DE10109643A1 - Dünnschicht-Photovoltaikmodul aus mehreren Teilmodulen und Herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

Dünnschicht-Photovoltaikmodul aus mehreren Teilmodulen und Herstellungsverfahren hierfür

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul, das aus mehreren einzelnen, miteinander elektrisch verschaltbaren Teilmodulen (T¶1¶ bis T¶n¶) aufgebaut ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Moduls. DOLLAR A Erfindungsgemäß beinhalten die Teilmodule jeweils mehrere, integriert serienverschaltete Photovoltaik-Einzelzellen (Z¶1¶ bis Z¶m¶) und werden durch Zerteilen wenigstens eine Ursprungsmoduls, das mehrere, über Sereienverschaltungslinien integriert serienverschaltete Photovoltaikzelleneinheiten beinhaltet, entlang von zu den Serienverschaltungslinien nicht-parallelen Trennlinien gebildet, DOLLAR A Verwendung z. B. als Solarmodule.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dünnschicht-Photovoltaik­ modul, das aus mehreren einzelnen, miteinander elektrisch ver­ schalteten Teilmodulen aufgebaut ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Bei einem in der Patentschrift US 5.330.585 beschriebenen Dünnschicht-Photovoltaikmodul dieser Art bestehen die Teilmo­ dule jeweils aus einer einzigen Photovoltaik-Einzelzelle. Die Einzelzellen, bei denen es sich um GaAs-Solarzellen handelt, werden gemeinsam in feldförmiger Anordnung auf einem Ge-Wafer gebildet, der dann in die Einzelzellen zerteilt wird. Die Ein­ zelzellen werden anschließend mit ihrer Substratfläche vonein­ ander physikalisch und elektrisch isoliert wiederum in feld­ förmiger Anordnung auf eine gemeinsame Unterlage gebondet. Dann werden die Einzelzellen miteinander durch manuelle Ver­ drahtung in gewünschter Weise elektrisch verschaltet.
Ein solches Zerteilen des ursprünglichen, generischen Wafers in die Einzelzellen und das Aufbringen jeder einzelnen Zelle auf die Unterlage sowie das anschließende manuelle Verdrahten der einzelnen Zellen untereinander hat einen relativ hohen Herstellungsaufwand zur Folge, insbesondere für Module, die eine Vielzahl einzelner Zellen beinhalten.
Alternativ ist es bekannt, Dünnschicht-Photovoltaikmodule, die mehrere und vorzugsweise eine Vielzahl von miteinander elekt­ risch verschalteten Einzelzellen beinhalten, in monolithisch integrierter Form herzustellen, d. h. die Einzelzellen werden auf einem gemeinsamen Substrat gebildet und dabei durch geeig­ nete Strukturierungsprozesse miteinander integriert elektrisch verschaltet. So kann das Modul beispielsweise aus einer Viel­ zahl von Einzelzellen aufgebaut sein, die integriert serien­ verschaltet sind. Verschiedene Typen solcher Module aus integ­ riert serienverschalteten Einzelzellen und geeignete Verfahren zu deren Herstellung sind in der Offenlegungsschrift DE 199 34 560 A1 und der dort zitierten Literatur offenbart. Üblich ist hierbei insbesondere eine Aufteilung der Modulfläche in strei­ fenförmige Einzelzellen, die integriert serienverschaltet ne­ beneinander liegen. Der die integrierte Serienverschaltung be­ wirkende elektrische Kontakt von Rückkontaktschicht einer Zel­ le und Frontkontaktschicht einer benachbarten Zelle kann je nach Anwendungsfall auf der ganzen Länge oder nur in bestimm­ ten Abschnitten entlang einer zugehörigen Serienverschaltungs­ linie zwischen je zwei streifenförmigen Einzelzellen gebildet sein.
Je großflächiger derartige monolithische Photovoltaikmodule sind, um so stärker können sich lokale Defekte, wie punktuelle elektrische Kurzschlüsse oder mechanische Risse, über einen größeren Modulbereich hinweg auswirken oder ausbreiten, was zu Wirkungsgradverlusten bis hin zum völligen Ausfall des Moduls führen kann.
Für manche Anwendungen werden sogenannte teil- oder semitrans­ parente Module gewünscht, die einen gewissen Anteil von durch­ sichtigen Bereichen aufweisen, so dass ein Teil des auftreffenden Lichtes durch das Modul hindurchtritt und diesem ein teiltransparentes Aussehen gibt. Bei monolithisch integriert gefertigten Modulen ist es dazu bekannt, in die Schichtfolge des Moduls ein Muster von Öffnungen einzubringen, die mit ei­ nem transparenten Material gefüllt werden können, siehe z. B. die Patentschrift US 5.254.179. Dies geht zwangsläufig mit ei­ nem gewissen Wirkungsgradverlust bezogen auf die produzierte Absorberfläche einher, d. h. bezogen auf die produzierte Fläche an photovoltaisch aktiver Absorberschicht.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Dünnschicht-Photovoltaikmoduls der eingangs genannten Art, das auch bei relativ großer Modulfläche und/oder bei teiltransparenter Auslegung einen vergleichsweise hohen Wir­ kungsgrad ermöglicht und bei dem die Auswirkungen lokaler De­ fekte relativ beschränkt bleiben, sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Moduls zugrunde.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei­ nes Dünnschicht-Photovoltaikmoduls mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 sowie auf ein Herstellungsverfahren hierfür mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Dieses erfindungsgemäße Dünnschicht-Photovoltaikmodul ist cha­ rakteristischerweise aus speziellen Teilmodulen aufgebaut, die durch Zerteilen eines oder mehrerer monolithisch gefertigter Ursprungsmodule gebildet sind, wobei jedes Ursprungsmodul meh­ rere, über Serienverschaltungslinien integriert serienver­ schaltete Photovoltaikzelleneinheiten beinhaltet. Das Zertei­ len erfolgt entlang von Trennlinien, die senkrecht oder in ei­ nem Schrägwinkel nicht parallel zu den Serienverschaltungsli­ nien verlaufen, wodurch die Teilmodule jeweils mehrere integ­ riert serienverschaltete Photovoltaik-Einzelzellen beinhalten.
Es konnte von den Erfindern festgestellt werden, dass für das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul, das aus den Teilmodulen aufgebaut ist, die durch das Zerteilen des oder der Ursprungs­ module entstehen, bei ansonsten unveränderten Parametern ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann als für das bzw. die Ursprungsmodule. Eine Ursache hierfür kann darin begründet sein, dass durch den Aufbau des Photovoltaikmoduls aus mehre­ ren einzelnen Teilmodulen Defekte in ihrer Wirkung auf das je­ weilige Teilmodul beschränkt bleiben und sich nicht über einen größeren Bereich der Modulfläche ausdehnen können.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 bzw. 8 werden die Teilmodule in einem vorgebbaren Anordnungsmuster auf eine gemeinsame Unterlage aufgebracht, wobei besonders vorteilhaft ist, dass das Anordnungsmuster frei wählbar ist, was beliebige Designrealisierungen für das Modul ermöglicht.
Insbesondere können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 bzw. 9 die Teilmodule mit vorgebbarem Abstand voneinander auf eine transparente und/oder flexible Unterlage aufgebracht sein. Im Fall einer transparenten Unterlage ergibt sich dadurch auf sehr einfache Weise die Möglichkeit, teil­ transparente Module zu realisieren, bei denen die Zwischenräu­ me zwischen den Teilmodulen lichtdurchlässig sind. Im Fall ei­ ner flexiblen Unterlage erlauben die Zwischenräume das Biegen der Unterlage und damit die Realisierung eines gebogenen Mo­ duls auch dann, wenn die Teilmodule selbst unflexible, starre Bauteile sind.
Der Aufbau des Moduls aus einzelnen Teilmodulen ermöglicht auch die Realisierung nicht-planer Module, z. B. von Modulen mit lamellenjalousieartig angeordneten Teilmodulen, wie im An­ spruch 4 bzw. 10 angegeben. Dies erlaubt z. B. bei im Einbauzu­ stand vertikal an einer Gebäudefassade angebrachten Modulen eine Steigerung der Energieausbeute im Vergleich zu einem pla­ nen Modul, da die einzelnen Teilmodule in einem günstigen Win­ kel zur Sonne ausgerichtet sein können, der schräg zur Vertikalen liegt. Gleichzeitig ermöglichen solche lamellenjalousie­ artigen Module eine blinkwinkelabhängige Teiltransparenz.
In einer weiteren Ausgestaltung dieses Modultyps werden gemäß Anspruch 5 bzw. 11 die lamellenjalousieartig angeordneten Teilmodule in einem Hohlraum von einem Füllmedium umgeben, dessen Brechungsindex auf denjenigen eines für die Teilmodule verwendeten Substrats abgestimmt ist. Damit lassen sich vor­ teilhafte optische Effekte erreichen, z. B. eine quasi optische Unsichtbarkeit des Substrats der Teilmodule bei gleichem Bre­ chungsindex von Füllmedium und Substrat, was dem Modul ein schlankes Aussehen verleiht, da von außen nur noch die auf die jeweiligen Substrate der Teilmodule aufgebrachten Schichten optisch sichtbar sind.
Besonders vorteilhaft ist zudem eine Weiterbildung der Erfin­ dung nach Anspruch 6 bzw. 12, wonach die Teilmodule zum Aufbau des Photovoltaikmoduls aus einer größeren Anzahl von Teilmodu­ len nach dem Kriterium möglichst gleicher photovoltaischer Leistungscharakteristik ausgewählt werden. Dies minimiert stärkere Abweichungen im Leistungsvermögen der einzelnen Teil­ module und folglich verschiedener Bereiche des Photovoltaikmo­ duls und minimiert diesbezügliche Fehlanpassungen. Dadurch lassen sich Photovoltaikmodule mit über ihre Modulfläche hin­ weg weitestgehend homogenem Leistungsvermögen realisieren, insbesondere ist auf diese Weise eine gezielte Erzeugung von Höchstleistungsmodulen möglich.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines planen Pho­ tovoltaikmoduls mit mehreren parallel nebeneinander­ liegenden und elektrisch parallel geschalteten Teilmo­ dulen,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein planes Photovol­ taikmodul mit mehreren, sternförmig angeordneten Teil­ modulen,
Fig. 3 eine schematische Stirnansicht eines Photovoltaikmo­ duls mit lamellenjalousieartig angeordneten Teilmodu­ len,
Fig. 4 eine schematische Perspektivansicht einer Teilmodulan­ ordnung entsprechend Fig. 1, jedoch mit elektrisch se­ riell geschalteten Teilmodulen, und
Fig. 5 eine schematische Perspektivansicht einer Teilmodulan­ ordnung entsprechend Fig. 1, jedoch mit gemischter elek­ trischer Serien und Parallelschaltung der Teilmodule.
Fig. 1 zeigt ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul in Form eines rechteckigen Solarmodul, das mehrere streifenförmige Teilmo­ dule T1, . . ., Tn, nachfolgend Modulstreifen genannt, beinhaltet, die in einer Reihe quer zu ihrer Längsrichtung nebeneinander­ liegend angeordnet sind. Die Modulstreifen T1 bis Tn befinden sich zwischen einer Front- und einer Rückabdeckung 1, 2, die zwecks besserer Erkennbarkeit in Explosionsansicht voneinander beabstandet wiedergegeben sind und z. B. von transparenten Glasplatten oder Folien gebildet sein können.
Die Modulstreifen T1 bis Tn entstammen einem Zerteilungspro­ zess, bei dem ein oder mehrere, nicht gezeigte Ursprungsmodule in entsprechende Modulstreifen zerteilt werden. Diese Ursprungs­ module sind von einem herkömmlichen Typ mit einer Schichtfolge aus Substrat, z. B. einem Glassubstrat, einer ersten Kontakt­ schichtstruktur, z. B. einer Rückkontaktstruktur, einem photo­ voltaisch aktiven Absorberschichtaufbau, z. B. aus amorphen Si­ lizium, Kadmiumtellurid oder Kupferindiumdiselenid, und einer zweiten Kontaktschichtstruktur, z. B. einer Frontkontaktstruktur. Dabei ist jedes Ursprungsmodul vom monolithischen, integ­ riert serienverschalteten Typ, d. h. es besteht aus mehreren streifenförmigen Photovoltaikzelleneinheiten, die nebeneinan­ derliegend und über Serienverschaltungslinien integriert se­ rienverschaltet angeordnet sind.
Das Zerteilen erfolgt längs von zu den Serienverschaltungsli­ nien nicht-parallelen Trennlinien, im gezeigten Beispiel sind die Trennlinien senkrecht zu den Serienverschaltungslinien, alternativ ist aber je nach Gestaltungswünschen ein schräger Trennlinienverlauf mit gewünschtem Schrägwinkel möglich. Da­ durch besteht jeder Modulstreifen T1 bis Tn aus mehreren, in Streifenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Photovoltaik-Ein­ zelzellen Z1 bis Zm, die über den jeweiligen Teil S1, . . ., Sm-1 der ursprünglichen Serienverschaltungslinien des bzw. der Ur­ sprungsmodule integriert serienverschaltet sind, wie in Fig. 1 für den Modulstreifen T1 stellvertretend für alle Modulstreifen T1 bis Tn explizit angegeben. Beispielsweise können rechteckige Ursprungsmodule mit den Abmessungen 30 cm × 40 cm hergestellt und nach dem letzten Prozessschritt der Modulfertigung auf einem Schneidetisch durch Ritzen und Brechen in jeweils 40 Modul­ streifen von 1 cm Breite zerteilt werden. Alternativ kann eine unterschiedliche Breite der Modulstreifen gewählt werden, wenn größere Gestaltungsfreiräume für das aus solchen geschnittenen Teilmodulen zusammengesetzte Modul gewünscht werden.
Bevorzugt werden die Modulstreifen T1 bis Tn, aus denen ein zu­ gehöriges Modul zusammengesetzt wird, aus einer demgegenüber größeren Anzahl p von Modulstreifen, mit p < n, ausgewählt, die von einer Zerteilung eines oder mehrerer Ursprungsmodule stam­ men. Dazu werden alle p Modulstreifen hinsichtlich ihrer pho­ tovoltaischen Leistungscharakteristik vermessen, z. B. in einem Sonnensimulator, und nach ihrer gemessenen Leistungscharakte­ ristik sortiert. Für das jeweilige zusammengesetzte Modul wer­ den dann die n Modulstreifen T1 bis Tn nach dem Kriterium mög­ lichst gleicher Leistungscharakteristik aus den vorhandenen p Modulstreifen ausgewählt. Dadurch lässt sich das jeweilige Photovoltaikmodul aus Modulstreifen T1 bis Tn mit relativ homo­ gener photovoltaischer Leistungscharakteristik aufbauen, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad des zusammengesetzten Mo­ duls führen kann. Insbesondere lassen sich auf diese Weise sehr einfach durch geeignete Auswahl der Modulstreifen zusammengesetzte Höchstleistungsmodule herstellen.
Die für ein bestimmtes Photovoltaikmodul ausgewählten Modul­ streifen T1 bis Tn werden dann im Beispiel von Fig. 1 auf der einen Abdeckung 1 als gemeinsamer Unterlage parallel nebenein­ anderliegend angeordnet und in herkömmlicher Weise elektrisch parallelgeschaltet, indem die außenseitigen Einzelzellen Z1, Zm der Modulstreifen T1 bis Tn auf jeder der beiden Seiten durch je ein Kontaktbändchen 3, 4 miteinander verbunden wer­ den.
Wie aus Fig. 1 weiter zu erkennen, sind die Modulstreifen T1 bis Tn jeweils mit einem vorgebbaren Abstand a voneinander an­ geordnet. Die dadurch gebildeten Zwischenräume 5 zwischen den Modulstreifen T1 bis Tn fungieren als teiltransparente Zwi­ schenräume, die einfallendes Licht passieren lassen und dem zusammengesetzten Modul ein teiltransparentes Aussehen verlei­ hen. Wenn die Modulstreifen T1 bis Tn beispielsweise eine Brei­ te von 1 cm aufweisen und sie in einem Abstand a von 2 mm ange­ ordnet sind, führt dies zu einem teiltransparenten Modul mit einem Teiltransparenzgrad von 20%. Ein Vorteil des so herge­ stellten teiltransparenten Moduls besteht darin, dass die Teiltransparenz im Gegensatz zu herkömmlichen subtraktiven Verfahren, bei denen zu diesem Zweck ein Teil der zuvor aufge­ brachten Schichten durch Ätzen oder eine andere Technik ent­ fernt wird, ohne Verlust an beschichteter Fläche allein da­ durch erzielt wird, dass die durch Zerteilen eines oder mehre­ rer Ursprungsmodule gebildeten Modulstreifen mit entsprechen­ dem Abstand voneinander zur Bildung des zusammengesetzten Mo­ duls angeordnet werden.
Zusätzlich oder alternativ kann ein derartiges beabstandetes Anordnen der Modulstreifen T1 bis Tn auch dazu dienen, ein zu­ sammengesetztes Photovoltaikmodul mit gekrümmter Modulfläche herzustellen. In diesem Fall werden die Modulstreifen T1 bis Tn auf einer flexiblen Unterlage angeordnet, z. B. auf eine fle­ xible Folie laminiert. Zur gegenüberliegenden Abdeckung kann ein gleichfalls flexibles Material über den Modulstreifen T1 bis Tn angeordnet werden, z. B. wiederum eine flexible Folie. Wenn in dieser Weise die Modulstreifen T1 bis Tn beabstandet zwischen zwei flexible Folien laminiert sind, kann das zusam­ mengesetzte Modul in zumindest einer Richtung, nämlich entlang von zu den Zwischenräumen 5 parallelen Biegelinien, gebogen werden, beispielsweise zylinderförmig, und zwar selbst dann, wenn die Modulstreifen T1 bis Tn selbst nicht biegsam sind.
Fig. 2 zeigt ein weiteres planes Dünnschicht-Photovoltaikmodul aus mehreren Modulstreifen M1 bis Mk, z. B. k = 12, die in ihrem Aufbau und in ihrer Herstellung durch Fertigung und Zerteilung eines oder mehrerer großflächigerer Ursprungsmodule den Modul­ streifen T1 bis Tn der Fig. 1 entsprechen. Das zusammengesetzte Modul von Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 dadurch, dass die Modulstreifen M1 bis Mk auf einer gemeinsamen Unterlage 6 nicht parallel nebeneinander liegen, sondern stern­ förmig mit von einem Modulmittelpunkt C radial verlaufenden Modulstreifen-Längsachsen angeordnet sind.
Auch in diesem Beispiel sind die Modulstreifen M1 bis Mk, von denen jeder aus mehreren, integriert serienverschalteten Ein­ zelzellen besteht, elektrisch parallel geschaltet. Dazu ist ein erstes Kontaktbändchen 7 entlang des äußeren Radius der sternförmigen Modulstreifenanordnung geführt, das die radial äußersten Einzelzellen der Modulstreifen M1 bis Mk elektrisch unter Bereitstellung eines Pluspols des zusammengesetzten Mo­ duls parallel schaltet, während ein zweites Kontaktbändchen 8 entlang des inneren Radius der sternförmigen Modulstreifenanordnung verläuft und die radial innenliegenden Einzelzellen der Modulstreifen unter Bereitstellung eines Minuspols des zu­ sammengesetzten Moduls parallel schaltet.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 macht die hohe Gestaltungs­ freiheit deutlich, die durch die Bildung des erfindungsgemäßen Dünnschicht-Photovoltaikmoduls aus einzelnen Teilmodulen be­ steht. Es versteht sich, dass dementsprechend erfindungsgemäße Dünnschicht-Photovoltaikmodule mit beliebigen anderen Anord­ nungsmustern von streifenförmigen oder andersartig gestalte­ ten, durch Zerteilen eines oder mehrerer Ursprungsmodule ent­ stehenden Teilmodule möglich sind.
Die Herstellung des Photovoltaikmoduls von Fig. 1 oder 2 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass nach Zerteilung des oder der Ursprungsmodule die zu verwendenden Modulstreifen T1 bis Tn bzw. M1 bis Mk ausgewählt und in der gewünschten Art angeordnet und nach der Kontaktierung mit den Kontaktbändchen unter Ver­ wendung eines polymeren Klebematerials, z. B. EVA, auf einen Träger laminiert werden, bei dem es sich z. B. um eine als Frontplatte dienende Glasplatte handeln kann. Auf der gegen­ überliegenden Seite kann eine abdichtende Schicht auflaminiert werden, die z. B. die Rückabdeckung 13 bilden und aus einem Fo­ lienmaterial bestehen kann, wie einer Verbundfolie aus Ted­ lar®/Aluminium/PET. Zur Realisierung eines flexiblen Gesamtmo­ duls wird ein Träger aus einem flexiblen, transparenten Poly­ mer anstelle der genannten Glasplatte verwendet.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit nicht-planer Anord­ nung einer gewünschten Anzahl w von Modulstreifen J1 bis Jw, die nach Art ihrer Herstellung durch Fertigen und geeignetes Zerteilen eines oder mehrerer Ursprungsmodule und in ihrem Aufbau den Modulstreifen T1 bis Tn bzw. M1 bis Mk der Fig. 1 und 2 entsprechen. Speziell veranschaulicht Fig. 3 eine lamellen­ jalousieartige Anordnung der Modulstreifen J1 bis Jw, d. h. letztere sind in der Art von Jalousielamellen in einer Reihe parallel versetzt mit in Reihenrichtung schrägstehender Modul­ ebene angeordnet. Jeder Modulstreifen J1 bis Jw besteht wieder­ um, wie in der Seitenansicht von Fig. 3 zu erkennen, aus einem Substrat 9 und einem darauf aufgebrachten, photovoltaisch ak­ tiven Schichtaufbau 10. Senkrecht zur Zeichenebene besteht jeder Modulstreifen J1 bis Jw aus einer Aufeinanderfolge von integriert serienverschalteten Photovoltaik-Einzelzellen, wie oben zu Fig. 1 erläutert.
Die lamellenjalousieartige Modulstreifenanordnung ist in einem Hohlraum 11 aufgenommen, der von einer transparenten Front­ platte 12, einer transparenten Rückplatte 13 und schmalseiti­ gen Abschlüssen 14a, 14b begrenzt wird. In dieser Form kann das lamellenjalousieartige Photovoltaikmodul z. B. vertikal an einer Gebäudefassade angebracht werden, d. h. mit vertikal lie­ gender Reihenrichtung der Modulstreifenreihe. Der Schrägwinkel α, um den die Modulstreifen J1 bis Jw mit ihren Streifenebenen gegenüber der Reihenrichtung und damit der Vertikalen geneigt sind, ist so gewählt, dass zur Steigerung der Energieausbeute Sonnenlicht 15 über einen möglichst langen Tageszeitraum hin­ weg unter einem möglichst steilen Winkel auf die Ebene der Mo­ dulstreifen J1 bis Jw einfällt, d. h. mit möglichst kleinem Win­ kel zur Flächennormalen der Modulstreifen J1 bis Jw. Alternativ oder zusätzlich zu einem festen Einbau der Modulstreifen J1 bis Jw in den Hohlraum 11 und einer festen, z. B. vertikalen Plat­ zierung des Gesamtmoduls kann eine variable, an die sich im Tagesverlauf ändernde Sonneneinfallsrichtung angepasste An­ bringung der einzelnen Modulstreifen J1 bis Jw im Hohlraum 11 und/oder des Gesamtmoduls an einem entsprechenden Modulträger vorgesehen sein, so dass direktes Sonnenlicht über einen gro­ ßen Teil des Tagesverlaufs unter einem relativ hohen Winkel auf die Modulstreifen J1 bis Jw einfallen kann, gegebenenfalls abhängig von der Orientierung des Gebäudes, an dem das Gesamtmodul angeordnet wird.
Ein weiterer Vorteil der lamellenjalousieartigen Modulstrei­ fenanordnung besteht darin, dass für gewisse Blickwinkel, im Beispiel von Fig. 3 ist exemplarisch ein horizontaler Blick­ winkel 16 gezeigt, eine Teiltransparenz des Gesamtmoduls gege­ ben ist, deren Stärke von dem in Blickrichtung projizierten Abstand der Modulstreifen J1 bis Jw abhängt. Es ergibt sich folglich eine blickwinkelabhängige Teiltransparenz, die in ei­ ner Blickrichtung parallel zu den Modulstreifenebenen nahezu 100% beträgt, da in dieser Blickrichtung nur der dünne Modul­ streifen-Schichtaufbau den Lichtdurchgang begrenzt.
Zudem lässt sich bei Bedarf ein weiterer optischer Verschlan­ kungseffekt für das lamellenjalousieartige Gesamtmodul errei­ chen, wenn der Hohlraum 11 mit einem transparenten Füllmedium gefüllt wird, das so gewählt ist, dass sein Brechungsindex we­ nigstens annähernd demjenigen der transparent gewählten Modul­ streifensubstrate 9 entspricht. Dadurch werden die Modulstrei­ fensubstrate 9 optisch quasi unsichtbar. Der Betrachter nimmt dann von den Modulstreifen J1 bis Jw nur noch den dünnen photo­ voltaisch aktiven Schichtaufbau 10 wahr, was dem Modul insge­ samt ein schlankes Aussehen gibt.
Die elektrische Kontaktierung der Modulstreifen J1 bis Jw und damit deren elektrische Parallelschaltung erfolgt wiederum über je ein zickzackförmig durchlaufendes Kontaktbändchen an den gegenüberliegenden Modulstreifenenden, wobei in der An­ sicht von Fig. 3 das eine durchlaufende Kontaktbändchen 17 zu erkennen ist. Wie in Fig. 3 anhand des einen Kontaktbändchens 17 weiter zu erkennen, sind die Kontaktbändchen an einer Mo­ dulschmalseite mit einem Anschlussende 17a durch den dortigen Stirnseitenabschluss 14b hindurchgeführt.
Die Herstellung des lamellenjalousieartigen Photovoltaikmoduls kann nach Zerteilung des oder der Ursprungsmodule und der Aus­ wahl der zu verwendenden Modulstreifen J1 bis Jw dadurch erfol­ gen, dass die Modulstreifen J1 bis Jw in der gewünschten Weise zwischen den beiden Platten 12, 13 angeordnet werden, bei­ spielsweise unter Zuhilfenahme von stützenden Kunststofftei­ len. Der gesamte Verbund wird dann stirnseitig unter Verwen­ dung der Abschlüsse 14a, 14b abgedichtet, wonach der Hohlraum 11 mit dem gewünschten Füllmedium befüllt wird, bei dem es sich z. B. um ein Gießharz handeln kann, mit dem die Modul­ streifenanordnung eingegossen wird.
Während in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 die Teilmodule jeweils elektrisch parallel geschaltet sind, ist es selbstverständlich ohne weiteres möglich, die Teilmodule in jeder beliebigen anderen Weise elektrisch zu verschalten. Bei­ spielhaft ist dies in den Fig. 4 und 5 für eine jeweilige An­ ordnung der mehreren streifenförmigen Teilmodule T1 bis Tn ge­ mäß Fig. 1 gezeigt, wobei die Anzahl n in jedem Beispiel einen gewünschten Wert haben kann und in den Fig. 4 und 5 der Ein­ fachkeit halber nur die Teilmodule T1 bis Tn ohne ihre Front- und Rückabdeckung wiedergegeben sind.
Dabei zeigt Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem alle Teil­ module T1 bis Tn elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dazu ist eine erste, äußere Einzelzelle des ersten Moduls T1 mit einem Pluspol 20 und eine letzte, äußere Einzelzelle des letzten Mo­ duls Tn mit einem Minuspol 21 verbunden. Im übrigen sind auf­ einanderfolgende Teilmodule Ti-1, Ti (2 ≦ i ≦ n) alternierend auf je einer Seite elektrisch miteinander verbunden, indem dort ein jeweiliger Kontaktsteg K1 bis Kn-1 die beiden zugehörigen äuße­ ren Einzelzellen elektrisch verbindet. Zur Verdeutlichung die­ ser elektrischen Reihenschaltung sind für jedes Teilmodul T1 bis Tn die Plus- und Minus-Polaritäten an beiden Enden in Fig. 4 angegeben.
Durch die Reihenschaltung entsteht ein Gesamtmodul mit ent­ sprechend hoher Generatorspannung, wie dies für manche Anwen­ dungen wünschenswert ist, z. B. bei Weidezäunen, Mückenabwehr­ geräten und zum Diebstahlschutz. So können beispielsweise aus einem Ursprungsmodul der Größe 60 cm × 120 cm, das zweihundert in­ tegriert serienverschaltete Zelleneinheiten mit parallel zur kürzeren Kante verlaufenden Serienverschaltungslinien beinhal­ tet, durch Zerteilen sechzig Modulstreifen von 1 cm Breite mit je zweihundert Einzelzellen und damit etwa 100 V Spannung ge­ wonnen werden, die dann bei reiner Serienverschaltung eine Ausgangsspannung von 600 V für das Solargeneratormodul liefern, während sich im anderen Extremfall einer reinen Parallelschal­ tung der Modulstreifen gemäß Fig. 1 eine Generatorausgangs­ spannung von 100 V ergibt.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Mischform aus elektrischer Serien- und Parallelschaltung. Dabei sind je drei aufeinanderfolgende Teilmodule Ti, Ti+1, Ti+2 (1 ≦ i ≦ n - 2) in der zu Fig. 4 beschriebenen Weise elektrisch in Reihe geschaltet. Da­ durch entstehen aus den n Teilmodulen T1 bis Tn eine Anzahl n/3 von Teilmodulgruppen G1 bis Gn/3 aus je drei seriell geschalte­ ten Teilmodulen. Diese Teilmodulgruppen G1 bis Gn/3 sind dann elektrisch parallel geschaltet, indem sie jeweils mit ihrem einen Anschlussende parallel an einen Pluspol 22 und mit ihrem anderen Anschlussende parallel an einen Minuspol 23 ange­ schlossen sind.
In analoger Weise können beliebige andere Verschaltungen der Teilmodule T1 bis Tn realisiert werden. Dadurch kann eine ganze Palette von gewünschten Generatorspannungen z. B. zwischen den oben genannten Extremwerten von 100 V bis 6000 V eingestellt werden. Die endgültige Generatorausgangsspannung kann somit in einem sehr späten Schritt der Modulfertigung über das Ver­ schaltungsschema festgelegt werden, ohne dass das Moduldesign selbst geändert werden muss.
Die obige Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele ver­ deutlicht, dass das erfindungsgemäße Dünnschicht-Photovoltaik­ modul in einfacher, auch für Massenfertigung geeigneter Weise dadurch hergestellt wird, dass relativ großflächige Ursprungsmodule mit integriert serienverschalteten Photovoltaikzellen­ einheiten in Teilmodule verteilt werden, die dann ihrerseits aus jeweils mehreren integriert serienverschalteten Photovol­ taik-Einzelzellen bestehen und in einer gewünschten Anord­ nungsstruktur zur Bildung des Gesamtmoduls angeordnet werden. Durch den Aufbau aus den Teilmodulen können hierfür Teilmodule mit gut zueinander passender Leistungscharakteristik ausge­ wählt werden. Außerdem bleiben eventuelle Defekte auf das betreffende Teilmodul begrenzt. Beides begünstigt die Erzie­ lung hoher Wirkungsgrade für das Gesamtmodul. Außerdem lassen sich sehr einfach und ohne Verlust an beschichteter Fläche teiltransparente und/oder flexible Photovoltaikmodule reali­ sieren.

Claims (12)

1. Dünnschicht-Photovoltaikmodul mit
einem Aufbau aus mehreren einzelnen, miteinander elektrisch verschalteten Teilmodulen (T1 bis Tn),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Teilmodule (T1 bis Tn) jeweils mehrere integriert serien­ verschaltete Photovoltaik-Einzelzellen (Z1 bis Zm) beinhalten und durch Zerteilen wenigstens eines monolithisch gefertig­ ten Ursprungsmoduls, das mehrere, über Serienverschaltungs­ linien integriert serienverschaltete Photovoltaikzellenein­ heiten beinhaltet, entlang von zu den Serienverschaltungsli­ nien nicht-parallelen Trennlinien gebildet sind.
2. Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 1, weiter da­ durch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) in einem vorgebbaren Anordnungsmuster auf eine gemeinsame Unterlage (1) aufgebracht sind.
3. Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 2, weiter da­ durch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) unter Be­ lassung vorgebbarer Zwischenräume (5) auf eine transparente und/oder flexible Unterlage (1) aufgebracht sind.
4. Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 1, weiter da­ durch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (J1 bis Jw) lamellen­ jalousieartig angeordnet sind.
5. Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 4, weiter da­ durch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (J1 bis Jw) in einem Hohlraum (11) zwischen zwei transparenten Abschlussplatten (12, 13) lamellenjalousieartig angeordnet aufgenommen sind, der mit einem Füllmedium gefüllt ist, dessen Brechungsindex auf denjenigen eines Substratmaterials der Teilmodule abge­ stimmt ist.
6. Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) aus einer größeren Anzahl von Teilmodulen, die durch Zerteilen des oder der Ursprungsmodule entstehen, nach dem Kriterium möglichst gleicher photovoltaischer Leistungscharak­ teristik ausgewählt sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Photovoltaik­ moduls mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 6, bei dem
ein oder mehrere Ursprungsmodule gefertigt werden, die je­ weils mehrere, über Serienverschaltungslinien integriert se­ rienverschaltete Photovoltaikzelleneinheiten beinhalten,
dadurch gekennzeichnet, dass
das jeweilige Ursprungsmodul entlang von zu den Serienver­ schaltungslinien nicht-parallelen Trennlinien in einzelne Teilmodule zerteilt wird, und
wenigstens zwei dieser einzelnen Teilmodule (T1 bis Tn) zur Bildung des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls angeordnet und elektrisch miteinander verschaltet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) in einem vorgebbaren Anord­ nungsmuster auf eine gemeinsame Unterlage (1) aufgebracht wer­ den.
9. Verfahren nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) unter Belassung vorgebbarer Zwischenräume (5) auf eine transparente und/oder flexible Un­ terlage (1) aufgebracht werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) lamellenjalousieartig angeord­ net werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, weiter dadurch gekennzeich­ net, dass die Teilmodule (J1 bis Jw) in einen Hohlraum (11) zwischen zwei transparenten Abschlussplatten (12, 13 lamellen­ jalousieartig angeordnet eingebracht werden, der mit einem Füllmedium gefüllt wird, dessen Brechungsindex auf denjenigen eines Substratmaterials der Teilmodule abgestimmt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, weiter da­ durch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) aus einer größeren Anzahl von Teilmodulen, die durch Zerteilen des oder der Ursprungsmodule gebildet werden, nach dem Kriterium mög­ lichst gleicher photovoltaischer Leistungscharakteristik aus­ gewählt werden.
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