DE102006021804A1

DE102006021804A1 - Solarzellenmodul sowie Verfahren zur Herstellung von Solarzellenmodulen

Info

Publication number: DE102006021804A1
Application number: DE102006021804A
Authority: DE
Inventors: Kristian Peter; Radovan Kopecek; Thomas Buck; Joris Libal
Original assignee: INTERNAT SOLAR ENERGY RES CT K; INTERNATIONAL SOLAR ENERGY RESEARCH CENTER KONSTANZ EV
Current assignee: INTERNAT SOLAR ENERGY RES CT K; INTERNATIONAL SOLAR ENERGY RESEARCH CENTER KONSTANZ EV
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2007-11-15
Also published as: WO2007128342A1

Abstract

Solarzellenmodul mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten einseitig lichtempfindlichen Solarzellen, bei welchem bei der Reihenschaltung dieser Solarzellen alternierend p-Typ und n-Typ Solarzellen miteinander verschalten sind und die Solarzellen beider Typen einen frontseitigen Emitter aufweisen oder die Solarzellen beider Typen einen rückseitigen Emitter aufweisen, oder bei welchem bei der Reihenschaltung dieser Solarzellen alternierend Solarzellen mit frontseitigem Emitter und Solarzellen mit rückseitigem Emitter miteinander verschalten sind und die alternierend miteinander verschaltenen Solarzellen vom gleichen Typ sind, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Solarzellenmodule.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul gemäß dem Oberbegriff des Ansprüche 1 und 2 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarzellenmoduls.
Die direkte Gewinnung elektrischer Energie aus Sonnenlicht (Photovoltaik) stellt eine nachhaltige und umweltfreundliche Form der Energiegewinnung dar, welche aufgrund der sich abzeichnenden Knappheit an fossilen Energieträgern und den der Kernenergietechnik inhärenten Gefahren zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Bei der terrestrischen Energieerzeugung aus Sonnenlicht kommen derzeit größtenteils kristalline Siliziumsolarzellen zum Einsatz. Bedingt durch die Herstellungstechnik stehen diese nur in gewissen Größen zur Verfügung, welche einzeln nicht die gewünschten Strom-/Spannungswerte liefern können. Daher werden üblicherweise mehrere Solarzellen in sogenannte Solarzellenmodule eingebettet und derart miteinander elektrisch verschalten, dass das Solarzellenmodul bei entsprechender Sonneneinstrahlung die gewünschten Spannungs- und Stromwerte liefert. Daneben wird das Solarzellenmodul im Allgemeinen derart ausgestaltet, dass es die bruch- und korrosionsempfindlichen Solarzellen vor schädlichen Witterungseinflüssen und mechanischen Belastungen schützt.
Die elektrische Verschaltung der Solarzellen in einem Modul ist regelmäßig derart ausgestaltet, dass mehrere Solarzellen in Reihe geschaltet sind und auf diese Weise eine Solarzellenreihe innerhalb des Solarzellenmoduls bilden, so dass sich deren Ausgangsspannungen addieren. In vielen Fällen sind innerhalb des Solarzellenmoduls weiterhin mehrere dieser Solarzellenreihen parallel geschaltet.
Bei dem bei weitem größten Teil der heute hergestellten Solarzellen handelt es sich um einseitig lichtempfindliche Solarzellen mit einer Frontseitenkontaktierung, meist in Form mehrerer feiner Kontaktfinger, auf der lichtempfindlichen Frontseite der Solarzelle und einer Rückseitenkontaktierung.
Wie oben dargelegt, ist bei der Einbettung dieser Solarzellen in Solarzellenmodule ist zumindest ein Teil von ihnen in Reihe zu schalten. Folglich ist fortlaufend die Frontseitenkontaktierung einer Solarzelle mit dem Rückseitenkontakt der nächsten Solarzelle dieser Solarzellenreihe elektrisch leitend zu verbinden. Das Prinzip dieser üblichen Verschaltung ist schematisch in 1 dargestellt.
Bei dieser Verschaltung gemäß dem Stand der Technik sind mehrere einseitig lichtempfindliche Solarzellen 20a, 20b gleichen Typs unter einer Deckscheibe 12 und auf einem Substrat 10 angeordnet, welches in vielen Fällen gleichzeitig die Rückseite des gesamten Solarzellenmoduls bildet. Jede der Solarzellen 20a, 20b besitzt einen an der lichtempfindlichen Frontseite angeordneten Emitter 24, welcher in dem dargestellten Beispiel eines Solarzellenmoduls aus p-Typ Solarzellen mit p-dotiertem Volumen 26 durch eine relativ stark n-dotierte Region, eine sogenannte n⁺-Region 24 gebildet wird.
An der Rückseite der Solarzellen 20a, 20b ist ein Rückkontakt 30 vorgesehen, welcher dem Substrat 10 zugewandt ist. Über diesem Rückseitenkontakt 30 ist ein elektrisches Rückseitenfeld angeordnet, welches üblicherweise als „back surface field" bezeichnet wird. Im dargestellten Fall ist das Rückseitenfeld durch eine gegenüber dem Volumen 26 stark p-dotierte Region 28 gebildet, eine sogenannte p⁺-Region 28. Dieses Rückseitenfeld dient dazu, die Diffusion der Minoritätsladungsträ ger an die Solarzellenrückseite zu verhindern, an welcher sie mit vergleichsweise hoher Wahrscheinlichkeit rekombinieren würden und damit für die Energiegewinnung verloren gingen.
Auf der Frontseite ist zum Abgriff des Stromes eine Frontseitenkontaktierung 22 vorgesehen, welche üblicherweise aus einem System elektrisch leitend miteinander verbundener Kontaktfinger 22 gebildet ist.
Für die Realisierung einer Reihenschaltung bedarf es nun einer elektrisch leitfähigen Verbindung der Frontseitenkontaktierung 22 jeder Solarzelle der Solarzellenreihe mit dem Rückseitenkontakt 30 der nachfolgenden Solarzelle, insbesondere der Frontseitenkontaktierung 22 der Solarzelle 20a mit dem Rückseitenkontakt 30 der Solarzelle 20b. Zu diesem Zweck sind die in der 1 schematisch dargestellten elektrischen Verbinder 35 vorgesehen.
Wie der schematischen Darstellung der 1 entnommen werden kann, müssen diese elektrischen Verbinder 35 bei der Fertigung der Solarzellenmodule in aufwändiger Weise von der Frontseite einer Solarzelle zur Rückseite der Folgezelle geführt werden. Dies erschwert in der Praxis eine automatisierte Fertigung der Solarzellenmodule. Die elektrischen Verbinder 35 sind der besseren Übersicht wegen in der 1 verkürzt dargestellt. In der Praxis sind sie in der Regel länger ausgeführt und über eine größere Fläche mit der Frontseitenkontaktierung 22 bzw. dem Rückseitenkontakt 30 verbunden (vgl. hierzu die Darstellung in 4).
Üblicherweise werden die elektrischen Verbinder 35 an die Frontseitenkontaktierung einer Solarzelle angelötet und nachfolgend mit einer auf dem Substat 10 angeordneten Leiterbahn verlötet, welche die Verbindung zum Rückseitenkontakt der nachfolgenden Zelle bewerkstelligt. Hierbei wird in der Regel jede Solarzelle mindestens einmal von der Vorder- auf die Rückseite gedreht oder umgekehrt, was automatisch oder manuell erfolgt. Neben der erhöhten Herstellungsaufwand birgt dies ein beachtliches Risiko des Bruches von Solarzellen, welches im Zuge der Entwicklung hin zur Verwendung dünnerer Solarzellen noch zunehmen wird.
In der DE 41 28 766 C2 wird vereinfachend vorgeschlagen, bei in Reihe zu schaltenden Solarzellen beidseitig lichtempfindliche Solarzellen zu verwenden und diese mit aufeinanderfolgend alternierender Polarität anzuordnen. Die Herstellung solcher beidseitig lichtempfindlicher Solarzellen ist jedoch aufwändiger als die einseitig lichtempfindlicher Zellen. Da in den weitaus meisten Fällen nur eine Seite der Solarzellenmodule der Sonneneinstrahlung ausgesetzt wird, ist dieser erhöhte Aufwand nicht gerechtfertigt, so dass der Vorteil eines vereinfachten Solarzellenmoduls durch diesen gesteigerten Aufwand wieder zerstört wird.
Darüber hinaus sind Solarzellen bekannt, deren beide Kontakte auf der Solarzellenrückseite angeordnet sind, so dass eine vollständige Kontaktierung über die Solarzellenrückseite erfolgen kann. Derartige Rückkontaktsolarzellen sind jedoch komplex und aufwändig in der Herstellung, so dass der einfacheren Solarzellenmodulfertigung ein deutlich gesteigerter Aufwand für die Herstellung der zu verwendenden Solarzellen gegenübersteht, welches dessen Vorteil kompensiert wenn nicht gar überkompensiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, ein vereinfachtes Solarzellenmodul mit in Reihe geschaltenen einseitig lichtempfindlichen Solarzellen zur Verfügung zu stellen, welches aufwandsgünstig herstellbar ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst sowohl durch ein Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1, als auch ein solches mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Weiterhin liegt der Erfindung das Problem zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarzellenmoduls zur Verfügung zu stellen.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind auch hier Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Die Erfindung ermöglicht eine aufwandsgünstige Herstellung vereinfachter Solarzellenmodule. Durch die alternierende Anordnung von p- und n-Typ-Solarzellen mit einheitlich front- oder rückseitigem Emitter gemäß Anspruch 1 kann eine Reihenschaltung realisiert werden, ohne dass elektrische Verbinder von der Frontseite einer Solarzelle auf die Rückseite der nachfolgenden Solarzelle geführt werden müssen. Stattdessen können z.B. ebene front- und rückseitige Leiterbahnen verwendet werden, die entweder die Frontseitenkontaktierungen in der Reihenschaltung aufeinander folgender Solarzellen elektrisch leitend verbinden oder die Rückseitenkontaktierungen der aufeinander folgenden Solarzellen elektrisch leitend verbinden.
Dasselbe gilt für die alternierende Anordnung von Solarzellen gleichen Typs mit jedoch einerseits frontseitigem, andererseits rückseitigem Emitter gemäß Anspruch 2.
Leiterbahnen der genannten Art sind deutlich einfacher in das Solarzellenmodul einfügbar als die elektrischen Verbinder 35 aus dem Stand der Technik, insbesondere können sie automatisiert eingefügt werden; beispielsweise indem einerseits auf ein Substrat des Solarzellenmoduls rückseitige Leiterbahnen aufgebracht werden und nachfolgend die Solarzellen entsprechend ausgerichtet auf dem Substrat platziert werden, andererseits eine Deckschicht, insbesondere eine transparente Deckscheibe, des Solarzellenmoduls mit geeigneten frontseitigen Leiterbahnen versehen wird und diese Deckschicht nachfolgend derart ausgerichtet auf den Solarzellen und dem Substrat platziert wird, dass sich in der Gesamtheit aus den front- und rückseitigen Leiterbahnen eine Reihenschaltung aus wenigstens einem Teil der Solarzellen ergibt.
Weiterhin können die Abstände zwischen den in Reihe geschalteten Solarzellen verringert werden, da zwischen ihnen kein elektrischer Verbinder von der Front- auf die Rückseite geführt werden muss, ohne dass er hierbei die Seitenflächen der Solarzellen berührt. Dies ermöglicht bei gleicher Leistung eine kompaktere Baugröße von Solarzellenmodulen und einen geringern Materialaufwand bei der Solarzellenmodulfertigung.
Des Weiteren wird die Gefahr von Ermüdungsbrüchen in den elektrischen Verbindern ausgeschlossen, welche bislang immer wieder zu Ausfällen oder Leistungseinbußen in bekannten Solarzellenmodulen führte. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei den nunmehr verwendbaren, im Wesentlichen eben gestaltbaren front- und rückseitigen Leiterbahnen keine Knickstellen mehr vorkommen, wie sie in den bisherigen elektrischen Verbinden vorhanden waren.
Überdies steht für die Realisierung der front- und rückseitigen Leiterbahnen eine größere Materialauswahl zur Verfügung als es bei den elektrischen Verbindern der Fall ist, da diese nun nicht mehr vor dem Ausgießen des Solarzellenmoduls mit Harz oder anderen an sich bekannten und hierfür eingesetzten Materialien teilweise frei im Raum zwischen zwei benachbarten Solarzellen stehen müssen. Stattdessen können sie beispielsweise flächig auf dem Substrat oder der Deckschicht angeordnet und somit vollständig gestützt sein, was zum einen die Gefahr von Beschädigungen der elektrischen Verbinder bzw. deren Knickstellen während des Ausgießens signifikant verringert, zum anderen den Einsatz anderer Materialien ermöglicht.
Sind bislang für die elektrischen Zellverbinder in großem Umfang Streifen aus Metall oder Metalllegierungen eingesetzt worden, so kann die Ausbildung der Reihenschaltung nunmehr teilweise oder vollständig mit Leiterbahnen aus leitfähigem Klebeband, pastösen leitfähigen Klebern, metallhaltigen Pasten, leitfähigen Folien, ausgestanzten oder ausgeschnittenen leitfähigen Platten oder Metallstreifen oder Ähnlichem oder mit Masken erfolgen. Hierdurch können Solarzellenmodule weiter vereinfacht und der Aufwand für die Fertigung von Solarzellenmodulen weiter gesenkt werden.
Des Weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Lösung des Anspruchs 1 durch die Kombination von p-Typ mit n-Typ Solarzellen die geringere Degradationsneigung von n-Typ Siliziumsolarzellen ausgenutzt werden.
Zudem kann bei der Herstellung erfindungsgemäßer Solarzellenmodule ein Drehen der Solarzellen von der Front- auf die Rückseite oder umgekehrt während des Verlötens der Leiterbahnen entfallen, was mit einer Verringerung des Bruchrisikos einhergeht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1: Querschnitt durch ein Solarzellenmodul gemäß dem Stand der Technik.
2: Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Solarzellenmoduls gemäß der Erfindung
3: Querschnitt durch ein weiteres Solarzellenmodul gemäß der Erfindung.
4: Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls.
5: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
6: Schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Solarzellenmoduls gemäß der Erfindung. Hierin sind vier einseitig lichtempfindliche Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b erkennbar, welche zwischen einem Substrat 10 und einer transparenten Deckscheibe 12 ange ordnet sind. Die lichtempfindlichen Seiten der Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b sind dabei der Deckschicht 12 zugewandt.
Unter einseitig lichtempfindlichen Solarzellen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dabei Solarzellen zu verstehen, die nicht auf ihren beiden größten, einander gegenüberliegenden Seitenflächen für die Einstrahlung von Sonnenlicht in vergleichbarem Maße empfindlich sind, wie dies bei sogenannten Bifacialzellen, d.h. beidseitig lichtempfindlichen Solarzellen, der Fall ist. Bei einseitig lichtempfindlichen Solarzellen kann demzufolge auf deren Rückseite auftreffendes Licht nicht in vergleichbarem Maße zur Ladungsträgergeneration im Volumen der Solarzelle beitragen, wie Licht, das auf die Frontseite der Solarzelle fällt. Dies kann beispielsweise darauf beruhen, dass ein metallischer Rückkontakt die Rückseite der Solarzelle mit einem Flächenanteil an der Rückseite bedeckt, der deutlich größer ist als derjenige, mit welchem der Frontkontakt die Frontseite der Solarzelle bedeckt. Insbesondere kann die Rückseite ganzflächig mit einem metallischen Rückkontakt oder mit einer Vielzahl von kleinen Kontaktflächen versehen sein.
Unter der Frontseite der Solarzellen wird folglich stets diejenige großflächige Seite der Solarzelle verstanden, welche für Lichteinstrahlung in erhöhtem Maße empfindlich ist.
Sämtliche Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b weisen eine Frontseitenkontaktierung 42, 52 auf, welche durch mehrere elektrisch leitend miteinander verbundene Kontaktfinger gebildet ist. Daneben besitzen sie jeweils einen Rückseitenkontakt 49, der in an sich bekannter Weise ganzflächig oder die Rückseite nur teilweise bedeckend ausgeführt sein kann.
Bei den Solarzellen 40a, 40b handelt es sich um p-Typ Solarzellen mit p-dotiertem Volumen 46 und frontseitigen Emittern 44, welche jeweils durch eine stark n-dotierte Schicht 44, sogenannte n⁺-Regionen 44, ausgebildet werden. Daneben weisen diese p-Typ Solarzellen 40a, 40b an ihren Rückseiten jeweils eine stark p-dotierte Region, eine sogenannte p⁺-Region 48 auf, welche der Ausbildung eines elektrischen Rückseitenfeldes dient, welches üblicherweise als „back surface field" bezeichnet wird. Dieses verringert wie oben erläutert die Wahrscheinlichkeit der Rekombination generierter Minoritätsladungsträger an der Solarzellenrückseite, kann bei Bedarf jedoch auch entfallen.
Die Solarzellen 50a, 50b hingegen sind n-Typ Solarzellen mit n-dotierten Volumina 56. Zwar besitzen auch sie einen frontseitigen Emitter 54, doch wird dieser von einer stark p-dotierten Region, der p⁺-Region 54, gebildet. Entsprechend ist das, elektrische Rückseitenfeld bei diesen Solarzellen 50a, 50b durch eine rückseitige angeordnete n⁺-Region 58 gebildet.
Durch die alternierende Anordnung von p-Typ 40a, 40b und n-Typ 50a, 50b Solarzellen mit jeweils frontseitigem Emitter 44, 54 kann die Reihenschaltung der Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b mit frontseitigen Leiterbahnen 100a, 100b und rückseitigen Leiterbahnen 102a, 102b erfolgen. Elektrisch leitende Verbinder von der Frontseite einer Solarzelle zu der Rückseite der nachfolgenden Zelle sind nicht erforderlich, was die oben beschriebenen Vorteile mit sich bringt. Der erwähnte geringere Flächenbedarf erfindungsgemäßer Solarzellenmodule gleicher Leistung erschließt sich dabei unmittelbar aus einem Vergleich der 1 und 2 und den darin illustrierten Zwischenräumen zwischen den in Reihe geschalteten Solarzellen.
Entsprechend der Darstellung der elektrischen Verbinder 35 in 1 sind auch die Leiterbahnen 100a, 100b, 102a, 102b in den 2 und 3 der besseren Übersicht wegen verkürzt dargestellt. In der Praxis sind sie in der Regel länger ausgeführt und über eine größere Fläche mit den Frontkontaktierungen 42, 52, 62 bzw. den Rückseitenkontakten 49, 59, 69 verbunden; wie dies in der 4 erkennbar ist.
Im Ausführungsbeispiel der 2 sind die frontseitigen 100a, 100b Leiterbahnen auf die Rückseite einer transparenten Deckscheibe 12 aufgebracht. Dies kann beispielsweise mittels Aufdruckens leitfähiger, insbesondere metallhaltiger, Pasten oder Klebstoffe auf die Rückseite der Deckscheibe erfolgt sein. Als frontseitige Leiterbahnen können prinzipiell jedoch auch alle anderen an sich bekannten elektrischen Verbindungsmittel eingesetzt sein, z.B. leitfähige Klebebänder, gegebenenfalls zu verlötende Bahnen aus Metall oder Metalllegierungen, die überdies auch auf die Frontseiten der Solarzellen aufgebracht sein können. Weiterhin kann anstelle der Deckscheibe 12 eine Deckschicht vorgesehen sein, an welcher die frontseitigen Leiterbahnen angebracht sind. Bei der Deckschicht kann es sich ferner um eine Schicht handeln, die selbst stellenweise leitfähig ist; z.B. eine an entsprechenden Stellen elektrisch leitend ausgeführte Folie oder Matte mit integrierten Leiterbahnen.
Daneben ist sind auch Masken denkbar, z.B. aus einer mit Metallbahnen versehenen isolierenden Trägerschicht ausgestanzte Masken, welche auf die auf dem Substrat 10 angeordneten Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b aufgelegt und ggf. verlötet werden und mit Hilfe der Metallbahnen die gewünschten frontseitigen Leiterbahnen ausbilden. Ausgestanzte Flächen hingegen ermöglichen den Lichteinfall auf die lichtempfindlichen Seiten der Solarzellen.
Die rückseitigen Leiterbahnen sind im Ausführungsbeispiel der 2 auf das Substrat 10 aufgebracht. Dies kann auf dieselben Weisen erfolgen, wie bereits für die frontseitigen Leiterbahnen in Verbindung mit der Deckschicht bzw. Deckscheibe 12 dargelegt wurde. Insbesondere können sie aus aufgedruckten metallhaltigen Pasten, aufgespritzten leitfähigen Lacken, teilweise leitfähigen Folien oder Masken gebildet sein.
Somit ist eine vollautomatisierte Solarzellenmodulherstellung möglich.
Im Ausführungsbeispiel der 2 sind Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b mit frontseitigen Emittern 44 bzw. 54 dargestellt. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass stattdessen innerhalb einer Reihenschaltung auch alle Solarzellen mit rückseitigen Emittern ausgestattet werden können. Statt elektrischen Rückseitenfeldern, wären dann bei Bedarf elektrische Frontseitenfelder, sogenannte „front surface fields" vorzusehen.
3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein weiteres Solarzellenmodul gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu dem Solarzellenmodul aus 2 sind hier jedoch nicht Solarzellen unterschiedlichen Typs alternierend angeordnet. Stattdessen sind innerhalb der Reihenschaltung nur p-Typ Solarzellen 40a, 40b, 60a, 60b vorgesehen. Bei den Solarzellen 40a und 40b handelt es sich um Solarzellen, die mit denjenigen aus 1 baugleich sind.
Die Solarzellen 60a, 60b sind insoweit diesen Solarzellen 40a, 40b ähnlich, als sie ebenfalls p-dotierte Volumina 66, Frontseitenkontaktierungen 62 und Rückseitenkontakte 69 aufweisen. Allerdings besitzen sie anstelle eines frontseitigen Emitters 44 einen rückseitigen Emitter 68, welcher auch hier durch eine n⁺-Region 68 gebildet ist. Überdies sind die Solarzellen 60a, 60b mit eine elektrischen Frontseitenfeldern versehen, welche durch die frontseitigen p⁺-Regionen 64 realisiert sind, bei Bedarf jedoch wiederum entfallen können.
Bei diesem erfindungsgemäßen Solarzellenmodul ermöglicht der fortlaufende Wechsel von frontseitigem 44 und rückseitigem 68 Emitter bei gleichem Typ der verwendeten Solarzellen die bereits aus der 2 bekannte und in deren Zusammenhang erläuterte Kontaktierung mit frontseitigen 100a, 100b und rückseitigen 102a, 102b Leiterbahnen. Auf aufwändige elektrische Verbinder von der Solarzellenfrontseite zur Rückseite der nachfolgenden Solarzelle kann auch hier vollständig verzichtet werden, sodass eine vollautomatisierte Fertigung von Solarzellenmodulen möglich ist.
Die frontseitigen 100a, 100b und rückseitigen 102a, 102b Leiterbahnen können dabei auf dieselben Weisen realisiert werden wie diejenigen aus 2.
Es ist offensichtlich, dass anstelle der in der 3 dargestellten p-Typ Solarzellen auch einheitlich n-Typ Solarzellen innerhalb einer Reihenschaltung verwendet werden können, welche alternierend mit front- bzw. rückseitigen Emittern versehen sind.
4 zeigt eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls. Hierin sind wiederum Solarzellen alternierenden Typs mit einheitlich frontseitigem Emitter miteinander in Reihe geschaltet, was bereits im Zusammenhang mit 2 im Grundsatz erläutert wurde.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 16 Solarzellen in Reihe geschaltet. In jeder Reihe sind zwei p-Typ Solarzellen mit frontseitigem Emitter und zwei n-Typ Solarzellen mit frontseitigem Emitter angeordnet. Im Fall der ersten Reihe sind dies die p-Typ Solarzellen 140a, 140b und die n-Typ Solarzellen 150a, 150b. Bei jeder dieser Solarzellen weist die Frontseitenmetallisierung feine Kontaktfinger sowie zwei verbreiterte Kontakte 142a, 142b, 152a, 152b für die Stromabführung auf. Auf diesen Stromabführungen 142a, 142b, 152a, 152b, den so genannten „busbars", sind die frontseitigen Leiterbahnen 100a, 100b angeordnet, wobei jede dieser Leiterbahnen hier zweifach vorgesehen ist, da die Solarzellen 140a, 140b, 150a, 150b zwei verbreiterte Kontakte aufweisen.
Auf den Rückseiten der Solarzellen wird die Reihenschaltung wiederum durch die rückseitigen Leiterbahnen 102a und 102b bewerkstelligt, wobei die rückseitigen Leiterbahnen 102a in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig die Kontaktierung des gesamten Solarzellenmoduls ermöglichen.
Die Anordnung der ersten Reihe wiederholt sich in den darunter folgenden Reihen mit jeweils wechselnder Laufrichtung. Die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Reihen bewerkstelligen die rückseitigen Leiterbahnen 102c, 102d und 102e. Der die rückseitige Leiterbahn 102a ergänzende Pol für die Kontaktierung des gesamten Solarzellenmoduls wird durch die rückseitige Leiterbahn 102f gebildet.
Die Solarzellen aus 4 sind entsprechend den Schnittdarstellungen der 2 und 3 zwischen einem Substrat und einer Deckschicht, insbesondere einer Deckscheibe, eingebettet. Der Übersicht halber wurde auf deren Darstellung allerdings hier verzichtet.
Bei. allen Solarzellenmodulen gemäß der Erfindung kann eine Laminierung bzw. ein Vergießen mit Gießharz oder Kuststoffen in an sich bekannter Weise erfolgen.
Die erfindungsgemäßen Solarzellenmodule sind nicht auf eine Solarzellenreihe beschränkt. Es können mehrere in Reihe geschaltete Solarzellenreihen vorgesehen sein, welche parallel geschaltet sind. Zur Realisierung einer solchen Parallelschaltung kann an der entsprechenden Stelle die Alternation des Solarzellentyps bzw. des Wechsel zwischen frontseitigem und rückseitigem Emitter unterbrochen werden. Infolge ergibt sich dort eine parallele Verschaltung ohne dass elektrische Verbinder von der Frontseitenkontaktierung einer Solarzelle zur Rückseitenkontaktierung einer anderen geführt werden muss.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Solarzellenmodulen nach der vorliegenden Erfindung. Wie schematisch dargestellt ist, werden zunächst rückseitige Leiterbahnen auf ein Substrat aufgebracht 200. Dieses Aufbringen 200 rückseitiger Leiterbahnen kann auf verschiedene Arten erfolgen: So können zu diesem Zweck beispielsweise metallhaltige Pasten oder leitfähige Klebstoffe auf das Substrat aufgebracht werden, insbesondere durch an sich bekannte Druckverfahren wie Siebdrucken, Schablonendrucken, Rollendrucken, Stempeldrucken oder Spritzendrucken. Daneben können die rückseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise in Form von leitfähigem Klebeband auf das Substrat aufgebracht werden. Darüber hinaus ist auch ein Aufbringen eines leitfähigen Lackes denkbar, beispielsweise mittels einer Spritztechnik.
Ferner können die rückseitigen Leiterbahnen in Form einer teilweise leitfähigen Folie aufgebracht werden. Eine solche Folie ist vorzugsweise an denjenigen Stellen leitfähig ausgeführt, z.B. durch aufgedruckte, eingepresste oder eingeprägte leitfähige Bereiche, an welchen die rückseitigen Leiterbahnen benötigt werden. Im Übrigen ist sie jedoch elektrisch isolierend. Nach Aufbringen der Folie ergibt sich bei eingepressten oder eingeprägten leitfähigen Bereichen bei entsprechend tiefer Einpressung oder Einprägung dieser Bereiche eine ebene Oberfläche, auf welcher die Solarzellen mit geringer Bruchgefahr angeordnet werden können.
Die Folie kann überdies als ein- oder zweiseitige Klebefolie ausgeführt sein, wodurch sich einerseits eine Fixierung der Folie auf dem Substrat, andererseits eine anfängliche Fixierung der Solarzellen auf der Folie realisieren lässt.
Weiterhin können die rückseitigen Leiterbahnen in Form einer Maske oder Platine aufgebracht werden, welche die gesamten rückseitigen Leiterbahnen des Solarzellenmoduls umfasst und vorzugsweise aus einem isolierenden Material besteht, welches an denjenigen Stellen, an welchen rückseitige Leiterbahnen erforderlich sind, mit einer leitfähigen Oberfläche versehen ist. Für die Ausbildung der rückseitigen Leiterbahnen auf der Maske bzw. Platine können dabei alle an sich bekannten Metallisierungsverfahren zum Einsatz kommen.
Nach dem Aufbringen 200 der rückseitigen Leiterbahnen werden die Solarzellen auf dem Substrat und den darauf befindlichen rückseitigen Leiterbahnen derart ausgerichtet angeordnet 202, dass die rückseitigen Leiterbahnen die für die gewünschte Reihenschaltung erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen darauf angeordneten Solarzellen bewirken.
Im weiteren werden frontseitige Leiterbahnen auf der Rückseite einer Deckscheibe aufgebracht 204. Das Aufbringen 204 der frontseitigen Leiterbahnen kann dabei auf die verschiedenste Weisen erfolgen. Insbesondere sind sämtliche Möglichkeiten denkbar, die bereits für das Aufbringen der rückseitigen Leiterbahnen auf das Substrat angeführt wurden mit Ausnahme der Platine, es sei denn, diese wäre im Bereich des empfindlichen Spektrums der Solarzellen transparent.
Wird für das Aufbringen 204 der frontseitigen Leiterbahnen eine Maske verwendet, sind bei dieser offensichtlich Ausnehmungen dergestalt vorzusehen, dass durch diese Licht auf die Solarzellen fallen kann. Eine solche Maske kann z.B. durch Ausstanzen oder Ausschneiden und anschließende teilweise Metallisierung gefertigt werden. Die teilweise Metallisierung kann alternativ vor dem Stanz- oder Schneidvorgang erfolgen. Auch der Einsatz von Spritzgussverfahren in Verbindung mit einer anschließenden stellenweisen Metallisierung ist denkbar.
Anstatt auf die Deckscheibe können die frontseitigen Leiterbahnen alternativ auf eine Deckschicht aufgebracht werden, welche im Weiteren zwischen den Solarzellen und der später aufzubringenden Deckscheibe angeordnet wird.
Die mit Leiterbahnen versehene Deckscheibe wird weiter auf die Solarzellen aufgebracht 206, wobei deren Rückseite den Frontseiten der Solarzellen zugewandt wird. Dabei wird die Deckscheibe derart ausgerichtet auf den Solarzellen positioniert, dass die frontseitigen Leiterbahnen in Verbindung mit den rückseitigen Leiterbahnen die für die Reihenschaltung erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den Solarzellen bewirken.
Im Weiteren wird der Zwischenraum zwischen dem Substrat und der Deckscheibe ausgegossen 208, um die Stabilität des Solarzellenmoduls zu verbessern und das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Dabei können prinzipiell alle für diesen Zweck an sich bekannten Materialien eingesetzt werden, insbesondere Gießharze.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches sich von demjenigen der 5 dadurch unterscheidet, dass die frontseitigen Leiterbahnen nicht auf der Rückseite der Deckscheibe aufgebracht werden, sondern direkt auf den Solarzellen 210, und nachfolgend die Deckscheibe auf die Solarzellen und die frontseitigen Leiterbahnen aufgebracht wird 212.
Das Aufbringen der frontseitigen Leiterbahnen kann dabei in der Weise erfolgen, dass leitfähige Bänder oder Streifen auf den mit frontseitigen Leiterbahnen zu verbindenden Solarzellen entsprechend der Geometrie der Frontseitenkontaktierung abgelegt und verlötet werden, insbesondere durch Laserlöten. Das Ablegen der leitfähigen Bänder und die Verlötung erfolgt dabei bevorzugt automatisiert.
Daneben kann eine den Anforderungen der Frontseitenkontaktierung stellenweise leitfähig ausgeführte Folie, wie sie bereits im Zusammenhang dem Aufbringen der rückseitigen Leiterbahnen auf das Substrat diskutiert wurde, in analoger Weise für das Aufbringen 210 der frontseitigen Leiterbahnen auf die Solarzellen eingesetzt werden.
Falls dies für einen ausreichend gut leitenden Kontakt zwischen front- bzw. rückseitiger Leiterbahn und dem zugehörigen Solarzellenkontakt erforderlich ist, können diese bei Verwendung lötbarer Materialien in den Ausführungsbeispielen der 5 und 6 verlötet werden.
Die Verfahren gemäß den Darstellungen in den 5 und 6 werden manuell oder zumindest teilweise automatisiert durchgeführt, bevorzugt jedoch vollautomatisiert.
Betreffend die Ausstattung der in erfindungsgemäßen Solarzellenmodulen wie auch in den erfindungsgemäßen Verfahren zu deren Herstellung verwendeten Solarzellen bestehen keine Einschränkungen. Die Solarzellen können in jeder an sich bekannten Weise ausgestattet sein, beispielsweise Antireflexionsbeschichtungen oder passivierte Emitter aufweisen.

10: Substrat
12: Deckscheibe
20a: Solarzelle
20b: Solarzelle
22: Frontseitenkontaktierung
24: n⁺-Region
26: p-dotiertes Volumen
28: p⁺-Region
30: Rückseitenkontakt
40a: Solarzelle
40b: Solarzelle
42: Frontseitenkontaktierung
44: n⁺-Region/frontseitiger Emitter
46: p-dotiertes Volumen
48: p⁺-Region
49: Rückseitenkontakt
50a: Solarzelle
50b: Solarzelle
52: Frontseitenkontaktierung
54: p⁺-Region/frontseitiger Emitter
56: n-dotiertes Volumen
58: n⁺-Region
59: Rückseitenkontakt
60a: Solarzelle
60b: Solarzelle
62: Frontseitenkontaktierung
64: p⁺-Region
66: p-dotiertes Volumen
68: n⁺-Region/rückseitiger Emitter
69: Rückseitenkontakt
100a: frontseitige Leiterbahn
100b: frontseitige Leiterbahn
102a: rückseitige Leiterbahn
102b: rückseitige Leiterbahn
102c: rückseitige Leiterbahn
102d: rückseitige Leiterbahn
102e: rückseitige Leiterbahn
102f: rückseitige Leiterbahn
140a: p-Typ Solarzelle mit frontseitigem Emitter
140b: p-Typ Solarzelle mit frontseitigem Emitter
142a: Stromabführung (busbar)
142b: Strombabführung (busbar)
150a: n-Typ Solarzelle mit frontseitigem Emitter
150b: n-Typ Solarzelle mit frontseitigem Emitter
152a: Stromabführung (busbar)
152b: Stromabführung (busbar)
200: Aufbringen rückseitiger Leiterbahnen auf Substrat
202: Anordnen Solarzellen auf Substrat
204: Aufbringen frontseitiger Leiterbahnen auf Rückseite Deckscheibe
206: Aufbringen Deckscheibe auf Solarzellen
208: Ausgießen des Solarzellenmoduls
210: Aufbringen frontseitiger Leiterbahnen auf Solarzellen
212: Aufbringen Deckscheibe auf Solarzellen und frontseitige Leiterbahnen

Claims

Solarzellenmodul mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Solarzellen, von welchen wenigstens eine einseitig lichtempfindlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Reihenschaltung dieser Solarzellen alternierend p-Typ und n-Typ Solarzellen miteinander verschalten sind und die Solarzellen beider Typen einen frontseitigen Emitter aufweisen oder die Solarzellen beider Typen einen rückseitigen Emitter aufweisen.
Solarzellenmodul mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Solarzellen, von welchen wenigstens eine einseitig lichtempfindlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Reihenschaltung dieser Solarzellen alternierend Solarzellen mit frontseitigem Emitter und Solarzellen mit rückseitigem Emitter miteinander verschalten sind und die alternierend miteinander verschaltenen Solarzellen vom gleichen Typ sind.
Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine einseitig lichtempfindliche Solarzelle eine p-Typ Solarzelle ist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der einseitig lichtempfindlichen p-Typ Solarzelle in Reihe geschaltete Solarzelle eine beidseitig lichtempfindliche n-Typ Solarzelle ist.
Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine einseitig lichtempfindliche Solarzelle einen metallischen Rückkontakt aufweist, dessen Flächenanteil an der Rückseite der Solarzelle mehr als 7% oder mehr als 10%, vorzugsweise mehr als 20% oder mehr als 30% beträgt oder der in besonders bevorzugter Weise als ganzflächiger Rückkontakt ausgeführt ist
Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Reihenschaltung auf einem Substrat rückseitige Leiterbahnen vorgesehen sind, welche die Rückseiten eines Teils der in Reihe geschalteten Solarzellen elektrisch leitend miteinander verbinden.
Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf den in Reihe geschalteten Solarzellen eine transparente Deckschicht, vorzugsweise eine Deckscheibe, vorgesehen ist und zwischen dieser Deckschicht und den Frontseiten der Solarzellen zur Ausbildung der Reihenschaltung frontseitige Leiterbahnen angeordnet sind, welche die Frontseiten eines Teils der in Reihe geschalteten Solarzellen elektrisch leitend miteinander verbinden.
Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die frontseitigen und/oder die rückseitigen Leiterbahnen durch metallische Bänder, leitfähige Klebebänder, pastöse leitfähige Klebstoffe, leitfähige Pasten und/oder wenigstens stellenweise leitfähige Folien gebildet sind.
Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Solarzellen mit frontseitigem Emitter ein Rückseitenfeld und/oder wenigstens ein Teil der Solarzellen mit rückseitigem Emitter ein Frontseitenfeld aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend die folgenden Schritte: – Aufbringen rückseitiger Leiterbahnen auf einem Substrat; – Anordnen von Solarzellen auf dem mit Leiterbahnen verse henen Substrat; – Aufbringen frontseitiger Leiterbahnen auf der Rückseite einer Deckschicht oder den Frontseiten eines Teils der Solarzellen; – Aufbringen der Deckschicht auf die Solarzellen, wobei die Rückseite der Deckschicht den Frontseiten der Solarzellen zugewandt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise mit Rückseitenkontakten der Solarzellen durch Löten verbunden werden, vorzugsweise mittels Laserlötung, und/oder die frontseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise mit Frontseitenkontakten der Solarzellen durch Löten verbunden werden, vorzugsweise mittels Laserlötung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Drucken einer metallhaltigen Paste oder eines leitfähigen Klebstoffes, insbesondere durch Siebdrucken, Schablonendrucken, Rollendrucken, Stempeldrucken oder Spritzendrucken dieser Materialien, auf das Substrat aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen eines leitfähigen Klebebandes auf das Substrat ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen einer zumindest stellenweise leitfähigen Folie auf das Substrat ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen eines leitfähigen Lackes auf das Substrat ausgebildet werden, was vorzugsweise mittels einer Spritztechnik erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen einer teilweise leitfähigen Maske auf das Substrat ausgebildet werden, wobei die Maske vorzugsweise aus einem isolierenden Material ausgestanzt oder ausgeschnitten oder mittels Spritzgusstechnik in eine entsprechende Form gebracht wird und durch stellenweises Aufbringen einer leitfähigen Schicht teilweise leitfähig ge macht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Drucken einer metallhaltigen Paste oder eines leitfähigen Klebstoffes, insbesondere durch Siebdrucken, Schablonendrucken, Rollendrucken, Stempeldrucken oder Spritzendrucken dieser Materialien, auf die Deckschicht aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen eines leitfähigen Klebebandes auf die Deckschicht ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen einer zumindest stellenweise leitfähigen Folie auf die Deckschicht ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen eines leitfähigen Lackes auf die Deckschicht ausgebildet werden, was vorzugsweise mittels einer Spritztechnik erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen einer teilweise leitfähigen Maske auf das Substrat ausgebildet werden, wobei die Maske vorzugsweise aus einem isolierenden Material ausgestanzt oder ausgeschnitten oder mittels Spritzgusstechnik in eine entsprechende Form gebracht wird und durch stellenweises Aufbringen einer leitfähigen Schicht teilweise leitfähig gemacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise mit Rückseitenkontakten der Solarzellen verlötet werden und/oder die frontseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise mit Frontseitenkontakten der Solarzellen verlötet werden, vorzugsweise mittels Laserlötung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul wenigstens bis zum Schritt des Aufbringens der Deckschicht auf die Solarzellen automatisiert hergestellt wird, vorzugsweise in einer kontinuierlich arbeitenden Anlage.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul vollständig automatisiert hergestellt wird, vorzugsweise in einer kontinuierlich arbeitenden Anlage.