WO2012171680A2 - Solarzellenmodul und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2012171680A2
WO2012171680A2 PCT/EP2012/057101 EP2012057101W WO2012171680A2 WO 2012171680 A2 WO2012171680 A2 WO 2012171680A2 EP 2012057101 W EP2012057101 W EP 2012057101W WO 2012171680 A2 WO2012171680 A2 WO 2012171680A2
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solar cells
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conductive
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Andreas Kugler
Patrick Zerrer
Martin Zippel
Patrick Stihler
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10F19/80—Encapsulations or containers for integrated devices, or assemblies of multiple devices, having photovoltaic cells
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a solar cell module and method for its production.
  • Solar cell modules based on semiconductors which are known from the prior art consist of an entirety of solar cells. In these, an electric voltage is generated under the action of an external light incidence.
  • the solar cells are appropriately interconnected in order to be able to tap the highest possible current intensity from the solar cell module. For a contacting of the solar cells and a proper wiring within the solar cell module is necessary.
  • bands or strings are used for routing, band-shaped conductor sections made of metal, in particular copper.
  • these are guided from an upper photoactive side of a solar cell to a light-remote rear side of an adjacent solar cell.
  • the contacting between a ribbon and the solar cells connected thereto is usually carried out by means of a soft solder connection.
  • solder connection At the contact points between the ribbon and the solar cell are located on the solar cells metallized contact areas on which the solder joint is made.
  • solar cell modules with back-contacted solar cells and processes for their production of a solar cell module with back-contacted solar cells are described in which a film-like nonconductive support with an electrically conductive coating is used instead of individual ribbons.
  • the conductive coating is located on the surface of the carrier facing away from the solar cell rear sides and is connected to contact openings of the solar cells via openings filled with contacting material.
  • the invention provides a solar cell module with the features of claim 1 and a method for producing such having the features of claim 8.
  • an interconnection carrier substrate comprising sections of conductive layers and electrically contacted with the solar cells is provided with an electrically insulating support layer or a stack of such support substrates with a plurality of electrically insulating support layers and a plurality of conductive layers isolated from one another by the support layers / which is laid with insulation spacers and / or an insulating layer to the solar cell back sides.
  • at least part of contact sections for contacting the solar cells and / or for locally connecting a plurality of conductive layers of the stack to one another are filled with a conductive paste or ink which is compatible with the material of the or each conductive layer, filled through holes or blind holes in the interconnection carrier substrate or formed the stack.
  • the conductive paste or ink has a finely divided, highly conductive filler, in particular nanoparticles and / or a sintered material. More specifically, the conductive paste or ink has a copper or aluminum directly contacting and corrosive-free or corrosive free or contaminant adhesive.
  • a conductive solidified state of the conductive paste or ink introduced into the through or blind holes is present in the finished solar module.
  • To convert the paste or ink-like initial state into the solidified final state it is possible to resort to proven drying or crosslinking technologies, from simple air drying to the various possibilities of radiation-induced or chemically initiated curing or crosslinking in suitable components of the starting material.
  • locally insulating plastic covers are provided on the surface of the base layer facing away from the solar cells or of the outermost base layer of the stack at the location of the contact sections.
  • the initial state of the insulating plastic fabric covers may be pasty, and the manufacturing process comprises a step of curing or crosslinking of this plastic paste.
  • the support layer is made of optionally fiber-reinforced material, in particular plastic.
  • the interconnection carrier substrate is formed as a double-sided copper-clad plastic film.
  • the contact sections for contacting the solar cells and / or for local connection of the two conductive layers is formed together by prefabricated through holes provided with a conductive filling or lining in the interconnection carrier substrate.
  • the openings in the interconnection carrier substrate with suitable conductive filling or lining are already present before the beginning of the assembly process of the solar cell module and are only suitably positioned as contact connections, which of course shortens and simplifies the process sequence.
  • interconnection carrier substrate instead of discrete conductor strips offers the possibility of a simplified integration of electronic components which are typically present in a solar cell module in addition to the solar cells. These are then preferably placed directly on the interconnection carrier substrate and electrically connected.
  • the process of the invention comprises the following steps:
  • the contacting of the conductive layers with each other can also be done in advance and, for example, galvanically.
  • the provision of the prefabricated interconnection carrier substrate has an upstream structuring of at least one of the two conductive layers.
  • a further embodiment provides that the provision of the prefabricated interconnection carrier substrate has an upstream generation of apertures extending between the two conductive layers and their filling or lining with a conductive material. Both allow a shift otherwise steps to be classified in the assembly process in the supplier sphere and simplifies and shortens the process flow at the producer of the solar cell modules. It is understood that both embodiments may also be combined with specific structuring and / or contacting steps, which are classified in the assembly process and with which specific configuration requirements are met.
  • this step may comprise laminating the solar cells with insulating films, in particular EVA or silicone films. More particularly, the step of laminating with insulating films comprises simultaneous fixing on a glass plate as a mechanical support of the solar cell module.
  • the provision of an insulating film or application of an insulating layer comprises providing the same with recesses at the location of contact sections for contacting the solar cells. This can be done by providing a correspondingly preconfigured insulating or laminating film (possibly in the form of individual strips) and / or by timely structuring of same in the assembly process, ie immediately prior to placement of the solar cells on the interconnection carrier substrate, or even after placement and Lamination done.
  • the invention has the significant advantage of realizing different interconnection concepts of the solar cells in a solar cell module, such as a parallel and coupled serial interconnection of cells, as well as additional functions within the interconnection, eg. As securing the cell by bypass diodes, easy and flexible to implement. Further advantages are:
  • FIG. 1 is a schematic diagram for illustrating aspects of
  • FIG. 2A and 2B a schematic circuit layout and a detailed view of an embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows in a synoptic representation, which serve only to illustrate aspects of the invention and is not intended to represent a circuit configuration relevant to practice and otherwise is not to scale
  • a section of a solar cell module 1 of solar cells 3 with a first and second EVA film 5a, 5b are laminated and arranged on a glass carrier 7.
  • the glass carrier facing surfaces of the solar cells are the photoactive surfaces (front sides), and on the opposite surfaces (backs) terminal contacts 9 for interconnecting the solar cell 3 are arranged.
  • This interconnection is accomplished by a stack 11 of two interconnection carrier substrates, which is arranged on the rear sides of the solar cells.
  • the stack 11 comprises, as electrically insulating support layers, in each case a plastic film 13a, 13b and structured conductive layers arranged thereon
  • each contact points 19 are formed by filling a conductive paste or ink and subsequent drying or curing, via one of the two conductive layers 17a, 17b selected contacts connect different solar cell 3 with each other or even can connect only one compound of the two conductive layers together.
  • the contact points 19 are covered with plastic caps 23, which are formed by local application and subsequent curing or crosslinking of a plastic paste.
  • connection points which connections are ultimately formed electrically effective results in the embodiment shown here from the concrete conductor structure of the two conductive layers.
  • the figure is intended to illustrate that the two left contact points establish a connection of the respectively left connection contacts of the left and middle solar cell 3 via the conductive layer 17b, while the second conductive layer 17a (also contacted by the contact points in question) is interrupted between the contact points and thus is not connected effectively.
  • the two right-hand contact points are electrically connected to the conductive layer 17a, and through these, the right-hand terminal of the center solar cell and the left-hand terminal of the right solar cell are connected to each other, while the existing electrical contact of said points with the other conductive layer 17b remains ineffective because it is interrupted between the contact points.
  • a prefabricated through hole 21 which is provided with a (for example, galvanically generated) conductive lining 21a.
  • the conductive liner 21a interconnects the two conductive layers 17a, 17b, but is not associated with a solar panel. Contact.
  • this may be different in the practical implementation of a desired circuit configuration.
  • blind holes can also be arranged in the interconnection carrier substrate which, from the outset, only permit contacting of one of the two conductive layers.
  • contact points can also be formed in openings provided with prefabricated lining of the interconnection carrier substrate.
  • FIGS. 2A and 2B show a first sub-array 1a and a second sub-array 1b of solar cells 3 arranged in matrix form in each case, wherein the two sub-arrays are formed by first connecting lines 4a and second crossing one another
  • Connecting lines 4b are interconnected.
  • bypass diodes 6 are directly integrated.
  • other electronic components or circuits for example logic modules, to be inserted into the interconnection using a multilevel carrier substrate.
  • FIG. 2B schematically shows, such an interconnection may be advantageously formed using the invention by approximately (recourse to the representation and notation in FIG. 1) the first and second interconnect lines being formed by the interconnect carrier substrate 11.
  • both groups of connecting lines extend here on its upper side, that is to say in a suitably structured conductive layer 17a.
  • a "bridge" 8 is provided over a section of the lower conductive layer 17b and two contact layers. points 19.1, 19.2 formed.
  • 3A schematically shows a starting material 11 '' of a simple interconnection carrier substrate 11 'which can be used in a simplified assembly configuration, such as that shown in Fig. 1, instead of the carrier substrate stack 11.
  • the raw material 11'' consists of a A film of an insulating plastic film 13a and a Cu film 17a, which is applied by lamination or pressing on the surface of the support layer.
  • Lamination or compression can be done in blanks, such as. B. known from printed circuit board technology, or in a roll-to-roll process, as z. B. is used in the production of endless flex circuits.
  • a structuring of the conductive layer 17a is carried out, whereby the ready-to-use interconnection carrier substrate 11 'is produced; see. Fig. 3B.
  • the wiring supporting substrate 11, the solar cells 3, the laminating sheets 5a, 5b, and the glass substrate 7 are assembled to form a solar cell module
  • FIG. 3D shows the assembled state of the layer stack, which is achieved with known production processes for solar cell modules using elevated temperature and vacuum steps.
  • Via openings (vias) through the interconnection carrier substrate 11 are formed at the location of selected connection contacts of the solar cells 3, for example by means of laser drilling techniques.
  • the vias are then filled with a conductive paste or ink, for example by means of a coordinate-controlled dispenser or else using an ink-jet printing device, and this is, for example using IR or UV radiation and / or a chemical curing initiator, solidified.
  • This is then still electrically isolated with a similar to the conductive paste or ink applied plastic cap 23 'and protected against environmental influences (corrosion).
  • the result is the state shown in Fig. 3E of the assembled and interconnected solar cell module. 1

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Abstract

Solarzellenmodul mit einer Mehrzahl von auf einem mechanischen Träger angeordneten und über auf den Solarzellen-Rückseiten verlaufende Verbindungsleiter in vorbestimmter Schaltungskonfiguration verschalteten Solarzellen, wobei zur Realisierung der Verbindungsleiter ein auf einer Oberfläche abschnittsweise eine Leitschicht aufweisendes und lokal mit den Solarzellen elektrisch kontaktiertes Verschaltungs-Trägersubstrat mit einer elektrisch isolierenden Tragschicht oder ein Stapel derartiger Trägersubstrate vorgesehen ist, welches/welcher mit Isolations-Abstandshaltern und/oder einer isolierenden Zwischenschicht zu den Solarzellen-Rückseiten verlegt ist, wobei mindestens ein Teil von Kontaktabschnitten zur Kontaktierung der Solarzellen und/oder zur lokalen Verbindung mehrerer Leitschichten des Stapels miteinander durch mit einer Leitpaste oder -tinte, die mit dem Material der oder jeder Leitschicht kompatibel ist, verfüllte Durchgangslöcher oder Sacklöcher im Verschaltungs-Trägersubstrat oder dem Stapel gebildet sind.

Description

Beschreibung
Titel
Solarzellenmodul und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul und Verfahren zu dessen Herstellung.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik bekannte Solarzellen-Module auf der Basis von Halbleitern bestehen aus einer Gesamtheit von Solarzellen. In diesen wird unter der Wirkung eines äußeren Lichteinfalls eine elektrische Spannung erzeugt. Die Solarzellen sind zweckmäßig miteinander verschaltet, um von dem Solarzellen-Modul eine möglichst hohe Stromstärke abgreifen zu können. Damit ist eine Kontaktierung der Solarzellen und eine zweckmäßige Leitungsführung innerhalb des Solarzellen-Moduls notwendig.
Bei bekannten Solarzellen-Modulen werden zur Leitungsführung sogenannte Bändchen oder Strings verwendet, bandförmig ausgebildete Leiterabschnitte aus Metall, insbesondere Kupfer. Bei herkömmlichen Solarmodulen sind diese von einer oberen lichtaktiven Seite einer Solarzelle auf eine lichtabgewandte rückwärtige Seite einer benachbarten Solarzelle geführt. Die Kontaktierung zwischen einem Bändchen und den damit verschalteten Solarzellen erfolgt üblicherweise mittels einer Weichlotverbindung. An den Kontaktstellen zwischen dem Bändchen und der Solarzelle befinden sich auf den Solarzellen metallisierte Kontaktbereiche, auf denen die Lotverbindung vorgenommen wird.
Zum Erhöhen der Lichtausbeute derartiger Solarzellen-Module wurden Versuche unternommen, die beschriebenen Kontaktierungen vollständig auf der lichtab- gewandten rückwärtigen Seite der Solarzellen anzuordnen. Die lichtabgewandte Seite bildet dann eine Kontaktseite der jeweiligen Solarzelle. Dabei müssen die auf der gemeinsamen Kontaktseite angeordneten Kontaktbereiche mit unterschiedlichen Potentialen kontaktiert werden. Bei einer Vielzahl von Solarzellen in einer zu realisierenden Verschaltung und einer gegebenen geometrischen Anordnung werden durch dieses Erfordernis erhebliche Ansprüche an die
Genauigkeit der Kontaktierungen gestellt, um Fehlschaltungen und Kurzschlussverbindungen sicher zu vermeiden.
In früheren Patentanmeldungen der Anmelderin sind Solarzellenmodule mit rückseitenkontaktierten Solarzellen sowie Verfahren zu deren Herstellung eines Solarzellenmoduls mit rückseitenkontaktierten Solarzellen beschrieben, bei denen zur Leitungsführung anstelle einzelner Bändchen ein folienartiger nichtleitender Träger mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung eingesetzt wird. Die leitfähige Beschichtung liegt auf der von den Solarzellen-Rückseiten abgewandten Fläche des Trägers und wird über mit Kontaktiermaterial ausgefüllte Durchbrüche mit Anschlusskontakten der Solarzellen verbunden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen bereit, welches die Merkmale des Anspruches 8 aufweist.
Demnach ist erfindungsgemäß zur Realisierung der Verbindungsleiter ein abschnittsweise Leitschichten aufweisendes und lokal mit den Solarzellen elek- trisch kontaktiertes Verschaltungs-Trägersubstrat mit einer elektrisch isolierenden Tragschicht oder ein Stapel aus solchen Trägersubstraten mit mehreren elektrisch isolierenden Tragschichten und mehreren durch die Tragschichten voneinander isolierten Leitschichten vorgesehen, das/der mit Isolations- Abstandshaltern und/oder einer isolierenden Schicht zu den Solarzellen-Rück- Seiten verlegt ist. Dabei ist mindestens ein Teil von Kontaktabschnitten zur Kontaktierung der Solarzellen und/oder zur lokalen Verbindung mehrerer Leitschichten des Stapels miteinander durch mit einer Leitpaste oder -tinte, die mit dem Material der oder jeder Leitschicht kompatibel ist, verfüllte Durchgangslöcher oder Sacklöcher im Verschaltungs-Trägersubstrat oder dem Stapel gebildet.
In einer besonders praxistauglichen Ausführung weist die Leitpaste oder -tinte einen fein verteilten, hoch leitfähigen Füllstoff, insbesondere Nanopartikel und/oder ein Sintermaterial, auf. Spezieller weist die Leitpaste oder -tinte einen auf Kupfer oder Aluminium direkt ankontaktierenden und unter Sauer- Stoff- und Feuchteeinfluss korrisionsfreien oder -trägen Klebstoff auf.
Es versteht sich, dass gemäß der Erfindung und den vorstehend genannten Ausgestaltungen im fertigen Solarmodul ein leitfähiger verfestigter Zustand der in die Durchgangs- oder Sacklöcher eingebrachten Leitpaste oder -tinte vor- liegt. Zur Überführung des pasten- bzw. tintenartigen Ausgangszustands in den verfestigten Endzustand kann auf bewährte Trocknungs- bzw. Vernetzungstechnologien zurückgegriffen werden, von einfacher Lufttrocknung bis zu den verschiedenen Möglichkeiten strahlungsinduzierter oder chemisch initiierter Härtung oder Vernetzung in geeigneter Komponenten des Ausgangsmaterials.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass auf der den Solarzellen abgewandten Oberfläche der Tragschicht oder der äußersten Tragschicht des Stapels am Ort der Kontaktabschnitte lokal isolierende Kunststoffabdeckungen vorgesehen sind. Auch hier kann der Ausgangszustand der isolierenden Kunst- Stoffabdeckungen pastös sein, und das Herstellungsverfahren umfasst einen Schritt der Aushärtung bzw. Vernetzung dieser Kunststoffpaste.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Tragschicht aus, optional faserverstärktem Material, insbesondere Kunststoff, gebildet. Insbesondere ist das Verschaltungs-Trägersubstrat als beidseitig kupferkaschierte Kunststofffolie ausgebildet. Es können daher zur Herstellung des Verschaltungs-Träger- substrats des Solarzellenmoduls grundsätzlich etablierte Technologien der Leiterplattenherstellung genutzt und ggfs. sogar kommerziell verfügbare
Produkte eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Teil der Kontaktabschnitte zur Kontaktierung der Solarzellen und/oder zur lokalen Verbindung beider Leitschichten miteinander durch vorkonfektionierte, mit einer leitfähigen Füllung oder Auskleidung versehene Durchgangslöcher im Verschaltungs-Trägersubstrat gebildet ist. Insoweit sind die Öffnungen im Ver- schaltungs-Trägersubstrat mit geeigneter leitfähiger Füllung oder Auskleidung bereits vor Beginn des Assemblierungs-Ablaufes des Solarzellenmoduls vorhan- den und werden als Kontaktanschlüsse lediglich geeignet positioniert, was den Prozessablauf natürlich verkürzt und vereinfacht.
Das Vorsehen eines Verschaltungs-Trägersubstrats anstelle diskreter Leiter- bändchen bietet die Möglichkeit einer vereinfachten Einbindung elektronischer Bauelemente, die neben den Solarzellen in einem Solarzellenmodul typischerweise vorhanden sind. Diese sind dann nämlich vorzugweise direkt auf dem Verschaltungs-Trägersubstrat platziert und elektrisch angeschlossen.
Die erfindungsgemäße Verfahrensführung weist folgende Schritte auf:
- Bereitstellen einer Mehrzahl von Solarzellen (3) mit rückseitigen Anschlusskontakten,
- Bereitstellen eines vorkonfektionierten Verschaltungs-Trägersubstrats,
welches auf einer Oberfläche einer elektrisch isolierenden Tragschicht eine Leitschicht aufweist, oder eines Stapels aus mehreren derartigen Verschaltun gs-Trägersubstraten,
- Strukturieren und optional lokales Durchkontaktieren der Leitschicht oder Leitschichten gemäß einer vorbestimmten Schaltungskonfiguration der Solarzellen zur Bildung des Solarzellenmoduls,
- Aufsetzen der Solarzellen mit den Solarzellen-Rückseiten auf das Verschaltungs-Trägersubstrat oder den Stapel in vorbestimmter geometrischer Anordnung, - Ausführen von das Verschaltungs-Trägersubstrat oder den Stapel vollständig oder bis zu einer vorbestimmten Tiefe durchbrechenden lokalen Perforationen zum Erzeugen von Durchbrüchen selektiv, insbesondere koordinatengesteuert, an den Orten der Anschlusskontakte der Solarzellen und ggfs. an weiteren Orten,
- Einbringen einer Leitpaste oder -tinte in die Durchbrüche zur Kontaktierung der oder zu den Solarzellen benachbarten Leitschicht mit Anschlusskontakten der Solarzellen oder zur Kontaktierung mehrerer Leitschichten miteinander. Die Kontaktierung der Leitschichten miteinander kann auch vorab und beispielsweise galvanisch geschehen.
In einer Ausführung dieses Verfahrens ist vorgesehen, dass das Bereitstellen des vorkonfektionierten Verschaltungs-Trägersubstrats eine vorgelagerte Strukturierung mindestens einer der beiden Leitschichten aufweist. Eine weitere Ausführung sieht vor, dass das Bereitstellen des vorkonfektionierten Verschal- tungs-Trägersubstrats eine vorgelagerte Erzeugung von sich zwischen den beiden Leitschichten erstreckenden Durchbrüchen und deren Verfüllung oder Auskleidung mit einem leitfähigen Material aufweist. Beides ermöglicht eine Verlagerungen ansonsten in den Assemblierungs-Ablauf einzuordnenden Schritten in die Zuliefer-Sphäre und vereinfacht und verkürzt den Prozessablauf beim Produzenten der Solarzellenmodule. Es versteht sich, dass beide Ausführungen auch mit spezifischen Strukturierungs- und/oder Kontaktierungs-Schritten kombiniert sein können, welche in den Assemblierungs-Ablauf eingeordnet sind und mit denen spezifische Konfigurations-Anforderungen erfüllt werden. In einer weiteren Ausführung ist, abhängig vom konkreten Aufbau des vorkonfektionierten Verschaltungs-Trägersubstrats, dem Aufsetzen der Solarzellen auf dieses ein Schritt des Bereitstellens von Isolations-Abstandshaltern und/oder einer Isolierfolie oder des Aufbringens einer Isolierschicht auf die Solarzellen- Rückseiten, vor dem Aufsetzen der Solarzellen auf das Verschaltungs-Träger- Substrat vorgelagert. Vorteilhafterweise kann dieser Schritt ein Laminieren der Solarzellen mit Isolationsfolien, insbesondere EVA- oder Silikon-Folien, aufwei- en. Noch spezieller umfasst der Schritt des Laminierens mit Isolationsfolien das gleichzeitige Fixieren auf einer Glasplatte als mechanischem Träger des Solarzellenmoduls. Mit den letztgenannten Ausführungen lassen sich in vorteilhafter Weise Schritte zum Herstellen der elektrischen Verschaltung der Solarzellen mit Schritten zur dichten Verkapselung und mechanisch stabilen Fixierung auf einem Träger kombinieren und hierdurch Vereinfachungen und Beschleunigun- gen des Verfahrensablaufs realisieren.
In einer Ausgestaltung der letztgenannten Ausführungsform umfasst das Bereitstellen einer Isolierfolie oder Aufbringen einer Isolierschicht das Versehen derselben mit Ausnehmungen am Ort von Kontaktabschnitten zur Kontak- tierung der Solarzellen. Dies kann durch Bereitstellen einer entsprechend vorkonfigurierten Isolier- oder Laminierungsfolie (ggfs. in Form einzelner Streifen) und/oder durch zeitnahe Strukturierung derselben im Montageprozess, also unmittelbar vor dem Aufsetzen der Solarzellen auf das Verschaltungs-Träger- substrat, oder auch nach dem Aufsetzen und Laminieren geschehen.
Neben den weiter oben genannten Vorteilen spezieller Ausführungen hat die Erfindung den wesentlichen Vorteil, die Realisierung unterschiedlicher Ver- schaltungskonzepte der Solarzellen in einem Solarzellenmodul, wie etwa eine parallele- und gekoppelt serielle Verschaltung der Zellen, sowie zusätzliche Funktionen innerhalb der Verschaltung, z. B. das Sichern der Zelle durch Bypass-Dioden, einfach und flexibel zu realisieren. Weitere Vorteile sind:
- eine sichere und schnelle Kontaktierung der Zelle ohne hohe Anforderungen an die Montagegenauigkeit,
- eine hohe Stromtragfähigkeit der Kontaktierung, daraus resultierend geringere Verschaltungsverluste im Modul und damit ein höherer Modulwirkungsgrad,
- die Bereitstellung eines großserientauglichen und kostengünstigen (Batch-) Prozesses,
- die Möglichkeit der Realisierung komplexer Leitungsführungen, etwa mit Kreuzungspunkten und - die Möglichkeit der Nutzung/Integration elektronischer Bauelemente,
Prozessoren, Sensoren usw.
Zeichnungen Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Photovoltaik- Module sollen nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung von Aspekten der
Erfindung in Form einer Querschnittsdarstellung,
Fig. 2A und 2B ein schematisches Verschaltungs-Layout sowie eine Detail- ansieht einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 3A bis 3E skizzenartige Darstellungen zur Illustration einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 1 zeigt in einer synoptischen Darstellung, die lediglich zur Verdeutlichung von Aspekten der Erfindung dienen und keine praxisrelevante Schaltungskonfiguration darstellen soll und im Übrigen nicht maßstäblich ist, einen Ausschnitt aus einem Solarzellenmodul 1 aus Solarzellen 3, die mit einer ersten und zweiten EVA-Folie 5a, 5b laminiert und auf einem Glasträger 7 angeordnet sind. Die dem Glasträger zugewandten Oberflächen der Solarzellen sind deren photoaktive Oberflächen (Vorderseiten), und auf den gegenüberliegenden Oberflächen (Rückseiten) sind Anschlusskontakte 9 zur Verschaltung der Solarzellen 3 angeordnet. Diese Verschaltung wird durch einen Stapel 11 aus zwei Verschal- tungs-Trägersubstraten bewerkstelligt, welcher auf den Rückseiten der Solar- zellen angeordnet ist. Der Stapel 11 umfasst als elektrisch isolierende Tragschichten je eine Kunststofffolie 13a, 13b und auf diesen angeordnete strukturierte Leitschichten
17a, 17b. In Durchgangslöchern des Stapels 11, die gemäß den Anschlusskontakten 9 der Solarzellen 3 und dem Verschaltungsplan platziert sind, sind jeweils durch Einfüllen einer Leitpaste oder -tinte und anschließendes Trocknen bzw. Aushärten Kontaktpunkte 19 gebildet, die über eine der beiden Leitschichten 17a, 17b ausgewählte Kontakte verschiedener Solarzellen 3 miteinander verbinden oder auch nur eine Verbindung der beiden Leitschichten miteinander herstellen können. Die Kontaktpunkte 19 sind mit Kunststoffkappen 23 abgedeckt, die durch lokalen Auftrag und anschließendes Aushärten bzw. Vernetzen einer Kunststoffpaste gebildet werden.
Welche Verbindungen letztlich elektrisch wirksam ausgebildet werden, ergibt sich bei der hier dargestellten Ausführung aus der konkreten Leiterstruktur der beiden Leitschichten. So soll die Figur darstellen, dass die beiden linken Kon- taktpunkte eine Verbindung der jeweils linken Anschlusskontakte der linken und mittleren Solarzelle 3 über die Leitschicht 17b herstellen, während die (durch die in Rede stehenden Kontaktpunkte ebenfalls kontaktierte) zweite Leitschicht 17a zwischen den Kontaktpunkte unterbrochen und somit effektiv nicht angeschlossen ist. Auf der anderen Seite sind die beiden rechten Kontakt- punkte elektrisch wirksam an die Leitschicht 17a angeschlossen, und über diese werden der rechte Anschlusskontakt der mittleren Solarzelle und der linke Anschlusskontakt der rechten Solarzelle miteinander verbunden, während der außerdem bestehende elektrische Kontakt der genannten Punkte mit der anderen Leitschicht 17b wirkungslos bleibt, weil diese zwischen den Kontakt- punkten unterbrochen ist.
Als weiterer Aspekt der Erfindung ist auf der rechten Seite der Figur ein vorkonfektioniertes Durchgangsloch 21 dargestellt, welches mit einer (beispielsweise galvanisch erzeugten) leitfähigen Auskleidung 21a versehen ist. In der Darstellung verbindet die leitfähige Auskleidung 21a die beiden Leitschichten 17a, 17b miteinander, steht aber nicht in Verbindung mit einem Solarzellen- kontakt. Dies kann sich natürlich in der praktischen Ausführung einer gewünschten Schaltungskonfiguration anders darstellen.
Zusätzlich zu den in der Figur dargestellten Durchgangslöchern können im Ver- schaltungs-Trägersubstrat im Bedarfsfall auch Sacklöcher angeordnet sein, die von vornherein nur eine Kontaktierung einer der beiden Leitschichten zulassen. Im Übrigen können Kontaktpunkte auch in mit vorkonfektionierter Auskleidung versehenen Öffnungen des Verschaltungs-Trägersubstrates ausgebildet sein.
In ähnlicher Weise wie in Fig. 1 dargestellt, kann auch ein Verschaltungs-Trä- gersubstrat mit nur einer isolierenden Tragschicht und nur einer Leitschicht eingesetzt und mit den Solarzellen kontaktiert werden.
Fig. 2A und 2B zeigen ein erstes Sub-Array la und ein zweites Sub-Array lb aus jeweils matrixförmig angeordneten Solarzellen 3, wobei die beiden Sub- Arrays durch einander kreuzende erste Verbindungsleitungen 4a und zweite
Verbindungsleitungen 4b miteinander verschaltet sind. In einem Teil der ersten Verbindungsleitung 4a sind Bypass-Dioden 6 direkt eingebunden. An Stelle oder zusätzlich zu Bypass-Dioden können in die Verschaltung unter Nutzung eines Mehrebenen-Trägersubstrats auch andere elektronische Bauelemente oder Schaltkreise, beispielweise auch Logik-Bausteine, eingefügt sein. Durch relativ geringfügige Modifikationen des Layouts der Leitschichten lassen sich sowohl parallele als auch serielle Verschaltungen als auch Kombinationen zwischen diesen unaufwendig realisieren. Wie Fig. 2B schematisch zeigt, kann eine solche Verschaltung vorteilhaft unter Nutzung der Erfindung gebildet werden, indem etwa (unter Rückgriff auf die Darstellung und Bezeichnungsweise in Fig. 1) die ersten und zweiten Verbindungsleitungen durch das Verschaltungs-Trägersubstrat 11 gebildet sind. Im Wesentlichen verlaufen beide Gruppen von Verbindungsleitungen hier auf des- sen Oberseite, also in einer geeignet strukturierten Leitschicht 17a. Im Bereich der Kreuzungspunkte der ersten und zweiten Leitungen 4a, 4b jedoch ist eine „Brücke" 8 über einen Abschnitt der unteren Leitschicht 17b und zwei Kontakt- punkten 19.1, 19.2 gebildet. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der Einsatz Trägersubstrat-Stapels mit mehr als zwei Leitschichten in ähnlicher Weise eine Realisierung von Leitungsüberkreuzungen in mehr als zwei Ebenen ermöglicht. Fig. 3A zeigt schematisch ein Ausgangsmaterial 11" eines einfachen Verschal- tungs-Trägersubstrats 11', welches in einer vereinfachten Montagekonfiguration in Art der in Fig. 1 gezeigten anstelle des dortigen Trägersubstrats-Stapels 11 eingesetzt werden kann. Das Rohmaterial 11" besteht aus einer Bahn einer isolierenden Kunststofffolie 13a und einer Cu-Folie 17a, die durch Laminieren oder Verpressen auf die Oberfläche der Tragschicht aufgebracht ist. Das
Laminieren oder Verpressen kann in Zuschnitten geschehen, wie z. B. aus der Leiterplattentechnologie bekannt, oder aber in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren, wie es z. B. bei der Herstellung von EndlosFlexschaltungen eingesetzt wird. Mit an sich bekannten photolithographischen und Ätzverfahren wird eine Strukturierung der Leitschicht 17a ausgeführt, wodurch das einsatzfertige Verschaltungs-Trägersubstrat 11' entsteht; vgl. Fig. 3B. Beim Hersteller des Solarzellenmoduls werden das Verschaltungs-Trägersubstrat 11, die Solarzellen 3, die Laminierungsfolien 5a, 5b und der Glasträger 7 zur Assemblierung eines
Solarzellenmoduls bereitgestellt und in geeigneter Konfiguration zueinander platziert, was in Fig. 3C dargestellt ist.
Fig. 3D zeigt den zusammengefügten Zustand des Schichtstapels, der mit an sich bekannten Herstellungsprozessen für Solarzellenmodule unter Einsatz erhöhter Temperatur und von Vakuumschritten erreicht wird. Durchkontaktie- rungsöffnungen (Vias) durch das Verschaltungs-Trägersubstrat 11 sind, am Ort ausgewählter Anschlusskontakte der Solarzellen 3 gebildet, beispielsweise mittels Laserbohrtechniken. Die Vias werden anschließend, beispielsweise mittels eines koordinatengesteuerten Dispensers oder auch unter Einsatz einer Tintenstrahl-Druckvorrichtung, mit einer Leitpaste oder -tinte gefüllt, und diese wird, beispielsweise unter Einsatz von IR- oder UV-Strahlung und/oder eines chemischen Härtungs- Initiators, zur Verfestigung gebracht. Dadurch entsteht ein leitfähiger Kontaktpunkt 19'. Dieser wird anschließend noch mit einer in ähnlicher Weise wie die Leitpaste oder -tinte lokal aufgebrachten Kunststoffkappe 23' elektrisch isoliert und gegen Umgebungseinflüsse (Korrosion) geschützt. Es entsteht der in Fig. 3E gezeigte Zustand des montierten und verschalteten Solarzellenmoduls 1.
Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.

Claims

5 Ansprüche
1. Solarzellenmodul (1) mit einer Mehrzahl von auf einem mechanischen
Träger (7) angeordneten und über auf den Solarzellen-Rückseiten verlaufende Verbindungsleiter in vorbestimmter Schaltungskonfiguration verschallt) teten Solarzellen (3),
wobei zur Realisierung der Verbindungsleiter ein auf einer Oberfläche abschnittsweise eine Leitschicht aufweisendes und lokal mit den Solarzellen elektrisch kontaktiertes Verschaltungs-Trägersubstrat (1 ) mit einer elektrisch isolierenden Tragschicht (13a;13b) oder ein Stapel (11) derartiger
15 Trägersubstrate vorgesehen ist, welches/welcher mit Isolations-Abstands- haltern und/oder einer isolierenden Zwischenschicht (5a) zu den Solarzellen-Rückseiten verlegt ist, wobei mindestens ein Teil von Kontaktabschnitten (19;21) zur Kontaktierung der Solarzellen (3) und/oder zur lokalen Verbindung mehrerer Leitschichten (17a;17b) des Stapels miteinander
20 durch mit einer Leitpaste oder -tinte, die mit dem Material der oder jeder
Leitschicht kompatibel ist, verfüllte Durchgangslöcher oder Sacklöcher im Verschaltungs-Trägersubstrat (1 ) oder dem Stapel (11) gebildet sind.
2. Solarzellenmodul nach Anspruch 1,
25 wobei die Leitpaste oder -tinte einen fein verteilten, hoch leitfähigen Füllstoff, insbesondere Nanopartikel und/oder ein Sintermaterial, aufweist.
3. Solarzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Leitpaste oder -tinte einen auf Kupfer oder Aluminium direkt 30 ankontaktierenden und unter Sauerstoff- und Feuchteeinfluss korrosionsfreien oder -trägen Verbindungsstoff aufweisen.
4. Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei auf der den Solarzellen abgewandten Oberfläche der Tragschicht 35 (13a) oder der äußersten Tragschicht (13b) des Stapels (11) am Ort der
Kontaktabschnitte (19;21) lokal oder flächig isolierende Kunststoffabdeckungen (23) vorgesehen sind. Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tragschicht (13a;13b) aus, optional faserverstärktem, Kunststoff gebildet ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das oder ein Verschaltungs-Trägersubstrat (1 ) als einseitig kupferkaschierte Kunststofffolie ausgebildet ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei in die oder eine elektrisch isolierende Tragschicht eine Metallfolie als
Dampfsperre eingebettet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches die Schritte aufweist:
- Bereitstellen einer Mehrzahl von Solarzellen (3) mit rückseitigen
Anschlusskontakten (9),
- Bereitstellen eines vorkonfektionierten Verschaltungs-Trägersubstrats (11'), welches auf einer Oberfläche einer elektrisch isolierenden Tragschicht (13a;13b) eine Leitschicht (17a;17b) aufweist, oder eines Stapels (11) aus mehreren derartigen Verschaltungs-Trägersubstraten,
- Strukturieren und optional lokales Durchkontaktieren der Leitschicht
(17a) oder Leitschichten (17a;17b) gemäß einer vorbestimmten Schaltungskonfiguration der Solarzellen zur Bildung des Solarzellenmoduls,
- Aufsetzen der Solarzellen (3) mit den Solarzellen-Rückseiten auf das Verschaltungs-Trägersubstrat (1 ) oder den Stapel (11) in vorbestimmter geometrischer Anordnung,
- Ausführen von das Verschaltungs-Trägersubstrat (1 )oder den Stapel (11) vollständig oder bis zu einer vorbestimmten Tiefe durchbrechenden lokalen Perforationen zum Erzeugen von Durchbrüchen selektiv, insbesondere koordinatengesteuert, an den Orten der Anschlusskontakte der Solarzellen und ggfs. an weiteren Orten, - Einbringen einer Leitpaste oder -tinte (19) in die Durchbrüche zur
Kontaktierung der oder zu den Solarzellen benachbarten Leitschicht (17a) mit Anschlusskontakten (9) der Solarzellen (3) oder zur Kontaktierung mehrerer Leitschichten (17a;17b) miteinander. 9. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei das Bereitstellen des vorkonfektionierten Verschaltungs-Träger- substrats (11") oder Stapels eine vorgelagerte Strukturierung mindestens einer der Leitschichten (17a) aufweist. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
wobei das Bereitstellen des vorkonfektionierten Verschaltungs-Träger- substrats (11") oder Stapels eine vorgelagerte Erzeugung von sich zwischen den beiden Leitschichten erstreckenden Durchbrüchen (21) und deren Verfüllung oder Auskleidung mit einem leitfähigen Material (21a) aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
wobei nach dem Einbringen einer Leitpaste oder -tinte in den Kontaktabschnitten ( 19; 21), deren auf der freien Oberfläche der isolierenden Trag- schicht (13a) oder der äußersten Tragschicht (13b) freiliegende Oberfläche mit einer Kunststoffpaste (23) zur Isolierung bedeckt und diese anschließend ausgehärtet bzw. vernetzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, aufweisend das Bereitstellen von Isolations-Abstandshaltern und/oder einer Isolierfolie (5a) oder Aufbringen einer Isolierschicht auf die Solarzellen-Rückseiten, vor dem Aufsetzen der Solarzellen auf das Verschaltungs-Trägersubstrat (1 ).
13. Verfahren nach Anspruch 12,
wobei das Bereitstellen einer Isolierfolie oder Aufbringen einer Isolierschicht (5a) auf die Solarzellen-Rückseiten ein Laminieren der Solarzellen mit Dichtfolien (5a, 5b), insbesondere EVA- oder Silikon-Folien, aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei der Schritt des Laminierens mit Dichtfolien (5a, 5b) das gleichzeitige Fixieren auf einer Glasplatte (7) als mechanischem Träger des Solarzellenmoduls aufweist. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
wobei das Bereitstellen einer Isolierfolie oder Aufbringen einer Isolierschicht (5a) das Versehen derselben mit Ausnehmungen am Ort von
Kontaktabschnitten (19;21) zur Kontaktierung der Solarzellen umfasst.
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