CN112424954A - 具有扩大的采光面积的太阳能模块 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能模块（1），其具有平坦的基板（2）和多个太阳能电池（12），所述多个太阳能电池串联连接在两个导体轨道（15、15'）之间并且布置在基板（2）的第一侧上，其中太阳能电池（12）形成光学活性模块内部区域（13），其被光学非活性模块边缘区域（14）围绕，其中以下各项与每个导体轨道（15、15'）相关联：基板（2）中的孔（17、17'），基板（2）的第二侧上的接线盒（18、18'），以及导体轨道（15、15'）上的分接点（25、25'）与接线盒（18、18'）的连接点（26、26'）之间的电连接，其中，孔（17、17'）至少部分定位于模块内部区域（13）中，使得导体轨道（15、15'）上的分接点位于孔（17、17'）的对齐延伸之外，并且至少一个太阳能电池（12）被分开或具有缩短的长度。

Description

具有扩大的采光面积的太阳能模块
本发明属于光伏发电的技术领域，并且涉及一种具有与具有相同尺寸的现有技术的太阳能模块的采光面积相比扩大的采光面积的太阳能模块。
从光伏的电流生成成本取决于各种贡献因素。除了整个系统的组件的生产成本外，还要记入太阳能模块的属性，诸如功率输出、温度系数和低照度性能。此外，组件和整个系统的使用寿命构成了实质性影响因素。由于生成成本最终对于光伏系统的经济成功至关重要，并且显著影响与其他能量形式（诸如风能、化石燃料或核能）的竞争，因此在开发太阳能模块中，除了成本和功率输出之外还必须优化可靠性和使用寿命。在实践中已经证明，为了令人满意地满足对成本、功率输出和使用寿命的要求，必须经常找到折衷方案，因为需要的措施经常有与这些要求相反的影响。
原则上，对于太阳能模块，由于必须通过边缘密封来保护边缘区域免受水分影响并且因此不能用于光伏能源产生，因此光学活性的有用面积（采光面积）小于太阳能模块的外部尺寸。此外，太阳能模块的内部和外部之间的绝缘区段必须足够大，以符合所有技术标准并通过认证测试。除此之外，还有对串联连接的太阳能模块的接触的面积要求。在具有太阳能电池的单片串联连接的薄膜太阳能模块的情况下，通过布置在模块的两个长边上的两个汇流排来获取电力输出，所述汇流排通常以接触条带的形式实现。为了太阳能模块的外部电接触，通常在模块的背侧上提供两个接线盒，其中，根据常规设计，接触条带通过基板玻璃中的两个孔接触，所述两个孔定位成与接触条带重叠。
为了使采光面积尽可能大，光学无活性的边缘区域必须尽可能窄。然而，边缘密封必须足够宽，以长期保护太阳能模块内部免于水分从边缘渗入。而且，必须考虑到接触条带随着边缘区域的变窄而向外移动得更远，并且基板玻璃中与接触条带重叠的孔也是这样以用于使得导体轨道与接线盒接触。然而，当孔移动得靠近模块边缘时，在生产期间玻璃损坏的风险或在实际使用中由于风和雪载荷而产生的机械应力显著增加。
还已知的是太阳能模块，其中，两个接触条带分别沿模块侧边缘路由到基板玻璃中的孔，穿过该孔，并在公共接线盒中接触。该方法的缺点是模块边缘上的两个接触条带的空间要求相对较大，从而导致光学活性有用面积的显著减小。另外，生产过程相对复杂。使问题复杂化的事实是，取决于组件类型（具有或不具有框架，具有背侧导轨或夹具），在短的模块侧上可能产生较高的机械应力，这可能导致实际使用中的损坏。
进一步已知的是太阳能模块，其中，接触条带在太阳能模块的两个基板之间的侧上路由出，并一起路由到背基板上的中心。然而，这假定接触条带和出口区域被充分地电绝缘并且被保护免受水分影响。这通常是通过背侧薄膜来实现的，然而，其导致附加的相对较高的成本。
相比之下，本发明的目的在于有利地提供现有技术中已知的具有扩大的采光面积的太阳能模块，而不会出现介绍中描述的缺点。另外，经济高效地工业连续生产太阳能模块使用常规方法应该是可能的。
根据本发明的提议，通过根据独立权利要求的太阳能模块来实现这些和其他目的。通过从属权利要求的特性来表明本发明的有利实施例。
根据本发明呈现的是一种具有用于光伏发电的串联电连接的太阳能电池的太阳能模块。原则上，根据本发明的太阳能模块可以是任何类型的太阳能模块。优选地，它是具有以单片集成的形式的串联连接的太阳能电池的薄膜太阳能模块。优选地，薄膜太阳能模块具有复合窗格结构，其中背载体基板和前覆盖物（例如玻璃板）经由热塑性或弹性体中间层（例如PVB层）固定地彼此接合。优选地，薄膜太阳能模块具有基板配置，其中用于形成太阳能电池的层结构被施加在背载体基板的面对光入射侧的表面上。载体基板和覆盖物可以由例如玻璃、塑料、金属或金属合金制成。通常，至少载体基板被实现为刚性板。优选地，载体基板由玻璃制成。优选地，覆盖物也由玻璃制成。
薄膜太阳能模块的层结构以本身已知的方式包括背电极层、前电极层以及布置在背电极层与前电极层之间的光学（光伏）活性吸收体层。前电极层是光学透明的，因为必须使能光穿过到层结构的通路。前电极层通常包括掺杂的金属氧化物（TCO=透明导电氧化物）或由其制成，例如，n导电的，特别是铝掺杂的氧化锌（AZO）。优选地，吸收体层包括黄铜矿半导体或由黄铜矿半导体制成，有利地是来自铜铟/镓二硫化物/二硒化物（Cu(In,Ga)(S,Se)2）的I-III-VI三元化合物半导体。在上式中，铟和镓各自可以单独或组合存在。这也适用于硫和硒，其各自可以单独或组合存在。吸收体层通常具有第一导体类型（即，电荷载流子类型）的掺杂，并且前电极具有相反导体类型的掺杂。一般而言，吸收体层是p导电的（p掺杂的），即具有过量的缺陷电子；并且前电极层是n导电的（n掺杂的），使得自由电子过量存在。缓冲层通常布置在吸收体层与前电极层之间。这特别适用于基于Cu(In,Ga)(S,Se)2的吸收体层，关于这，通常来说，在p导电Cu(In,Ga)(S,Se)2吸收体层和n导电前电极之间需要缓冲层。缓冲层使得吸收体和前电极之间能够进行电子适配。此外，它提供了保护免受在例如通过DC磁控溅射的前电极沉积的后续过程步骤中的溅射损伤。借助于连续的n导电前电极层、缓冲层和p导电吸收体层，形成p-n异质结，换句话说，在相反导体类型的层之间的结。吸收体层也可以例如由碲化镉（CdTe）制成。背电极层通常沉积到载体基板上。背电极层通常包括钼（Mo）或由钼（Mo）制成，但是也可以使用其他金属。
在薄膜太阳能模块的层结构中形成通过图案化线串联连接的太阳能电池。在此，（至少）背电极层通过第一图案化线（P1线）被分成多区段，所述多区段形成太阳能电池的背电极。而且，（至少）吸收体层通过第二图案化线（P2线）分成为多区段，所述多区段形成太阳能电池的光学活性区域（吸收体），并且（至少）前电极层通过第三图案化线（P3线）被分成为多区段，所述多区段形成太阳能电池的前电极。相邻的太阳能电池经由第二图案化线中的导电材料以串联连接彼此电连接，其中一个太阳能电池的前电极电连接至相邻太阳能电池的背电极，并且通常但并非强制性地，具有与其的直接物理接触。每个图案化区包括直接连续的三个图案化线P1-P2-P3，在每种情况下都以此顺序。
保持与习惯用法一致，术语“太阳能电池”是指层结构的具有前电极、吸收体和背电极并且由彼此直接相邻的两个图案化区界定的区域。这类似地适用于模块的边缘区域，在该边缘区域中，代替图案化区，存在用于电接触太阳能电池的串联连接的连接区段。
根据本发明的太阳能模块包括由太阳能电池形成的光学（光伏）活性内部区域和（在模块水平）围绕内部区域的光学（光伏）非活性边缘区域。当然，光学活性内部区域还包括光学非活性区域，特别是具有用于形成太阳能电池的P1/P2/P3线的图案化区。内部区域对应于太阳能模块的光学活性有用区域（采光面积）。通常，内部区域（采光面积）具有与多个串联连接的太阳能电池的矩形形状相对应的矩形形状。优选地，太阳能模块（即，太阳能模块的内部区域）仅包括一串串联连接的太阳能电池，即，内部区域不具有将太阳能电池完全分离成几个平行的太阳能电池串的沿着串联连接的方向延伸的（多个）分离线。因此，太阳能模块优选地不具有平行的太阳能电池串。
一般而言，层结构在与模块边缘邻近的区内的边缘区域中，其通常被称为完全去除的或未沉积的“边缘去涂覆”。此外，与模块边缘相邻以及向内部定位得更远的边缘密封件、用于太阳能电池的电接触的两个汇流条或导体轨道位于边缘区域中。太阳能电池以串联连接布置在两个导体轨道之间。导体轨道例如以接触条带的形式实现。有利地，背电极层延伸到光学无活性的边缘区域中，其中两个导体轨道分别被布置在背电极层上并与之电接触，以便获取由太阳能电池生成的电流。导体轨道连接到串联连接的太阳能电池（优选地仅一串太阳能电池）。串联连接的太阳能电池布置成将导体轨道串联连接。导体轨道不以并联方式电连接太阳能电池，即，导体轨道不以并联电连接方式连接两个或更多个太阳能电池或两个或更多个串联连接的太阳能电池串。
通常，根据本发明的太阳能模块包括平坦的（载体）基板，优选地是刚性玻璃板，以及多个太阳能电池，其在第一和第二导体轨道之间串联连接并且布置在基板的第一侧（内侧）上。优选地，基板是平坦的并且具有矩形形状。同样，太阳能模块优选地具有矩形形状。太阳能电池优选地分别具有矩形形状。优选地，两个导体轨道分别是接触条带。优选地，两个导体轨道分别沿模块或基板的第一尺寸（其通常是太阳能模块的长度）延伸，而太阳能电池沿第二尺寸（其通常是太阳能模块的（通常较短的）宽度）布置。通常，第二尺寸正交于第一尺寸定向。优选地，两个导体轨道分别电连接到背电极层，特别是直接布置在背电极层上。太阳能模块包括由太阳能电池产生的光学活性（模块）内部区域和光学无活性（模块）边缘区域，其（在模块水平）围绕内部区域（视线正交穿过基板）。通常，内部区域和由内部区域形成的采光面积具有矩形形状。
在根据本发明的太阳能模块中，以下分别与两个导体轨道相关联（即，分别与每个导体轨道相关联）：
-基板上的（贯穿）孔，
-基板的第二侧上的接线盒，
-导体轨道上的分接点与接线盒的连接点之间的电连接。
两个接线盒分别布置在基板的（外部）第二侧上。通常，每个接线盒覆盖基板中的相关联的孔。因此，每个接线盒被布置在基板的第二侧上（即，在表面上），并且没有被布置在相关联的孔中，即，被完全布置在孔的外部。具体地，两个接线盒被放置在基板的第二侧（表面）上并且没有被层压到基板中（也没有被部分地层压到基板中）。
在本发明的上下文中，术语“分接点”是指相应的导体轨道上的点，在该点处电流从导体轨道被分接并传导到相关联的连接点。在分接点处，电流沿不同于相应导体轨道的定向（换句话说，相对于导体轨道的定向成对角线或成直角）的方向从导体轨道转移。
在根据本发明的太阳能模块中，基板中的两个孔分别至少部分地，特别是完全地定位在模块的内部区域中，使得导体轨道上的相关联的分接点位于孔的对齐延伸的外部。因此，基板中的孔位于不与导体轨道上的相关联的分接点重叠的地方，换句话说，不覆盖分接点。代替地，分接点位于由于第一孔垂直于平坦基板的延伸而导致的区域的外部。因此，分接点也位于不能穿过相关联的孔直接查看的地方。而且，两个孔分别向内移动，使得至少一个太阳能电池，特别是多个太阳能电池分别被分成两个太阳能子电池，或者其中相应孔的向边缘定位（相比于不受孔影响的太阳能电池）分别具有缩短的长度。另外，可以缩短与完全分开的太阳能电池相邻的另一太阳能电池。在形成孔时，同时去除位于基板上的背电极层，使得两个孔下面的层区域原则上不再可以用于光伏发电。
因此，根据本发明，基板中的两个孔的定位与导体轨道上的相应相关联的分接点的定位在物理上分开。有利地，这使得能够将导体轨道放置在太阳能模块的边缘上更远，其中必须注意，具有减小的光学无活性的边缘区域的宽度的太阳能模块再次具有足够的绝缘强度和气候稳定性。肯定的是，两个孔的向内移动减小了太阳能模块的光学活性面积（通过将至少一个太阳能电池分成两个太阳能子电池或缩短至少一个太阳能电池的长度）；然而，通过使边缘区域变窄，采光面积可以总体上显著扩大。这样，在给定的模块尺寸下可以生成更多的电流。并且有利地降低了电流的生成成本。与现有技术的太阳能模块相比，这是根据本发明的太阳能模块的重要优点，在现有技术的太阳能模块中，两个导体轨道的分接点分别定位在基板中相关联的孔的对齐延伸中。
在根据本发明的太阳能模块的有利实施例中，基板中的两个孔分别向内移动足够远，使得它们与相应的相关联的导体轨道的距离为两条导体轨道之间的距离的1％至10％，特别是5％至10％。作为结果，通过对两个孔的定位，太阳能电池的光学活性面积仅相对较小地减小，而总体上，通过使边缘区域变窄，可以实现特别良好的采光面积的扩大。
有利地，对于具有施加在基板上的层结构的薄膜太阳能模块，基板中的两个孔分别布置在层结构的（去涂覆）区中或其之上（在模块水平以穿过模块的直角查看），其中所有层都被移除或者至少一直到背电极层、特别是一直到背电极层未施加。优选地，（去涂覆）区包括以内部区域的凹进的形式实现的区段。两个孔在内部区域中的定位导致以下事实：至少一个太阳能电池，特别是多个太阳能电池分别通过相应的（去涂覆）区分成两个太阳能子电池，或者在（去涂覆）区的向边缘定位的情况下分别具有缩短的长度。与经分开的太阳能电池相邻的太阳能电池可以被切短。
在根据本发明的太阳能模块的有利实施例中，分别与基板中的两个孔相关联的电连接在基板的第一侧上具有平坦接触元件，该平坦接触元件电连接至相关联的导体轨道，所述接触元件至少部分地，特别是完全地跨越相关联的通孔。两个平坦接触元件例如实现为接触衬垫或接触条带。平坦接触元件可以与相关联的导体轨道不同，但是替代地，也可以是相关联的导体轨道的一部分（端部区段或中间区段）。
两个平坦接触元件分别电连接到相关联的导体轨道，并借助于推入基板中相关联的孔的接触印模（stamp）实现从外部的特别简单的接触，以便将由相应分接点转移的电流路由到相关联的接线盒。相应地，根据依据本发明的太阳能模块的优选实施例，至少部分地，特别是完全地跨越基板中的相关联的孔的平坦接触元件通过延伸穿过该孔的相关联的接线盒的接触印模被电接触。两个接触印模分别是相关联的接线盒的组件，并且在穿过孔的直接视线中，换言之，在与孔对齐的加长区域中接触相应的平坦接触元件。这种接线盒可以在例如欧洲专利申请EP 12778258.9中找到，在此引用其全部内容。
根据依据本发明的太阳能模块的实施例，平坦接触元件直接接触电连接到相关联的导体轨道的背电极层的层区段。这里必要的是如下事实：至少在内部区域中，层段与太阳能电池电隔离，以便避免太阳能电池的短路。这可以以简单的方式通过切穿背电极层的分离线来完成，该线至少在内部区域中将层区段与背电极层的其余区段电隔离。有利地，层区段与太阳能电池的这种电隔离也在边缘区域中完成，为此，例如，分离线一直延伸到相关联的导体轨道。
平坦接触元件分别布置成与背电极层物理接触，换句话说，与背电极层直接接触。优选地，两个接触元件分别固定到背电极层，这可以优选地通过钎焊、焊接或胶合来完成。该措施特别是在通过接线盒的接触印模进行外部接触的情况下平坦接触元件的机械应力的情况下是有利的。
根据本发明的前述实施例的第一变型，所述平坦接触元件与相关联的导体轨道物理地隔开，其中经由与接触元件电接触的所述背电极层的层区段实现与所述导体轨道的电连接。该变型具有如下特别的优点：层堆叠的高度在导体轨道的区域中不增加。另外，可以节省材料。
根据本发明的前述实施例的第二变型，平坦接触元件与相关联的导体轨道物理接触，特别是与其重叠。这意味着，平坦接触元件一直延伸到相关联的导体轨道。有利地，两个平坦接触元件分别例如通过钎焊、焊接或胶合固定到相关联的导体轨道。平坦接触元件可以可选地附接到光入射侧表面或附接到背对相关联的导体轨道的光入射侧的表面。
根据依据本发明的太阳能模块的另一个实施例，其中，两个导体轨道被实现为接触条带，并且分别沿着基板的第一尺寸延伸，其中，太阳能电池沿着第二尺寸布置，电连接分别包括相关联的导体轨道的端部区段或中间区段，所述区段偏离沿第一尺寸的方向并且与第一尺寸成对角线或成直角延伸。在此，端部区段或中间区段路由穿过基板第二侧上的相关联的孔并电连接至相关联的接线盒的连接点。有利地，在本发明的该实施例的情况下，不需要单独的平坦接触元件，并且电流可以经由被实现为接触条带的导体轨道的相应的端部区段或中间区段转移。这种实施例的优点是避免了安装在汇流条上的相对较长的接触凸耳（lug），该接触凸耳能够可能在层压期间被聚合物流压出其目标定位。此外，在接触凸耳和汇流排之间的连接，特别是焊接变得分离是没有风险的。
根据依据本发明的太阳能模块的前述实施例的第一变型，相应的导体轨道的端部区段或中间区段直接接触电连接到导体轨道的背电极层的层区段，其中该层区段至少在内部区域中例如通过分离线与太阳能电池电隔离。
根据依据本发明的太阳能模块的前述实施例的第二变型，层结构的所有层在导体轨道的端部区段或中间区段的区域中被去除或未被施加。
根据依据本发明的太阳能模块的另一个实施例，分接点与相关联的导体轨道的端部隔开一距离，该距离对应于导体轨道的长度的20％至50％。通过这种措施，由于缩短了沿着导体轨道的电流路径的平均长度，因此可以有利地减小导体轨道中的欧姆损耗。通过减小宽度和/或厚度，这有利地使得能够减小导体轨道的横截面，同时伴随包封的优点，并且特别有利地，进一步扩大了光学活性面积（采光面积）。
在根据本发明的太阳能模块中，借助于两个孔在基板中的定位，分别将至少一个太阳能电池分成两个太阳能子电池或者具有缩短的长度。特别有利地，太阳能电池被实现为使得它们具有相同大小的光学活性面积。特别地，为此目的，通过两个孔在基板中的定位而被分成两个太阳能子电池或具有缩短的长度的那些太阳能电池分别具有比其余太阳能电池更大的宽度（在太阳能电池的串联连接的方向上的尺寸）。通过这种措施，可以有利地实现，所有太阳能电池它们的特性曲线上至少几乎相同的操作点处操作，使得受孔的布置影响的太阳能电池的效率相对于其余太阳能电池的效率不会降级。
本发明的各种实施例可以单独地或以期望的任何组合来实现。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，不仅可以以指示的组合还可以以其他组合或单独地使用上述特征以及将在下文中解释的特征。
现在参考附图使用示例性实施例详细解释本发明。它们以简化的而不按比例的表示描绘了以下内容：
图1是根据本发明的用于说明薄膜太阳能模块的示例性结构的示意性横截面；
图2是不具有接线盒的图1的薄膜太阳能模块的示意性后视图；
图3是具有接线盒的图1的薄膜太阳能模块的示意性后视图；
图4是根据图2的剖面线A-A的图1的薄膜太阳能模块的第一变型的示意性横截面表示；
图5是图4的示意性横截面表示的区域中的平面图；
图6是根据图2的剖面线A-A的图1的薄膜太阳能模块的第二变型的示意性横截面表示；
图7是根据图2的剖面线A-A的图1的薄膜太阳能模块的第三变型的示意性横截面表示；
图8是图1的薄膜太阳能模块的第四变型的以平面图的示意性表示；
图9是图1的薄膜太阳能模块的第五变型的以平面图的示意性表示。
具体实施方式
图1示意性地图示了根据本发明的、整体以数字1引用的、横截面视图（正交于模块表面切割）中的薄膜太阳能模块的结构。薄膜太阳能模块1包括以集成形式彼此串联连接的多个太阳能电池12，其中以极大简化的方式仅描绘了两个太阳能电池12。当然，一般而言，在薄膜太阳能模块1中，串联连接有大量的太阳能电池12（例如，大约100-150个）。
薄膜太阳能模块1具有以基板配置的复合窗格结构。它包括背载体基板2，其具有施加在其上的薄层的层结构3，其中层结构3布置在载体基板2的光入射侧表面上。载体基板2的相对表面形成太阳能模块1的背侧10。这里，载体基板2例如被实现为具有相对高的透光率的刚性（平面）玻璃板，而具有相对于所实施的过程步骤的期望稳定性和惰性行为的其他电绝缘材料同样可以使用。
层结构3包括不透明的背电极层4，其例如由诸如钼（Mo）的不透光金属制成，并且通过气相沉积或磁控增强阴极溅射（溅射）直接施加在载体基板2上。背电极层4具有例如在从300nm至600nm的范围内的层厚度。在背电极层4上施加的是光学（光电）活性吸收体层5，其由掺杂有金属离子的半导体制成，该金属离子的带隙能够吸收最大可能份额的阳光。吸收体层5由p导电的黄铜矿半导体制成，例如，基团Cu(In/Ga)(S/Se)2的化合物，特别是钠（Na）掺杂的Cu(In/Ga)(S/Se)2。吸收体层5具有例如在从1-5μm的范围内的层厚度，并且特别是大约2μm。通常，为了产生吸收体层5，例如通过溅射施加各种材料层，随后通过在炉中、可选地在包含S和/或Se的气氛中加热（RTP=快速热处理）而将所述层热转换以形成化合物半导体。化合物半导体的这种生产方式对于本领域技术人员是众所周知的，使得在这里无需对其进行详细讨论。沉积在吸收体层5上的是缓冲层6，在这里例如由单层硫化镉（CdS）和单层本征氧化锌（i-ZnO）组成，在图1中未详细描绘。前电极层7例如通过溅射施加在缓冲层6上。前电极层7对于可见光谱范围内的辐射是透明的（“窗电极”），使得入射的阳光仅被稍微减弱。前电极层7例如基于掺杂的金属氧化物，例如，n导电铝（Al）掺杂的氧化锌（ZnO）。这种前电极层7通常称为TCO层（TCO＝透明导电氧化物）。前电极层7的层厚例如为大约500nm。前电极层7与缓冲层6和吸收体层5一起形成异质结（即，一连串相反导体类型的层）。
为了保护免受环境影响，（塑料）粘合层8，其特别用于包封层结构3，被施加在前电极层7上。载体基板2通过粘合层8固定地接合（“层压”）到前覆盖物10上，其中粘合层8例如在这里实现为热塑性粘合层，该热塑性粘合层可通过加热而塑性地成形，并且在冷却时将覆盖物9和载体基板2彼此固定地接合。粘合层8在这里例如由PVB制成。覆盖物9对于阳光是透明的，并且例如被实现为具有低铁含量的超白玻璃的刚性（平面）玻璃板。覆盖物9用于密封并且作为层结构3的机械保护并且形成太阳能模块1的外表面11。薄膜太阳能模块1可以经由外表面11吸收太阳光以便生成电功率。在图1中通过串联布置的箭头图示了结果得到的电流路径。
为了形成并串联连接太阳能电池12，使用适当的图案化技术例如激光划片和/或机械消融来图案化层结构3。为此，分别将三个图案化线P1-P2-P3的序列引入层结构3中。图案化线P1至少将背电极层4分成彼此完全分开的区段，由此产生太阳能电池12的电极。图案化线P2至少将吸收体层5分成彼此完全分开的区段，由此产生太阳能电池12的光学活性区域或吸收体。图案化线P3至少分成前电极层7，由此产生太阳能电池12的前电极。在每种情况下，经由第二图案化线P2，太阳能电池12的前电极电连接到相邻太阳能电池12的背电极，其中——如所示的——前电极有利地直接接触背电极。
现在参考图2和3，其中示出了根据本发明的不具有接线盒（图2）以及具有接线盒（图3）的薄膜太阳能模块1的示意性后视图。
薄膜太阳能模块1在平面图中（或在模块平面中）具有矩形形状，其具有较长的尺寸或长度L和较短的尺寸或宽度B。薄膜太阳能模块1包括光学活性内部区域13，其在形状方面同样是矩形的，以及围绕和界定内部区域13的边缘区域14。内部区域13由沿薄膜太阳能模块1的宽度B布置的太阳能电池12（未详细示出）形成。内部区域13的面积对应于薄膜太阳能模块1的采光面积。太阳能电池12串联连接在第一导体轨道15和第二导体轨道15'之间。两个导体轨道15、15'分别用作太阳能电池12所生成的电流的汇流排。相互平行的导体轨道15、15'分别布置在光学无活性的边缘区域14中并且沿薄膜的太阳能模块1的长度L线性延伸。此处，导体轨道15、15'例如以薄的接触条带的形式实现并且由导电材料，特别是金属的材料（诸如铝（Al））制成。
光学无活性的边缘区域14（完全）在圆周上围绕光学活性内部区域13。层结构3在与模块边缘31相邻的边缘去涂覆区22中的边缘区域14中被去除（见图4）。边缘区域14还具有与模块边缘31相邻的圆周边缘密封件16，该边缘密封件防止水分进入薄膜太阳能模块1中并改善长期稳定性。
如在图2中可看到，背载体基板2具有第一（通）孔17和第二（通）孔17'，其用于两个导体轨道15、15'的电接触。在图2的视图中，两个导体轨道15、15'未位于孔17、17'的下方，即，未在孔17、17'的对齐延伸（正交于载体基板2）中。而是，两个孔17、17'完全布置在内部区域13内。在图2中描绘的示例中，两个孔17、17'分别向内移动足够远，使得它们与相关联的导体轨道15、15'具有一距离，所述距离在两个导体轨道15、15'之间的距离的从1％至10％的范围内。
如在图3中可看到，薄膜太阳能模块1包括第一接线盒18和第二接线盒18'。两个接线盒18、18'分别放置在载体基板2的背面10上，其中第一接线盒18与第一孔17重叠，并且第二接线盒18'与第二孔17'重叠。因此，可以实现两个孔17、17'的可靠密封。第一接线盒18具有连接电缆20；第二接线盒18',相应地连接电缆20'，其用于将薄膜太阳能模块1连接至电负载或用于将薄膜太阳能模块1串连连接至其他模块。位于两个接线盒18、18'之间的是具有集成续流二极管或旁路二极管（未示出）的二极管电缆19，该二极管电缆在正常操作状态下被反向偏置，在该正常操作状态下，薄膜太阳能模块1递送电流。这防止在不产生电流时损坏薄膜太阳能模块1，例如，如果由于遮蔽或模块缺陷而导致没有电流被递送。其他太阳能电池模块递送的电流可以经由续流二极管流动。
现在参考图4和图5，其中使用根据图2的剖面线A-A的示意性横截面表示以及横截面表示的区域中的俯视图来图示图1的薄膜太阳能模块1的示例性实施例。描述了与第一导体轨道15相关联的组件，其中与两个导体轨道15、15'相关联的组件类似地结构化。圆括号中的参考字符对应于第二导体轨道15'的相应组件。
载体衬底2中的孔17（17'）完全位于薄膜太阳能模块1的内部区域13内，使得太阳能电池12的光学活性区域位于正交于孔17（17'）的横截面表示的两个方向上。导体轨道15（15'）和边缘去涂覆区22位于光学无活性的边缘区域14中。导体轨道15（15'）被布置成与背电极层4直接电接触并且直接在背电极层4上。在边缘区域14的被边缘去涂覆区22减小的部分中，层结构3一直被去涂覆至背电极层4。在边缘去涂覆区22的区域中，该层结构3完全去涂覆。这可以使用本身已知的机械去涂覆方法以简单的方式完成，其在此不需要详细讨论。没有背电极层4位于孔17（17'）的区域中，因为背电极层4被施加在载体基板2上并且在形成孔17（17'）期间与载体基板2一起被去除。
薄膜太阳能模块1包括平坦接触元件24（24'），其在此以接触条带（接触桥）的形式实现。接触元件24（24'）直接接触背电极层4，完全跨过孔17（17'），并一直延伸到导体轨道15（15'）。平坦接触元件24（24'）例如通过焊接、钎焊或胶合固定在背电极层4上以及导体轨道15（15'）的光入射侧表面上。平坦接触元件24（24'）包括导电材料或由导电材料制成，特别是包括金属材料，例如铝或者由其制成。如在图4中可看到，平坦接触元件24（24'）与导体轨道15（15'）重叠。还将可能的是，平坦接触元件24（24'）与导体轨道15（15'）的背对光入射侧的相对表面重叠。在这种情况下，首先将平坦接触元件24（24'）固定在背电极层4上，例如，通过焊接、钎焊或胶合背电极层4，并且随后导体轨道15（15'）例如通过焊接、钎焊或胶合固定在接触元件24（24'）上。
平坦接触元件24（24'）从外部的电接触是通过从接线盒18（18'）突出、穿过孔17（17'）并直接接触平坦接触元件24（24'）的背对光入射侧的表面的接触印模23（23'）完成的。接触印模23（23'）包括导电材料，特别是金属材料或由其制成。例如，接触印模23（23'）以突出的（金属）弹簧的形式实现。这样的设计具有特别的优点，即接线盒18（18'）可以使用自动化以简单的方式固定在载体基板2的背侧10上，其中，接触印模23（23'）自动地物理接触平坦接触元件24（24'）。在接线盒18（18'）中，接触印模23（23'）例如通过夹具或插头连接（未在图4中详细示出）电连接至连接电缆20（20'）。
在图4中描绘的变型中，导体轨道15（15'）和接触印模23（23'）之间的电连接21（21'）由平坦接触元件24（24'）组成，其中平坦接触元件24（24'）在分接点25（25'）处电接触（与物理接触）导体轨道15（15'），并在连接点26（26'）处电接触（与物理接触）接触印模23（23'）。在这种情况下，连接点26（26'）位于接线盒18（18'）的外部。
另外，现在考虑图5的视图：薄膜太阳能模块1的内部区域13和边缘区域14由边界线分开地标识。内部区域13在区域边界32（32'）处过渡到边缘区域14中。边缘区域14包括边缘去涂覆区22，在边缘去涂覆区22中，与模块边缘31相邻实现边缘密封件16。在边缘去涂覆区22中，层结构3一直被完全去除到载体基板2的光入射侧表面。在边缘去涂覆区22和内部区域13之间，层结构3一直被去除到背电极层4，导致去涂覆区30（30'），其允许通过导体轨道15（15'）的直接电接触（与物理接触）。
载体基板2中的孔17（17'）完全定位于薄膜太阳能模块1的内部区域13中，其中层结构3在孔17（17'）的区域中被去除一直到背电极层4。为此，去涂覆区30（30'）包括内部区域13在区域边界32（32'）处的矩形凹进33（33'），其对应于去涂覆区30（30'）的突出。去涂覆区30（30'）的该突出部分可以有利地在形成去涂覆区30（30'）的创建期间产生。
通过孔17（17'）的定位和内部区域13的凹进33（33'）的结果所得的定位，至少一个太阳能电池12，在此例如三个太阳能电池12被切短，在此例如被完全分开。为了便于参考，将分开的太阳能电池12标识有“A”；未分开的太阳能电池12标识有“B”。每个太阳能电池A被内部区域13的孔17（17'）或凹进33（33'）分成两个子电池12-1、12-2。
每个太阳能电池A具有由两个子电池12-1、12-2的光学活性面积之和得到的光学活性（总）面积。所有太阳能电池A具有相同大小的光学活性（总）面积。此外，所有太阳能电池B具有相同大小的光学活性面积。如在图5中可看到，太阳能电池A的子电池12-1、12-2的宽度大于太阳能电池B的宽度，其中它们的宽度扩大，使得太阳能电池A和太阳能电池B具有相同大小的光学活性面积。这意味着太阳能电池A的两个子电池12-1、12-2总共具有与一个太阳能电池B的光学活性面积相对应的光学活性面积。因此，可以有利地实现：太阳能电池可以在它们的特性曲线上的至少几乎相同的操作点处操作，使得太阳能电池A的效率相对于太阳能电池B不会降级。
与孔17（17'）重叠的接触元件24（24'）是具有细长形状（在此例如为矩形形状）的接触桥。为了避免接触元件24（24'）对太阳能电池A的电短路，在凹进33（33'）内，背电极层4的第一层区段28（28'），其接触接触元件24（24'）通过分离线27（27'）与背电极层4的第二层区段29（29'）电隔离。为此，分离线27（27'）在内部区域13中或在凹进33（33'）内像框架一样围绕接触元件24（24'）。分离线27（27'）以其整个层厚度切穿背电极层4，使得第一层区段28（28'）和第二层区段29（29'）在内部区域13中完全彼此电隔离。在模块水平，分离线27（27'）具有离接触元件24（24'）的（小）距离，但是然而也可以直接与接触元件24（24'）相邻。在任何情况下，分离线27（27'）都在内部区域13中实现，由此实现了第一层区段28（28'）与第二层区段29（29'）的令人满意的电隔离。在图5的实施例中，分离线27（27'）稍微延伸到边缘区域14中，但是然而也可以一直延伸到导体轨道15（15'），由此在内部区域13和边缘区域14中获得第一层区段28（28'）与第二层区段29（29'）的完全电隔离。
现在参考图6，其中，使用据图2的剖面线A-A的横截面表示图示薄膜太阳能模块1的另一示例性实施例。为了避免不必要的重复，仅解释相对于前述示例性实施例的差异，并且否则，参考以上做出的说明。
在图6中描绘的变型中，与前面的变型相反，接触元件24（24'）没有一直延伸到导体轨道15（15'），而是相反地与导体轨道15（15'）有一距离。接触元件24（24'）和导体轨道15（15'）之间的电连接通过位于接触元件24（24'）和导体轨道15（15'）之间的背电极层4的接触区段34（34'）完成。因此，导体轨道15（15'）和接触印模23（23'）之间的电连接21（21'）由接触元件24（24'）和背电极层4的接触区段34（34'）组成。导体轨道15（15'）上的分接点25（25'）由在其处导体轨道15（15'）以物理接触抵靠在背电极层4的接触区段34（34'）上搁置的点产生。
现在参考图7，其中使用根据图2的剖面线A-A的示意性横截面表示图示根据本发明的薄膜太阳能模块1的另一示例性实施例。为了避免不必要的重复，仅解释相对于前述示例性实施例的差异，并且否则，参考以上做出的说明。
因此，薄膜太阳能模块1包括平坦接触元件24（24'），其以导体轨道15（15'）的端部区段36（36'）的形式实现。为此，将导体轨道15（15'）例如以直角折叠（在图7的横截面表示中不可看到），沿孔17（17'）的方向路由，并穿过孔17（17'）。端部区段36（36'）的电接触在接线盒18（18'）中完成，为此，接线盒18（18'）具有例如以夹具或压接的形式的连接元件35。在图7中描绘的变型中，导体轨道15（15'）和接线盒18（18'）之间的电连接21（21'）由导体轨道15（15'）的端部区段36（36'）组成。在其处导体轨道15（15'）被折叠并且在纵向尺寸L的方向上偏离路线的点是分接点25（25'）。连接点26（26'）是在其处端部区段36（36'）过渡到连接元件35的那一点。在本发明的该变型中，可以省掉附加的平坦接触元件以及接触印模。如图7中所描绘的，端部区段36（36'）可以直接搁置在背电极层4上。然而，也可以想到，层结构3在端部区段36（36'）的区域中被完全去涂覆。
现在参考图8，其中使用平面图中的示意性横截面表示图示根据本发明的薄膜太阳能模块1的第四变型。为了避免不必要的重复，仅解释相对于前述示例性实施例的差异，并且否则，参考以上做出的说明。
因此，薄膜太阳能模块1包括平坦接触元件24（24'），其以导体轨道15（15'）的中间区段中间区段37（37'）的形式实现。为此，将导体轨道15（15'）在向内定位的区域中多次折叠，例如以直角折叠，沿孔17（17'）的方向路由，并穿过孔17（17'）。中间区段37（37'）的电接触类似于图7的变型在接线盒18（18'）中完成。在图8中描绘的变型中，导体轨道15（15'）和接线盒18（18'）之间的电连接21（21'）由导体轨道15（15）的中间区段37（37'）组成。在其处导体轨道15（15'）第一次折叠并且偏离沿纵向尺寸L的方向的路线的点是分接点25（25'）。连接点是在其处中间区段37（37'）过渡到连接元件35（在图8中未描绘）的点。中间区段37（37'）可以直接搁置在背电极层4上。然而，也可以想到在中间区段37（37'）的区域中层结构3被完全去涂覆。
现在参考图9，其中使用平面图中的示意性表示图示根据本发明的薄膜太阳能模块1的第五变型。图9中描绘的变型是对图5的变型的修改。为了避免不必要的重复，仅解释相对于该变型的差异，并且否则，参考以上做出的说明。
图9的修改与图5的不同之处在于，通过内部区域13的凹进33（33'）将三个太阳能电池12完全分开并且将第四太阳能电池12切短（即，不完全分开）。与孔17（17'）重叠的接触元件24（24'）是具有细长形状和圆角的接触桥。
如从本发明的以上描述中浮现，两个孔17、17'的定位位于内部区域13内的载体基板2中，使得两个导体轨道15、15'可以更远地定位在薄膜太阳能模块1的模块边缘31上。要确保，一方面太阳能电池A的光学活性面积通过凹进33、33'减小；然而，该缺点可以通过更远地向外定位的导体轨道15、15'过度补偿，使得整个采光面积可以扩大。
可以使用示例性计算来说明这一点：
例如，边缘密封件16的宽度可以从当前的12.5mm变窄到6mm。这将采光面积增加2 *6.5 mm * 1560 mm（= 202 cm2）。内部区域13的凹进33、33'再次减小了该增益。在孔直径为4mm并且平坦接触元件24、24'的宽度为4mm+ 3 x 3mm= 10mm（对于机械/电接触，+3mm）的情况下，可以假定凹进33、33'中的电池面积减少了大约2 x 10mmx 10mm= 2cm2。因此，仍然有大约200 cm2的净增益。在采光面积为9600 cm2的情况下，对于150 W的模块，这对应于模块输出增加2％或3瓦。在这种情况下，材料成本仅略微增加，而对层结构3进行图案化以及可选地对平坦接触元件24、24'的施加的附加步骤是必需的。
如从图1中的孔17、17'的定位可看到，分接点25、25'大致位于两个导体轨道15、15'的中心。因此，由于沿着导体轨道15、15'的电流路径的长度被缩短，因此可以减小导体轨道15、15'中的欧姆损耗。这使得能够特别是通过减小导体轨道15、15'的宽度来减小导体轨道15、15'的横截面面积，使得能够以特别有利的方式进一步扩大采光面积。
本发明使得具有扩大的采光面积的改进的太阳能模块可用，与相同模块大小的现有技术模块相比，所述扩大的采光面积能够实现更高的功率生成，而不会不利地影响太阳能模块的长期稳定性和使用寿命。用于产生太阳能模块所需的步骤可以在现有工厂中以简单的方式实现。
参考字符列表：
1薄膜太阳能模块
2载体基板
3层结构
4背电极层
5吸收体层
6缓冲层
7前电极层
8粘合层
9覆盖物
10背侧
11前侧
12太阳能电池
12-1、12-2子电池
13内部区域
14边缘区域
15，15'导体轨道
16边缘密封件
17、17'孔
18、18'接线盒
19二极管电缆
20、20'连接电缆
21、21'电连接
22边缘去涂覆区
23、23'接触印模
24、24'平坦接触元件
25、25'分接点
26、26'连接点
27、27'分离线
28、28'第一层区段
29、29'第二层区段
30、30'去涂覆区
31模块边缘
32、32'区域边界
33、33'凹进
34、34'接触区段
35连接元件
36、36'端部区段
37、37'中间区段。

Claims (15)

1.具有平坦基板（2）和多个太阳能电池（12）的太阳能模块（1），所述多个太阳能电池（12）串联连接在两个导体轨道（15、15'）之间，并布置在基板（2）的第一侧上，其中太阳能电池（12）形成光学活性内部区域（13），其被光学非活性边缘区域（14）围绕，其中与两个导体轨道（15、15'）相关联的分别是：
-基板（2）中的孔（17、17'），
-基板（2）的第二侧上的接线盒（18、18'），
-导体轨道（15、15'）上的分接点（25、25'）与接线盒（18、18'）的连接点（26、26'）之间的电连接（21、21'），
其中，孔（17、17'）至少部分定位于内部区域（13）中，使得导体轨道（15、15'）上的分接点（25、25'）位于孔（17、17'）的对齐延伸之外，并且至少一个太阳能电池（12）被分成两个太阳能子电池（12-1、12-2）或具有缩短的长度。
2.根据权利要求1所述的太阳能模块（1），其具有施加在所述基板（2）上的层结构（3），所述层结构包括背电极层（4）、前电极层（7）和布置在背电极层和前电极层之间的吸收体层（5），其中孔（17、17'）布置在层结构（3）的区（30、30'）上方，在该区中所有层被去除或至少未一直施加到背电极层（4），特别是未一直施加到背电极层（4）。
3.根据权利要求2所述的太阳能模块（1），其中，所述区（30，30'）包括所述内部区域（13）的凹进（33、33'）。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的太阳能模块（1），其中，在所述基板（2）的第一侧上的电连接（21、21'）具有电连接至导体轨道（15、15'）的平坦接触元件（24、24'），所述接触元件至少部分地跨越孔（17、17'）。
5.根据权利要求4所述的太阳能模块（1），其中，所述平坦接触元件（24、24'）由所述接线盒（18、18'）的穿过所述孔（17，17'）的接触印模（23、23'）电接触。
6.根据权利要求4或5、往回参考权利要求2或3所述的太阳能模块（1），其中，所述平坦接触元件（24、24'）接触所述背电极层（4）的电连接到导体轨道（15、15'）的层区段（28、28'），其中层区段（28、28'）至少在内部区域（13）中与太阳能电池（12）电隔离。
7.根据权利要求6所述的太阳能模块（1），其中，至少在所述内部区域（13）中，所述背电极层（4）的所述层区段（28、28'）通过切穿背电极层（4）的分离线（27、27'）与所述背电极层（4）的其余层区段（29、29'）电分离。
8.根据权利要求6或7所述的太阳能模块（1），其中，所述平坦接触元件（24、24'）与所述导体轨道（15、15'）物理地隔开。
9.根据权利要求4或5中的一项所述的太阳能模块（1），其中，所述平坦接触元件（24、24'）具有与所述导体轨道（15、15'）的物理接触，特别是与所述导体轨道（15、15'）重叠。
10.根据权利要求1至3中的一项所述的太阳能模块（1），其中，所述导体轨道（15、15'）沿着所述基板（2）的尺寸（L）延伸，其中，所述电连接（21、21'）包括相对于基板（2）的尺寸（L）对角或成直角延伸的端部区段（36、36'）或导体轨道（15、15'）的中间区段（37、37'），其路由穿过基板（2）的第二侧上的孔（17、17'）。
11.根据权利要求10、往回参考权利要求2或3所述的太阳能模块（1），其中，导体轨道（15、15'）的端部区段（36、36'）或中间区段（37、37'）直接接触电连接到导体轨道（15、15'）的背电极层（4）的层区段（28、28'），其中，至少在内部区域（13）中，该层区段（28、28'）与太阳能电池（12）电隔离。
12.根据权利要求10、往回参考权利要求2或3所述的太阳能模块（1），其中，所述层结构（3）的所有层被去除或未被施加在所述导体轨道（15、15'）的所述中间区段（37、37'）或所述端部区段（36、36'）的区域中。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的太阳能模块（1），其中，所述分接点（25、25'）与所述导体轨道（15、15'）的端部隔开一距离，该距离对应于导体轨道（15、15'）的长度20％至50％。
14.根据权利要求1至13中的一项所述的太阳能模块（1），其中，所述基板（2）中的孔（17、17'）与相关联的导体轨道（15、15'）隔开一距离，该距离对应于两个导体轨道（15、15'）之间的距离的1％到10％。
15.根据权利要求1至14中的一项所述的太阳能模块（1），其中，所有太阳能电池（12）具有相同大小的光学活性面积。
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