截面图，
图10示出本发明薄层太阳能模块（覆板结构）的结构化线PR、PA和PF的序列的示意图，
图11示出本发明方法的详细化流程图，以及
图12示出本发明方法的替换实施方式的详细化流程图。
具体实施方式
在图1中阐明总的用附图标记1表示的薄层太阳能模块。薄层太阳能模块1包括多个以集成形式串联连接的太阳能电池单元1.1，1.2，其中在图1中示出两个。图2示出沿着图1的剖线A-A’的横截面图。方向L说明纵向或者与结构化线平行的方向，方向Q说明垂直于薄层太阳能模块1的结构化线的横向。
薄层太阳能模块1具有对应于所谓的衬底配置的结构。也就是说，该薄层太阳能模块具有带有施加在其上的由薄层组成的层结构10的电绝缘衬底2。层结构10布置在衬底2的光入射侧的表面III上。衬底2在此例如由玻璃组成，该玻璃也可以具有相对小的透光性（但是不是必须的）。
层结构10包括布置在衬底2的表面III上的背电极层3。背电极层3被结构化线PR划分。背电极层3例如包含诸如钼的光不可穿透的金属并且例如可以通过蒸发或通过磁场辅助的阴极溅射施加到衬底2上。背电极层3具有100nm至600nm的层厚，该层厚例如是500nm。背电极层3具有1欧姆/平方至0.01欧姆/平方的面电阻并且例如0.1欧姆/平方的面电阻。
在背电极层3上沉积光敏半导体层4。光敏半导体层4被结构化线PA划分。光敏半导体层4例如包含掺杂的半导体，该半导体的带隙优选能够吸收太阳光的尽可能大的部分。光敏半导体层4例如包括吸收层4.1和缓冲层4.2。吸收层4.1例如包含p型黄铜矿半导体，例如Cu(In,Ga)(S,Se)2族的化合物。吸收层4.1例如具有0.5μm至5μm并且例如大约2μm的层厚。
在吸收层4.1上沉积缓冲层4.2，该缓冲层在此例如由硫化镉（CdS）单覆层以及本征氧化锌（i-ZnO）制成的单覆层组成，这在图1中未更详细示出。
在缓冲层4.2上例如通过溅射施加前电极层5。前电极层5还填充结构化线PA，由此形成第一区域6.1的前电极层5与第二区域6.2的背电极层3之间的电线路连接。前电极层5对于可见光谱范围中的辐射来说是透明的（“窗电极”），从而照射的太阳光仅被小地衰减。透明的前电极层5例如基于掺杂的金属氧化物，例如n型的掺杂铝（Al）的氧化锌（ZnO：Al）。这样的前电极层5一般被称为TCO层（TCO=透明导电氧化物）。通过前电极层5，与缓冲层4.2和吸收层4.1一起形成异质结（也就是相反导电类型的层序列）。在此，缓冲层4.2可以引起吸收层4.1的半导体材料与前电极层5的材料之间的电子适配。前电极层5具有100nm至2000nm的层厚，该层厚例如是1000nm。前电极层5具有5欧姆/平方至20欧姆/平方并且例如10欧姆/平方的面电阻。前电极层5和光敏半导体层4通过结构化线PF被划分为单个薄层太阳能电池单元1.1，1.2。
为了保护免遭环境影响，在前电极层5上施加例如由聚合物组成的粘合层8，该粘合层8用于封装层结构10。衬底2的光入射侧的表面III和透明衬底9的光出射侧的表面II通过粘合层8牢固地相互连接。粘合层8在此例如是热塑性粘合层，其可通过加热可塑性变形并且在冷却时将衬底2和透明衬底9牢固地相互连接。适合于封装的粘合层8例如是聚乙烯醇缩丁醛（PVB）或乙烯醋酸乙烯酯（EVA）薄膜。聚乙烯醇缩丁醛（PVB）或乙烯醋酸乙烯酯（EVA）薄膜例如具有1mm的厚度。
透明衬底9例如由具有低的铁含量的极白玻璃组成，其中同样可以采用其它具有期望强度和针对所执行的过程步骤的惰性特性的电绝缘材料。
虽然未在图1和图2中更详细示出，利用用作水的屏障的密封材料对在衬底2与透明衬底9之间环绕的边缘间隙进行密封。该密封通过阻碍水进入改善了薄层太阳能模块1的长期稳定性，并且降低了对层结构10的不同层的腐蚀。合适的密封材料例如是聚异丁烯（PIB）。
图3示出流过两个串联连接的薄层太阳能电池单元1.1，1.2的电流流动的示意图。在光敏半导体层4中产生的电流在第一区域6.1的前电极层5中被收集并被沿着电流路径11传导至结构化线PA。将电流传导至第二区域6.2的背电极层2是经由结构化线PA进行的。
在这里所示的示例中，薄层太阳能模块1的所得到的正电压连接端（+）以及所得到的负电压连接端（-）都经由背电极层3引导并且在那里被电接触。本发明的薄层太阳能模块1例如包含约100个串联连接的薄层太阳能电池单元1.1，1.2并且具有约50伏特的空转电压。单个薄层太阳能电池单元的宽度c是3mm至20mm并且例如是10mm。
图4示出4个串联连接的区域6.0，6.1，6.2和6.3的结构化线PR、PA和PF的序列的示意图。相邻的结构化线PR的距离以及相邻的结构化线PA的距离与各个薄层太阳能电池单元1.1，1.2的宽度c对应。
结构化线PR具有凸起7.10，并且结构化线PA具有凸起7.20。相邻的结构化线PR和PA近似平行地并排构造或具有平行的走向。结构化线PR的凸起7.10和结构化线PA的凸起7.20分别具有例如12mm的距离a。距离a在此大致对应于最佳电池单元宽度wopt6mm的两倍。在凸起7.10之间，结构化线PR在纵向L上沿着棱边7.11伸展。凸起7.10的基本宽度bPR例如是2mm。棱边7.11的长度b1例如是10mm。结构化线PA的棱边7.20的长度b2例如是11mm。结构化线PR的凸起7.10与在串联连接L的方向上位于之前的、相邻结构化线PF的最小距离d与最佳电池单元宽度wopt对应并且例如是6mm。结构化线PF在该实施例中被实施为无凸起并且仅具有连续的棱边7.31。凸起7.10，7.20分别垂直于（与方向Q相反）结构化线PA，PR的延伸（方向L）地凸出。
在光敏半导体层4中产生的电流通过前电极层5的电流路径通过具有附图标记11的箭头表示。电流路径11沿着具有最低电阻的通路伸展，由此该电流通过前电极层5的平均路段与根据现有技术的串联连接的太阳能电池单元相比较被减小。从较高欧姆的前电极层5至较低欧姆的背电极层3的电流运输的转移导致薄层太阳能电池单元的更低的总电阻。
图5示出4个串联连接的区域6.0，6.1，6.2和6.3的结构化线PR、PA和PF的替换构型的示意图。结构化线PF用凸起7.30和棱边7.31被构造。相邻的结构化线PR、PA和PF近似平行地并排构造或具有平行的走向。凸起7.10，7.20和7.30分别垂直（与方向Q相反）于结构化线PA，PR和PF的延伸（方向L）地凸出。
棱边7.31的长度b3例如是11mm。由此光伏非活性面在结构化线PA与相邻结构化线PF之间被最小化，并且每个单个薄层太阳能电池单元1.1，1.2，1.3的光伏活性面被增大。
图6示出本发明薄层太阳能模块1的结构化线PR、PA和PF的另一替换构型的示意图。结构化线PA的凸起7.20在该实施例中被构成为线形的。棱边7.21的长度b2在该示例中对应于凸起7.20的距离a。
图7示出图6的实施例的变型方案。两个相邻区域的结构化线PR和结构化线PF之间的距离d与图6相比较减小，其中同时棱边7.11的长度b1增大并且基本宽度bPR减小。
图8示出本发明薄层太阳能模块1的结构化线PR、PA和PF的另一替换构型的示意图。结构化线PR的凸起7.10和结构化线PA的凸起7.20被倒圆并且被构造为通向尖端。结构化线PR的棱边7.11的长度b1和结构化线PA的棱边7.21的长度b2在临界情况下也可以是0，从而结构化线PR和PA仅由倒圆的凸起7.10，7.20组成。凸起7.20的倒圆的形状使得可以特别有效地缩短电流路径11在前电极层5中的平均路段。
图9示出具有两个串联连接的薄层太阳能电池单元1.1，1.2的本发明薄层太阳能模块1的替换实施例的示意横截面图。薄层太阳能模块1具有与所谓的覆板配置对应的结构，也就是说该薄层太阳能模块1具有带有施加在其上的由薄层组成的层结构10的透明衬底9。层结构10包括布置在衬底9的光出射侧表面II上的前电极层5，该前电极层被结构化线PF划分。在前电极层5上沉积光敏半导体层4。光敏半导体层4被结构化线PA划分。在光敏半导体层4上布置也填充结构化线PA的背电极层5。背电极层3和光敏半导体层4被结构化线PR划分为各个薄层太阳能电池单元1.1，1.2。各个薄层太阳能电池单元1.1，1.2的串联连接经由结构化线PA进行，所述结构化线PA将第一区域6.1的背电极层3与第二区域6.1的前电极层5导电连接。衬底2，9和层结构10的材料和材料参数与在图1中衬底配置中的本发明薄层太阳能模块1的实施例对应。吸收层4.1例如包含诸如碲化镉（CdTe）的p型吸收剂。
图10示出覆板配置中的本发明薄层太阳能模块的结构化线PR、PA和PF的序列的示意图，如示例性地在图9中所示出的。
图11示出用于在覆板配置中制造和串联连接本发明的薄层太阳能模块1的本发明方法的详细化流程图。在第一步骤a)中将背电极层3沉积在衬底2上并且通过结构化线PR来划分背电极层3。在第二步骤b)中将光敏半导体层4沉积在背电极层3上并且通过结构化线PA来划分光敏半导体层4。在第三步骤c)中，将前电极层5沉积在光敏半导体层4上，将前电极层5和光敏半导体层4通过结构化线PF划分为区域6，并且将第一区域6的前电极层5以串联连接与第二区域6的背电极层3连接。在此，具有凸起7.10和棱边7.11的结构化线PR以及具有凸起7.20和棱边7.21的结构化线PA被相互构造为，使得在光敏半导体层4中产生的电流通过前电极层5的平均路段被减小。
用于结构化线PR、PA和PF的凹口在采用合适的结构化工艺如激光直写（例如利用Nd:YAG激光器）或机械加工（例如通过起模或刻划）的情况下予以构造。
图12示出用于在覆板配置中制造和串联连接本发明薄层太阳能模块1的本发明方法的替换实施方式的详细化流程图。在第一步骤a)中将前电极层5沉积在透明衬底9上并且通过结构化线PF来划分前电极层5。在第二步骤b)中将光敏半导体层4沉积在前电极层5上并且通过结构化线PA来划分光敏半导体层4。在第三步骤c)中，将背电极层3沉积在光敏半导体层4上，将背电极层3和光敏半导体层4通过结构化线PR划分为区域6，并且将第一区域6的背电极层3以串联连接与第二区域6的前电极层5连接。在此，具有凸起7.10和棱边7.11的结构化线PR以及具有凸起7.20和棱边7.21的结构化线PA被相互构造为，使得在光敏半导体层4中产生的电流通过前电极层5的平均路段被减小。
附图标记列表
1薄层太阳能模块
1.1，1.2，1.3薄层太阳能电池单元
2衬底
3背电极层
4光敏半导体层
4.1吸收层
4.2缓冲层
5前电极层
6，6.0，6.1，6.2，6.3区域
7.10，7.20，7.30凸起
7.11，7.21，7.31棱边
8粘合层
9透明衬底
10层结构
11电流流动，电流路径
a凸起7.10，7.20，7.30的距离
b1棱边7.11的长度
b2棱边7.21的长度
b3棱边7.31的长度
BF前电极层5的区域
bPR凸起7.10的基本宽度
BR背电极层3的区域
c薄层太阳能电池单元1.1，1.2，1.3的宽度
d距离
wopt最佳电池单元宽度
PR结构化线PR
PA结构化线PA
PF结构化线PF
II透明衬底9的光出射侧表面
III衬底2的光入射侧表面
Q横向
L纵向，串联连接的方向
A-A'剖线。

Claims (14)

1.具有串联连接的薄层太阳能模块（1），至少包括：
•被结构化线PR划分为区域BR的背电极层（3），
•布置在背电极层（3）上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层（4），以及
•布置在光敏半导体层（4）的与背电极层（3）相对置的侧上并且被结构化线PF划分为区域BF的前电极层（5），
其中前电极层（5）的区域BF与背电极层（3）的相邻区域BR经由结构化线PA以串联连接而电连接，并且具有凸起（7.10）和棱边（7.11）的结构化线PR和具有凸起（7.20）和棱边（7.21）的结构化线PA被彼此构造为，使得通过在光敏半导体层（4）中产生的电流通过前电极层（5）的减小的平均路段而减小欧姆损耗。
2.根据权利要求1所述的薄层太阳能模块（1），其中所述结构化线PF被构造为具有凸起（7.30）和棱边（7.31）。
3.根据权利要求1或2之一所述的薄层太阳能模块（1），其中结构化线PR、结构化线PR和PA或结构化线PR、PA和PF的凸起（7.10，7.20，7.30）被构造为通向尖端的。
4.根据权利要求1至3之一所述的薄层太阳能模块（1），其中结构化线PR、PA或PF中的至少一个的凸起（7.10，7.20或7.30）被构造为三角形的。
5.根据权利要求1至4之一所述的薄层太阳能模块（1），其中结构化线PA的凸起（7.20）被构造为线形或矩形的。
6.根据权利要求1至5之一所述的薄层太阳能模块（1），其中相邻结构化线PR、PA和PF的凸起（7.10，7.20，7.30）至少近似平行地并排构造。
7.根据权利要求1至6之一所述的薄层太阳能模块（1），其中背电极层（3）具有比前电极层（5）低的面电阻，优选具有是前电极层（5）的1/10的面电阻，以及特别优选地具有是前电极层（5）的1/100的面电阻。
8.根据权利要求1至7之一所述的薄层太阳能模块（1），其中结构化线PR的凸起（7.10）至相邻区域的结构化线PF的最小距离d小于或等于为5mm至15mm的最佳电池单元宽度wopt。
9.根据权利要求8所述的薄层太阳能模块（1），其中结构化线PR的凸起（7.10）的距离a小于或等于为5mm至15mm的最佳电池单元宽度wopt。
10.根据权利要求1至9之一所述的薄层太阳能模块（1），其中背电极层（3）包含金属，尤其是钼（Mo）、铝（Al）、铜（Cu）、钛（Ti），和/或前电极层（5）包含透明的导电金属氧化物层，尤其是氧化锌（ZnO）、掺杂铝的氧化锌（ZnO：Al）、掺杂硼的氧化锌（ZnO：B）、掺杂铟的氧化锌（ZnO：In）、掺杂镓的氧化锌（ZnO：Ga）、掺杂氟的氧化锡（SnO2：F）、掺杂锑的氧化锡（SnO2：Sb）或者氧化铟锡（ITO）。
11.根据权利要求1至10之一所述的薄层太阳能模块（1），其中光敏半导体层(4)包含非晶、微晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、有机半导体、砷化镓（GaAs）、基于黄铜矿或基于锌黄锡矿的半导体。
12.用于制造和串联连接薄层太阳能模块（1）的方法，其中：
a)将背电极层（3）沉积在衬底（2）上，并且通过结构化线PR来划分背电极层（3），
b)将光敏半导体层（4）沉积在背电极层（3）上并且通过结构化线PA划分光敏半导体层（4），以及
c)将前电极层（5）沉积在光敏半导体层（4）上，通过结构化线PF将前电极层（5）和光敏半导体层（4）划分为区域（6），并且将第一区域（6）的前电极层（5）以串联连接与第二区域（6）的背电极层（3）连接，
其中具有凸起（7.10）和棱边（7.11）的结构化线PR以及具有凸起（7.20）和棱边（7.21）的结构化线PA相互构造为，使得通过在光敏半导体层（4）中产生的电流通过前电极层（5）的减小的平均路段而减小欧姆损耗。
13.用于制造和串联连接薄层太阳能模块（1）的方法，其中：
a) 将前电极层（5）沉积在透明衬底（9）上，并且通过结构化线PF来划分前电极层（5），
b)将光敏半导体层（4）沉积在前电极层（5）上并且通过结构化线PA划分光敏半导体层（4），以及
c)将背电极层（3）沉积在光敏半导体层（4）上，通过结构化线PR将背电极层（3）和光敏半导体层（4）划分为区域（6），并且将第一区域（6）的背电极层（3）以串联连接与第二区域（6）的前电极层（5）连接，
其中具有凸起（7.10）和棱边（7.11）的结构化线PR以及具有凸起（7.20）和棱边（7.21）的结构化线PA相互构造为，使得通过在光敏半导体层（4）中产生的电流通过前电极层（5）的减小的平均路段而减小欧姆损耗。
14.根据权利要求12或13所述的方法用于制造和串联连接薄层太阳能模块、尤其是由非晶、微晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、基于黄铜矿或基于锌黄锡矿的半导体或有机半导体制成的薄层太阳能模块的应用。
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