СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ТАКОЕ УСТРОЙСТВО ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2019 года по МПК H01L31/216 H01L31/224 H01L31/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу изготовления устройства тонкопленочных солнечных элементов. Также изобретение относится к устройству тонкопленочных солнечных элементов.

Уровень техники

Из документа US 2008 0314439 известен способ изготовления панелей тонкопленочных солнечных элементов. Способ формирования батареи твердотельных тонкопленочных фотоэлектрических элементов из пакета тонкопленочных слоев, образованных на изолирующей подложке, включает в себя образование в пакете тонкопленочных слоев по меньшей мере одного скрайба для разделения элементов. Для каждого скрайба для разделения элементов образуют второй скрайб для изоляции электроконтактного слоя, смежного соответствующему скрайбу для разделения элементов. В пакете тонкопленочных слоев между каждым скрайбом для разделения элементов и соответствующим ему вторым скрайбом для изоляции электроконтактного слоя образуют сквозной скрайб. В каждый скрайб для разделения элементов наносят изолирующие чернила, и в каждый сквозной скрайб наносят проводящие чернила с образованием перемычки. Проводящие чернила также наносят вдоль верхней поверхности пакета тонкопленочных слоев с образованием по меньшей мере одной проводящей сетки.

Нанесение изолирующих чернил и проводящих чернил в соответствующие скрайбы по рисунку, который по существу определяется размерами линии струйной печати, является причиной того, что часть области фотоэлектрических элементов становится затененной и превращается в мертвую зону, которая уменьшает эффективность фотоэлектрических элементов. Кроме того, чтобы получить контакт между смежными элементами, выравнивание сквозного скрайба относительно изолирующих скрайбов и области проводящих чернил, расположенной для образования перемычки между смежными элементами, должно быть достаточно точным.

Сущность изобретения

Цель изобретения состоит в том, чтобы преодолеть один или более недостатков предшествующего уровня техники.

Цель достигается с помощью способа изготовления устройства тонкопленочных солнечных элементов для батареи тонкопленочных солнечных элементов, причем способ содержит: обеспечение подложки; создание на поверхности подложки пакета слоев, при этом пакет слоев содержит нижний электродный слой, фотоактивный слой и верхний электродный слой, причем нижний электродный слой расположен на поверхности подложки, фотоактивный слой расположен на нижнем электродном слое, верхний электродный слой расположен на фотоактивном слое; и создание изолирующего слоя, расположенного на верхнем электродном слое; создание в изолирующем слое и пакете слоев первой канавки, которая простирается до поверхности подложки; создание в изолирующем слое и пакете слоев, с первой стороны от первой канавки, второй канавки, простирающейся ниже верхнего электродного слоя в фотоактивный слой; причем вторую канавку разносят от первой канавки на первое расстояние в первом направлении; заполнение первой и второй канавок изолирующим материалом; создание в изолирующем слое и пакете слоев третьей канавки, расположенной между первой заполненной канавкой и второй заполненной канавкой, при этом третья канавка простирается в нижний электродный слой таким образом, что нижний электродный слой открывается; создание четвертой канавки со второй стороны от первой канавки, противоположной первой стороне, при этом четвертая канавка простирается через изолирующий слой в верхний электродный слой таким образом, что верхний электродный слой открывается; заполнение третьей и четвертой канавок проводящим материалом и создание на верху изолирующего слоя между верхней частью третьей заполненной канавки и верхней частью четвертой заполненной канавки мостикового элемента из проводящего материала, причем мостиковый элемент пересекает первую заполненную канавку.

Изобретение содержит то, что внутреннее межсоединение выполняют с помощью комбинации аддитивного и субтрактивного процессов, которые создают последовательное межсоединение между смежными тонкопленочными солнечными элементами за один этап. Чтобы усовершенствовать выравнивание при одновременном достижении существенного уменьшения фотонеактивной области (мертвой зоны), процессы объединяют в оптимальном порядке. У межсоединения можно выделить две функции. Первая - изоляция заднего электрода от последовательного соединения и соединение как таковое.

За счет создания изолирующего слоя в многослойном фотоэлектрическом пакете (верхний электрод, фотоактивный слой и нижний электрод) и за счет добавления скрайба в виде четвертой канавки через изолирующий слой, аддитивный способ струйной печати применяется вместе с субтрактивным способом лазерной абляции таким образом, чтобы оба способа могли интегрироваться с более низкой точностью (повышение выхода продукции) и меньшими мертвыми зонами (повышение качества модулей).

Структуру четырех канавок, полученных скрайбированием согласно изобретению, легче напечатать, поскольку проводящее соединение определяется позицией третьей канавки и четвертой канавки, а не размерами линии струйной печати. При условии, что линия струйной печати покрывает как третью канавку, так и четвертую канавку, между смежными тонкопленочными солнечными элементами будет иметь место межсоединение.

Согласно аспекту изобретения цель достигается с помощью способа изготовления панели тонкопленочных солнечных элементов, содержащего: обеспечение подложки; создание на поверхности подложки пакета слоев, содержащего нижний электродный слой, фотоактивный слой и верхний электродный слой; причем нижний электродный слой расположен на поверхности подложки, фотоактивный слой расположен на нижнем электродном слое и верхний электродный слой расположен на фотоактивном слое; создание в пакете слоев первой канавки, которая простирается до поверхности подложки; создание в пакете слоев, с первой стороны от первой канавки, второй канавки, которая простирается ниже верхнего электродного слоя в фотоактивный слой; причем вторую канавку разносят от первой канавки на первое расстояние в первом направлении; создание локального изолирующего слоя выше первой и второй канавки таким образом, что первая и вторая канавки заполняются материалом изолирующего слоя и что локальный изолирующий слой закрывает первую и вторую заполненные канавки и простирается поперечно вдоль участка верхнего электродного слоя в по меньшей мере первом и втором направлении; создание в локальном изолирующем слое и пакете слоев третьей канавки, расположенной между первой заполненной канавкой и второй заполненной канавкой, причем третья канавка простирается до нижнего электродного слоя таким образом, что нижний электродный слой открывается; создание в локальном изолирующем слое, со второй стороны от первой канавки, противоположной первой стороне, четвертой канавки, простирающейся до верхнего электродного слоя, таким образом, что верхний электродный слой открывается; заполнение третьей и четвертой канавок проводящим материалом и создание на локальном изолирующем слое между верхней частью третьей заполненной канавки и верхней частью четвертой заполненной канавки мостикового элемента из проводящего материала, пересекающего первую заполненную канавку.

В соответствии с этим альтернативным способом согласно изобретения изолирующий слой создают во время формирования изоляции в первой и второй канавках в виде локального защитного слоя, который покрывает заполненные первую и вторую канавки и простирается поверх части каждого из двух тонкопленочных солнечных элементов, которые соединены друг с другом согласно способу.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором создание первой, второй, третьей или четвертой канавки осуществляют путем аблятивного лазерного скрайбирования.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором заполнение первой и второй канавки изолирующим материалом содержит нанесение печатью чернил, содержащих изолирующий материал, в местоположении первой и второй канавок и последующее отверждение нанесенных печатью чернил.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором создание локального изолирующего слоя содержит нанесение печатью чернил, содержащих изолирующий материал, в форме такого локального изолирующего слоя и последующее отверждение нанесенных печатью чернил.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором создание локального изолирующего слоя содержит этап заполнения первой и второй канавок изолирующим материалом.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором созданный изолирующий слой или созданный локальный изолирующий слой является по существу сплошным и непрерывным.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором заполнение третьей и четвертой канавок содержит один этап заполнения, выбранный из: нанесения печатью чернил, содержащих проводящий материал, нанесение краски, содержащей проводящий материал, через щелевую головку и распыление чернил, содержащих проводящий материал, причем за упомянутым выбранным этапом заполнения следует отверждение чернил или краски.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором создание мостикового элемента содержит один этап создания, выбранный из: нанесения печатью чернил, содержащих проводящий материал, нанесение краски, содержащей проводящий материал, через щелевую головку и распыление чернил, содержащих проводящий материал, причем за упомянутым выбранным этапом создания следует отверждение чернил или краски.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором изготовление осуществляют согласно технологии с рулона-на-рулон.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором создание изолирующего слоя осуществляют с помощью процесса осаждения или процесса формирования, предназначенного для создания сплошного и непрерывного слоя изолятора.

Такой слой можно наносить, например, с помощью струйной печати, атомно-слоевого осаждения, дозированного распыления, печати, нанесения покрытия или нанесения ламинирующей фольги, или с помощью другого метода, известного в данной области техники.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором создание первой канавки и второй канавки осуществляют за счет выполнения пары скрайбов параллельными лазерными лучами.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором создание третьей канавки и четвертой канавки осуществляют за счет выполнения второй пары скрайбов параллельными лазерными лучами.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором четвертую канавку выполняют имеющей гребенчатую структуру с пальцами, простирающимися поверх изолирующего слоя или локальной изолирующей структуры в сторону, противоположную позиции первого изолирующего тела, и заполняя гребенчатую четвертую канавку с получением гребенчатой структуры второго проводящего тела.

Согласно одному аспекту изобретение относится к описанному выше способу, в котором мостиковый элемент имеет гребенчатую структуру, подобную гребенчатой структуре четвертых канавок или структуре второго проводящего тела.

Изобретение также относится к устройству тонкопленочных солнечных элементов, содержащих подложку и батарею тонкопленочных солнечных элементов, расположенных на упомянутой подложке; причем каждый тонкопленочный солнечный элемент имеет слоистую структуру пакета, содержащую нижний электродный слой, фотоактивный слой, верхний электродный слой и изолирующий слой, причем нижний электродный слой расположен на поверхности подложки, фотоактивный слой расположен на нижнем электродном слое, верхний электродный слой расположен на фотоактивном слое и изолирующий слой расположен на верхнем электродном слое, при этом первый тонкопленочный солнечный элемент и второй тонкопленочный солнечный элемент, смежный с первым тонкопленочным солнечным элементом в первом направлении, разделены первой канавкой и второй канавкой; причем вторая канавка параллельна первой канавке и находится с первой стороны от первой канавки и на первом расстоянии от первой канавки; первая канавка простирается в пакете слоев до поверхности подложки и заполнена изолирующим материалом; вторая канавка простирается в пакете слоев ниже верхнего электродного слоя в фотоактивный слой и заполнена изолирующим материалом; третья канавка расположена между первой и второй канавкой и простирается в пакете слоев до нижнего электродного слоя таким образом, что нижний электродный слой открыт, причем третья канавка заполнена проводящим материалом; четвертая канавка расположена со второй стороны от первой канавки, противоположной первой стороне, и простирается через изолирующий слой до верхнего электродного слоя таким образом, что верхний электродный слой открыт, причем четвертая канавка заполнена проводящим материалом, и между верхней частью третьей заполненной канавки и верхней частью четвертой заполненной канавки находится мостиковый элемент из проводящего материала, причем мостиковый элемент пересекает первую заполненную канавку.

Согласно одному аспекту изобретение относится к устройству тонкопленочных солнечных элементов, которое описано выше, в котором изолирующий слой представляет собой локальный изолирующий слой, который закрывает первую и вторую канавки и простирается поперечно вдоль части верхнего электродного слоя в по меньшей мере первом и втором направлении, противоположном первому направлению.

Согласно одному аспекту изобретение относится к устройству тонкопленочных солнечных элементов, которое описано выше, в котором подложку выбирают из группы, содержащей термопластичную фольгу, пленку или пластинку из полиэтилентерефталата (PET), пленку или пластинку из полиэтиленнафталата (PEN), стеклянную подложку, металлическую подложку с изоляционным поверхностным слоем и керамическую подложку.

Согласно одному аспекту изобретение относится к устройству тонкопленочных солнечных элементов, которое описано выше, в котором фотоактивный слой выбирают из группы, содержащей тонкопленочный кремний, (ди)селенид меди-индия-галлия (CIGS), теллурид кадмия CdTe, органический фотоэлектрический материал OPV и перовскит.

Согласно одному аспекту изобретение относится к устройству тонкопленочных солнечных элементов, которое описано выше, в котором по меньшей мере один из верхнего электрода и нижнего электрода содержит прозрачный проводящий оксид.

Согласно одному аспекту изобретение относится к устройству тонкопленочных солнечных элементов, которое описано выше, в котором толщина прозрачного проводящего оксида упомянутого по меньшей мере одного из верхнего электрода и нижнего электрода составляет примерно 1 мкм.

Согласно одному аспекту изобретение относится к устройству тонкопленочных солнечных элементов, которое описано выше, в котором толщина изолирующего слоя или локального изолирующего слоя в слоистой структуре пакета составляет примерно от 100 нм до примерно 4 мкм.

Согласно одному аспекту изобретение относится к устройству тонкопленочных солнечных элементов, которое описано выше, в котором заполненная четвертая канавка имеет гребенчатую структуру с пальцами, простирающимися поверх изолирующего слоя или локальной изолирующей структуры в сторону, противоположную позиции первой изолирующей канавки, и мостиковый элемент имеет гребенчатую структуру, покрывающую гребенчатую структуру заполненной четвертой канавки.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение будет объяснено более подробно со ссылкой на чертежи, на которых показаны иллюстративные варианты осуществления изобретения. Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что могут быть предложены и реализованы на практике другие альтернативные и эквивалентные варианты осуществления изобретения без отступления от истинной сущности изобретения, при этом объем изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения.

Фигура 1 показывает сечение пакета слоев на подложке на этапе процесса формирования тонкопленочной солнечной панели согласно варианту осуществления изобретения;

Фигуре 2 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно дополнительному этапу способа;

Фигуре 3 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно следующему этапу способа;

Фигуре 4 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно следующему этапу способа;

Фигуре 5 показывает сечение пакета слоев на подложке на этапе процесса формирования тонкопленочной солнечной панели согласно варианту осуществления изобретения;

Фигуре 6 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно дополнительному этапу способа;

Фигуре 7 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно следующего этапа способа;

Фигуре 8 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно следующего этапа способа;

Фигуре 9 показывает вид сверху пакета слоев согласно варианту осуществления изобретения.

Описание вариантов осуществления

Фигура 1 показывает сечение пакета слоев на подложке на этапе процесса формирования устройства тонкопленочных солнечных элементов согласно варианту осуществления изобретения.

Изготавливают пакет слоев 6, 7, 8, 9 на подложке 5 путем нанесения (осаждения) отдельных слоев в последовательности.

Сначала на подложке 5 создают нижний электродный слой подходящим процессом осаждения или нанесения покрытия.

Затем на нижнем электродном слое 6 формируют фотоактивный слой 7. Фотоактивный слой 7 покрывают верхним электродным слоем 8.

Нижний электродный слой 6, фотоактивный слой 7 и верхний электродный слой 8 образуют пакет слоев, который способен генерировать электрическую энергию под действием излучения от такого источника, как солнце, причем эта компоновка слоев 6, 7, 8 дополнительно упоминается как активный пакет слоев 6, 7, 8.

На верхнем электродном слое 8 образуют изолирующий слой 9. В варианте осуществления изолирующий слой после изготовления является сплошным и непрерывным. Предпочтительно изолирующий слой 9 по существу не содержит точечных дефектов.

Кроме того, изолирующий слой 9 должен быть по возможности максимально тонким и адгезивным по отношению к верхнему электродному слою 8.

Из компонентов активного пакета слоев 6, 7, 8 и изолирующего слоя 9 по меньшей мере изолирующий слой 9 и верхний электродный слой 8 являются (полу)прозрачными, обеспечивая возможность падающему световому потоку проходить через эти слои и достигать фотоактивного слоя 7.

В варианте осуществления подложка 5 и нижний электродный слой 6 также являются (полу)прозрачными.

Подложка 5 может представлять собой гибкий слой, такой как фольга. Альтернативно подложка 5 может представлять собой жесткую пластину, такую как стеклопанель.

Фигура 2 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно дополнительному этапу способа.

На дополнительном этапе в активном пакете слоев 6, 7, 8 и изолирующем слое 9 создают рисунок из первого и второго изолирующих тел 10, 11.

Изолирующие тела 10, 11 обычно образуют с помощью процесса селективной лазерной абляции (также известного как процесс лазерного скрайбирования), при котором в активном пакете слоев формируют рисунок из первой и второй канавок (скрайбов), с последующим процессом нанесения (осаждения) в первую и вторую канавки изолирующих тел 10, 11.

Первую и вторую канавки формируют рисунком в соответствии с контурами фотоэлектрических элементов, подлежащих формированию в пакете слоев.

Первую канавку 10A формируют имеющей глубину в изолирующем слое 9 и пакете слоев 6, 7, 8, которая простирается до поверхности подложки 5. Таким образом, первая канавка 10A обеспечивает электрическое разъединение материалов активного пакета слоев с одной стороны от канавки и материала активного пакета слоев с другой стороны от первой канавки. При этом изолирующее тело 10 в первых канавках обеспечивает прерывание всех слоев в активном пакете слоев с полной изоляцией между двумя сторонами A, B первой канавки/изолирующего тела 10.

С первой стороны A от первого изолирующего тела 10 на некотором расстоянии от него в изолирующем слое 9 и пакете слоев формируют вторую канавку 11A/изолирующее тело 11 таким образом, что глубина второй канавки простирается ниже верхнего электродного слоя 8 в фотоактивный слоя 7 таким образом, что часть фотоактивного слоя ниже второй канавки 11A и нижний электродный слой 6 остаются в наличии или нетронутыми.

При этом во второй канавке 11A размещают изолирующее тело 11 для обеспечения прерывания изолирующего слоя 9 и верхнего электродного слоя 8 в пакете слоев и частичного прерывания фотоактивного слоя 7. Нижний электродный слой 6 не подвергается влиянию второй канавки.

В конечном счете, каждую из первой и второй канавок 10A, 11A заполняют изолирующим материалом для образования первого и второго изолирующих тел 10, 11 соответственно.

Изолирующие тела 10, 11 можно формировать путем струйной печати, при которой в первую и вторую канавки путем струйной печати наносят изолирующие чернила. Альтернативно можно применять нанесение краски через щелевую головку или распыление.

Фигура 3 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно следующему этапу способа.

На следующем этапе создают третью и четвертую канавки 12, 13 предпочтительно с помощью процесса селективной лазерной абляции.

В предпочтительном варианте осуществления третью и четвертую канавки 12, 13 формируют с помощью процесса одновременного лазерного скрайбирования.

Одновременное лазерное скрайбирование можно осуществлять путем создания третьей и четвертой канавок одновременно с помощью двух отдельных лазерных лучей, расположенных на заданном расстоянии друг от друга.

Третью канавку формируют имеющей глубину, которая простирается от поверхности изолирующего слоя 9 до нижнего электродного слоя 6 или в него.

Третья канавка 12 расположена между первой канавкой 10A, удерживающей первое изолирующее тело 10, и второй канавкой 11A, удерживающей второе изолирующее тело 11.

Четвертая канавка 13 по отношению к положению третьей канавки 12 расположена с противоположной стороны В от первой канавки.

Четвертую канавку 13 формируют имеющей глубину, которая простирается от поверхности изолирующего слоя 9 до верхнего электродного слоя 8 или в верхний электродный слой 8.

Фигура 4 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно следующему этапу способа.

На данном этапе способа третью и четвертую канавки 12, 13 заполняют проводящим материалом предпочтительно с помощью процесса струйной печати. В третьей канавке 12 формируют первое проводящее тело 14, которое контактирует с нижним электродным слоем 6. В четвертой канавке 13 формируют второе проводящее тело 15, которое контактирует с верхним электродным слоем 8.

Затем создают мостиковый элемент 16 из проводящего материала путем печати с применением проводящих чернил (струйное заполнение чернилами), при этом мостиковый элемент образует мостиковое соединение между первым проводящим телом 14 и вторым проводящим телом 15. Мостиковый элемент 16 простирается поперечно от первого проводящего тела 14 в третьей канавке 12 до второго проводящего тела 15 в четвертой канавке 13 и пересекает первое изолирующее тело 10, находящееся в первой канавке 10A. Дополнительно мостиковый элемент 16 изолирован от пакета слоев 6, 7, 8 участками изолирующего слоя 9.

Структуру этих четырех скрайбов (первой, второй, третьей и четвертой канавок 10A, 11A, 12, 13), которая создана с помощью процессов формирования канавок (лазерных абляций), легче напечатать, поскольку проводящее соединение определяется позицией первого и второго проводящих тел, а не размерами линии печати или струйной печати. При условии, что линия печати или линия струйной печати покрывает как первое, так и второе проводящие тела, имеет место межсоединение.

В варианте осуществления для способствования самовыравнивания мостикового элемента 16, который создан с применением чернил, изолирующую поверхностную область 20 между первым и вторым проводящими телами можно локально модифицировать для способствования адгезии чернил и улучшению капиллярного потока чернил.

Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что для минимизации мертвой зоны, то есть зоны без фотоактивности или с пониженной фотоактивностью, первое проводящее тело 14 следует помещать в промежуток с расстоянием между первым изолирующим телом 10 и вторым изолирующим телом 11, которое выполняют минимальным.

Фигура 5 показывает сечение пакета слоев на подложке на этапе процесса формирования тонкопленочной солнечной панели согласно варианту осуществления изобретения.

На подложке 25 изготавливают пакет слоев 6, 7, 8 путем нанесения отдельных слоев в определенной последовательности.

Сначала на подложке 25 создают нижний электродный слой 6 с помощью подходящего процесса осаждения или нанесения покрытия.

Затем на нижнем электродном слое 6 формируют фотоактивный слой 7. Фотоактивный слой 7 покрывают верхним электродным слоем 8.

Нижний электродный слой 6, фотоактивный слой 7 и верхний электродный слой 8 образуют активный пакет слоев 6, 7, 8, как объяснялось со ссылкой на фигуру 1.

Фигура 6 показывает сечение пакета слоев на подложке 25 согласно дополнительному этапу способа.

На дополнительном этапе в активном пакете слоев 6, 7, 8 создают рисунок первой и второй канавок 10, 11.

Изолирующие канавки 10A, 11A обычно образуют с помощью процесса селективной лазерной абляции, при котором в активном пакете слоев 6, 7, 8 образуют рисунок первой и второй канавок 10A, 11A (скрайбов).

Первую и вторую канавки 10A, 11A формируют рисунком (структурируют) в соответствии с контурами фотоэлектрических элементов, которые подлежат формированию в пакете слоев.

Первую канавку 10A в активном пакете слоев 6, 7, 8 образуют имеющей глубину, которая простирается до поверхности подложки 25. Таким образом первая канавка 10A обеспечивает электрическое разъединение материалов активного пакета слоев с одной стороны A от первой канавки 10A и материала активного пакета слоев с другой стороны B от первой канавки 10A. При этом первая канавка 10A обеспечивает прерывание всех слоев 6, 7, 8 в активном пакете слоев с полной изоляцией между двумя сторонами A, B от первой канавки 10A.

С первой стороны A от первой канавки 10A на некотором расстоянии от нее в активном пакете слоев создают вторую канавку 11A таким образом, что глубина второй канавки 11A простирается ниже верхнего электродного слоя 8 в фотоактивный слой 7 таким образом, что часть фотоактивного слоя ниже второй канавки 11A и нижний электродный слой 6 остаются в наличии или нетронутыми.

Затем из изолирующего материала 18 формируют локальную изолирующую структуру 17. Локальную изолирующую структуру 17 создают выше первой и второй канавок 10A, 11A таким образом, что первая и вторая канавки 10A, 11A заполняются материалом локальной изолирующей структуры 17. Локальная изолирующая структура 17 содержит центральный участок 19 слоя и две выступающие боковые части 191, 192.

Между первой и второй заполненными канавками 10A, 11A центральный участок 19 слоя локальной изолирующей структуры 17 покрывает и соединяет первую и вторую заполненные канавки 10, 11 и две выступающие части 191, 192.

Первая выступающая часть в виде первого участка 191 слоя простирается поперечно вдоль первого участка верхнего электродного слоя 8 от первой канавки в первом направлении D1, которое относительно позиции второй канавки направлено в сторону, противоположную второй канавке.

Вторая выступающая часть в виде второго участка 192 слоя простирается поперечно вдоль второго участка верхнего электродного слоя 8 от второй канавки во втором направлении D2, противоположном первому направлению D1, в сторону, противоположную первой канавке.

Локальное изолирующее тело 17 можно создавать путем (струйной) печати с применением изолирующего материала в виде чернил. Альтернативные способы формирования локального изолирующего тела включают в себя способы нанесения покрытия через щелевую головку и распыление.

Материал 18 локальной изолирующей структуры может представлять собой (полу)прозрачный материал или может представлять собой непрозрачный материал. В последнем случае следует принимать во внимание, что области поверхности, занятой участком слоя локальной изолирующей структуры, придают такие размеры, чтобы иметь минимальную мертвую зону или неактивную область, покрытую непрозрачным материалом.

Фигура 7 показывает сечение пакета слоев на подложке согласно следующему этапу способа.

На следующем этапе на верху локальной изолирующей структуры формируют соединяющий элемент 14, 15, 16.

Сначала создают третью и четвертую канавки 12, 13 на участках 19, 191, 192 слоя локальной изолирующей структуры и в активном пакете слоев 6, 7, 8, предпочтительно с помощью процесса селективной лазерной абляции.

Третью канавку 12 образуют имеющей глубину, которая простирается от верхней поверхности локальной изолирующей структуры до нижнего электродного слоя 6 или в него.

Третья канавка 12 расположена между первой канавкой 10, удерживающей первое изолирующее тело 10, и второй канавкой 11, удерживающей второе изолирующее тело 11.

Относительно позиции третьей канавки 12 (со стороны A) четвертая канавка 13 расположена с противоположной стороны (со стороны B) от первой канавки 10.

Четвертую канавку 13 формируют имеющей глубину, которая простирается от поверхности локальной изолирующей структуры до верхнего электродного слоя 8 или в верхний электродный слой.

Затем заполняют третью и четвертую канавки 12, 13 проводящим материалом предпочтительно процессом струйной печати. В третьей канавке формируют первое проводящее тело 14, которое контактирует с нижним электродным слоем 6. В четвертой канавке 13 формируют второе проводящее тело 15, которое контактирует с верхним электродным слоем 8.

На том же самом этапе печати создают мостиковый элемент 16 из проводящего материала путем печати проводящими чернилами (струйное заполнение чернилами). Альтернативно мостиковый элемент создают на отдельном последующем этапе, который может включать в себя (струйную) печать, нанесение покрытия через щелевую головку или распыление.

Мостиковый элемент 16 образует мостиковое соединение между первым проводящим телом 14 и вторым проводящим телом 15. Мостиковый элемент 16 простирается поперечно от первого проводящего тела 14 в третьей канавке 12 до второго проводящего тела 15 в четвертой канавке 13 и пересекает первое изолирующее тело 10, расположенное в первой канавке 10A. Дополнительно, мостиковый элемент 16 изолирован от пакета слоев участками 191, 19, 192 слоя локальной изолирующей структуры 17.

Как показано на фигуре 7, первое проводящее тело 14 (то есть третья канавка 12) расположено между первым и вторым изолирующими телами 10, 11 (то есть первой и второй канавками 10A, 11A) с промежуточными участками активного пакета слоев между первым проводящим телом 14 и первым изолирующим телом 10 и между первым проводящим телом 14 и вторым изолирующим телом 11, соответственно. Такие промежуточные участки представляют собой по существу мертвые зоны или неактивные области, как должно быть ясно специалисту в данной области техники. Однако мертвые зоны или неактивную область можно минимизировать, как показано на фигуре 8.

Фигура 8 показывает сечение пакета слоев на подложке 35 согласно альтернативному варианту осуществления изобретения. В этом варианте осуществления промежуток X между первой и второй канавками 10A, 11A (первым и вторым изолирующими телами 10, 11) минимизируют таким образом, что размер промежутка X соответствует размеру третьей канавки 12 в том же направлении. Таким образом, первое проводящее тело 14 в третьей канавке 12 с одной стороны граничит с первым изолирующим телом 10 в первой канавке 10A, и с другой стороны граничит со вторым изолирующим телом 11 во второй канавке 11A.

Соответственно область, занятая частью структуры межсоединения, которая содержит первое и второе изолирующие тела 10, 11 и первое проводящее тело 14, уменьшается до минимально занимаемой площади общей фотоактивной области.

Кроме того, позицию второго проводящего тела 15 (то есть четвертой канавки 14), которое расположено относительно позиции первого проводящего тела 14 с противоположной стороны от первого изолирующего тела 10, можно расположить таким образом, чтобы оптимально уменьшить затенение фотоактивной области мостиковым элементом 16. Соответственно можно рассчитать длину мостикового элемента 16 от первого проводящего тела 14 до второго проводящего тела 15.

Со ссылкой на вариант осуществления изобретения по фигурам 5-8, структуру этих четырех скрайбов (первая, вторая, третья и четвертая канавки), которая созданы с помощью процессов формирования канавок (лазерных абляций), легче напечатать, поскольку проводящее соединение определяется позицией первого и второго проводящих тел, а не размерами линии печати или струйной печати. При условии, что линия печати или линия струйной печати покрывает как первое, так и второе проводящие тела, имеет место межсоединение.

Фигура 9 показывает вид сверху пакета слоев согласно варианту осуществления изобретения. Согласно варианта осуществления мостиковый элемент 16 выполнен в виде гребенчатой структуры, содержащей продолговатую основу 16a (т.е. по существу над первым изолирующим телом 10, первым проводящим телом 14 и промежуточной областью между первым изолирующим телом 10 и первым проводящим телом 14) и пальцы 16b для укрепления структуры электродного слоя путем локального присоединения к электродному слою через межслойное соединение или канавку 13.

Пальцы 16b мостикового элемента 16 простираются поверх изолирующего слоя 9 или локальной изолирующей структуры 19 на стороне второго проводящего тела 15 (и четвертой канавки 13) в сторону, противоположную первой канавке 10A.

Четвертая канавка 13 выполнена имеющей гребенчатую структуру, подобную гребенчатой структуре мостикового элемента 16, с подобным шагом между своими пальцами и подобной длиной своих пальцев, как у пальцев мостикового элемента 16.

Следует отметить, что гребенчатый мостиковый элемент 16 и гребенчатое второе проводящее тело 15 можно формировать с относительной легкостью путем печатания проводящими чернилами только участка мостикового элемента 16, то есть участка основы 16a. Оставшуюся часть гребенчатого мостикового элемента 16b и гребенчатое второе проводящее тело 15 образуют путем протекания проводящих чернил по пальцам четвертой канавки 13 от печатаемого участка 16a к оставшейся части 16b.

В соответствии со способом по изобретению можно изготавливать устройство или панель тонкопленочных солнечных элементов. Такое устройство тонкопленочных солнечных элементов содержит подложку и батарею тонкопленочных солнечных элементов, расположенную на упомянутой подложке. Каждый тонкопленочный солнечный элемент представляет собой слоистую структуру пакета с нижним электродным слоем, фотоактивным слоем, верхним электродным слоем и изолирующим слоем. Нижний электродный слой расположен на поверхности подложки, фотоактивный слой расположен на нижнем электродном слое, верхний электродный слой расположен на фотоактивном слое и изолирующий слой расположен на верхнем электродном слое. Первый тонкопленочный солнечный элемент и второй тонкопленочный солнечный элемент, который является смежным с первым тонкопленочным солнечным элементом, в первом направлении отделяют друг от друга первой канавкой и второй канавкой.

Вторая канавка параллельна первой канавке и находится с первой стороны от первой канавки и на первом расстоянии от первой канавки. Первая канавка простирается в пакете слоев до поверхности подложки и заполнена изолирующим материалом. Вторая канавка простирается в пакете слоев ниже верхнего электродного слоя в фотоактивный слой и также заполнена изолирующим материалом. Третья канавка расположена между первой и второй канавкой и простирается в пакете слоев до нижнего электродного слоя. Третья канавка заполнена проводящим материалом. Четвертая канавка расположена со второй стороны от первой канавки, противоположной первой стороне, и простирается до верхнего электродного слоя. Четвертая канавка также заполнена проводящим материалом. Мостиковый элемент из проводящего материала расположен между верхней частью третьей заполненной канавки и верхней частью четвертой заполненной канавки таким образом, что мостиковый элемент пересекает первую заполненную канавку.

В варианте осуществления подложку устройства тонкопленочных солнечных элементов выбирают из группы, содержащей термопластичную фольгу, пленку или пластинку из полиэтилентерефталата (PET), пленку или пластинку из полиэтиленнафталата (PEN), стеклянную подложку, изолированную металлическую пластинку или пластинчатый элемент, или слой и керамическую подложку.

В варианте осуществления фотоактивный слой устройства тонкопленочных солнечных элементов выбирают из группы, содержащей тонкопленочный кремний, (ди)селенид меди-индия-галлия (CIGS), теллурид кадмия CdTe, органический фотоэлектрический материал OPV и перовскит.

В варианте осуществления по меньшей мере один из верхнего электрода и нижнего электрода тонкопленочной солнечной панели содержит прозрачный проводящий оксид.

В варианте осуществления устройства тонкого (тонкопленочного) солнечного элемента толщина прозрачного проводящего оксида по меньшей мере одного из верхнего электрода и нижнего электрода составляет примерно 1 мкм.

В варианте осуществления тонкой (тонкопленочной) солнечной панели толщина изолирующего слоя или локального изолирующего слоя составляет примерно от 100 нм до примерно 4 мкм.

Изобретение описано со ссылкой на некоторые конкретные варианты осуществления. После прочтения и осмысления предыдущего подробного описания возникнут другие очевидные модификации и изменения. Предполагается, что изобретение должно рассматриваться как охватывающее все такие модификации и изменения, если они находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Устройство солнечных элементов с батареей тонкопленочных солнечных элементов на подложке (5) выполнено так, что каждый солнечный элемент сформирован слоями, представляющими собой нижний электрод (6), фотоактивный слой (7), верхний электрод (8) и изолирующий слой (9). Первый солнечный элемент и смежный второй солнечный элемент разделяют первой канавкой (10А) и второй канавкой (11А), параллельной первой канавке и расположенной с первой стороны. Первую и вторую канавки заполняют изолирующим материалом. Первая канавка простирается до подложки. Вторая канавка простирается ниже верхнего электрода в фотоактивный слой. Третья канавка (12), простирающаяся до нижнего электрода, находится между первой и второй канавками. Четвертая канавка (13), простирающаяся до верхнего электрода, находится со второй стороны от первой канавки. Третью и четвертую канавки заполняют проводящим материалом. Проводящий мостик (16) соединяет третью канавку и четвертую канавку через первую канавку. Изобретение обеспечивает возможность повышения эффективности фотопреобразования. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ изготовления устройства тонкопленочных солнечных элементов с батареей тонкопленочных солнечных элементов, содержащий:

обеспечение подложки;

создание на поверхности подложки пакета слоев, содержащего нижний электродный слой, фотоактивный слой и верхний электродный слой, причем нижний электродный слой расположен на поверхности подложки, фотоактивный слой расположен на нижнем электродном слое, верхний электродный слой расположен на фотоактивном слое, и

создание изолирующего слоя, расположенного на верхнем электродном слое;

создание в изолирующем слое и пакете слоев первой канавки, которая простирается до поверхности подложки;

создание в изолирующем слое и пакете слоев, с первой стороны от первой канавки, второй канавки, которая простирается ниже верхнего электродного слоя в фотоактивный слой, причем вторую канавку разносят от первой канавки на первое расстояние в первом направлении;

заполнение первой и второй канавок изолирующим материалом;

создание в изолирующем слое и пакете слоев третьей канавки, расположенной между первой заполненной канавкой и второй заполненной канавкой, причем третья канавка простирается в нижний электродный слой таким образом, что нижний электродный слой открывается;

создание со второй стороны от первой канавки, противоположной первой стороне, четвертой канавки, простирающейся через изолирующий слой в верхний электродный слой таким образом, что верхний электродный слой открывается;

заполнение третьей и четвертой канавок проводящим материалом; и

создание наверху изолирующего слоя между верхней частью третьей заполненной канавки и верхней частью четвертой заполненной канавки мостикового элемента из проводящего материала, пересекающего первую заполненную канавку.

2. Способ изготовления панели тонкопленочных солнечных элементов, содержащий:

обеспечение подложки;

создание на поверхности подложки пакета слоев, содержащего нижний электродный слой, фотоактивный слой и верхний электродный слой, причем нижний электродный слой расположен на поверхности подложки, фотоактивный слой расположен на нижнем электродном слое и верхний электродный слой расположен на фотоактивном слое;

создание в пакете слоев первой канавки, которая простирается до поверхности подложки;

создание в пакете слоев, с первой стороны от первой канавки, второй канавки, которая простирается ниже верхнего электродного слоя в фотоактивный слой, при этом вторую канавку разносят от первой канавки на первое расстояние в первом направлении;

создание локального изолирующего слоя поверх первой и второй канавок таким образом, что первая и вторая канавки заполняются материалом изолирующего слоя и что локальный изолирующий слой покрывает первую и вторую заполненные канавки и простирается поперечно вдоль участка верхнего электродного слоя в по меньшей мере первом и втором направлении;

создание в локальном изолирующем слое и пакете слоев третьей канавки, расположенной между первой заполненной канавкой и второй заполненной канавкой, причем третья канавка простирается до нижнего электродного слоя таким образом, что нижний электродный слой открывается;

создание в локальном изолирующем слое со второй стороны от первой канавки, противоположной первой стороне, четвертой канавки, простирающейся до верхнего электродного слоя таким образом, что верхний электродный слой открывается;

заполнение третьей и четвертой канавок проводящим материалом; и

создание на локальном изолирующем слое между верхней частью третьей заполненной канавки и верхней частью четвертой заполненной канавки мостикового элемента из проводящего материала, пересекающего первую заполненную канавку.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором создание первой, второй, третьей или четвертой канавок осуществляют путем аблятивного лазерного скрайбирования.

4. Способ по п. 1 или 2, в котором заполнение первой и второй канавок изолирующим материалом содержит нанесение печатью чернил, содержащих изолирующий материал, в местоположении первой и второй канавок и последующее отверждение нанесенных печатью чернил.

5. Способ по п. 2, в котором создание локального изолирующего слоя содержит нанесение печатью чернил, содержащих изолирующий материал, в форме такого локального изолирующего слоя и последующее отверждение нанесенных печатью чернил.

6. Способ по п. 4, в котором создание локального изолирующего слоя содержит этап заполнения первой и второй канавок изолирующим материалом.

7. Способ по п. 5, в котором создание локального изолирующего слоя содержит этап заполнения первой и второй канавок изолирующим материалом.

8. Способ по п. 1 или 2, в котором созданный изолирующий слой или созданный локальный изолирующий слой является по существу сплошным и непрерывным.

9. Способ по п. 1 или 2, в котором заполнение третьей и четвертой канавок содержит один этап заполнения, выбранный из: нанесения печатью чернил, содержащих проводящий материал, окрашивания краской, содержащей проводящий материал, через щелевую головку и распыления чернил, содержащих проводящий материал, причем за упомянутым выбранным этапом заполнения следует отверждение чернил или краски.

10. Способ по п. 9, в котором создание мостикового элемента содержит один этап создания, выбранный из:

нанесения печатью чернил, содержащих проводящий материал, окрашивания краской, содержащей проводящий материал, через щелевую головку и распыления чернил, содержащих проводящий материал, причем за упомянутым выбранным этапом создания следует отверждение чернил или краски.

11. Способ по п. 1 или 2, в котором изготовление осуществляют по технологии с рулона на рулон.

12. Способ по п. 1 или 2, в котором создание изолирующего слоя осуществляют с помощью процесса осаждения или процесса формирования, предназначенных для создания сплошного и непрерывного слоя изолятора.

13. Способ по п. 1 или 2, в котором создание первой канавки и второй канавки осуществляют за счет выполнения пары скрайбов параллельными лазерными лучами.

14. Способ по п. 1 или 2, в котором создание третьей канавки и четвертой канавки осуществляют за счет выполнения второй пары скрайбов параллельными лазерными лучами.

15. Способ по п. 1 или 2, в котором четвертую канавку выполняют имеющей гребенчатую структуру с пальцами, простирающимися поверх изолирующего слоя или локальной изолирующей структуры в сторону, противоположную позиции первого изолирующего тела, и заполняя гребенчатую четвертую канавку с получением гребенчатой структуры второго проводящего тела.

16. Способ по п. 15, в котором мостиковый элемент имеет гребенчатую структуру, подобную гребенчатой структуре четвертой канавки или структуре второго проводящего тела.

17. Устройство тонкопленочных солнечных элементов, содержащее подложку и батарею тонкопленочных солнечных элементов, расположенных на упомянутой подложке, причем

каждый тонкопленочный солнечный элемент имеет слоистую структуру пакета слоев, содержащую нижний электродный слой, фотоактивный слой, верхний электродный слой и изолирующий слой,

причем нижний электродный слой расположен на поверхности подложки, фотоактивный слой расположен на нижнем электродном слое, верхний электродный слой расположен на фотоактивном слое и изолирующий слой расположен на верхнем электродном слое,

при этом первый тонкопленочный солнечный элемент и второй тонкопленочный солнечный элемент, смежный с первым тонкопленочным солнечным элементом в первом направлении, разделены первой канавкой и второй канавкой;

вторая канавка параллельна первой канавке и находится с первой стороны от первой канавки и на первом расстоянии от первой канавки;

первая канавка простирается в пакете слоев до поверхности подложки и заполнена изолирующим материалом;

вторая канавка простирается в пакете слоев ниже верхнего электродного слоя в фотоактивный слой и заполнена изолирующим материалом;

третья канавка расположена между первой и второй канавками и простирается в пакете слоев до нижнего электродного слоя таким образом, что нижний электродный слой открыт, причем третья канавка заполнена проводящим материалом;

четвертая канавка расположена со второй стороны от первой канавки, противоположной первой стороне, и простирается через изолирующий слой до верхнего электродного слоя таким образом, что верхний электродный слой открыт, причем четвертая канавка заполнена проводящим материалом,

и между верхней частью третьей заполненной канавки и верхней частью четвертой заполненной канавки находится мостиковый элемент из проводящего материала, причем мостиковый элемент пересекает первую заполненную канавку.

18. Устройство тонкопленочных солнечных элементов по п. 17, в котором изолирующий слой представляет собой локальный изолирующий слой, который закрывает первую и вторую канавки и простирается поперечно вдоль участка верхнего электродного слоя в по меньшей мере первом и втором направлении, противоположном первому направлению.

19. Устройство тонкопленочных солнечных элементов по п. 17 или 18, в котором

подложку выбирают из группы, содержащей термопластичную фольгу, пленку или пластинку из полиэтилентерефталата (PET), пленку или пластинку из полиэтиленнафталата (PEN), стеклянную подложку, металлическую подложку с изоляционным поверхностным слоем и керамическую подложку.

20. Устройство тонкопленочных солнечных элементов по п. 17 или 18, в котором фотоактивный слой выбирают из группы, содержащей тонкопленочный кремний, (ди)селенид меди-индия-галлия CIGS, теллурид кадмия CdTe, органический фотоэлектрический материал OPV и перовскит.

21. Устройство тонкопленочных солнечных элементов по п. 17 или 18, в котором по меньшей мере один из верхнего электрода и нижнего электрода содержит прозрачный проводящий оксид.

22. Устройство тонкопленочных солнечных элементов по п. 21, в котором толщина прозрачного проводящего оксида из упомянутого по меньшей мере одного из верхнего электрода и нижнего электрода составляет примерно 1 мкм.

23. Устройство тонкопленочных солнечных элементов по п. 17 или 18, в котором толщина изолирующего слоя или локального изолирующего слоя в структуре пакета слоев составляет примерно от 100 нм до примерно 4 мкм.

24. Устройство тонкопленочных солнечных элементов по п. 17 или 18, в котором заполненная четвертая канавка имеет гребенчатую структуру с пальцами, простирающимися поверх изолирующего слоя или локальной изолирующей структуры в сторону, противоположную позиции первой изолирующей канавки, и мостиковый элемент имеет гребенчатую структуру, покрывающую гребенчатую структуру заполненных четвертых канавок.