DE19842679A1 - Verfahren zur Strukturierung von transparenten Elektrodenschichten - Google Patents

Verfahren zur Strukturierung von transparenten Elektrodenschichten

Info

Publication number
DE19842679A1
DE19842679A1 DE19842679A DE19842679A DE19842679A1 DE 19842679 A1 DE19842679 A1 DE 19842679A1 DE 19842679 A DE19842679 A DE 19842679A DE 19842679 A DE19842679 A DE 19842679A DE 19842679 A1 DE19842679 A1 DE 19842679A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
wavelength
layer
structuring
transparent
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19842679A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19842679C2 (de
Inventor
Frank Karg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CNBM Bengbu Design and Research Institute for Glass Industry Co Ltd
Original Assignee
Siemens Solar GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE19842679A priority Critical patent/DE19842679C2/de
Application filed by Siemens Solar GmbH filed Critical Siemens Solar GmbH
Priority to ES99947380T priority patent/ES2362212T3/es
Priority to AT99947380T priority patent/ATE499708T1/de
Priority to JP2000571507A priority patent/JP4636689B2/ja
Priority to PT99947380T priority patent/PT1116281E/pt
Priority to US09/787,179 priority patent/US6576866B1/en
Priority to DE59915248T priority patent/DE59915248D1/de
Priority to PCT/EP1999/006905 priority patent/WO2000017942A1/de
Priority to EP99947380A priority patent/EP1116281B1/de
Publication of DE19842679A1 publication Critical patent/DE19842679A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19842679C2 publication Critical patent/DE19842679C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/011—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass
    • G02F1/0115—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass in optical fibres
    • G02F1/0118—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass in optical fibres by controlling the evanescent coupling of light from a fibre into an active, e.g. electro-optic, overlay
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/355—Texturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced
    • B23K2103/166—Multilayered materials
    • B23K2103/172—Multilayered materials wherein at least one of the layers is non-metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/061—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-optical organic material
    • G02F1/065—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-optical organic material in an optical waveguide structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Strukturierung transparenter, leitfähiger Schichten, insbesondere zur Strukturierung transparenter Elektrodenschichten in Dünnschichtbauelementen. Die Wellenlänge (lambda) des zur Strukturierung verwendeten Lasers wird derart ausgewählt, daß sie im wesentlichen in dem Plasmaabsorptionsbereich der transparenten Elektrodenschicht liegt und den folgenden drei Bedingungen genügt: a) Die Wellenlänge lambda des Lasers muß größer als die Grenzwellenlänge lambda¶g¶·opt· für optische Absorption im darunter liegenden Absorber sein; b) die Wellenlänge lambda des Lasers muß größer als die Grenzwellenlänge für freie Trägerabsorption (Plasmaabsorption) lambda¶g¶·pla· in der transparenten Elektrodenschicht sein; und c) die Wellenlänge lambda des Lasers muß kleiner als die Grenzwellenlänge für metallische Reflexion lambda¶g¶·met· an der transparenten Frontelektrode sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung von transparenten, leitfähigen Schichten, insbesondere ein Verfahren zur Strukturierung von transparenten Elektrodenschichten in Dünnschichtbauelementen.
Die Herstellung von Dünnschichtbauelementen, wie zum Beispiel Photovoltaikmodule, flache Bildschirme oder schaltbare Fenster, die in der Großflächenelektronik weite Anwendung finden, benötigt neben geeigneten Beschichtungsverfahren kostengünstige Strukturierungsmethoden. Die Dünnschichtbauelemente werden durch bekannte Depositionsverfahren in der Regel ganzflächig abgeschieden und anschließend unter Verwendung geeigneter Strukturierungsprozesse durch Entfernen definierter und räumlich scharf begrenzter Bereiche strukturiert.
Eine derartige Strukturierung von Dünnschichten ist beispielsweise bei der integrierten Serienverschaltung von Photovoltaikmodulen notwendig. Es ist bekannt, daß derartige Module durch Abscheiden im wesentlichen von drei funktionellen Schichten hergestellt werden. Eine erste Schicht wird beispielsweise durch Aufdampfen auf ein Substrat abgeschieden und dient als erste Elektrodenschicht. Auf diese erste Elektrodenschicht wird eine Absorberschicht aufgetragen, die aus einem entsprechend dotierten Halbleiter besteht. Auf diese Absorberschicht wird in einem weiteren Schritt eine zweite Elektrodenschicht aufgedampft. Diese zweite Elektrode ist im allgemeinen für Strahlung im sichtbaren Spektralbereich transparent, um im Fall eines Solarmoduls eine geringe Schwächung des einstrahlenden Sonnenlichtes zu gewährleisten. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen kann dieser Dünnschichtaufbau mittels einer Kunststoffmasse und optional mit einer zweiten Platte versiegelt werden.
Um bei der Herstellung derartiger Dünnschichtbauelemente die gesamte Modulfläche besser auszunutzen oder bei serienverschalteten Solarmodulen die Gesamtmodulspannung von unter 1 V einer Einzelzelle auf 12 V oder 24 V eines Moduls zu erhöhen, wird die Gesamtmodulfläche in mehrere Einzelzellen aufgeteilt. Dies benötigt eine Strukturierung der verschiedenen funktionellen Schichten. Die Serienverschaltung umfaßt typischerweise mindestens drei Strukturierungsschritte zum Strukturieren der ersten Elektrodenschicht, der Absorberschicht und der zweiten Elektrodenschicht.
Hierbei ist es wichtig, daß die Strukturierungstechnologie nur geringe Kosten verursacht, d. h., daß die Strukturierung mit hohem Durchsatz und langer Standzeit durchgeführt wird. Zudem muß das verwendete Strukturierungsverfahren schmale Strukturierungsbreiten herstellen, um die Verluste an aktiver Modulfläche zu minimieren. Die Strukturierung darf zudem keine Schädigung oder Verschmutzung anliegender oder darunter liegender Halbleiter- oder Elektrodenschichten bewirken, d. h. die Selektivität des Strukturierungsprozesses sollte möglichst hoch sein.
Bei den bekannten Strukturierungsverfahren wird die Strukturierung der zuerst abgeschiedenen ersten Elektrodenschicht und die der anschließend abgeschiedenen Absorberschicht mit Hilfe von Excimer oder Nd:YAG-Lasern durchgeführt. Zur Strukturierung der transparenten Elektrodenschicht werden photolitographische Strukturierungsverfahren bzw. Ätzverfahren, Abhebetechniken und mechanische Strukturierungsverfahren verwendet. Diese bekannten Verfahren weisen allerdings einige Nachteile auf. Das Photolitographieverfahren ist meist teuer und mehrere Prozeßschritte sind nötig, um die gewünschte Strukturierung durchzuführen. Bei den bekannten Abhebetechniken werden die in einem späteren Prozeßschritt abzuhebenden Flächen mittels Siebdruck oder Pastenschreiben beschichtet was ebenfalls mehrere Prozeßschritte beinhaltet (z. B. Pastenschreiben sowie die anschließende Ablösung). Außerdem kann die Strukturierungsbreite kaum unter 100 µm reduziert werden. Letzteres gilt auch für die mechanische Strukturierung, die zwar keine thermische Belastung verursacht, aber weiche darunter liegende Schichten ebenfalls entfernt. Die geforderte Selektivität innerhalb des Schichtaufbaus ist hier demnach nicht gewährleistet. Als zusätzliches Problem ist die Lockerung bzw. Ablösung der an die Strukturierungslinie angrenzenden Schichtbereiche zu verzeichnen, die bei thermischer Wechselbelastung zur totalen Schichtablösung und zu Stabilitätsproblemen des Moduls führen kann.
Somit weisen die bekannten Verfahren zur Strukturierung von transparenten Elektrodenschichten den Nachteil auf, daß sie keine ausreichende Selektivität aufweisen, keine ausreichend kleine Strukturierungsbreite ermöglichen und zudem in der Regel mit hohen Kosten verbunden sind.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Strukturieren von transparenten Schichten bereit zustellen, das eine geringe Strukturierungsbreite gewährleistet, flexibel bezüglich des Layouts der Strukturierung ist, eine hohe Reproduzierbarkeit und eine hohe Prozeßreinheit aufweist, und zudem kostengünstig ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein zentraler Gedanke ist hierbei, daß die Laserenergie eines zur Strukturierung einer transparenten Schicht verwendeten Lasers effizient und ausschließlich in die transparente Schicht eingekoppelt wird, und von der darunter liegenden Schicht weder reflektiert noch transmittiert wird, um somit die darunter liegende Schicht nicht thermisch zu schädigen. Diese Anforderung wird dadurch erfüllt, daß die Laserwellenlänge derart ausgewählt wird, daß sie in den Bereich der Plasmaabsorption der transparenten Schicht fällt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Abbildungen genauer beschrieben, in denen zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines herkömmlichen Dünnschichtsolarmoduls, dessen Gesamtfläche in 10 serienverschaltete Einzelzellen unterteilt ist; und
Fig. 2 eine schematische Übersichtsdarstellung der Wechselwirkung von Strahlung mit Halbleitern in Relation zu einer transparenten Elektrodenschicht.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines herkömmlichen Dünnschichtsolarmoduls. In der linken Abbildung der Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die Gesamtfläche des Dünnschichtsolarmoduls gezeigt. Die Gesamtfläche ist hier in 10 serienverschaltete Einzelzellen unterteilt. Der Schichtaufbau des Dünnschichtsolarmoduls geht aus der rechten Abbildung der Fig. 1 hervor. Das Dünnschichtmodul weist ein Substrat 1 auf, auf dem eine erste Elektrodenschicht 2 abgeschieden ist. In einem ersten Strukturierungsschritt P1 wird die erste Elektrode, die auch als Rückelektrode des Solarmoduls dient, entsprechend strukturiert. Anschließend wird eine Absorberschicht 3 auf der strukturierten Rückelektrode abgeschieden und in einem weiteren Strukturierungsschritt P2 entsprechend eines gewünschten Layouts strukturiert. Die Absorberschicht 3 besteht typischerweise aus einem Halbleiter mit geeignetem Bandabstand von 0,8 bis 1,8 eV, und weist eine hohe Absorptionscharakteristik auf. Ebenso wie der Strukturierungsschritt P1 wird der Strukturierungsschritt P2 mit Hilfe eines Excimer oder Nd:YAG-Lasers durchgeführt. Auf die Absorberschicht 3 wird anschließend in einem weiteren Schritt eine zweite Elektrodenschicht 4 aufgetragen. Diese Elektrodenschicht 4 dient als Frontelektrode und ist vorzugsweise im sichtbaren Spektralbereich transparent, um auf das Solarmodul einstrahlende Sonnenlicht möglichst ohne Schwächung durchzulassen, um dann von der entsprechend dotierten Halbleiterschicht 3 absorbiert zu werden. Auch die transparente Elektrodenschicht 4 muß in einem weiteren Strukturierungsschritt P3 strukturiert werden, um eine geeignete Verschaltung der Einzelzellen des Dünnschichtmoduls zu gewährleisten. Diese Schichtstruktur kann zum Schutz vor Umwelteinflüssen versiegelt werden, z. B. mit einer Kunstoffmasse (5) und/oder einer zweiten Platte (6).
Derartige transparente Frontelektroden 4 bestehen in der Regel aus dotierten Metalloxiden (Transparent Conductive Oxides, TCOs) wie z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO), flur- oder antimondotiertes SnO2, bor-, aluminium-, indium- oder galliumdotiertes ZnO. Diese Materialien weisen ein optisches Fenster im sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich auf. Für Energien überhalb der Bandlücke und im längerwelligen Spektralbereich tritt jedoch verstärkte Absorption auf. Ersteres ist auf direkte Band- Band-Übergänge, letzteres auf die sog. Plasmaabsorption zurückzuführen. Im fernen Infrarot verhalten sich diese dotierten Metalloxide unter optischen Gesichtspunkten wie ein reines Metall, d. h. sie reflektieren die einfallende Strahlung zu einem großen Teil.
Ein optisches Strukturierungsverfahren derartiger TCO-Schichten erfordert eine entsprechende Energieeinkopplung in das Metalloxid. Dies ist gemäß der optischen Absorptionscharakteristik prinzipiell in zwei Wellenlängenbereichen möglich, wie das in Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung der Wechselwirkung von Strahlung mit Halbleitern in Relation zu der transparenten TCO-Frontelektrode. In Fig. 2 ist der Wellenlängenbereich nach rechts aufgetragen. Der UV-Spektralbereich, der sichtbare Bereich und der Infrarotbereich sind entsprechend markiert. Analog zu der Schichtstruktur eines Dünnschichtmoduls ist in Fig. 2 die Absorptionscharakteristik einer typischen Halbleiterschicht dargestellt, und darüber die einer typischen transparenten Frontelektrode aus TCO. Aus Fig. 2 geht auch hervor, daß die unterschiedlichen Absorptionsbereiche der transparenten TCO-Elektrodenschichten im Vergleich zum darunter liegenden Halbleiter zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben ist. Der Grund für diese Verschiebung liegt im höheren Bandabstand und in der höheren Leitfähigkeit der transparenten Elektrodenschicht im Vergleich zur halbleitenden Absorberschicht. Somit fallen die unterschiedlichen Absorptionsbereiche der Elektrodenschicht und der Absorberschicht nicht übereinander.
Im hochenergetischen UV-Bereich kann beispielsweise unter Verwendung eines Excimer-Lasers Energie in das Metalloxid eingekoppelt werden. Die Absorption der Laserenergie beruht auf Band-Band Absorption des TCOs in diesem Energiebereich. Nachteil dieses Verfahren ist unter anderem, daß eine; UV-Anregung häufig zur Dissoziation der Metalloxide, d. h. zur Abspaltung von Sauerstoff und zum Verbleib reiner Metalloberflächen führt. Dies ist jedoch für die eingangs beschriebenen Dünnschichtmodule nicht wünschenswert, und somit weist eine Strukturierung in dem UV-Bereich unter Verwendung von Lasern gravierende Nachteile auf.
An den hochenergetischen Bereich der Band-Band Absorption schließt sich ein niederfrequenter Bereich an, der in einen "Fensterbereich", in einen "Plasmaabsorptionsbereich" und in einen Bereich "metallischer Reflexion" unterteilt werden kann. Folglich ist nicht nur im ultravioletten Strahlungsbereich ein Absorptionsbereich zu finden, sondern auch im infraroten Strahlungsbereich aufgrund von freier Trägerabsorption, der sogenannten Plasmaabsorption.
Der sich unmittelbar an den Band-Band-Absorptionsbereich des TCOs anschließenden optische Fensterbereich ist für Strahlung im sichtbaren Bereich transparent. An den niederenergetischen Bereich dieses optischen Fensters schließt sich der Plasmaabsorptionsbereich an. Die Strahlungsenergie durchdringt in diesem langwelligen Bereich nicht mehr vollständig die transparente Elektrodenschicht, sondern klingt innerhalb der Skintiefe an Intensität ab. Folglich wird die einfallende Strahlung zum Teil in der Schicht absorbiert oder von der Schicht reflektiert. Bei weiter ansteigenden Wellenlängen fällt das Verhältnis von absorbierter zu reflektierter Energie wiederum ab, d. h. der zur Erhitzung der Elektrodenschicht zur Verfügung stehende Energieanteil wird geringer. Zu längeren Wellenlängen hin schließt sich an den Bereich der Plasmaabsorption der Bereich der metallischen Reflexion. Bei der metallischen Reflexion wird die Strahlungsenergie zu einem Prozentsatz von <50% reflektiert und ist somit nicht geeignet, um ausreichend Energie in die Elektrodenschicht einzukoppeln. Zudem sei angemerkt, daß zwar in Fig. 2 die unterschiedlichen Absorptionsbereiche abrupte Übergänge aufweisen, real die einzelnen Bereiche jedoch kontinuierlich innerhalb eines gewissen Übergangsbereiches ineinander übergehen.
Der günstige Wellenlängenbereich zur Strukturierung einer TCO-Schicht liegt im Bereich der Plasmaabsorption. Der zur Strukturierung einer transparenten Elektrodenschicht verwendete Laser muß daher eine Wellenlänge λ aufweisen, die folgende drei Bedingungen erfüllt:
  • a) Die Wellenlänge λ des Lasers muß größer als die Grenzwellenlänge λg opt für optische Absorption im darunter liegenden Absorber sein;
  • b) die Wellenlänge λ des Lasers muß größer als die Grenzwellenlänge für freie Trägerabsorption (Plasmaabsorption) Xg pla in der transparenten Elektrodenschicht sein; und
  • c) die Wellenlänge λ des Lasers muß kleiner als die Grenzwellenlänge für metallische Reflexion λg met an der transparenten Frontelektrode sein.
Die Bedingung a) gewährleistet, daß keine Strahlung im Absorber absorbiert wird und somit nur geringe direkte Erwärmung entsteht, was die Schädigung der Halbleiterschicht gering hält. Die Grenzwellenlänge λg opt für eine CuInSe2-Absorberschicht beträgt beispielsweise 1,2 µm, für eine Si-Absorberschicht 1,13 µm, für eine CdTe-Absorberschicht 0,86 µm und für eine a-Si:H-Absor­ berschicht 0,7 µm.
Ferner sei angemerkt, daß die Grenzwellenlänge λg pla (Bedingung b)) unter anderem proportional zu inversen Wurzeln aus der freien Trägerdichte ist, und zum Beispiel von der Dotierung der Elektrodenschicht abhängt. Bei einer typischen transparenten Elektrode mit einer Leitfähigkeit von ca. 10+3 (Ω cm)-1 beginnt dieser Bereich bei etwa 1200 bis 1400 nm.
Andererseits fällt die Grenzwellenlänge λg met (Bedingung c)) mit steigender Dotierung und spezifischer Leitfähigkeit der Frontelektrode. Sie ist im Einzelfall durch optische Messung zu klären. Je höher der Reflexionsanteil, desto mehr Energie ist zur Strukturierung erforderlich. Prinzipiell kann auch mit höherer Laserwellenlänge strukturiert werden. Die Gefahr parasitärer Nebeneffekte steigt jedoch mit der Energie. Der Reflexionsanteil sollte nach Möglichkeit 50% nicht übersteigen.
Als Beispiel für die Auswahl einer geeigneten Laserwellenlänge ist eine Schichtstruktur bestehend aus einer ZnO:Al:Frontelektrode auf einem CuInSe2-Absorber gewählt. Die untere Grenzwellenlänge λg opt für CIS beträgt 1,2 µm. Die Plasmaabsorption in ZnO:Al bei einer Al-Konzentration von ca. 1-2% beginnt bei einer Grenzwellenlänge λg pla von ca. 1,3 µm. Die Grenzwellenlänge λg met, bei der die metallische Reflexion noch tolerierbar ist, d. h. bei weniger als 50% liegt, beträgt ungefähr 3 µm. Somit liegt der in Frage kommende Wellenlängenbereich für dieses Beispiel zwischen 1,3 und ca. 3 µm.
Mit einem auf unter 100 um Strahldurchmesser fokussierten, gepulsten Er:YAG-Laser wurden bei 2,94 µm Wellenlänge ZnO:Al Frontelektroden mit einer Pulsenergiedichte von unter 5 J/cm2 ohne Schädigung der darunter liegenden CuInSe2-Absorberschicht abgehoben. Im Gegensatz dazu führte der gleiche Versuch mit einem Nd:YAG-Laser (1064 nm oder 532 nm) zum Aufschmelzen des darunter liegenden CIS-Halb­ leiters und infolgedessen zu Kurzschlüssen in der Solarzellenstruktur.
Das oben beschriebene Verfahren ist nicht auf die Strukturierung von Dünnschichtsolarmodulen beschränkte sondern kann auf andere Dünnschichtbauelemente angewendet werden, die transparente Elektrodenschichten aufweisen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Strukturierung einer transparenten, leitfähigen Schicht oberhalb einer Absorberschicht,
gekennzeichnet durch
die Verwendung eines Lasers mit einer Wellenlänge (λ),
  • - die größer ist als die Grenzwellenlänge (λg opt) für optische Absorption der unter der transparenten Schicht (4) liegenden Absorberschicht (3),
  • - die größer ist als die Grenzwellenlänge (λg pla) für Plasmaabsorption der transparenten, leitfähigen Schicht (4) und
  • - die kleiner ist als die Grenzwellenlänge (λRef g) für metallische Reflexion an der transparenten, leitfähigen Schicht (4).
2. Verfahren nach Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer CuInSe2-Absorberschicht (3) die Wellenlänge (λ) auf einen Wert <1,2 µm eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Si-Absorberschicht (3) die Wellenlänge (λ) auf einen Wert <1,133 µm eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer a-Si:H-Absorberschicht (3) die Wellenlänge (λ) auf einen Wert <0,7 µm eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwellenlänge (λg pla) für Plasmaabsorption bei einer transparenten Schicht (4), die eine Leitfähigkeit von ca. 103 (Ω cm)-1 aufweist, im Bereich zwischen 1,2 und 1,4 µm liegt.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schichtstruktur bestehend aus einer ZnO:Al-Elektrode und einem CuInSe2-Absorber die Wellenlänge (λ) auf einen Wert zwischen 1,3 und 3 µm eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge (λ) des Lasers auf 2,94 µm eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahldurchmesser des Lasers ungefähr 100 µm beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Laser ein gepulster Er:YAG-Laser ist, der eine Pulsenergiedichte von weniger als 5 J/cm2 aufweist.
10. Verwendung des Verfahrens bei der Herstellung von Photovoltaikmodulen und anderen Dünnschichtbauelementen.
DE19842679A 1998-09-17 1998-09-17 Verfahren zur Strukturierung von transparenten Elektrodenschichten Expired - Lifetime DE19842679C2 (de)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19842679A DE19842679C2 (de) 1998-09-17 1998-09-17 Verfahren zur Strukturierung von transparenten Elektrodenschichten
AT99947380T ATE499708T1 (de) 1998-09-17 1999-09-17 Verfahren zur strukturierung von transparenten elektrodenschichten
JP2000571507A JP4636689B2 (ja) 1998-09-17 1999-09-17 透明な電極層をスタラクチャ化するための方法
PT99947380T PT1116281E (pt) 1998-09-17 1999-09-17 Processo para a estrutura??o de camadas de el?ctrodos transparentes
ES99947380T ES2362212T3 (es) 1998-09-17 1999-09-17 Procedimiento para la estructuración de capas de electrodos transparentes.
US09/787,179 US6576866B1 (en) 1998-09-17 1999-09-17 Method for structuring transparent electrode layers
DE59915248T DE59915248D1 (de) 1998-09-17 1999-09-17 Verfahren zur strukturierung von transparenten elektrodenschichten
PCT/EP1999/006905 WO2000017942A1 (de) 1998-09-17 1999-09-17 Verfahren zur strukturierung von transparenten elektrodenschichten
EP99947380A EP1116281B1 (de) 1998-09-17 1999-09-17 Verfahren zur strukturierung von transparenten elektrodenschichten

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19842679A DE19842679C2 (de) 1998-09-17 1998-09-17 Verfahren zur Strukturierung von transparenten Elektrodenschichten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19842679A1 true DE19842679A1 (de) 2000-04-06
DE19842679C2 DE19842679C2 (de) 2000-12-21

Family

ID=7881327

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19842679A Expired - Lifetime DE19842679C2 (de) 1998-09-17 1998-09-17 Verfahren zur Strukturierung von transparenten Elektrodenschichten
DE59915248T Expired - Lifetime DE59915248D1 (de) 1998-09-17 1999-09-17 Verfahren zur strukturierung von transparenten elektrodenschichten

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE59915248T Expired - Lifetime DE59915248D1 (de) 1998-09-17 1999-09-17 Verfahren zur strukturierung von transparenten elektrodenschichten

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6576866B1 (de)
EP (1) EP1116281B1 (de)
JP (1) JP4636689B2 (de)
AT (1) ATE499708T1 (de)
DE (2) DE19842679C2 (de)
ES (1) ES2362212T3 (de)
PT (1) PT1116281E (de)
WO (1) WO2000017942A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1764485A1 (de) * 2005-09-15 2007-03-21 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Lagerung der Rotationsmaschinen einer stationären Turbogruppe
DE102008038119A1 (de) * 2008-08-17 2010-02-18 Du, Keming, Dr. Kompakte und intelligente Laserbearbeitungsköpfe
JP5969870B2 (ja) * 2012-09-18 2016-08-17 シャープ株式会社 光電変換装置及びその製造方法
US9282645B2 (en) 2013-12-16 2016-03-08 Industrial Technology Research Institute Laser patterning of frame wire area on touch panel
TWI532560B (zh) * 2015-01-09 2016-05-11 位元奈米科技股份有限公司 透明導電板的雷射蝕刻方法及其所製成的透明導電板

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0763858A2 (de) * 1995-09-11 1997-03-19 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaische Zellenanordnung und deren Herstellungsverfahren

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4937651A (en) * 1985-08-24 1990-06-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device free from the current leakage through a semiconductor layer and method for manufacturing same
JPS6291913A (ja) * 1985-10-18 1987-04-27 興和株式会社 レ−ザ−スポツト光学系
JPS62142371A (ja) * 1985-12-17 1987-06-25 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 薄膜半導体光電変換装置
JPH01134976A (ja) * 1987-11-20 1989-05-26 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池の製造方法
JPH0494174A (ja) * 1990-08-10 1992-03-26 Fuji Electric Co Ltd 化合物薄膜太陽電池およびその製造方法
EP0536431B1 (de) * 1991-10-07 1994-11-30 Siemens Aktiengesellschaft Laserbearbeitungsverfahren für einen Dünnschichtaufbau
JP2648064B2 (ja) * 1991-11-15 1997-08-27 三洋電機株式会社 光半導体装置の製造方法
US5475197A (en) * 1992-06-17 1995-12-12 Carl-Zeiss-Stiftung Process and apparatus for the ablation of a surface
US5520679A (en) * 1992-12-03 1996-05-28 Lasersight, Inc. Ophthalmic surgery method using non-contact scanning laser
JPH06293956A (ja) * 1993-04-06 1994-10-21 Japan Energy Corp 酸化亜鉛系透明導電膜及びその作製法並びにそれに使用するスパッタリングターゲット
JPH0786625A (ja) * 1993-07-19 1995-03-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽電池
JPH0779007A (ja) * 1993-09-01 1995-03-20 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
US5607601A (en) 1995-02-02 1997-03-04 The Aerospace Corporation Method for patterning and etching film layers of semiconductor devices
JPH0974212A (ja) * 1995-09-05 1997-03-18 Canon Inc 光起電力素子アレー
US6066830A (en) * 1998-06-04 2000-05-23 Astronics Corporation Laser etching of electroluminescent lamp electrode structures, and electroluminescent lamps produced thereby

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0763858A2 (de) * 1995-09-11 1997-03-19 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaische Zellenanordnung und deren Herstellungsverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
US6576866B1 (en) 2003-06-10
PT1116281E (pt) 2011-05-31
ES2362212T3 (es) 2011-06-29
ATE499708T1 (de) 2011-03-15
DE19842679C2 (de) 2000-12-21
WO2000017942A1 (de) 2000-03-30
DE59915248D1 (de) 2011-04-07
JP4636689B2 (ja) 2011-02-23
EP1116281B1 (de) 2011-02-23
JP2002528888A (ja) 2002-09-03
EP1116281A1 (de) 2001-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3431603C2 (de) Photoelektrischer Wandler
DE102017203105B4 (de) Verglasungseinheit, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung
DE3503048C2 (de)
DE3121350A1 (de) &#34;verfahren zum herstellen einer sonnenbatterie&#34;
DE3709153A1 (de) Mehrlagige duennfilmsolarzelle
DE10237515A1 (de) Stapelförmiger photoelektrischer Wandler
DE1153468B (de) Lichtempfindliche Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE4315959A1 (de) Elektronische Einrichtung mit mikrostrukturierten Elektroden und Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung
DE112005002629T5 (de) Ultraleichte Photovoltaik-Einrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE4217428A1 (de) Hochleistungs-solarzellenstruktur
DE3508469C2 (de)
EP0334111A1 (de) Verfahren zur integrierten Serienverschaltung von Dickschichtsolarzellen sowie Verwendung dieses Verfahrens bei der Herstellung einer Tandem-Solarzelle
DE3727823A1 (de) Tandem-solarmodul
DE2832151C2 (de) Verfahren zum Prüfen eines Musters aus einem elektrisch leitfähigen Film
DE19711506A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112010001893T5 (de) Solarzellenmodul, versehen mit einem Kantenabstand
WO1998038683A1 (de) Klima- und korrosionsstabiler schichtaufbau
DE2812547C2 (de)
DE112009001642T5 (de) Dünnschichtsolarzelle und Verfahren zu deren Herstellung
DE19842679C2 (de) Verfahren zur Strukturierung von transparenten Elektrodenschichten
DE2303078C3 (de) Lichtmodulationselement
DE3903837C2 (de)
DE112008003495T5 (de) Verfahren zum Herstellen einer fotovoltaischen Zelle sowie fotovoltaische Zelle
EP3039718B1 (de) Teiltransparente dünnschichtsolarmodule
DE3234925C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: SHELL SOLAR GMBH, 80807 MUENCHEN, DE

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: SHELL ERNEUERBARE ENERGIEN GMBH, 22335 HAMBURG, DE

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE S.A., COURBEVOIE, FR

R082 Change of representative

Representative=s name: SPLANEMANN PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT, DE

Representative=s name: SPLANEMANN PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT MBB, DE

R071 Expiry of right
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: (CNBM) BENGBU DESIGN & RESEARCH INSTITUTE FOR , CN

Free format text: FORMER OWNER: SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE S.A., COURBEVOIE, FR

R082 Change of representative

Representative=s name: SPLANEMANN PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT MBB, DE