DE4019672A1 - Photoelektrische duennschicht-platte und verfahren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Konstruktion und Herstellung von Dünnschicht-Photozellen und insbesondere ge­ werblich nutzbare Verfahrensweisen zum Herstellen einer rück­ seitigen Schutzkappe auf einer photoelektrischen Platte der­ art, daß die Stabilität der Platte über deren Lebensdauer erhalten bleibt.

Die Photoelektrik wird seit Jahren in allen Industrieländern eingesetzt. Dinge wie Armbanduhren, die von Tausenden getra­ gen werden, werden mit Sonnenlicht betrieben, und Bojen in zahlreichen Schiffahrtskanälen der ganzen Welt werden mit Plattenanordnungen aus photoelektrischen Kristallscheiben gespeist, die in Reihe geschaltet sind. Im letzten Jahrzehnt hat man die Photoelektrik langsam auch auf die Herstellung von Photozellenplatten angewandt, um auch abgesetzt angeord­ nete Einrichtungen mit elektrischem Strom zu versorgen, wie Kühlschränke für die Lagerung von Medikamenten, Bewässe­ rungspumpen und Fernmeldestationen. Vorausschauend wird be­ reits geplant, derartige Photozellenplatten bzw. Kollektoren in ausreichender Menge herzustellen, um Ortschaften in der ganzen Welt mit Energie zu versorgen. Soll dieses Ziel er­ reicht werden, müssen die Herstellungskosten für Photozel­ lenplatten niedrig sein, muß der Wandlerwirkungsgrad der Platten hoch sein, und die Platten müssen über ihre gesamte Lebensdauer eine hohe Stabilität des Wandlerwirkungsgrads zeigen.

Die Fachwelt weiß seit langem, daß sich niedrige Herstel­ lungskosten für photoelektrische Platten durch Anwendung der Dünnschicht-Technik erreichen lassen, insbesondere wenn man diese Technik auf großmaßstäbliche Fertigungsprozesse an­ wendet. In gewerblichen Fertgigungsprozessen sind verhält­ nismäßig hohe Wandlerwirkungsgrade von 7-8% erreichbar. Während einige Fachleute sich dem Problem des Schutzes der Dünnschicht-Photozellenplatten vor schädlichen Umweltein­ flüssen wie Wasser oder reaktionsfähigen Gasen zugewandt haben, ist die vorliegende Erfindung auf bisher einmalige Weise in der Lage, die bereits erreichten Vorteile mitein­ ander zu einem kostengünstigen und gewerblich nutzbaren Ver­ fahren zum Schutz der Photozellen vor den Elementen zu ver­ einen, wobei der Hersteller die Zellen bei der Fertigung und während der Lebensdauer der Zellen mit einem gewählten Gas behandeln kann, um einen hohen Wandlerwirkungsgrad und eine lange Standzeit der Platten zu erreichen.

Verfahren zur Herstellung von Photozellen sind seit Jahrzehn­ ten bekannt. Die in den 60er Jahren entwickelten Konzepte finden sich bspw. in den US-PSn 35 20 732 und 35 68 306. Dünnschicht-Photozellen lassen sich problemlos auf einem glasigen Substrat wie bspw. auf Glas selbst nach den Verfah­ ren der US-PSn 40 86 101, 43 62 896, 44 12 091 und 42 65 933 ausbilden. Auf einem Glassubstrat gebildete Photozellen las­ sen sich elektrisch in Reihe schalten, nach dem in der US-PS 42 43 432 angegebenen Verfahren. Eine Vielzahl elektrisch verbundener Zellen bildet so einen Sonnenkollektor, während eine Anzahl von Sonnenkollektoren zu einer Baugruppe zusam­ mengefaßt werden können, wie es die US-PS 42 33 085 lehrt. Verfahren zur großmaßstäblichen Fertigung solcher Kollekto­ ren sind in den US-PSn 38 80 633, 42 28 570, 43 07 681, 42 39 809 und 44 92 605. Zur Ausbildung der unteren Elek­ trodenschicht für jede der zahlreichen Dünnschicht-Photozel­ len sind verschiedene Werkstoffe und Verfahren geeignet wie bspw. die in den US-PSn 44 01 291, 41 78 395, 42 56 513 und 43 62 896 offenbarten.

Eine Photozelle mit einer Cadmiumtelluridschicht ist in der US-PS 45 68 792 offenbart. Verfahren zur Verringerung der Fertigungskosten für die Herstellung einer solchen Zelle, die eine polykristalline Monoschicht enthält, sind in der US-PS 47 35 909 angegeben. Die US-PS 45 78 526 lehrt eine Dünn­ schicht-Photozelle auf einem Glassubstrat, wobei die Einheit eine Grundplatte aufweist, die mit einer Harzschicht verklebt ist, um die Photozelle zu schützen.

Die US-PS 46 33 032 offenbart eine weitere Art einer Sonnen­ zelle auf einem Glassubstrat. Die Sonnenzellen sind zu einem ziemlich komplizierten "Paket" angeordnet, und der Rahmen des Pakets enthält ein Feuchtigkeit bindendes Mittel. Diese "Pa­ ketanordnung", die die Material- und Fertigungskosten für die Kollektoren erheblich erhöht, weist auch eine Kunstharz­ umhüllung auf, die an der Grundplatte und am Glassubstrat haftet und die gewünschte Entlastung der Bestandteile des komplizierten Rahmens liefert. Die US-PS 47 05 911 offenbart eine Sonnenzelleneinheit mit einer CdS/CdTe-Heterosperr­ schicht, wobei auch die Photozelle auf einem Glassubstrat ausgebildet ist. Diese Patentschrift offenbart eine Sauer­ stoff freisetzende Substanz, die vom Glassubstrat beabstandet angeordnet ist, um eine Reduktion und die damit einhergehende Abnahme des Wandlerwirkungsgrads geringzuhalten, so daß die Nutzungsdauer der Photozelle verlängert wird.

Die bekannten Verfahren zur Ausbildung der schützenden Grund­ schicht bzw. rückseitigen Kappe einer Photozelle sind zu­ nächst zu teuer; weiterhin bieten die dabei entstehenden Grundschichten bzw. Kappen keinen ausreichenden Schutz gegen die Umgebung, oder sie sind nicht ausreichend verträglich mit dem chemisch empfindlichen Schichten. Die vorliegende Erfin­ dung überwindet diese Schwierigkeiten und Nachteile des Stan­ des der Technik und ermöglicht die kostengünstige Herstellung von Photozellen mit verhältnismäßig hohem Wandlerwirkungs­ grad. Die Dünnschicht-Photozellen-Technologie läßt sich daher nun in industriellen Anwendungen nutzen, um die erforderliche hohe Stabilität des Wandlerwirkungsgrads zu erreichen, die die Käufer derartiger Kollektoren fordern.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung werden Dünnschicht-Photozellen auf einem Glassubstrat ausgebildet. Licht fällt durch das Glassubtrat sowie durch eine dünne leitfähige Zinnoxidschicht und wird an der Heterosperrschicht absorbiert, die die Cadmiumsulfid- und die Cadmiumtellurid­ schicht bilden. Eine "oberste" Elektrodenschicht (obgleich das Licht abwärts durch die Zellen tritt, wird die Zelle herkömmlicherweise zum Einsatz in der Herstellungsform umge­ dreht) bietet einen Ort zum Verbinden langgestreckter Strei­ fen aus Photozellen in Reihe. Diese Reihen- bzw. Serienver­ bindung läßt sich nach einem Verfahren erreichen, bei dem die Elektrodenschicht schließlich in einer ungleichmäßigen Ebene liegt, was aber für die Ausbildung der erfindungsgemäßen rückseitigen Kappe nicht nachteilig ist. Die rückseitige Kappe schützt gemeinsam mit dem Glassubstrat die Schichten der die Photozelle darstellenden Dünnschichtanordnung und verlängert damit die nutzbare Lebensdauer der Photozellenanordnung.

Die rückseitige Kappe kann aus einer biegsamen dünnen Metallschicht oder -folie oder einer Glasschicht bestehen, die entlang des Randes dicht gegen das Glassubstrat abgeschlossen ist. Die Kappe braucht die unterste Elektrode nicht zu berühren; vielmehr wird zwischen der Kappe und der obersten Elektrodenschicht absichtlich ein Zwischenraum belassen, den man vorzugsweise mit einem Feuchtigkeit bindenden bzw. Trocknungsmittel füllt. Nachdem die Kappe dicht mit der Grundschicht verbunden worden ist, bringt man in diesen Zwischenraum durch zwei durch die Kappe hindurch in sie eingebrachte Öffnungen ein gewähltes Gas in ihn einfüllt, so daß es die Photozellen kontaktiert; diese Öffnungen dienen weiterhin zur isolierten Aufnahme von elektrischen Durchführungen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte photoelektrische Anordnung anzugeben, die eine Vielzahl von Photozellen aufweist und sich durch verhältnismäßig niedrige Materialkosten auszeichnet. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine derartige Zelle anzugeben, die auf verhältnismäßig niedrige Fertigungskosten konstruiert ist, da zur Ausbildung bzw. Aufbringung der schützenden rückseiti­ gen Kappe auf die Zellen keine teure Geräteausrüstung erfor­ derlich ist.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Photozelle mit einer neuartigen rückseitigen Schutzkappe anzugeben, die einen im wesentlichen ebenen Zwischenraum zwischen der Kappe und den aktiven Schichten der Photozelle bildet. Dieser Zwischenraum kann nach dem dichten Abschlie­ ßen der Kappe gegen die Grundschicht der Photozellen mit einem gewählten Gas gefüllt werden und ergibt ein Produkt mit hohem Wandlerwirkungsgrad und hoher Stabilität, so daß dessen nutzbare Lebensdauer wesentlich verlängert wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein ver­ hältnismäßig kostengünstiges Verkapselungssystem zum Schutz von Photozellen anzugeben, das das Ansammeln von chemischen Substanzen wie bspw. Wasser, die in Berührung mit den dünnen Schichten der Photozelle geraten und so deren Wirkungsgrad und Lebensdauer beeinträchtigen könnten, wesentlich verrin­ gert.

Nach einer Besonderheit der vorliegenden Erfindung wird eine Photozelle mit einer rückseitigen Kappe versehen, die sich leicht dicht gegen das Plattensubstrat abschließen läßt.

Schädliche Gase und Elemente, die bei dem Abdichtprozeß zwi­ schen der Kappe und dem Substrat entstehen und im Zwischen­ raum zwischen den Photozellen und der Kappe eingeschlossen werden, lassen sich entfernen, so daß die Umgebung der Photo­ zellen gereinigt wird. Weiterhin können in diesen Zwischen­ raum nach dem Reinigen ein Feuchtigkeit bindendes Mittel so­ wie ein gewähltes Gas eingebracht werden, um das Nachlassen des Wirkungsgrads der Zelle während ihrer Lebensdauer weiter zu verringern.

Es ist eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung, problemlos verschließbare Ein- und Auslaßöffnungen in der rückseitigen Kappe vorzusehen, so daß der Zwischenraum zwi­ schen Kappe und Zelle ohne Schwierigkeiten entleert und das gewählte Gas in ihn eingebracht werden kann.

Es ist eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung, daß sie das Vorliegen von in Berührung mit den Zellen stehen­ dem Wasserdampf so gering wie möglich hält. In dem Zwischen­ raum zwischen der rückseitigen Kappe und den Zellen kann ein Feuchtigkeit bindendes Mittel eingefüllt werden, so daß eine langsame Wanderung von Wasserdampf durch die Verklebung wäh­ rend der Nutzung des Produkts die Dünnschichtanordnung nicht wesentlich beeinträchtigt.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Photo­ zellen mit der rückseitigen Kappe sich problemlos auf einem glasigen Substrat ausbilden lassen. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Merkmale der vorliegenden Erfindung auf sowohl vor­ der- als auch rückseitige Photozellen anwenden lassen. Ein weiterer Vorteil ist, daß die zum Schutz der Photozellen vor schädlichen Elementen in der Umgebung angewandten Produkte und Verfahren selbst umweltfreundlich sind.

Diese und weitere Ziele, Besonderheiten und Merkmale der vor­ liegenden Erfindung sollen nun anhand der beigefügten Zeich­ nung ausführlich erläutert werden.

Fig. 1 ist eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Photozellen-Flachbaugruppe unter der Annahme, daß die Sonne auf sie herabscheint;

Fig. 2 ist eine Darstellung der rückseitigen Kappe für die Baugruppe der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt als vereinfachte Schnittdarstellung eine Reihenverbindung von Photozellen, die die erfin­ dungsgemäße Flachbaugruppe bilden, sowie die Zu­ ordnung von Reihenverbindung und Kappe und

Fig. 4 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer Photozelle und eine fluiddichte Verbindung zwischen der rücksei­ tigen Kappe und der Grundfläche der Flachbaugrup­ pe sowie eine der durch die Kappe geführten Kom­ binationen einer Lüftungsöffnung mit einem elek­ trischen Anschluß.

Die Photozellen, die einen erfindungsgemäßen Kollektor bil­ den, werden vorzugsweise nach der Fachwelt bekannten Dünn­ schichtverfahren hergestellt. Sie lassen sich bspw. nach ver­ schiedenen Verfahren herstellen, die herkömmlicherweise zur Herstellung der photoelektrischen Dünnschichten einer Photo­ zelle eingesetzt werden - bspw. das Aufdampfen, das pyrolyti­ sche Aufsprühen, die "Close-Spaced"-Sublimation, die Heiß­ wandverdampfung, das Galvanisieren und der Siebdruck. Für die folgende Diskussion sind die speziell eingesetzten Verfahren das chemische Aufsprühen und das Aufdampfen, obgleich jedes herkömmliche Verfahren geeignet ist. Weiterhin handelt es sich bei der Photozellenanordnung um eine verhältnismäßig großflächige Platte mit beispielhaften Abmessungen von 30 cm×30 cm. Die Photozelle weist eine CdS- und eine CdTe-Schicht auf, die gemeinsam die photoelektrische Heterosperrschicht bilden, die nach einem bekannten Vorgang Sonnenlicht unmit­ telbar in Elektrizität umwandelt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine photoelektrische Platte 10 mit einem aktiven photoelektrischen Bereich 14 mit Abmessungen von bspw. 25 cm×25 cm, wobei das Glassubstrat 12 eine Flä­ che von 27 cm×27 cm haben kann. Die dünnen seitlichen Rän­ der 16, 17 sowie die stirnseitigen Ränder 18, 19 der photo­ elektrischen Platte sind inaktiv und tragen daher nicht zur elektrischen Ausgangsleistung der Platte 10 bei.

Der aktive Bereich 14 der photoelektrischen Platte wird von einer Vielzahl von verhältnismäßig schmalen und langgestreck­ ten Photozellen 22 gebildet, die in Fig. 1 als einziger ein­ zelner Streifen erscheinen. Die aneinandergrenzenden Kanten der einzelnen Zellen 22 sind von den Reihenverbindungen zwi­ schen den einzelnen Zellen voneinander getrennt, die unten ausführlich erläutert sind und in Fig. 1 als breite "Linien" 20 zwischen den Photozellen erscheinen. Weitere Einzelhei­ ten der Photozellen, die denen der Fig. 1 vergleichbar sind, lassen sich den oben aufgeführten Patenten und insbesondere der US-PS 42 62 411 entnehmen.

Obgleich das Sonnenlicht abwärts durch das Glassubstrat 12 und dann auf die Dünnschichten unter diesem fällt, die die Photozelle bilden, zeigt die Fig. 1 die rückseitige bzw. Un­ terseite der photoelektrischen Platte 10 obenliegend, da die Begriffe "oben" und "unten" bei derartigen Zellen sich ge­ wöhnlich auf die Zellenlage bei der Herstellung beziehen; während der Herstellung ist das Substrat 12 gewöhnlich die Auflage für die Dünnschichten auf dem Substrat.

Da das Substrat 12 aus Glas besteht, sind die Randstreifen 16, 17, 18 und 19 der Fig. 1 auch in der Fig. 2 zu sehen und bilden den dichten Abschluß mit der rückseitigen Kappe ent­ lang des Umfangs. Es wird an diesem Punkt weiterhin darauf hingewiesen, daß das Glassubstrat 12 sowie die im folgenden diskutierte rückseitige Kappe 24 den größten Teil der photo­ elektrischen Platte 10 ausmachen, da die einzelnen Dünn­ schichten der Photozellen sowie die die Materialien, die die Reihenverbindung zwischen den Photozellen bilden, ein gerin­ ges Volumen haben und zum Gewicht der photoelektrischen Plat­ te wenig beitragen. Weitere Einzelheiten sind unten ausführ­ licher erläutert; es sei hier zur Fig. 2 nur darauf verwie­ sen, daß eine geeignete erfindungsgemäße rückseitige Kappe 24 sich aus einem biegsamen Metallblech herstellen läßt, das man entlang des Umfangs zu einem fluiddichten Abschluß zur Grundfläche der photoelektrischen Platte umbiegt. Eine ge­ eignete Kappe läßt sich aus verzinntem oder verzinktem Stahl in Folien- bzw. Blechform in einer Dicke von 50 µm bis 200 µm (2 bis 8 mils) fertigen.

Zusätzlich zur rückseitigen Kappe 24 und zum Substrat 12, wie sie oben diskutiert sind, weist die in der Fig. 2 dargestell­ te photoelektrische Platte eine Gaseinlaßmechanik 26 und eine Gasauslaßmechanik 28 auf, die im Aufbau identisch sein können. Die Mechanik 26 enthält ein elektrisch leitfähiges Rohrelement 32 kleinen Strömungsquerschnitts, das durch die Folien- bzw. Blechkappe hindurchverläuft und mit einer Schei­ be 34 gegen sie dicht abgeschlossen ist. Die Scheibe 34 ist so dicht gegen das Rohrelement 32 abgeschlossen und auf ge­ eignete Weise mit der Kappe 24 verbunden - bspw. durch eine Lötung 35. Die Rohrelemente 32 für den Zu- und den Abfluß dienen auch als elektrische Leiter, so daß die Zuleitungen 36, 37 den Gleichstrom einer geeigneten Einrichtung wie bspw. einer Speicherbatterie zuführen können. Entsprechend läßt sich einer der Anschlüsse als positiver, der andere als negativer Pol der photoelektrischen Anordnung betrachten.

Die Fig. 3 zeigt im Schnitt die oben erläuterte photoelektri­ sche Platte 10. Insbesondere weist die in Fig. 3 gezeigte Dünnschicht-Photozelle eine CdS/CdTe-Heterosperrschicht auf, obgleich auch hier die Konzepte der vorliegenden Erfindung Dünnschicht-Photozellen anderer Art anwendbar sind. Die in der Fig. 3 dargestellte Zelle ist für eine Beispielsdiskus­ sion gewählt worden, da sie sich als besonders geeignet er­ wiesen hat zum Erreichen der kostengünstigen Herstellung und des hohen Wirkungsgrads, die für derartige Elemente erwünscht sind. Weiterhin gilt die CdTe-Schicht als besonders empfind­ lich gegenüber einer Beeinträchtigung, so daß die rückseitige Kappe als Schutz gegen die Umgebung für eine solche Schicht besonders geeignet ist. Kleine, unter Verwendung industriell einsatzfähiger Techniken hergestellte CdS/CdTe-Photozellen haben einen Wandlerwirkungsgrad von über 10%. Eine auf diese Weise hergestellte quadratische Platte mit einer Fläche von 30 cm×30 cm liefert eine Ausgangsleistung von mehr als 6,1 W und hat im aktiven Bereich einen Wandlerwirkungsgrad von über 8%.

An nichtverkapselten Photozellen mit einer CdS/CdTe-Hetero­ sperrschicht ist bei erhöhten Temperaturen in feuchter Umge­ bung eine Verschlechterung des Reihenwiderstands beobachtet worden. Die Anfälligkeit derartiger Einrichtungen gegenüber Feuchtigkeit ist erwiesenermaßen primär eine Folge der Be­ einträchtigung der elektrischen Verbindung zur CdTe-Schicht. Die Zunahme des Reihenwiderstands kann über 50°C schon bei einem so niedrigen Feuchtigkeitsniveau wie 20% erheblich sein. Es wurde beobachtet, daß sich eine erhebliche Ver­ besserung des photoelektrischen Wandlerwirkungsgrades errei­ chen läßt, wenn man den Dampfdruck des vorhandenen Wassers auf ein Minimum senkt. Diese Anfälligkeit der Stabilität des elektrischen Kontakts wurde auch bei Säuren, Lösungsmitteln und - generell - oxidierenden Wirkstoffen beobachtet. Diese Anfälligkeit infolge chemischer Unverträglichkeit schließt die Verwendung zahlreicher ansonsten machbarer Verkapselungs­ technologien aus. Bspw. könnte ein Gel auf Siliziumbasis ein geeignetes Verkapselungsmittel zum Schutz gegen den Einfluß schädlicher Umweltfaktoren auf die Photozelle dienen. Das Siliziumgel selbst kann aber bei erhöhten Temperaturen Wasser freisetzen und damit die Stabilität des Wandlerwirkungsgrads beeinträchtigen. Auch eine sekundäre Anfälligkeit gegenüber Luft (mit 20% Sauerstoffanteil) ist beobachtet worden. In trockener Luft bei Temperaturen über 90°C verschlechterte sich der ohmsche Kontakt infolge einer Zunahme des Reihenwi­ derstandes. Man hat daher die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre um das photoelektrische Element herum durch Anwen­ dung eines Inertgases verringert, um die Stabilität zu ver­ bessern.

Frühere Versuche, die gewünschten Ziele für ein Verkapse­ lungssystem zu erreichen, waren infolge der oben erwähnten Anfälligkeiten erfolglos. Man hat rückseitige Kappen aus Aluminiumfolie vorgeschlagen, die man mit thermoplastischen Kunststoffen, Epoxyharzen oder anderen wärmehärtenden Stof­ fen unmittelbar auf das aktive Zellmaterial aufgeklebt hat. Die Wahl der Klebstoffe, die in den früheren Untersuchungen vorgeschlagen worden waren, erwies sich als äußerst begrenzt, da sich beim Verkleben Verunreinigungsstoffe wie Wasser, Al­ kohole, Aldehyde, Ketone, Säuren und/oder oxidierende Stoffe (wie bspw. Peroxide und Acrylsäuren) bilden, deren Konzen­ tration notwendigerweise so niedrig wie möglich gehalten werden muß, um eine chemische Reaktion mit der Photozelle und damit eine Beeinträchtigung der Stabilität zu vermeiden. Da der CdS/CdTe-Kontakt sich gegenüber den meisten dieser Nebenprodukte als gleichermaßen anfällig erwies, ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, die beim dichten Abschließen der rückseitigen Kappe gegen die photoelektrische Platte en­ stehenden Nebenprodukte daran zu hindern, den photoelektri­ schen Wandlerwirkungsgrad mit der Zeit erheblich zu ver­ schlechtern.

Ein anderer Versuch zum Entwickeln eines geeigneten Verkap­ selungssystems beruhte auf dem Einsatz von Polymerisaten auf der Basis von Ethylenvinylacetat (EVA) zum Verkleben einer Folie oder eines Blechs mit dem Substrat. EVA ist ein wärme­ härtender thermoplastischer Kunststoff, der allgemein ange­ setzt wird. Durch Verwendung des weniger aggressiven Peroxids und durch Kurzhalten des Zeit-Temperatur-Zyklus beim Laminie­ ren war man in der Lage, eine nur geringe Beeinträchtigung (weniger als ca. 5%) der Ausgangsleistung der Platte während des dichten Abschließens der rückseitigen Platte gegen das Substrat aufrechtzuerhalten. Da aber die Langzeitstabilität der Photozelle immer noch problematisch blieb, wurde bei Le­ bensdauertests an der Photozelle eine wesentliche Verschlech­ terung beobachtet, deren Ursache vermutlich in erster Linie die chemische Reaktion zwischen den Verkapselungsstoffen und den aktiven Schichten der Photozelle ist. Daraus wurde abge­ leitet, daß ein brauchbares Verkapselungssystem insbesondere für eine Photozelle mit einer CdTe-Schicht mehrere Bedingun­ gen zu erfüllen hatte: 1. Die Empfindlichkeit der Photozelle gegenüber zahlreichen chemischen Stoffen wie auch Wasser er­ fordert, daß nur harmlose Stoffe in Berührung mit den Dünn­ schichten der Photozelle geraten dürfen; 2. auch harmlose Gase und Stoffe, die beim Abschließen der rückseitigen Kappe gegen das Substrat entstehen, und/oder Rückstände aus der Plattenfertigung selbst sollten während der Verkapselung entfernt, nicht aber in die photoelektrische Platte mit ein­ geschlossen werden; 3. die bevorzugte Verkapselungstechnik sollte in der Lage sein, die Gasumgebung der Photozellen so einzustellen, daß das Gas aus der Plattenanordnung entfernt und durch ein gewähltes anderes Gas ersetzt werden könnte,das schließlich zwischen der rückseitigen Kappe und dem Substrat eingeschlossen wird, so daß die Photozellen während ihrer ge­ samten Nutzungsdauer von diesem gewählten Gas umgeben sind; 4. die Konzentration von Wasserdampf, der in Berührung mit den Dünnschicht-Photozellen geraten kann, sollte sowohl wäh­ rend des als auch nach dem Verkapselungsprozeß so gering wie möglich gehalten werden.

Die Fig. 3 zeigt nun die Photozelle mit einem Glassubstrat 12, das gemeinsam mit der leitfähigen Zinnoxidschicht als Grundfläche für eine Vielzahl von Photozellen dient. Das Licht fällt also durch die Unterlage 12 und die Zinnoxid­ schicht 40 und erreicht so die Heterosperrschicht der Photo­ zelle. Der Fachmann wird einsehen, daß die Photozellen in den Fig. 3 und 4 nicht maßstabsgetreu dargestellt sind, da die Dünnschichten im Vergleich zum Glassubstrat extrem dünn sind. Die Fig. 3 und 4 zeigen also das Konzept der Dünnschichten auf Glas, obgleich die Istdicken der Dünnschichten in dem in den oben angegebenen Druckschriften offenbarten Bereich liegen.

Wie die Fig. 3 zeigt, enthält die Zinnoxidschicht 40 eine Reihe von Einschnitten, die durch die Zinnoxidschicht bis hinab zum Glas 12 reichen. Die Einschnitte 42 sind jeweils in der Nähe einer Reihe von langgestreckten elektrischen Verbindungen angelegt, die in folgenden diskutiert werden, so daß ein Einschnitt 42 entlang aller Streifen 20 der Fig. 1 verläuft. Obgleich verschiedene Verfahren zum Einbringen eines dünnen langen Einschnitts in die Zinnoxidschicht 40 angewandt werden können, sind Laserstrahlen hierfür besonders geeignet.

Unmittelbar auf der Zinnoxidschicht 40 befindet sich die CdS- Schicht 44. (Auch hier sei darauf verwiesen, daß es üblich ist, Photozellen im Schnitt entsprechend den Fig. 3 und 4 darzustellen, da das Glassubstrat 12 bei der Fertigung als Unterlage für die Photozellen dient, aber im Einsatz das Licht abwärts durch das Substrat 12 zu den Dünnschichten läuft, die die photoelektrische Heterosperrschicht bilden, so daß die rückseitige Kappe 24 typischerweise im Einsatz unter der photoelektrischen Platte liegt.) Unmittelbar auf der CdS-Schicht 44 befindet sich die CdTe-Schicht 46. Beide Schichten 44, 46 sind durch einen weiteren langen Einschnitt 45 getrennt, der erheblich breiter ist als der Einschnitt 42 in der Zinnoxidschicht. Der Einschnitt 45 kann nach verschie­ denen Verfahren eingebracht werden, bspw. durch Sandstrahlen. Auf der CdTe-Schicht befindet sich eine dünne Elektroden­ schicht 53, die aus der ersten Elektrodenschicht 52 auf Gra­ phitbasis zur Herstellung der gewünschten elektrischen Ver­ bindung zur CdTE-Schicht ausgebildet ist, sowie unmittelbar auf der Schicht 52 eine hoch leitfähige zweite Elektroden­ schicht 56. Ein im wesentlicher ebener Zwischenraum 56 ist zwischen der Elektrodenschicht 53 jeder der Photozellen 22 und der rückseitigen Kappe 24 belassen und kann 0,2 bis 1,0 cm dick sein. Der Zwischenraum 56 ist vorzugsweise mit einem Feuchtigkeit bindenden Mittel 58 gefüllt, wie unten erläu­ tert. Wie also in Fig. 3 ersichtlich, braucht die rückseitige Kappe 54 die Elektrodenschicht 53 nicht unmittelbar zu berüh­ ren.

Um die Reihenverbindung herzustellen, kann, wie einzusehen ist, die Zinnoxidschicht 40 eingeschnitten und der Schlitz 42 in ihr ausgebildet werden; danach werden die CdS- und die CdTe-Schicht eingeschnitten, um die Schlitze 45 herzustel­ len. Falls erwünscht, kann ein gewählter Elektrodenstreifen auf die Zinnoxidschicht 40 aufgebracht werden, wie in Fig. 3 gezeigt; mit einem verbleibenden Resist-Material 50 füllt man den Schlitz 42 aus und deckt die Schichten 44, 46 an jeweils einer Kante ab. Danach bringt man ein entfernbares Resist- Material auf den übrigen Teil des vom Schlitz 45 umschlosse­ nen Volumens auf und dampft dann die Elektrodenschicht 53 auf die vorigen Schichten, den entfernbaren Resist-Streifen (nicht gezeigt) und den verbleibenden Resist-Streifen 50 auf. Schließlich entfernt man den entfernbaren Resist-Streifen so, daß die Elektrodenschicht "aufgebrochen" und die gewünschte Reihenverbindung der Photozelle ausgebildet wird. Weitere Einzelheiten zur Herstellung einer solchen Reihenverbindung zwischen Photozellen sind in der US-PS 42 62 411 ausgeführt.

Es ist einzusehen, daß die die Photozellen für die erfin­ dunsgemäße photoelektrische Platten bildenden Dünnschichten vorzugsweise jeweils in einer einzigen Ebene liegen, mit der möglichen Ausnahme der Elektrodenschicht 53 (Einzelschichten 52, 54 bilden die Schicht 53). Während also die meisten der Elektrodenschichten bzw. -beläge 53 in jeder der Zellen im wesentlichen in einer einzigen Ebene liegen, liegt ein Teil dieser Schicht für jede der Photozellen geringfügig über dieser Ebene und fällt geringfügig unter sie ab, wie in Fig. 3 gezeigt. Diese Eigenheit beeinträchtigt jedoch die hier offenbarte Technik der Verkapselung zum Schutz der Photozel­ len nicht.

Die Fig. 4 stellt eine weitere Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Photozelle dar und zeigt weiterhin den fluid­ dichten Abschluß zwischen der rückseitigen Kappe 82 und der Grundfläche 13 der photoelektrischen Platte, wobei letztere Komponente sowohl das Glassubstrat 12 als auch die Zinnoxid­ schicht 40 umfaßt. Es ist also einzusehen, daß die gesamte Flächenausdehnung des aktiven Bereichs 68 der photoelektri­ schen Platte (d.h. einschl. der Elektrodenschicht 70 für jede der Photozellen) rückseitig mit einer einheitlichen, im we­ sentlichen ebenen Metallfolienkappe 82 abgedeckt werden kann. Die rückseitige Kappe 82 ist vorzugsweise biegsam und läßt sich entlang des Rands bei 62 problemlos zu dessen Kanten­ konturierung abbiegen, die in Fig. 4 gezeigt ist. Der Abbug 62 weist einen im wesentlichen ebenen Randstreifen 64 auf, der vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Zinnoxidschicht 40 auf dem Glas 12 verläuft. Um die rücksei­ tige Kappe 82 dicht gegen die Grundfläche 13 der photoelek­ trischen Platte abzuschließen, kann ein gewünschter Klebstoff 66 auf den Rand der Grundfläche aufgetragen werden und dieser Verschluß unter Druck und Wärme ausgehärtet werden. Im gehär­ teten Zustand verhindert der Abschluß das Eindringen wesent­ licher Mengen von Gas oder Feuchtigkeit in den Zwischenraum 56 zwischen der rückseitigen Kappe 82 und der Grundfläche 13 und auch Beeinträchtigungen der Dünnschichten des aktiven Bereichs der Platte durch die Umwelt. Wie in Fig. 4 ersicht­ lich, steht die Metallfolie 82 mit keiner der die Photozellen bildenden Dünnschichten in direkter Berührung, sondern ist von diesen vorzugsweise beabstandet angeordnet, wie hier of­ fenbart. Weiterhin ist einzusehen, daß die Klebstoffschicht 66 in Fig. 4 nur im Prinzip gezeigt ist, da sie normalerweise dünner ist als die rückseitige Kappe 82.

Da der Rand der rückseitigen Kappe entlang des gesamten Um­ fangs dicht gegen die Grundfläche 13 der photoelektrischen Platte abgeschlossen ist, wie hier erläutert, ist der umlau­ fende Zwischenraum 56 im wesentlichen gegen die Außenwelt dicht abgeschlossen. Es ist jedoch einzusehen, daß dieser dichte Abschluß entweder hermetisch oder "halbhermetisch" sein kann. Insbesondere erlaubt ein echt hermetischer Ab­ schluß keinen Vorbeigang von Fluiden über einen längeren Zeitraum, so daß das Hermetizitätsniveau ("hermeticity level") 10 bis 11 Einheiten erreicht. Ein solcher Abschluß, der aus einer massiven Glas- oder Stahlsperre ausgebildet werden kann, gilt (wie jede zufriedenstellende Hermetizität von 10 bis 11 Einheiten) als echter hermetischer Abschluß.

Der erfindungsgemäß gebildete Abschluß kann als "halbherme­ tisch" in dem Sinne angesehen werden, als seine Hermetizität mindestens 10-3 Einheiten und vorzugsweise mindestens 10-4 Einheiten erreicht. Es sei also darauf hingewiesen, daß der hier verwendete Ausdruck "halbhermetisch" einen Abschluß be­ zeichnen soll, der ein Hermetizitätsniveau von mindestens 10-3 Einheiten hat. Kurzzeitig ist natürlich der Abschluß aus der rückseitigen Kappe 62, dem Klebstoff 56 und der Grundfläche 13 fluiddicht, was bedeutet, daß weder Flüssig­ keiten noch Gase über verhältnismäßig kurze Zeitspannen durch den Abschluß hindurchtreten können.

Vor dem Verkleben der rückseitigen Kappe mit der Grundfläche der photoelektrischen Platte werden in ersterer die Ein- und Auslaßanordnung 36, 37 auf die in den Fig. 2 und 4 gezeigte Weise festgelegt. Weiterhin kann der Teil des Zwischenraums 56 zwischen der Kappe und der Grundfläche 13, der nicht von den Dünnschichten eingenommen wird, mit einem gewählten Troc­ kenmittel gefüllt werden, um in der unmittelbaren Umgebung der Zellen einen sehr niedrigen Wasserdampfanteil zu errei­ chen. Erfindungsgemäß ist das bevorzugte Trockenmittel Zeo­ lit, da es auch wärmeleitfähig ist, daher die Abfuhr uner­ wünschter Wärme, die beim photoelektrischen Prozeß in den Dünnschichten entsteht, zur Metall-Kappe unterstützt und so weiter einem Qualitätsverlust der Zellen entgegenwirkt. Das Trockenmittel 58 kann den Zwischenraum zwischen Kappe und Grundfläche "locker" füllen. Alternativ lassen sich die Troc­ kenmittelteilchen gegeneinander fixieren, indem man eine kleine Menge Klebstoff einbringt, die die Teilchen miteinan­ der und mit der Innenfläche 83 der Kappe 82 verklebt. Im letzteren Fall wird das Trockenmittel mit der Kappe 82 ver­ klebt; danach lassen die Kappe und das Trockenmittel sich in die in Fig. 4 gezeigte Lage bringen, um die Kappe mit der Grundfläche 13 zu verkleben.

Wie bereits erwähnt, werden die Ein- und die Auslaßanordnung 28, 30 vorzugsweise vor dem Aufbringen der Kappe auf die Grundfläche 13 in letzterer festgelegt. Da die Öffnungsan­ ordnungen im wesentlichen identisch sein können, braucht hier nur eine (32) diskutiert zu werden. Die Einlaßanordnung 32 besteht aus einem Röhrchen 71 kleinen Durchmessers mit einem axial zentrierten Strömungskanal 72. Nach dem Abschluß des im folgenden erläuterten Vorgangs läßt ein Ende des Kanals sich auf geeignete Weise verschließen - bspw. durch Verquet­ schen oder Verlöten, wie bei 74 gezeigt. Das andere Ende 76 des Röhrchens 71 bleibt offen, so daß das Innere 72 des ver­ schlossenen Röhrchens 71 und der Zwischenraum 56 zwischen der Kappe und der Grundfläche 71 untereinander in Verbindung stehen. Der fluiddichte Abschluß zwischen dem Röhrchen 71 und der rückseitigen Kappe 82 läßt sich auf unterschiedliche Weise ausbilden - bspw. mittels Plattchen 80, 81 in der Art von Unterlegscheiben, die jeweils dicht gegen die Außenfläche des Röhrchens 71 und auch gegen die Innen- oder Außenfläche der Kappe 82 durch Löten, eine Glasfritte oder ein anderes geeignetes Verfahren dicht abgeschlossen sind.

Das Röhrchen 71 übt vorzugsweise drei Funktionen aus: es läßt den Zu- bzw. Abgang eins Gases zu, mit dem der Zwischenraum 56 ausgespült wird; es erlaubt, den Zwischenraum 56 problem­ los gegen die Außenwelt der photoelektrischen Platte abzu­ schließen; und es dient als elektrischer Leiter zum Zuleiten elektrischer Energie durch die Kappe 82 hindurch bspw. zum Sammler oder einem Elektromotor. Es ist also einzusehen, daß ein dünner Draht 85, der an einem Ende mit einer Photozelle verbunden ist, mit dem anderen Ende elektrisch mit dem Röhr­ chen 72 verbunden sein kann, so daß die Seitenwandungen des Röhrchens 72 als elektrischer Leiter wirken, der Strom an der Kappe 82 vorbeileitet. Die scheibenartigen Elemente 80, 81 isolieren das Röhrchen 71 elektrisch gegen die Kappe 82, so daß die im photoelektrischen Prozeß entstandene elektrische Energie nicht zur Kappe 82 abgeleitet wird und verlorengeht. Entsprechend sind etwas dickere elektrische Drähte 36, 37 an ein Stiftelement bzw. Röhrchen 32 gelegt, wie in Fig. 2 ge­ zeigt, so daß mit diesen Drähten Gleichstrom einem Sammler zugeleitet werden kann.

Insbesondere wird darauf hingewiesen, daß die Ausbildung der erfindungsgemäßen photoelektrischen Platte die Ausbildung der Dünnschicht-Photozellen und der Reihenverbindung diese Zellen auf eine der in der US-PS 42 62 411 offenbarten ähnliche Art einschließen kann. Nachdem diese Zellen ausgebildet und elek­ trisch in Reihe geschaltet worden sind, kann eine Kappe aus einem gewählten Material ausgestanzt werden, so daß eine rechteckige Folie zum dichten Abschluß gegen die Grundfläche 13 entsteht, wie oben erläutert. Gleichzeitig oder getrennt kann man Öffnungen in die Kappe stanzen, die jeweils eine der oben erörterten Zu- bzw. Ablaßanordnungen aufnehmen sollen. Jede dieser Anordnungen 28, 30 zum jeweiligen Röhrchen 71 und der rückseitigen Kappe hermetisch abgeschlossen, erlaubt eine Gasströmung durch die Kappe hindurch und verhindert das Ab­ fließen von elektrischer Energie zu Kappe 82 oder der Elektro­ denschicht 70. Diesen hermetischen Abschluß erreicht man bspw. durch Verlöten oder -schweißen der Elemente 80, 81 mit der Innen- und Außenfläche der rückseitigen Kappe, wie in Fig. 4 gezeigt.

Wie bereits erwähnt, kann ein Trockenmittel auf der Kappe 82 fest- und diese dann auf die Photozellen aufgelegt werden. Vorher wird jedoch die Zinnoxidschicht 40 in der Nähe der Randstreifen 16, 17, 18, 19 vorzugsweise gesäubert und die Innenfläche der Kappe ebenfalls zur einwandfreien Haftung an der Zinnoxidschicht entsprechend vorbereitet. Wird die rück­ seitige Kappe 82 aus dem vorerwähnten Material hergestellt, kann die Verzinnung entlang des Randes vom Stahl durch Sand­ strahlen oder Abbürsten entfernt worden, desgl. Schichten auf dem Zinnoxid ebenfalls durch eine Bürste oder durch Sand­ strahlen. Nach der Vorbereitung dieser Oberflächen wird ein Klebstoff (bspw. ein Epoxyharz) auf die Ränder der Kappe 82 aufgetragen und werden die Drähte 85 elektrisch mit den Röhrchen 71 verbunden, wie oben erläutert. (Hat man das Trockenmittel nicht auf der Kappe 82 festgelegt, kann man es auf die Zellen aufbringen, um den Raum zwischen der Kappe und der Grundfläche mindestens teilweise auszufüllen, und die Kappe dann auf die Zellen auflegen, so daß das Trockenmittel die Grundfläche 13 berührt.) Sodann wird die Kappe auf die Grundfläche 13 aufgeklebt und auf übliche Weise Druck aufge­ bracht (bspw. mit einer Klemmvorrichtung).

Die Verklebung zwischen der Kappe und der Grundfläche wird vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 80°C etwa 5 Std. lang ausgehärtet. Während dieser Zeit wird ein gewähltes Gas durch die Einlaßöffnung eingelassen und durch die Auslaßöff­ nung enfernt, um den Zwischenraum 56 zu spülen und dadurch schädliche Produkte des Aushärtevorgangs aus dem Inneren der fluiddichten Anordnung zu entfernen. Gegen Ende des Spülens wird ein weiteres oder das gleiche Gas - bspw. Stickstoff oder ein anderes Inertgas - in den Zwischenraum 56 gefüllt werden, um den nicht vom Trockenmittel eingenommenen Volu­ menanteil auszufüllen. Sodann verschließt man beide Röhrchen 71 hermetisch durch Verquetschen oder Verlöten, so daß das gewählte Gas im Zwischenraum 56 und um die Zellen herum ein­ geschlossen wird. Falls erwünscht, kann man in dem Zwischen­ raum 56 zwischen der rückseitigen Kappe und der Grundfläche einen Unterdruck oder einen geringfügig überatmosphärischen Druck einstellen.

Aus der vorgehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung die Schwierigkeiten mit der Unverträg­ lichkeit der CdS/CdTe-Schichten mit den sie berührenden Stof­ fen beseitigt, da sie ohne eine direkte Berührung mit dem Klebstoff auskommt. Weiterhin löst die vorliegende Erfindung die bei einer großen Anzahl von Klebstoffen auftretenden Pro­ bleme, da die beim Verkleben entstehenden Nebenprodukte, die bisher die elektrische Ausgangsleistung der photoelektrischen Platte beeinträchtigten, aus dieser nun weggespült werden. Die Fähigkeit, die Sauerstoffkonzentration im Raum 56 und um die Photozellen herum auf einen optimalen Wert einzustellen, ist mit den Verfahrensweisen der vorliegenden Erfindung sehr praktisch. Nachdem die schädlichen Stoffe beim Verkleben und Härten aus dem Raum 56 zwecks Herstellung eines dichten Ab­ schlusses der Kappe zur Grundfläche der Zellen herausgespült worden sind, läßt sich mit einem gewählten Gas die allmähli­ che Verschlechterung, die in einer feuchtigkeitsarmen oder - freien Atmosphäre bei 20% Sauerstoff auftritt, weiter redu­ zieren.

Das Ziel, den Wasserdampfdruck zwischen der rückseitigen Kappe und der Grundfläche über längere Zeiträume niedrig zu halten, läßt sich nach einem von zwei bzw. beiden Verfahren erreichen. Zunächst ist erfindungsgemäß der dicht abgeschlos­ sene Verklebungsbereich im Vergleich zu den meisten bekann­ ten Verkapselungsverfahren kleiner, so daß weniger Wasser­ dampf entstehen kann. Bspw. zeigte eine Klebelinie von 25 µm bis 125 µm Dicke und 6,35 mm Breite auf einer Glas-Grund­ fläche mit den Abmessungen 101,6×152,4 mm (4′′×6′′), d.h. einem Umfang von 508 mm (20′′) nach mehr als drei Monaten in 80% relativer Feuchtigkeit bei 80°C einen Wasserdampfdurch­ gang von weniger als 10 mg. Zweitens werden die geringen Was­ serdampfmengen, die den Raum 56 erreichen, vom Trocknungsmit­ tel schnell absorbiert. Das bevorzugte Trocknungsmittel soll­ te eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit aufweisen und das Wasser bei erhöhten Temperaturen rückhalten können. Es ist daher für das gewählte Trocknungsmittel erwünscht, daß es einen nied­ rigen Wasser-Partialdruck bei den Temperaturen aufrechter­ hält, die für die Umgebung der photoelektrischen Platte zu erwarten sind.

Die oben beschriebenen Verfahren basieren auf der Verwendung eines verhältnismäßig weichen Klebstoffs zum Verkleben der rückseitigen Kappe 82 mit der Grundfläche 13, wobei der Kleb­ stoff als Dämpfer wirkt, der die Spannungen zwischen der Kappe und der Grundfläche abfängt. Die Spannungen, die norma­ lerweise zwischen diesen Bestandteilen der Anordnung auftre­ ten, beruhen primär auf den unterschiedlichen Ausdehnungs­ beiwerten an der Klebefläche, und es ist einzusehen, daß die Temperatur der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung infolge der photoelektrischen Reaktion über die Umgebungstemperatur hinaus ansteigen kann. Als Alternative zum Dämpfen bzw. Ver­ ringern dieser Spannungen lassen sie sich gering halten, in­ dem man Komponenten verwendet, deren Ausdehnungsbeiwerte so weit wie möglich gleich sind. Da die offenliegende Oberfläche der Grundfläche 13 die Zinnoxidschicht 40 ist, lassen sich Spannungen erheblich abschwächen, indem man eine rückseitige Kappe 82 aus einer Titan- oder Nickellegierung verwendet. Nach einer Ausführungsform läßt sich die gesamte folienartige Kappe aus einer solchen Legierung fertigen. Alternativ stellt man nur den Randbereich der Kappe aus einer solchen Legie­ rung, den Rest aus einem anderen Werkstoff her.

Ein Vorteil der spannungsbefreiten Ausführungsform gegenüber der der Fig. 4 ist, daß erstere es erleichtert, anstelle des oben erwähnten und in Fig. 4 gezeigten "halbhermetischen" Ab­ schlusses einen echten hermetischen Abschluß zwischen der Kappe und der Grundfläche herzustellen. Weiterhin ist einzu­ sehen, daß eine Vielfalt von Werkstoffen für die rückseitige Kappe eingesetzt werden kann. Bspw. kann die Kappe selbst aus Glas hergestellt und die Glaskappe und die Grundfläche dann verlötet oder verschweißt werden, so daß man wiederum einen echt hermetischen Abschluß erhält. In beiden Fällen wird je­ doch die Kappe vorzugsweise entweder mit dem glasigen Sub­ strat 12 oder mit der leitfähigen Schicht 40 auf dem leitfä­ higen Substrat verklebt. Die Glasplatte und die Zinnoxid­ schicht bilden so die Grundfläche für die Photozellen, wie oben erwähnt, und diese Kombination einer glasigen Grundflä­ che mit einer wahlweisen leitfähigen Schicht auf der ober­ sten oder einer innere Oberfläche ist hier als "glasiges Substrat" bezeichnet. Ist die rückseitige Kappe lichtdurch­ lässig, braucht das Substrat für die Dünnschichten nicht glasig zu sein.

Die Verfahrensweisen der vorliegenden Erfindung können für Rückwand- oder Vorderwand-Photozellen eingesetzt werden und sind besonders geeignet für Kollektoren mit einer Anzahl von elektrisch in Reihe geschaltet Photozellen aus polykristalli­ nen Dünnschichten. Erfindungsgemäß lassen sich verschiedene Reihenschaltungen der verschiedenen polykristallinen Photo­ zellen verwenden, obgleich die in Fig. 3 gezeigte, verhält­ nismäßig kostengünstige Reihenschaltung bevorzugt ist und beim Einsatz zusammen mit der hier diskutierten rückseitigen Kappe keine Schwierigkeiten aufwirft, obgleich die Reihen­ schaltung eine nicht ebene Oberelektrode ergibt. Nach einer weiteren geeigneten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen photoelektrischen bzw. Kollektorplatte liegt die oberste leitfähige Schicht auf einer permanenten Resistschicht und verläuft abwärts zur leitfähigen Zinnoxidschicht. Das per­ manente Resistmaterial füllt einen langgestreckten Einschnitt in der Zinnoxidschicht analog dem oben erläuterten aus. An­ stelle einen abziehbaren Resist zu benutzen, werden jedoch die aufgebrachte oberste leitfähige Schicht sowie polykri­ stallinen Schichten der Heterosperrschicht unter ihr in der Nähe der Verbindung der Zinnoxidschicht/Deck-Elektroden­ schicht eingeschnitten, so daß nebeneinanderliegende Zellen in Reihe geschaltet werden.

Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, das Gas in dem Raum zwischen der rückseitigen Kappe und den Photozellen auszutau­ schen und damit die weitere Qualitätsabnahme der Zellen zu verlangsamen oder sogar umzukehren. Die Gasein- und -auslaß­ öffnungen können nach einer gewissen Betriebszeit der photo­ elektrischen Anordnung (bspw. mehrere Jahre) geöffnet, das Gas ausgespült und durch ein neues ersetzt und die Öffnungen dann wieder verschlossen werden. Derzeit sind zwar zwei sol­ che Öffnungen bevorzugt; es kann aber auch nur eine ausrei­ chen. Bspw. könnte man bei nur einer Öffnung den Zwischen­ raum evakuieren und auf diese Weise fast alles schädliche Gas aus dem Zwischenraum entfernen und dann die eine Öffnung wieder verschließen.

Claims (42)

1. Photoelektrische Kollektoranordnung mit verbesserter Stabilität, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Photozellen jeweils mit mehreren polykristalli­ nen Dünnschichten, von denen mindestens eine im wesentlichen aus Cadmiumtellurid besteht und die auf einem glasigen Sub­ strat abgelagert sind, damit Licht hindurchtreten und eine von mindestens zwei der Dünnschichten gebildete photoelek­ trische Heterosperrschicht erreichen kann, wobei die Photo­ zellen jeweils in einer Ebene liegen, die im wesentlichen parallel zu einer ebenen Innenfläche des glasigen Substrats verläuft, und die Photozellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, um elektrischen Strom aus dem photoelektrischen Kol­ lektor abzuleiten, durch eine rückseitige Kappe aus einem flächigen Material, die relativ zu den Photozellen dem gla­ sigen Substrat gegenüber und von ihnen beabstandet liegt, so daß ein im wesentlichen ebener Zwischenraum zwischen den Photozellen und einer Innenfläche der rückseitigen Kappe aus flächigem Material entsteht, wobei die rückseitige Kappe aus flächigem Material um die Photozellenanordnung herum einen fluiddichten Abschluß gegen das glasige Substrat bildet, um die Photozellen vor Elementen außerhalb der Kollektoranord­ nung zu schützen, und durch ein gewähltes Trocknungsmittel, das den ebenen Raum im wesentlichen vollständig ausfüllt, damit kein Wasserdampf in diesem die Photozellen beeinträch­ tigen kann.

2. Kollektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Kappe aus flächigem Material aus formbarem Blech besteht und entlang ihres Randes einen Umbug aufweist, der mit dem glasigen Sub­ strat zusammenwirkend die Photozellen vor Elementen außerhalb der Kollektoranordnung schützt.

3. Kollektoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Trocknungs­ mittel wärmeleitfähig ist, um Wärme aus den Photozellen an die rückseitige Blechkappe übertragen zu können.

4. Kollektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das glasige Substrat eine elektrisch leitfähige Dünnschicht aufweist, die auf einer seiner Innenflächen ausgebildet ist.

5. Kollektoranordnung nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch einen formbaren Klebstoff zum Aus­ bilden eines halbhermetischen Randabschlusses zwischen der rückseitigen Kappe aus flächigem Material und dem glasigen Substrat.

6. Kollektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Randabschnitt der rückseitigen Kappe aus flächigem Material an das glasige Substrat anlegbar ausgebildet ist und im wesentlichen in einer Ebene liegt, die parallel zu einer Innenfläche des glasigen Substrats verläuft.

7. Photoelektrische Kollektoranordnung mit verbesserter Stabilität, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Photozellen mit jeweils mehreren polykristallinen Dünn­ schichten, die auf ein glasiges Substrat aufgetragen sind, so daß Licht durch sie hindurch zu einer von mindestens zwei­ en der Dünnschichten gebildeten photoelektrischen Hetero­ sperrschicht gelangen kann, und die Photozellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, um elektrischen Strom von der Kol­ lektoranordnung ableiten zu können, eine rückseitige Kappe aus hermetisch dichtem flächigem Material, das relativ zu den Photozellen dem glasigen Substrat gegenüber und von ihnen beabstandet so angeordnet ist; daß ein Raum zwischen ihnen und einer Innenfläche der rückseitigen Kappe aus flächigem Material verbleibt, wobei die Kappe aus flächigem Material einen fluiddichten Abschluß gegen das glasige Substrat um die Photozellenanordnung herum bildet, um die Photozellen vor externen Elementen zu schützen, und durch mindestens eine verschließbare Öffnung zum Einführen eines Spülfluids durch die rückseitige Kappe hindurch, um in dem Zwischenraum ent­ haltene schädliche Fluid auszuspülen und so die Stabilität der Kollektoranordnung zu verbessern.

8. Kollektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Öff­ nung eine verschließbare Fluid-Einlaßöffnung zum Einlassen des Spülfluids durch die rückseitige Kappe in den Zwischen­ raum sowie eine verschließbare Fluid-Auslaßöffnung aufweist, um gleichzeitig das Spülfluid aus dem Zwischenraum durch die rückseitige Kappe hindurch abzulassen.

9. Kollektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluid-Einlaßöffnung eine Fluidleitung mit einem Strömungskanal aufweist, die durch die rückseitige Kappe aus flächigem Material verläuft, wobei eine Außenfläche der Fluidleitung dicht gegen die rück­ seitige Kappe abgeschlossen ist und der Strömungskanal in der Fluidleitung zum Zwischenraum führt und hermetisch gegen den Außenraum der Kollektoranordnung abgeschlossen ist.

10. Kollektoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidleitung aus einem elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht, ein langgestreck­ ter formbarer Leiter aus Draht in dem Zwischenraum elektrisch mit einem Ende an die Photozellenanordnung und mit dem ande­ ren Ende an die elektrisch leitfähige Leitung angeschlossen ist, und daß zwei Ausgangsdrähte jeweils mit einem Ende an eine der Leitungen angeschlossen sind, so daß eine der Lei­ tungen den positiven und die andere den negativen elektri­ schen Anschluß der Kollektoranordnung darstellen.

11. Kollektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen der rückseitigen Kappe und den Photozellen mindestens zum Teil mit einem gewählten Trocknungsmittel gefüllt ist, damit die Photozellen in dem Raum nicht durch Wasserdampf beeinträch­ tigt werden können.

12. Kollektoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Trocknungs­ mittel wärmeleitfähig ist, um Wärme von den Photozellen auf die rückseitige Kappe aus flächigem Material übertragen zu können.

13. Kollektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Randteil der Kappe dicht abschließend am glasigen Substrat an- und im wesent­ lichen in einer Ebene liegt, die parallel zu einer Innen­ fläche des glasigen Substrats verläuft.

14. Kollektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Dünnschichten jeder Photozelle in einer im wesentlichen waagerechten Ebene liegen, die parallel zu einer Innenfläche des glasigen Substrats verläuft.

15. Kollektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Photozellen jeweils eine im wesentlichen aus Cadmiumtellurid bestehende Dünn­ schicht aufweisen.

16. Kollektoranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Photozellen jeweils eine weitere, im wesentlichen aus Cadmiumsulfid bestehende Dünnschicht aufweisen.

17. Kollektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Photozellen jeweils ein im wesentlichen ebener langgestreckter Streifen sind, der auf dem glasigen Substrat ausgebildet und von einem angren­ zenden Streifen durch eine elektrische Verbindung beabstan­ det ist, die die Streifen elektrisch in Reihe schaltet.

18. Kollektoranordnung nach Anpruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbin­ dung zwischen nebeneinanderliegenden Streifen als leitfähi­ ge Dünnschicht mit einem ersten Teil am glasigen Substrat und mit einem zweiten Teil bezüglich des ersten Teils dem glasi­ gen Substrat gegenüberliegend ausgebildet ist.

19. Kollektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe aus flächigem Material gegen das glasige Substrat durch einen nachgiebigen Klebstoff abgeschlossen ist, um auf die Wärmeausdehnung zu­ rückzuführende Spannungen zwischen der rückseitigen Kappe und dem glasigen Substrat abzuschwächen, wobei der Klebstoff einen halbhermetischen Abschluß zwischen dem flächigen Mate­ rial und dem glasigen Substrat bildet.

20. Kollektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Kappe aus flächigem Material eine Dicke von 50 µm bis 200 µm (2 bis 8 mils) hat.

21. Verfahren zum Verbessern der Stabilität einer photo­ elektrischen Kollektoranordnung mit einer Vielzahl von Photo­ zellen mit jeweils mehreren polykristallinen Dünnschichten auf einem glasigen Substrat, damit Licht hindurchtreten und eine von mindestens zwei der Dünnschichten gebildete Hetero­ sperrschicht erreichen kann, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Photozellen elektrisch in Reihe schaltet, damit elektrischer Strom von der Kollektoran­ ordnung abgeführt werden kann, eine rückseitige Kappe aus hermetisch dichtem flächigem Material relativ zu den Photo­ zellen dem Substrat gegenüber und beabstandet von den Photo­ zellen anordnet, so daß ein Zwischenraum verbleibt, den Zwi­ schenraum mit einem gewählten Trocknungsmittel füllt, damit die Photozellen nicht durch Wasserdampf im Zwischenraum be­ einträchtigt werden kann, und entlang des Randes der Photo­ zellenanordnung die rückseitige Kappe fluiddicht gegen das glasige Substrat abschließt, um die Photozellen vor externen elementen zu schützen.

22. Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Kol­ lektoranordnung nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man das gewählte Trocknungs­ mittel auf eine Innenfläche der rückseitigen Kappe aufklebt, bevor man diese relativ zu den Photozellen dem Substrat ge­ genüber anordnet.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem glasigen Substrat um Glas handelt, dessen Innenfläche mit einer elek­ trisch leitfähigen Beschichtung versehen ist.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Material für die rück­ seitige Kappe Nickel-, Eisen- oder Titanblech ist.

25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man die rückseitige Kappe gegen das glasige Substrat dicht abschließt, indem man einen Klebstoff auf die Abschlußfläche des glasigen Substrats auf­ trägt und den Klebstoff zu einem halbhermetischen Abschluß zwischen dem glasigen Substrat und der rückseitigen Kappe aushärtet, wobei der gehärtete Klebstoff nachgiebig ist, um Spannungen zwischen dem glasigen Substrat und der rücksei­ tigen Kappe abzuschwächen.

26. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zum dichten Abschließen der rückseitigen Kappe gegen das glasige Substrat ein Mate­ rial für mindestens den Randbereich der rückseitigen Kappe anhand seines Wärmeausdehnungsbeiwerts und desjenigen einer Abschlußfläche des glasigen Substrats auswählt und einen hermetisch dichten Abschluß zwischen der rückseitigen Kappe und dem glasigen Substrat herstellt.

27. Verfahren zum Verbessern der Stabilität einer photo­ elektrischen Kollektoranordnung mit einer Vielzahl von Photo­ zellen mit jeweils mehreren polykristallinen Dünnschichten auf einem glasigen Substrat, damit Licht hindurchtreten und eine von mindestens zwei der Dünnschichten gebildete Hetero­ sperrschicht erreichen kann, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Photozellen elektrisch in Reihe schaltet, damit elektrischer Strom von der Kollektoran­ ordnung abgeführt werden kann, eine rückseitige Kappe aus einem hermetisch dichten flächigen Material bezüglich der Photozellen dem Substrat gegenüber und von diesen beabstan­ det anordnet, um den Zwischenraum zwischen ihnen auszubil­ den, die rückseitige Kappe gegen das glasige Substrat ent­ lang des Randes der Photozellenanordnung dicht abschließt, um diese vor externen Elementen zuschützen, und danach ein Spülfluid in den dicht abgeschlossenen Zwischenraum einführt, um schädliche Fluide aus ihm auszuspülen.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zum dichten Abschließen der rückseitigen Kappe gegen das glasige Substrat (a) einen Klebstoff zwischen die Randflächen der rückseitigen Kappe und des glasigen Substrats einbringt und (b) den Klebstoff aus­ härtet, wobei das Einführen des Spülfluids irgendwann während des Aushärtens erfolgt.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zum Einführen des Spül­ fluids mindestens eine Öffnung vorsieht, an der das Spülgas durch die rückseitige Kappe hindurch in den Zwischenraum eingeführt und schädliche Gase aus ihm ausgespült werden können, so daß sich die Stabilität der Kollektoranordnung erhöht, und dann die mindestens eine Öffnung dicht ver­ schließt, um die Photozellen vor externen Elementen zu schü­ zen.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man nach dem Ausspülen schäd­ licher Gase aus dem Zwischenraum und vor dem dichten Ver­ schließen der Öffnung ein gewähltes Gas in den Zwischenraum einführt, um die Photozellen vor externen Elementen zu schützen.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das gewählte Gas um ein In­ ertgas aus der aus Stickstoff, Argon und Helium bestehenden Gruppe ist.

32. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man weiterhin den Zwischen­ raum mit einem gewählten Trocknungsmittel füllt, damit die Photozellen nicht durch Wasserdampf beeinträchtigt werden können.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man das gewählte Trocknungs­ mittel auf eine Innenfläche der rückseitigen Kappe festklebt, bevor man die Kappe bezüglich der Photozellen dem Substrat gegenüber in die Sollage bringt.

34. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem glasigen Substrat um Glas handelt, das auf der Innenfläche elektrisch leitfähig beschichtet ist.

35. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man das Material für die rück­ seitige flächige Kappe aus den Metallen einschließlich der aus Nickel, Eisen und Titan bestehenden Gruppe auswählt.

36. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zum dichten Abschließen der rückseitigen Kappe gegen das glasige Substrat einen Kleb­ stoff auf eine Verschlußfläche des glasigen Substrats auf­ bringt und den Klebstoff zu einem halbhermetischen Abschluß zwischen dem glasigen Substrat und der rückseitigen Kappe aushärtet, wobei der gehärtete Klebstoff nachgiebig ist, um Spannungen zwischen dem glasigen Substrat und der rückseiti­ gen Kappe abzuschwächen.

37. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zum dichten Abschließen der rückseitigen Kappe gegen das glasige Substrat ein Mate­ rial für wenigstens den Randbereich der Kappe als Funktion seines Wärmeausdehnungsbeiwerts und desjenigen der Abschluß­ fläche des glasigen Substrats auswählt und einen hermetisch dichten Abschluß zwischen der rückseitigen Kappe aus flächi­ gem Material und dem glasigen Substrat herstellt.

38. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zum Einführen eines Spül­ fluids in den dicht abgeschlossenen Zwischenraum eine Ein­ laßöffnung zum Einführen eines Spülgases durch die rücksei­ tige Kappe in den Zwischenraum sowie eine Auslaßöffnung zum gleichzeitigen Auslassen des Spülgases aus dem Zwischenraum durch die rückseitige Kappe hindurch ausbildet und die Ein- und die Auslaßöffnung nach dem Spülen dicht verschließt.

39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man die Fluidein- und -aus­ laßöffnung jeweils aus einer elektrisch leitfähigen Rohrlei­ tung herstellt, die durch die rückseitige Kappe hindurchver­ läuft, deren Inneres mit dem Zwischenraum in Verbindung steht und die gegen den die Photozellen umgebenden Außenraum herme­ tisch dicht abgeschlossen ist derart, daß eine der elektrisch leitfähigen Rohrleitungen als positiver und die andere als negativer Anschluß der photoelektrischen Kollektoranordnung dienen.

40. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das gewählte Trocknungsmittel wärmeleitfähig ist, um Wärme von den Photozellen auf die rückseitige Kappe zu übertragen.

41. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Photozelle eine Dünn­ schicht aufweist, die im wesentlichen aus Cadmiumtellurid besteht.

42. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man jede der Photozellen als im wesentlichen ebenen langgestreckten Streifen auf dem glasigen Substrat von einem nebenliegenden Streifen durch eine elektrische Verbindung getrennt ausbildet, die die Streifen elektrisch in Reihe schaltet, und daß man nebenein­ anderliegende Streifen elektrisch in Reihe schaltet, indem man zwischen ihnen eine leitfähige Dünnschicht aufbringt, die mit einem ersten Teil an glasigen Substrat und mit einem zweiten Teil dem glasigen Substrat bezüglich des ersten Teils gegenüber liegt.