CH683730A5 - Curved solar module - has semiconductor cells bonded in place by a transparent adhesive mass - Google Patents
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Abstract
Description
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CH 683 730 A5 CH 683 730 A5
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Beschreibung description
Technisches Gebiet Technical field
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines photovoltaischen Solarmoduls, bei welchem mindestens eine scheibenförmige, flache, kristalline photovoltaische Halbleiterzelle zwischen einer lichtdurchlässigen Frontscheibe und einer rückseitigen Abdeckung angeordnet wird. The invention relates to a method for producing a photovoltaic solar module, in which at least one disk-shaped, flat, crystalline photovoltaic semiconductor cell is arranged between a translucent windshield and a rear cover.
Die Erfindung betrifft im übrigen auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und ein Solarmodul, vorzugsweise hergestellt nach diesem Verfahren. The invention also relates to a device for carrying out this method and a solar module, preferably produced by this method.
Stand der Technik State of the art
Aus der EP-0 421 248-A2 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Dabei werden zwischen zwei Glasplatten Solarzellen mittels eines härtbaren, optisch volltransparenten Harzes eingegossen. Vor dem Vergiessen werden die Solarzellen auf der Rückseite mit einem Abstandshalter auf der rückseitigen Glasscheibe befestigt. Mit diesem bekannten Verfahren sollen offenbar die beim Lami-nieren vorhandenen Probleme beseitigt werden, die beim Herstellen grossflächiger Solarmodule auftreten. Beim bekannten Laminieren werden nämlich die kristallinen Halbleiterzellen zwischen zwei Folien gebracht und so bei erhöhter Temperatur und unter geeignetem Druck auf die Frontglasscheibe aufge-presst. Das Problem dieses Prozesses liegt nun darin, dass einerseits bei zu geringem Druck Lufteinschlüsse entstehen können und andererseits bei zu grossem Druck die Halbleiterzellen brechen können. A method of the type mentioned at the outset is known from EP-0 421 248-A2. Solar cells are cast between two glass plates using a hardenable, optically fully transparent resin. Before potting, the solar cells on the back are attached to the rear glass pane with a spacer. This known method is apparently intended to eliminate the problems that exist with laminating, which occur when producing large-area solar modules. In the known lamination, the crystalline semiconductor cells are brought between two foils and thus pressed onto the front glass pane at elevated temperature and under suitable pressure. The problem with this process is that air pockets can occur if the pressure is too low and the semiconductor cells can break if the pressure is too high.
Die Technik der Solarzellenproduktion ist mittlerweile so gut entwickelt, dass sich solche kristalline Zellen mit Durchmessern bis zu etwa 10 cm und Scheibendicken von 0.8 mm und weniger in grossen Serien herstellen lassen. Damit wird es möglich, verhältnismässig kostengünstig Solarmodule herzustellen. Vermehrt sollen nun auch Solarmodule hergestellt werden, die nicht nur in energetischer und kostenmässiger Hinsicht, sondern auch in ästhetischer Hinsicht befriedigen. Beispielsweise besteht der Wunsch, Module mit gekrümmter Oberfläche herzustellen. Solche Module lassen sich aber mit kristallinen Halbleiterscheiben nicht ohne weiteres realisieren. Die Halbleiterscheiben sind nämlich plan und unflexibel und spröde. The technology of solar cell production is now so well developed that such crystalline cells with diameters up to about 10 cm and disc thicknesses of 0.8 mm and less can be produced in large series. This makes it possible to manufacture solar modules at relatively low cost. Increasingly, solar modules are now to be manufactured that satisfy not only in terms of energy and cost, but also in terms of aesthetics. For example, there is a desire to produce modules with a curved surface. However, such modules cannot be easily implemented with crystalline semiconductor wafers. The semiconductor wafers are flat and inflexible and brittle.
Um das Problem der Unflexibilität resp. der Bruchgefahr zu umgehen, sind deshalb amorphe, dünne Halbleiterschichten auf gekrümmte Scheiben abgeschieden worden. Der Vorteil der mechanischen Flexibilität muss aber durch den niedrigeren Wirkungsgrad solcher Schichten erkauft werden. To the problem of inflexibility resp. To avoid the risk of breakage, amorphous, thin semiconductor layers have therefore been deposited on curved panes. However, the advantage of mechanical flexibility has to be bought through the lower efficiency of such layers.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Herstellung eines photovoltaischen Solarmoduls der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem auch gekrümmte Module gefertigt werden können. Das Verfahren selbst soll einfach und kostengünstig sein und zu Modulen mit hohem Wirkungsgrad und langer Lebzeit führen. The object of the invention is now to provide a method for producing a photovoltaic solar module of the type mentioned at the outset, with which curved modules can also be produced. The process itself should be simple and inexpensive and lead to modules with high efficiency and a long lifespan.
Gemäss der Erfindung besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, dass zum Fixieren der mindestens einen Halbleiterzelle eine pastenartige, zähflüssige Klebemasse zwischen Halbleiterzelle und Frontscheibe resp. zwischen Halbleiterzelle und Abdek-kung eingebracht wird, und dass vor dem Verfestigen der Klebemasse diese beginnend bei einem ersten Benetzungspunkt sukzessive lufteinschlussfrei durch angemessenen Druck auf die Halbleiterzelle verdrängt wird. According to the invention the solution to this problem is that to fix the at least one semiconductor cell, a paste-like, viscous adhesive between the semiconductor cell and the front window, respectively. is introduced between the semiconductor cell and the cover, and that, before the adhesive is solidified, it is gradually displaced without air inclusion, starting at a first wetting point, by appropriate pressure on the semiconductor cell.
Gemäss der Erfindung spielen also die Viskosität der Klebemasse und die Art und Weise des Einlegens der Halbleiterzelle eine zentrale Rolle. Es ist z.B. möglich, die Klebemasse verhältnismässig gleichmässig aufzutragen und die Halbleiterzelle an der Kante unter einem Winkel anzulegen und dann sukzessive in die Masse hineinzuklappen (scherenartiges Einlegen). According to the invention, the viscosity of the adhesive and the manner in which the semiconductor cell is inserted play a central role. It is e.g. It is possible to apply the adhesive relatively evenly and to lay the semiconductor cell on the edge at an angle and then to fold it successively into the mass (scissors-like insertion).
Vorzugsweise wird die Klebemasse mit unregelmässiger Dicke eingebracht, wobei zwischen Halbleiterzelle und Frontscheibe resp. Abdeckung eine erhöhte Dicke vorgesehen wird. Zwischen den einzelnen Halbleiterzellen wird nur wenig oder keine Klebemasse aufgebracht. Preferably, the adhesive is introduced with an irregular thickness, between the semiconductor cell and the front window, respectively. Covering an increased thickness is provided. Little or no adhesive is applied between the individual semiconductor cells.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Klebemasse zumindest teilweise in Form einzelner Tropfen eines jeweils bestimmten Volumens eingebracht wird und dann der Tropfen zwischen Halbleiterzelle und Frontscheibe resp. Abdeckung lufteinschlussfrei zerquetscht wird. It is particularly advantageous if the adhesive is at least partially introduced in the form of individual drops of a particular volume and then the drop between the semiconductor cell and the front pane, respectively. Cover is crushed air-free.
Für jede Zelle wird also ein wohldosierter Tropfen verwendet. Bevor dieser Tropfen zerfliessen kann, wird die Halbleiterzelle in ihn eingedrückt. Die Klebemasse, die zunächst verhältnismässig zentral bzgl. der Zelle eingebracht worden ist, beginnt unter diesem sanften Druck allseitig nach aussen zu fliessen. Die Luft wird sukzessive nach aussen verdrängt, Lufteinschlüsse können damit nicht auftreten. Wenn der Tropfen in der gewünschten Weise zerquetscht worden ist und der Druck von der Halbleiterzelle weggenommen wird, dann ist die Zelle in der gewünschten Art frei von mechanischen Eigenspannungen. Würden nämlich solche Eigenspannungen bestehen, dann könnten sie durch die zähflüssige Klebemasse abgeglichen werden. A well-dosed drop is used for each cell. Before this drop can flow, the semiconductor cell is pressed into it. The adhesive, which was initially introduced relatively centrally with respect to the cell, begins to flow outwards on all sides under this gentle pressure. The air is gradually pushed outwards, so that air pockets cannot occur. If the drop has been crushed in the desired manner and the pressure is removed from the semiconductor cell, then the cell is free of mechanical residual stresses in the desired manner. If such residual stresses existed, they could be balanced by the viscous adhesive.
Das erfindungsgemässe Verfahren führt also zu einem sandwichartigen Aufbau. Die Halbleiterzellen sind dabei zwischen Frontscheibe und rückseitiger Abdeckung luftdicht eingeschlossen. Die Klebemasse bildet dabei zumindest einen Teil der einbettenden Masse. Die Klebemasse nimmt damit sowohl eine Fixierungs- als auch eine Einbettungs- resp. Versiegelungsfunktion wahr. The method according to the invention thus leads to a sandwich-like structure. The semiconductor cells are enclosed airtight between the front screen and the rear cover. The adhesive mass forms at least part of the embedding mass. The adhesive thus takes both a fixation and an embedding or. Sealing function true.
Produktionstechnisch lässt sich die Erfindung im Prinzip auf mindestens zwei verschiedene Arten implementieren. Im einen Fall handelt es sich um eine reine Klebetechnik und im anderen um eine kombinierte Klebe-Giess-Technik. In terms of production technology, the invention can in principle be implemented in at least two different ways. In one case it is a pure adhesive technique and in the other it is a combined adhesive-casting technique.
Bei der reinen Klebetechnik wird der Tropfen zwischen die Frontscheibe und die Halbleiterzelle eingebracht. Als Klebemasse wird dabei ein im verfestigten Zustand volltransparentes Material verwendet. With the pure adhesive technology, the drop is inserted between the front pane and the semiconductor cell. A fully transparent material in the solidified state is used as the adhesive.
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Die Menge ist vorzugsweise gerade so bemessen, dass beim Eindrücken der Halbleiterzelle in eine vorbestimmte Position die Klebemasse allseits unter der Zelle hervorquillt. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, das Tropfenvolumen so exakt zu bemessen, dass die Menge gerade ausreicht, um die Vorderseite der Halbleiterzelle ganzflächig an die Frontscheibe zu kleben. Auf diese Weise kann Klebemasse ohne Qualitätsverlust beim Modul eingespart werden. Zwischen den einzelnen Halbleiterzellen wird nämlich im Prinzip keine hochwertige Klebemasse benötigt. Ebenso ist auf der Rückseite der Halbleiterzellen keine transparente Schicht, sondern nur ein Kleber zum Befestigen der Abdeckung erforderlich. The amount is preferably just such that when the semiconductor cell is pressed into a predetermined position, the adhesive mass oozes out from under the cell on all sides. In particular, it can be advantageous to measure the drop volume so precisely that the amount is just sufficient to glue the entire front of the semiconductor cell to the windshield. In this way, adhesive can be saved without loss of quality in the module. In principle, no high-quality adhesive is required between the individual semiconductor cells. Likewise, no transparent layer is required on the back of the semiconductor cells, but only an adhesive for attaching the cover.
Vorzugsweise wird als Klebemasse ein dickflüssiges, polymerisierendes Silikon verwendet. Dieses zeichnet sich aus durch eine hohe UV-Beständig-keit, eine gute Adhäsion bzgl. Glas und Halbleitermaterial. Im übrigen vergilbt es sozusagen nicht. A viscous, polymerizing silicone is preferably used as the adhesive. This is characterized by a high UV resistance, good adhesion with regard to glass and semiconductor material. Otherwise it does not yellow, so to speak.
Um das Solarmodul rückseitig zu versiegeln, kann als Abdeckung eine dampfsperrende Schicht oder Folie aufgebracht werden. Wenn also auf der Rückseite nicht ebenfalls eine Glasscheibe verwendet wird, dann wird das Solarmodul natürlich leichter, was insbesondere bei der Verwendung im Fahrzeugbau von Vorteil ist. Bei Bauten (structural glazing) spielt dagegen das Gewicht weniger eine Rolle. Insbesondere zur Herstellung von teiltransparenten Solarmodulen ist die Abdeckung als Glasoder Kunststoffscheibe ausgebildet. In order to seal the back of the solar module, a vapor-blocking layer or film can be applied as a cover. If a glass pane is not also used on the back, the solar module will of course be lighter, which is particularly advantageous when used in vehicle construction. In the case of buildings (structural glazing), on the other hand, weight is less important. In particular for the production of partially transparent solar modules, the cover is designed as a glass or plastic pane.
Bei der kombinierten Klebe-Giess-Technik wird eine als Abdeckung dienende Folie auf einem Formteil mittels Vakuum festgehalten, dann genau ein Tropfen zwischen Folie und jeder Halbleiterzelle eingebracht und jeder Tropfen durch sanften Druck auf die Halbleiterzelle zerquetscht. Als nächstes wird die Frontscheibe am Rand mit der Folie dampfdicht verklebt. Der freie Zwischenraum zwischen Folie und Frontscheibe wird mit einem volltransparenten Material ausgegossen. Nach dem Aushärten des Materials wird das Formteil entfernt. In the combined adhesive-casting technique, a film serving as a cover is held on a molded part by means of vacuum, then exactly one drop is inserted between the film and each semiconductor cell and each drop is crushed by gentle pressure on the semiconductor cell. Next, the front pane is glued to the film in a vapor-tight manner. The free space between the film and the windscreen is filled with a fully transparent material. After the material has hardened, the molded part is removed.
Auf diese Weise ist es also möglich, unter Verwendung der Giesstechnik ein Solarmodul herzustellen, das nur einseitig durch eine formfeste Scheibe begrenzt ist. Wie beim reinen Klebeverfahren ist auch hier die rückseitige Abdeckung nur eine dünne, vorzugsweise dampfsperrende Folie. In this way it is possible to use the casting technique to produce a solar module that is only limited on one side by a dimensionally stable pane. As with the pure adhesive process, the back cover is only a thin, preferably vapor-blocking film.
Zum Ausgiessen wird mit Vorteil ein hochflüssiges Silikon verwendet. Es können aber durchaus auch bekannte Giessharze oder Polyuretan zur Anwendung kommen. A highly liquid silicone is advantageously used for pouring. However, well-known cast resins or polyurethane can also be used.
Zum Fixieren der Halbleiterzellen kann mit Vorteil auch ein hot melt (Butylidenkautschuk) verwendet werden. Es handelt sich dabei bekanntlich um ein dauerplastisches Material, dessen Viskosität durch Wahl der Verarbeitungstemperatur beinahe beliebig festgelegt werden kann. A hot melt (butylidene rubber) can also advantageously be used to fix the semiconductor cells. It is known that this is a permanently plastic material, the viscosity of which can be determined almost arbitrarily by choosing the processing temperature.
Die im folgenden aufgeführten Merkmale können bei beiden Ausführungsformen mit entsprechenden Vorteilen angewendet werden. The features listed below can be applied to both embodiments with corresponding advantages.
Herstellungsmässig ist es besonders effizient, wenn auf der Frontscheibe resp. der Abdeckung gleichzeitig mehrere Tropfen in einem bestimmten Abstand nebeneinander aufgebracht und danach entsprechend viele Halbleiterzellen gleichzeitig in diese Tropfen sanft eingedrückt werden. Auf diese Weise können bei einem grossen Solarmodul die vorzugsweise matrixförmig angeordneten Halbleiterzellen gleich reihenweise aufgebracht werden. In terms of production, it is particularly efficient if on the windscreen resp. several drops are simultaneously applied to the cover at a certain distance from one another and then a corresponding number of semiconductor cells are gently pressed into these drops at the same time. In this way, in the case of a large solar module, the semiconductor cells, which are preferably arranged in a matrix, can be applied in rows.
Als dampfsperrende Abdeckung eignet sich vorzugsweise eine Metallfolie, insbesondere eine Aluminiumfolie. Über die Metallfolie kann zudem auch gut die im Solarmodul entstehende Wärme abgeleitet werden. A metal foil, in particular an aluminum foil, is preferably suitable as the vapor barrier cover. The heat generated in the solar module can also be dissipated well via the metal foil.
Wenn als Frontscheibe eine vorgeformte, geeignet gekrümmte Glasscheibe verwendet wird, dann ergeben sich die besonders bevorzugten gekrümmten Solarmodule. Bei der kombinierten Klebe-Giess-Technik ist dann das Formteil in geeigneter Weise an die Krümmung der Frontscheibe angepasst. If a preformed, suitably curved glass pane is used as the front pane, the particularly preferred curved solar modules result. With the combined adhesive-casting technique, the molded part is then suitably adapted to the curvature of the windscreen.
Ein gemäss dem Verfahren hergestelltes photo-voltaisches Solarmodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Frontscheibe gekrümmt ist und dass die mindestens eine kristalline photovoltaische Halbleiterzelle mit einer volltransparenten Klebemasse mit ihrer Vorderseite ganzflächig an die Frontscheibe geklebt ist, wobei die Halbleiterzelle frei von mechanischen Eigenspannungen im Solarmodul eingeschlossen und nicht an die Krümmung der Frontscheibe angepasst ist. A photovoltaic solar module produced according to the method is characterized in that the front pane is curved and in that the at least one crystalline photovoltaic semiconductor cell with a fully transparent adhesive is glued to the entire face of the front pane, the semiconductor cell being free of mechanical residual stresses in the solar module included and not adapted to the curvature of the windscreen.
Ein Solarmodul mit matrixförmig angeordneten Halbleiterzellen sieht von hinten also wie ein Ausschnitt einer polyedrischen Fläche aus. Die einzelnen ebenen Teilflächen des polyedrischen Ausschnitts werden dabei durch die (abgedeckten) Rückseiten der Halbleiterzellen gebildet. From the rear, a solar module with semiconductor cells arranged in the form of a matrix looks like a section of a polyhedral surface. The individual flat partial areas of the polyhedral cutout are formed by the (covered) rear sides of the semiconductor cells.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können insbesondere Solarmodule hergestellt werden, deren Frontscheibe eine Krümmung hat, die stärker als die maximal zulässige Durchbiegung der Halbleiterzelle ist. Insbesondere hat die Frontscheibe einen Krümmungsradius, der kleiner als 20 m ist. Mit der Erfindung lassen sich ohne weiteres Krümmungsradien von wenigen Metern (z.B. 1-5 m) realisieren. Die Krümmung kann ein- oder zweidimensional sein. Im eindimensionalen Fall handelt es sich um eine abwickelbare (z.B. zylindrische) und im zweidimensionalen um eine nicht abwickelbare (z.B. sphärische) Fläche. With the method according to the invention, in particular solar modules can be produced whose front pane has a curvature that is greater than the maximum permissible deflection of the semiconductor cell. In particular, the front screen has a radius of curvature that is less than 20 m. With the invention, radii of curvature of a few meters (e.g. 1-5 m) can be easily realized. The curvature can be one or two dimensional. In the one-dimensional case it is a developable (e.g. cylindrical) surface and in the two-dimensional one it is a non-developable (e.g. spherical) surface.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die volltransparente Klebemasse nur zwischen Halbleiterzelle und Frontscheibe vorhanden. Die Rückseite der Halbleiterzellen ist vorzugsweise ganzflächig mit einem anderen Material luftdicht versiegelt. Da im Hinblick auf die Langlebigkeit des Moduls die transparente Klebemasse hohe Anforderungen erfüllen muss, ist es von Vorteil, wenn dieses nicht noch zusätzlich eine Abdichtungsfunktion wahrnehmen muss. According to a preferred embodiment, the fully transparent adhesive is only present between the semiconductor cell and the front pane. The back of the semiconductor cells is preferably sealed over the entire surface with another material in an airtight manner. Since the transparent adhesive has to meet high requirements with regard to the longevity of the module, it is advantageous if it does not have to perform an additional sealing function.
Die Abdeckung kann eine aufgespritzte Schicht resp. Schichtfolge oder eine Folie sein. Wenn als volltransparente Klebemasse ein im verfestigten Zustand elastisches Material, vorzugsweise ein Silikon, verwendet wird, dann können geringfügige Deformationen der Frontscheibe durch die Elastizität der Klebemasse aufgefangen werden. Auf diese Weise kann die Bruchgefahr der Halbleiterzellen beträchtlich reduziert werden. Je nach Anwendung kann es aber auch vorteilhaft sein, ein im verfe- The cover can be a sprayed layer or Layer sequence or a film. If a fully elastic adhesive, preferably a silicone, is used as the fully transparent adhesive, then slight deformations of the front pane can be absorbed by the elasticity of the adhesive. In this way, the risk of breakage of the semiconductor cells can be considerably reduced. Depending on the application, it can also be advantageous to use a
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stigten Zustand sehr hartes Material als Klebemasse einzusetzen. Die Klebemasse hat dann einen versteifenden Einfluss auf die Frontscheibe. Die in Reaktion auf vorgegebene Kräfte resultierenden Deformationen sind dann viel kleiner als im unver-steiften Zustand der Scheibe. Das Solarmodul wird also insgesamt robuster gegenüber Krafteinwirkungen. use very hard material as an adhesive. The adhesive then has a stiffening effect on the windscreen. The deformations resulting in response to predetermined forces are then much smaller than in the unstiffened state of the washer. The solar module thus becomes more robust overall against the effects of force.
Typischerweise sind die Halbleiterzellen Siliziumscheiben mit einem Durchmesser von mindestens 5 cm und einer Dicke von höchstens 0.8 mm, insbesondere höchstens 0.4 mm (z.B. 0.2 mm oder mehr). Je grösser natürlich die Zellen sind, desto geringer ist der Aufwand zum Herstellen eines Solarmoduls mit einer bestimmten Fläche. Je dünner die Zellen sind, umso effizienter sind sie auch. Entsprechend ist aber auch die Bruchgefahr grösser. Da aber sowohl beim erfindungsgemässen Verfahren als auch im gefertigten Solarmodul selbst im wesentlichen keine Eigenspannungen in der einzelnen Zelle induziert werden, kann mit der Erfindung dem angestrebten Trend zu dünneren Halbleiterscheiben gefolgt werden. The semiconductor cells are typically silicon wafers with a diameter of at least 5 cm and a thickness of at most 0.8 mm, in particular at most 0.4 mm (e.g. 0.2 mm or more). The larger the cells are, of course, the less effort is required to manufacture a solar module with a specific area. The thinner the cells, the more efficient they are. However, the risk of breakage is correspondingly greater. However, since essentially no residual stresses are induced in the individual cell either in the method according to the invention or in the manufactured solar module itself, the desired trend towards thinner semiconductor wafers can be followed with the invention.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können im Prinzip beliebig grosse Solarmodule hergestellt werden. Anders als bei der Laminartechnik werden nämlich keine flächenhaften Druck- und Temperaturverteilungen benötigt. The method according to the invention can in principle be used to produce solar modules of any size. In contrast to laminar technology, no extensive pressure and temperature distributions are required.
Typischerweise sind mehrere, im wesentlichen rechteckige Halbleiterzellen in regelmässiger, matrixartiger Anordnung zwischen Frontscheibe und Abdeckung vorgesehen. Typically, several, essentially rectangular semiconductor cells are provided in a regular, matrix-like arrangement between the front pane and the cover.
Soll die Energieausbeute möglichst gross sein, dann werden die Halbleiterzellen möglichst nahe nebeneinander angeordnet. Im Sinn einer Teiltransparenz des Solarmoduls können natürlich auch ganz bestimmte Abstände realisiert werden (structural glazing). If the energy yield is to be as large as possible, the semiconductor cells are arranged as close as possible to one another. In terms of partial transparency of the solar module, of course, very specific distances can also be realized (structural glazing).
Eine Vorrichtung, um in effizienter Art und Weise grossflächige Solarmodule herstellen zu können, weist einen Spritzbalken mit einer bestimmten Anzahl von mindestens zwei Düsen zum gleichzeitigen Aufbringen einer entsprechenden Anzahl von beab-standeten Tropfen der Klebemasse auf die Frontscheibe resp. die Abdeckung auf und einen Halterungsbalken mit einer entsprechenden Anzahl von Halbleiterzellenhalterungen. Letzterer ist so ausgebildet, dass auf die aufgebrachten Tropfen eine entsprechende Anzahl von Halbleiterzellen gleichzeitig aufgedrückt werden kann. Auf diese Weise können insbesondere matrixartig angeordnete Halbleiterzellen schnell und präzise aufgeklebt werden. Die Vorrichtung eignet sich sowohl für das reine Klebeverfahren als auch für das kombinierte Klebe-Giess-Verfahren. A device in order to be able to produce large-area solar modules in an efficient manner has a spray bar with a certain number of at least two nozzles for simultaneously applying a corresponding number of spaced drops of adhesive to the windshield or. the cover on and a support bar with a corresponding number of semiconductor cell holders. The latter is designed such that a corresponding number of semiconductor cells can be pressed onto the applied drops at the same time. In this way, semiconductor cells arranged in a matrix-like manner can be stuck on quickly and precisely. The device is suitable for both the pure adhesive process and for the combined adhesive-casting process.
Aus der nachfolgenden Beschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Further preferred embodiments of the invention result from the following description and the entirety of the claims.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and in connection with the drawings. Show it:
Fig. 1: Eine perspektivische Darstellung eines Solarmoduls mit gekrümmter Frontscheibe; Fig. 1: A perspective view of a solar module with a curved windscreen;
Fig. 2: Eine schematische Darstellung eines Schnitts durch ein erfindungsgemässes Solarmodul; 2: A schematic representation of a section through a solar module according to the invention;
Fig. 3a-e: Eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte zur Herstellung des Solarmoduls gemäss Fig. 2; 3a-e: A schematic representation of the individual steps for producing the solar module according to FIG. 2;
Fig. 4: ein Solarmodul, hergestellt nach der Klebe-Giess-Technik; und Fig. 4: a solar module, manufactured according to the adhesive casting technique; and
Fig. 5a-d: Eine schematische Darstellung der wesentlichen Schritte beim Klebe-Giess-Verfahren. 5a-d: A schematic representation of the essential steps in the adhesive casting process.
In den Figuren sind grundsätzlich gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same parts are basically provided with the same reference numerals.
Wege zur Ausführung der Erfindung Ways of Carrying Out the Invention
Fig. 1 zeigt ein Solarmodul mit einer zweidimensional gekrümmten Frontscheibe 1.1. Ein solches Modul könnte beispielsweise als Solarzellen-be-stücktes Autodach verwendet werden. Die Krümmung der Frontscheibe 1.1 würde dann der beabsichtigten Form des Autodachs entsprechen. 1 shows a solar module with a two-dimensionally curved windscreen 1.1. Such a module could, for example, be used as a car roof with solar cells. The curvature of the front window 1.1 would then correspond to the intended shape of the car roof.
Unter der Frontscheibe 1.1, die z.B. aus einem hochwertigen Glas besteht, sind matrixförmig Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 angeordnet. Das unter der Einfallsrichtung 14 (in Fig. 1 von oben) auftreffende Licht wird durch die genannten Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 auf photovoltaischer Basis in Strom umgewandelt. Die Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 sind in geeigneter und an sich bekannter Weise untereinander verdrahtet und z.B. mit einer Batterie oder einem Elektromotor verbunden. Under the windscreen 1.1, which e.g. consists of high-quality glass, semiconductor cells 2.1 to 2.4 are arranged in a matrix. The light incident under the direction of incidence 14 (from above in FIG. 1) is converted into electricity by the aforementioned semiconductor cells 2.1 to 2.4 on a photovoltaic basis. The semiconductor cells 2.1 to 2.4 are wired to one another in a suitable and known manner and e.g. connected to a battery or an electric motor.
Die einzelnen Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 sind im wesentlichen quadratisch. Monolytische (einkristalline) Halbleiterzellen haben vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 12.5 cm. Die Ecken solcher Halbleiterzellen sind abgerundet, so dass eine Seitenlänge von ca. 10 cm vorliegt. Polykristalline Halbleiterzellen sind typischerweise vollständig quadratisch und haben eine Seitenlänge von z.B. 11.5 cm. Im Prinzip ist es das Ziel, möglichst grossflächige Halbleiterzellen zu verwenden. Selbstverständlich kann aber die Erfindung auch bei kleineren Durchmessern von wenigen cm (z.B. 5 cm) mit Erfolg angewendet werden. Je grösser natürlich die Zellen sind, desto geringer ist der Arbeitsaufwand zur Herstellung eines Solarmoduls einer gegebenen Fläche. The individual semiconductor cells 2.1 to 2.4 are essentially square. Monolytic (single-crystalline) semiconductor cells preferably have a diameter of approximately 12.5 cm. The corners of such semiconductor cells are rounded, so that there is a side length of approximately 10 cm. Polycrystalline semiconductor cells are typically completely square and have a side length of e.g. 11.5 cm. In principle, the goal is to use semiconductor cells that are as large as possible. Of course, the invention can also be used successfully with smaller diameters of a few cm (e.g. 5 cm). The larger the cells are, of course, the less work is required to produce a solar module of a given area.
Wenn eine gute Ausnützung der einfallenden Strahlung gewünscht wird, dann sind die einzelnen Zellen möglichst nahe (z.B. wenige mm beabstandet) aneinandergefügt. Bei teiltransparenten Solarmodulen haben die Zellen einen Abstand von z.B. mehreren cm. If good utilization of the incident radiation is desired, then the individual cells are joined together as close as possible (e.g. a few mm apart). In the case of partially transparent solar modules, the cells are spaced e.g. several cm.
Fig. 2 zeigt nun schematisch einen Schnitt durch das gekrümmte Solarmodul gemäss Fig. 1. Zuoberst ist die gekrümmte Frontscheibe 1.1. Sie weist eine konkave innenseitige Oberfläche 1.1a und eine konvexe aussenseitige Oberfläche 1.1b auf. Der Krümmungsradius kann entsprechend den Bedürfnissen beliebig variieren. Die Scheibe kann selbstverständlich auch flache Partien haben oder insgesamt flach sein. Als flach ist eine Scheibe dann zu bezeichnen, wenn das Solarmodul statt mit FIG. 2 now schematically shows a section through the curved solar module according to FIG. 1. At the top is the curved windscreen 1.1. It has a concave inside surface 1.1a and a convex outside surface 1.1b. The radius of curvature can vary as required. The pane can of course also have flat parts or be flat overall. A pane can be described as flat if the solar module instead of with
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dem erfindungsgemässen Verfahren auch entsprechend der bekannten Laminationstechnik im Autoklaven hergestellt werden könnte. Dies ist aber auf jeden Fall bei Krümmungsradien von 20 m und weniger nicht mehr der Fall. Die Frontscheibe 1.1 soll nun eine solche ausgeprägte Krümmung aufweisen. the method according to the invention could also be produced in an autoclave in accordance with the known lamination technique. In any case, this is no longer the case with radii of curvature of 20 m and less. The front screen 1.1 should now have such a pronounced curvature.
Auf der konkaven Seite der vollständig lichtdurchlässigen Glasscheibe sind die Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 angeordnet. Ihre lichtempfindliche Seite ist der konkaven Oberfläche 1.1a zugewandt. Sie sind luftdicht zwischen der Frontscheibe und einer Abdeckung, die z.B. durch eine Metallfolie 5.1 gebildet ist, eingebettet. Ein wichtiger Aspekt dieser luftdichten Versiegelung ist der Schutz vor Korrosion (z.B. durch eindringenden Wasserdampf). The semiconductor cells 2.1 to 2.4 are arranged on the concave side of the completely transparent glass pane. Its light-sensitive side faces the concave surface 1.1a. They are airtight between the windscreen and a cover that e.g. is formed by a metal foil 5.1, embedded. An important aspect of this airtight seal is protection against corrosion (e.g. through penetrating water vapor).
Zwischen der Frontscheibe 1.1 und den Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 befindet sich eine (verfestigte) Klebemasse 3, die optisch volltransparent ist. Damit der Wirkungsgrad des Solarmoduls auch über längere Zeit hinweg nicht zusammenfällt, müssen die optischen Eigenschaften (Lichtdurchlässigkeit) auch gegenüber dem üblicherweise auftretenden UV-Licht resistent sein. Ist dies nicht der Fall, kann mit der Zeit eine mehr oder weniger starke Vergilbung eintreten. Between the front window 1.1 and the semiconductor cells 2.1 to 2.4 there is a (solidified) adhesive 3, which is optically fully transparent. So that the efficiency of the solar module does not collapse over a long period of time, the optical properties (light transmission) must also be resistant to the UV light that usually occurs. If this is not the case, yellowing may occur to a greater or lesser extent over time.
Es versteht sich, dass das Halbleitermaterial (z.B. Silizium) nicht chemisch reagieren darf mit der Klebemasse. Andernfalls kann die Zelle zerstört werden. Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Klebemasse ein hochtransparentes, zumindest leicht elastisches Silikon. Dieses hat nicht nur die oben geforderten Eigenschaften, sondern auch eine gute Adhäsion sowohl auf Glas als auch auf der Oberfläche der Halbleiterzelle (Silizium-Dioxyd). Des weiteren ist Silikon auch vom Brechungsindex her gut an die Scheibe angepasst, so dass die Reflexionsverluste gering sind. Schliesslich hält eine solche Klebemasse die bis zu 60°C über der Umgebungstemperatur liegenden Innentemperaturen des Solarmoduls aus. Silikon überlebt sogar auch sog. hot spots, die bei Ausfall eines Halbleiterelements entstehen und ohne weiteres zu Überhitzungen von 160°C führen können. It goes without saying that the semiconductor material (e.g. silicon) must not react chemically with the adhesive. Otherwise the cell can be destroyed. According to a particularly preferred embodiment, the adhesive is a highly transparent, at least slightly elastic silicone. This not only has the properties required above, but also good adhesion both to glass and to the surface of the semiconductor cell (silicon dioxide). Furthermore, the refractive index of silicone is well adapted to the pane, so that reflection losses are low. Finally, such an adhesive can withstand the internal temperatures of the solar module that are up to 60 ° C above the ambient temperature. Silicon even survives so-called hot spots, which arise when a semiconductor element fails and can easily lead to overheating of 160 ° C.
Die Klebemasse 3 füllt zumindest den Bereich zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche der Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 und der Frontscheibe 1.1 aus. Die hintere Seite der Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 ist mit einer Isolationsschicht 4 abgedeckt. Diese kann im Prinzip sehr dünn sein und bildet einfach die elektrische Isolation gegenüber der als Abdeckung vorzugsweise verwendeten Metallfolie 5.1. Die Isolationsschicht 4 kann durchaus aus einem kostengünstigen Material bestehen. Da sie ja auf der Rückseite der Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 vorgesehen ist, braucht sie nicht transparent zu sein. Sie kann natürlich auch aus dem gleichen Silikon wie die Klebemasse 3 bestehen. The adhesive 3 fills at least the area between the light-sensitive surface of the semiconductor cells 2.1 to 2.4 and the front window 1.1. The rear side of the semiconductor cells 2.1 to 2.4 is covered with an insulation layer 4. In principle, this can be very thin and simply forms the electrical insulation with respect to the metal foil 5.1 which is preferably used as a cover. The insulation layer 4 can consist of an inexpensive material. Since it is provided on the back of the semiconductor cells 2.1 to 2.4, it need not be transparent. Of course, it can also consist of the same silicone as the adhesive 3.
Die Metallfolie 5.1, die vorzugsweise eine Aluminiumfolie ist, ist im Randbereich 8.1 des Moduls auf die Frontscheibe 1.1 heruntergeklebt. Am besten eignet sich dazu ein dampfdichter Kleber aus Kunstharz. The metal foil 5.1, which is preferably an aluminum foil, is glued to the front pane 1.1 in the edge area 8.1 of the module. A vapor-tight adhesive made of synthetic resin is best suited for this.
Die Metallfolie 5.1 ist nicht nur eine gute Dampfbarriere, sondern leitet auch die im Modul entstehende Wärme nach aussen ab. Je dünner natürlich die Isolationsschicht 4, desto besser die Möglichkeit, die Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 zu kühlen. The metal foil 5.1 is not only a good vapor barrier, but also dissipates the heat generated in the module to the outside. The thinner the insulation layer 4, of course, the better the possibility of cooling the semiconductor cells 2.1 to 2.4.
Auf dem in Fig. 2 dargestellten Schnitt ist deutlich zu erkennen, dass die Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 nicht an die gekrümmte Frontscheibe 1.1 angeformt sind. Vielmehr überbrücken sie die gekrümmte Oberfläche 1.1a sehnenförmig. Der Abstand zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche der Halbleiterzelle (z.B. 2.1) und der Oberfläche 1.1a der Frontscheibe 1.1 ist damit am Rand der Halbleiterzelle 2.1 geringer als in ihrem Zentrum. Aufgrund der planaren Halbleiterzellen sieht die Abdeckung auf der Hinterseite im Schnitt im Prinzip polygonal aus. The section shown in FIG. 2 clearly shows that the semiconductor cells 2.1 to 2.4 are not molded onto the curved front pane 1.1. Rather, they bridge the curved surface 1.1a in a sinew shape. The distance between the light-sensitive surface of the semiconductor cell (e.g. 2.1) and the surface 1.1a of the front pane 1.1 is therefore smaller at the edge of the semiconductor cell 2.1 than at its center. Due to the planar semiconductor cells, the cover on the back looks in principle polygonal on average.
Anhand der Fig. 3a bis 3e soll nun erläutert werden, wie dieses ästhetisch befriedigende Solarmodul gefertigt werden kann. Es wird ausgegangen von einer geeignet vorgeformten Frontscheibe 1.1. (Das Formen von z.B. Glasscheiben ist im Stand der Technik bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.) Auf der konkav gekrümmten Oberfläche 1.1a werden nun einzelne Tropfen 9.1 bis 9.4 der Klebemasse aufgebracht. Dies kann z.B. mit Hilfe eines mit Düsen versehenen Spritzbalkens geschehen, wobei die einzelnen Tropfen im Volumen wohldosiert sind und einen definierten gegenseitigen Abstand haben. Der Abstand ist entsprechend der beabsichtigten Anordnung der Halbleiterzellen gewählt. Vorzugsweise befinden sie sich dort, wo das Zentrum der jeweiligen Zelle zu liegen kommen soll (Fig. 3a). 3a to 3e will now be used to explain how this aesthetically satisfactory solar module can be manufactured. It is assumed that the windscreen is suitably pre-shaped 1.1. (The shaping of, for example, glass panes is known in the prior art and is not the subject of the invention.) Individual drops 9.1 to 9.4 of the adhesive composition are now applied to the concavely curved surface 1.1a. This can e.g. with the help of a spray bar provided with nozzles, the individual drops being well metered in volume and having a defined mutual distance. The distance is chosen according to the intended arrangement of the semiconductor cells. They are preferably located where the center of the respective cell should be located (Fig. 3a).
Die Klebemasse ist pastenartig resp. zähflüssig. Die Tropfen 9.1 bis 9.4 zerfliessen also nur sehr langsam. Aus dem gleichen Grund fliessen die Tropfen, die auf leicht geneigte Bereiche (z.B. 9.1 und 9.4) gesetzt worden sind, nicht sofort in flachere Bereiche (z.B. gegen die Mitte). The adhesive is paste-like, respectively. viscous. The drops 9.1 to 9.4 flow very slowly. For the same reason, the drops placed on slightly inclined areas (e.g. 9.1 and 9.4) do not immediately flow into flatter areas (e.g. towards the center).
Als nächstes werden nun die Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 über den Tropfen 9.1 bis 9.4 positioniert (Fig. 3b). Dies geschieht z.B. mit einem Halterungsbalken, der ebensoviele Halbleiterzellenhalter aufweist, wie zuvor Tropfen gesetzt worden sind. Die einzelnen Halbleiterzellen werden in den Halterungen z.B. mittels Unterdruck festgehalten. Damit die Zellen beim nachfolgenden Eindrücken nicht zerbrechen können, sollte die Halbleiterzelle mit der Rückseite ganzflächig auf einer geeigneten Stützfläche der Zellenhalterung aufliegen. The semiconductor cells 2.1 to 2.4 are now positioned above the drops 9.1 to 9.4 (FIG. 3b). This happens e.g. with a support bar that has as many semiconductor cell holders as drops have been placed before. The individual semiconductor cells are e.g. held by vacuum. So that the cells cannot break when they are subsequently pressed in, the entire surface of the semiconductor cell should rest on a suitable support surface of the cell holder.
Nun werden die einzelnen Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 gleichzeitig auf die entsprechenden Tropfen 9.1 bis 9.4 gedrückt (siehe Pfeile). Unter diesem Druck wird der zähflüssige Tropfen (z.B. 9.1) zwischen der Halbleiterzelle 2.1 und der Frontscheibe 1.1 zerquetscht. Die Klebemasse fliesst daher von der Mitte her (die Halbleiterzelle 2.1 wurde möglichst zentral auf dem Tropfen 9.1 aufgesetzt) allseitig nach aussen. Aufgrund der Viskosität und der Oberflächenspannung der Klebemasse wird die Luft sukzessive seitlich nach aussen gedrängt, so dass keine Lufteinschlüsse (Lunker) entstehen können. Now the individual semiconductor cells 2.1 to 2.4 are pressed simultaneously on the corresponding drops 9.1 to 9.4 (see arrows). Under this pressure, the viscous drop (e.g. 9.1) is crushed between the semiconductor cell 2.1 and the front pane 1.1. The adhesive therefore flows from the center (the semiconductor cell 2.1 was placed as centrally as possible on the drop 9.1) on all sides. Due to the viscosity and the surface tension of the adhesive, the air is gradually forced outwards, so that no air pockets (voids) can occur.
Die Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 werden in eine jeweils genau definierte Position gedrückt. Diese Position kann z.B. durch einen minimalen Abstand des Zellenrandes von der Frontscheibe vorgegeben sein (z.B. knapp berührend). The semiconductor cells 2.1 to 2.4 are pressed into a precisely defined position. This position can e.g. be specified by a minimal distance between the edge of the cell and the windscreen (e.g. just touching).
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Beim Zerquetschen der Tropfen g.1 bis 9.4 ist der auf die Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 ausgeübte Druck entsprechend der Ausgestaltung der Halbleiterzellenhalter sowie der Belastbarkeit der Halbleiterzellen zu bemessen. Im Hinblick auf eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ist natürlich ein impulsartiger Druckverlauf mit hoher Impulsspitze erwünscht. Damit aber die Halbleiterscheibe keinen Schaden nimmt, ist der Druckverlauf resp. das Druckmaximum zu beschränken. Ein Halbleiterzellenhalter, der eine flächenhafte Stützung der Halbleiterzelle gewährleistet, lässt einen höheren Einpressdruck zu als eine weitmaschige, gitterartige Stützung. Da die Halbleiterzelle also mechanisch möglichst nicht belastet (durch Bogen) werden soll, kann der Einpressdruck als sanft bezeichnet werden. When crushing the drops g.1 to 9.4, the pressure exerted on the semiconductor cells 2.1 to 2.4 is to be measured in accordance with the configuration of the semiconductor cell holder and the load capacity of the semiconductor cells. In view of a high working speed, a pulse-like pressure curve with a high pulse peak is of course desirable. So that the semiconductor wafer is not damaged, the pressure curve is. to limit the pressure maximum. A semiconductor cell holder, which ensures extensive support of the semiconductor cell, allows a higher injection pressure than a wide-meshed, grid-like support. Since the semiconductor cell should not be mechanically stressed (by arcing), the insertion pressure can be described as gentle.
Vorzugsweise ist das Volumen des Tropfens so bemessen, dass die Klebemasse 3 gerade leicht seitlich unter der Halbleiterzelle 2.1 hervorquillt, nachdem sie in die vorbestimmte Position gedrückt worden ist. Wenn die Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 genügend nahe nebeneinander angeordnet sind, dann entsteht auf diese Weise eine zusammenhängende Klebeschicht 3 (Fig. 3c). Bei grösseren Abständen können entweder grössere Tropfen gesetzt werden, wobei dann die seitlich unter den Halbleiterzellen übermässig hervorquellende Klebemasse verteilt werden muss, oder der zwischen den Zellen freiliegende Bereich der Oberfläche 1.1a wird mit einer anderen Schicht abgedeckt. The volume of the droplet is preferably dimensioned such that the adhesive 3 just springs out laterally under the semiconductor cell 2.1 after it has been pressed into the predetermined position. If the semiconductor cells 2.1 to 2.4 are arranged sufficiently close to one another, a coherent adhesive layer 3 is formed in this way (FIG. 3c). In the case of larger distances, either larger drops can be placed, in which case the adhesive mass which swells excessively to the side under the semiconductor cells must be distributed, or the area of the surface 1.1a which is exposed between the cells is covered with another layer.
Das Aufbringen der Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 muss verhältnismässig rasch geschehen, damit die Tropfen nicht selbständig zerfliessen können. Sobald die Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 in der gewünschten Position sind, darf die Polymerisation der Klebemasse einsetzen. Auf diese Weise wird Reihe um Reihe einer matrixförmigen Zellenanordnung aufgebracht. The application of the semiconductor cells 2.1 to 2.4 must be done relatively quickly so that the drops cannot flow away on their own. As soon as the semiconductor cells 2.1 to 2.4 are in the desired position, the polymerisation of the adhesive can begin. In this way, row by row of a matrix-shaped cell arrangement is applied.
Ais nächstes wird die Isolationsschicht 4 aufgebracht (Fig. 3d). Es kann sich dabei um eine aufgestrichene, aufgegossene, aufgerakelte oder aufgespritzte Kunststoffschicht handeln. Während sich beim Aufspritzen eher dünne Schichten ergeben, lassen sich durch Aufgiessen oder Aufrakeln sehr schnell dicke Schichten von z.B. 1 mm oder auch mehr auftragen. Die Isolationsschicht 4 kann wahlweise nach dem Aufbringen einer einzelnen Reihe von Halbleiterzeilen, oder erst nachdem die ganze Frontscheibe bestückt ist, appliziert werden. Next, the insulation layer 4 is applied (Fig. 3d). It can be a spread, poured, knife or sprayed on plastic layer. While there are rather thin layers when spraying on, thick layers of e.g. Apply 1 mm or more. The insulation layer 4 can optionally be applied after the application of a single row of semiconductor lines, or only after the entire front pane has been fitted.
Schliesslich wird als Abdeckung vorzugweise eine Metallfolie 5.1 aufgebracht. Sie wird rahmenartig auf die mit Halbleiterzellen 2.1 bis 2.4 bestückte Oberfläche der Frontscheibe 1.1 luftdicht auf die Scheibe selbst aufgeklebt. Es ist natürlich dafür zu sorgen, dass unterhalb der Abdeckung keine Luftblasen vorhanden sind. Finally, a metal foil 5.1 is preferably applied as a cover. It is glued airtight on the surface of the front pane 1.1 equipped with semiconductor cells 2.1 to 2.4 to the pane itself in an airtight manner. Of course, make sure that there are no air bubbles underneath the cover.
Damit ist das photovoltaische Solarmodul fertig. The photovoltaic solar module is now finished.
Der Einfachheit halber wurde auf das Verdrahten der Halbleiterzellen nicht eingegangen. Dies kann in an sich bekannter Weise gemacht werden, da durch die Erfindung bei dieser Technologie keine erfinderischen Änderungen erforderlich sind. Im Zusammenhang mit dem Verdrahten ergibt sich durch die Erfindung der Vorteil, dass die Halbleiterzellen durch die Klebemasse fixiert sind und nicht durch separate Lehren gehalten werden müssen. For the sake of simplicity, the wiring of the semiconductor cells has not been discussed. This can be done in a manner known per se, since the invention does not require any inventive changes in this technology. In connection with wiring, the invention has the advantage that the semiconductor cells are fixed by the adhesive and do not have to be held by separate gauges.
Als nächstes wird nun noch ein Ausführungsbeispiel für die Klebe-Giess-Technik angegeben. An exemplary embodiment of the adhesive casting technique will now be given.
Fig. 4 zeigt ein mit diesem Verfahren hergestelltes photovoltaisches Solarmodul. Wiederum wird eine gekrümmte Frontscheibe 1.2 verwendet, auf deren konkav gekrümmten Oberfläche 1.2a die Halbleiterzellen 2.5 bis 2.8 angeordnet sind. Die einzelnen Zellen sind in einem volltransparenten Giessmaterial eingebettet (Giessharz 7). Rückseitig ist das Modul mit einer Metallfolie 5.2 versiegelt. Die Klebemasse 6.1 bis 6.4 befindet sich zwischen den Halbleiterzellen 2.5 bis 2.8 und der Metallfolie 5.2 (Abdeckung). Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckung an die Frontscheibe formmässig angepasst. Das Solarmodul ist also im wesentlichen überall gleich dick. Im Randbereich 8.2 ist die Metallfolie 5.2 analog wie bei der ersten Ausführungsform gemäss Fig. 2 auf die Frontscheibe unmittelbar aufgeklebt. 4 shows a photovoltaic solar module produced using this method. Again, a curved front window 1.2 is used, on the concave curved surface 1.2a of which the semiconductor cells 2.5 to 2.8 are arranged. The individual cells are embedded in a fully transparent casting material (casting resin 7). The module is sealed on the back with a metal foil 5.2. The adhesive 6.1 to 6.4 is located between the semiconductor cells 2.5 to 2.8 and the metal foil 5.2 (cover). According to a preferred embodiment, the cover is adapted to the shape of the windshield. The solar module is therefore essentially the same thickness everywhere. In the edge area 8.2, the metal foil 5.2 is glued directly to the front window analogously to the first embodiment according to FIG. 2.
Fig. 5a-d zeigt die einzelnen Verfahrensschritte bei der Herstellung des in Fig. 4 gezeigten Moduls. Anders als bei der reinen Klebetechnik wird hier auf der Rückseite begonnen. Es wird also zunächst eine Folie auf einem Formteil 11 ausgelegt. Dieses weist ein geeignet ausgebildetes Luftkanalsystem 12 auf, mit dem die Luft unter der Folie abgesaugt und dadurch die Folie ganzflächig festgehalten werden kann (Fig. 5a). Die Krümmung des Formteils 11 ist an die später aufzusetzende Frontscheibe 1.2 angepasst. Am Rand ist eine umlaufende Rippe 15 vorgesehen, auf der später die Frontscheibe 1.2 aufliegen kann. Die Folie ist auch über diese Rippe 15 gezogen. 5a-d show the individual method steps in the manufacture of the module shown in FIG. 4. In contrast to pure adhesive technology, this starts on the back. A film is therefore first laid out on a molded part 11. This has a suitably designed air duct system 12 with which the air is sucked out from under the film and the film can thereby be held over the entire surface (FIG. 5a). The curvature of the molded part 11 is adapted to the windshield 1.2 to be fitted later. A peripheral rib 15 is provided on the edge, on which the windshield 1.2 can later rest. The film is also drawn over this rib 15.
Auf die so aufgespannte Folie werden nun einzelne Tropfen 10.1 bis 10.4 der Klebemasse gesetzt. Bezüglich Fliessfähigkeit und Konsistenz gilt das bereits oben über die Klebemasse Gesagte. Im Gegensatz zu oben muss aber hier kein volltransparentes, optisch hochwertiges Material verwendet werden. Die einzelnen Tropfen werden entsprechend der geometrischen Anordnung der anzubringenden Halbleiterzellen angeordnet. Das Volumen des einzelnen Tropfens muss nicht sehr gross sein, da der Tropfen primär nur eine Fixierungsfunktion wahrnehmen muss. Individual drops 10.1 to 10.4 of the adhesive are now placed on the stretched film. With regard to flowability and consistency, what has been said above about the adhesive also applies. In contrast to the above, it is not necessary to use a fully transparent, optically high-quality material. The individual drops are arranged according to the geometric arrangement of the semiconductor cells to be attached. The volume of the individual drop does not have to be very large, since the drop only has to perform a fixing function.
Als nächstes werden nun die Halbleiterzellen 2.5 bis 2.8 positioniert, und zwar werden sie mit der blinden Rückseite auf die entsprechenden Tropfen 10.1 bis 10.4 gesetzt. Next, the semiconductor cells 2.5 to 2.8 are positioned, with the blind back on the corresponding drops 10.1 to 10.4.
Nun werden die Tropfen 10.1 bis 10.4 mittels sanftem Druck auf die Halbleiterzellen 2.5 bis 2.8 zerquetscht (vgl. Pfeile). Da das Volumen der einzelnen Tropfen relativ klein war, quillt die Klebemasse 6.1 bis 6.4 nicht seitlich unter der Halbleiterzelle 2.5 bis 2.8 hervor. Dies ist wie erwähnt ja auch nicht erforderlich. Wichtig ist nur, dass die Halbleiterzelle 2.5 durch die Klebemasse 6.1 auf der Folie fixiert wird, und dass keine Lufteinschlüsse entstehen. Letzteres ist aber aufgrund der geeignet gewählten Viskosität und Adhäsion nicht der Fall. Now the drops 10.1 to 10.4 are crushed using gentle pressure on the semiconductor cells 2.5 to 2.8 (see arrows). Since the volume of the individual drops was relatively small, the adhesive 6.1 to 6.4 does not protrude laterally under the semiconductor cell 2.5 to 2.8. As mentioned, this is not necessary. It is only important that the semiconductor cell 2.5 is fixed on the film by the adhesive 6.1 and that no air pockets occur. However, the latter is not the case due to the suitably chosen viscosity and adhesion.
Nun wird auf den Rand der Folie ein Kleber (z.B. Kunstharz) aufgebracht und die Frontscheibe über Now an adhesive (e.g. synthetic resin) is applied to the edge of the film and the windscreen over
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die präparierte Halbleiterzellenanordnung gelegt und am Rand durch den Kleber luftdicht mit der Folie verbunden (Fig. 5d). Es liegt nun ein ausgiess-barer Hohlraum 13 vor. Über eine geeignet ausgebildete, nicht dargestellte Zuführung wird nun ein Giessharz 7 (Fig. 4) eingefüllt. Es wird dabei nur gerade soviel Giessharz eingefüllt, wie vom fertigen Modul benötigt wird. the prepared semiconductor cell arrangement is placed and connected to the film in an airtight manner by the adhesive (FIG. 5d). There is now a pourable cavity 13. A casting resin 7 (FIG. 4) is now filled in via a suitably designed feed, not shown. Only as much casting resin is filled in as is required by the finished module.
Durch den Druck der Flüssigkeit wird die Frontscheibe 1.2 leicht ausgebuchtet. Entsprechend ist das Volumen des Hohlraums 13 etwas grösser geworden. Das beim Einfüllen vertikal gehaltene Modul wird nun langsam in die Horizontale bewegt, wobei der Druck auf die Frontscheibe nachlässt und der Hohlraum die angestrebte Grösse wieder annimmt. Die eingefüllte Menge an Giessharz füllt dann den Hohlraum vollständig aus. The front window 1.2 bulges slightly due to the pressure of the liquid. Accordingly, the volume of the cavity 13 has become somewhat larger. The module held vertically when filling is now slowly moved horizontally, the pressure on the windscreen easing and the cavity again taking on the desired size. The filled amount of casting resin then completely fills the cavity.
Wenn sich das Giessharz verfestigt hat, dann kann das Formteil 11 entfernt werden. Das in Fig. 4 gezeigte Solarmodul ist fertig. When the casting resin has solidified, the molded part 11 can be removed. The solar module shown in Fig. 4 is ready.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Gegenteil ist der Anwendungsbereich der vorgeschlagenen Verfahren sehr gross. Selbstverständlich können anstelle der gekrümmten Frontscheiben auch flache verwendet werden. Es können auch Module mit konkaver statt konvexer lichtzugewandter Oberfläche gefertigt werden. Wegen ihrer Langlebigkeit sind Glasscheiben bevorzugt. Für die Frontscheiben kommen aber auch andere transparente Materialien in Frage, wie z.B. Polyester oder Polycarbonat. The invention is not restricted to the exemplary embodiments described. On the contrary, the scope of the proposed methods is very large. Of course, flat ones can also be used instead of the curved windscreens. Modules with a concave instead of a convex light-facing surface can also be manufactured. Glass panes are preferred because of their durability. Other transparent materials can also be used for the windscreens, e.g. Polyester or polycarbonate.
Die in den Fig. 2 und 4 dargestellten Module haben als Abdeckung eine Folie. Es liegt natürlich ebenso im Rahmen der Erfindung, auch für diese Abdeckung eine formfeste Scheibe (z.B. aus Glas) zu verwenden. The modules shown in FIGS. 2 and 4 have a film as a cover. It is of course also within the scope of the invention to use a dimensionally stable pane (e.g. made of glass) for this cover too.
Anstelle von Silikon kann auch ein volltransparentes Harz mit geeigneter Viskosität im flüssigen Zustand verwendet werden. Dadurch, dass ein solches Harz in getrocknetem Zustand eine sehr hohe Festigkeit hat, wird - wie bereits erwähnt - die Stabilität des Solarmoduls verbessert. Instead of silicone, a fully transparent resin with a suitable viscosity in the liquid state can also be used. As already mentioned, the fact that such a resin has a very high strength in the dried state improves the stability of the solar module.
Die Klebemasse ist typischerweise ein Zweikomponentenkleber. Anstelle von Zweikomponentenkleber können auch UV-härtende Kleber treten. Analoges gilt für das Ausgiessmaterial bei der kombinierten Klebe-Giess-Technik. The adhesive is typically a two-component adhesive. Instead of two-component adhesives, UV-curing adhesives can also be used. The same applies to the pouring material in the combined adhesive-casting technique.
Wenn die Abdeckung selbst ein Isolator ist und nicht wie beschrieben eine Metallfolie, dann kann auf die separate Isolationsschicht 4 im Prinzip verzichtet werden. Andererseits können aber auch zusätzliche Schichten vorgesehen werden, mit denen gezielt Korrosionsschutzmassnahmen verwirklicht werden. In diesem Sinn können z.B. auch Schichten als mechanischer Schutz gegen Punktlasten aufgebracht werden. Wenn nämlich die Klebemasse bei Fig. 2 im verfestigten Zustand sehr elastisch ist und die Rückseite des Solarmoduls nicht geschützt ist, dann können die Halbleiterzellen bei punktförmig auftretenden Belastungen brechen. Auf der Rückseite kann deshalb z.B. eine gummiartige Schicht aufgetragen sein, die punktförmig auftretende Kräfte auf einen gewissen Bereich verteilt. Wenn das Solarmodul als Dach eines Autos verwendet wird, dann kann mit einer angeformten Kunststoffeinlage die Rückseite des Moduls gegen den Personenraum abgedeckt werden. If the cover itself is an insulator and not a metal foil as described, then in principle the separate insulation layer 4 can be dispensed with. On the other hand, additional layers can also be provided with which corrosion protection measures are specifically implemented. In this sense, e.g. layers can also be applied as mechanical protection against point loads. If the adhesive in FIG. 2 is very elastic in the solidified state and the back of the solar module is not protected, then the semiconductor cells can break when loads occur at points. On the back you can e.g. a rubber-like layer can be applied, which distributes the point-like forces to a certain area. If the solar module is used as the roof of a car, then the back of the module can be covered against the passenger compartment with a molded plastic insert.
Abschliessend kann festgestellt werden, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren photovol-taische Solarmodule hergestellt werden können, die energetisch effizient sind und an die unterschiedlichsten ästhetischen Bedürfnisse (Formen) einge-passt werden können. Es ist auch ein Vorteil der Erfindung, dass ohne Probleme flächenmässig sehr grosse Module hergestellt werden können. In conclusion, it can be established that the method according to the invention can be used to produce photovoltaic solar modules which are energy-efficient and can be adapted to a wide variety of aesthetic needs (shapes). It is also an advantage of the invention that very large modules can be produced in terms of area without problems.
Claims (21)
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ID=4237927
Family Applications (1)
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