-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anbringen
von Solarzellen auf einem Verbindungsträger. Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Solarzellenmodul, das mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt ist.
-
Einzelne
Solarzellen werden in Gruppen elektrisch miteinander verschaltet
und in Modulen montiert, die für die Außeninstallation
geeignet sind. Zur elektrischen Kontaktierung werden bei herkömmlichen
Solarzellenmodulen verzinnte Kupfer-Bänder auf die Ober-
und/oder die Unterseite der Zellen gelötet. Das Lot zur
Ausbildung der Lötzone wird durch das verzinnte Band bereitgestellt.
Es handelt sich dabei um einen Reflowprozess, bei dem das Zinn aufgeschmolzen
wird. Die erforderliche Wärme wird mittels Infrarot-Strahlern
oder Heißluftdüsen eingebracht. Aufgrund der Unebenheit
der Band- und Zellenoberfläche, der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
und der relativ dünnen Zinnschicht ist es erforderlich,
Zelle und Band während des Aufschmelzvorgangs miteinander
in Kontakt zu halten. Die Kontaktierung erfolgt entlang des Bandes über
mehrere voneinander beabstandete Andrucknadeln. Es werden möglichst
dünne Andrucknadeln verwendet, um die Wärmezufuhr
durch Strahlung oder Heißluftstrom nicht zu behindern.
Die Andrucknadeln bringen punktförmig eine mechanische
Haltekraft auf das Band auf.
-
Problematisch
ist hierbei die punktuelle Krafteinleitung der Andrucknadeln, die
in Verbindung mit der Wärmeeinbringung beim Löten
zu Mikrorissen im Silizium führen kann. Eine derartige
Vorschädigung ist unmittelbar nach dem Löten nicht
feststellbar. Die Mikrorisse weiten sich später im Betrieb durch
die thermische Belastung aus und können zu einem Ausfall
der Solarzelle führen. Die derartig gelöteten
Solarzellen besitzen somit ein hohes Ausfallrisiko, das unmittelbar
nach der Herstellung nicht überprüft werden kann.
Der Trend zu dünner werdenden Wafern erhöht das
Risiko einer Vorschädigung der Zellen.
-
Solarzellen
sind sehr empfindliche Halbleiterscheiben, die üblicherweise
aus Silizium ausgebildet sind. In der
DE 10 2006 035 626 A1 wird
ein Lötverfahren mittels Ultraschall-Löten zum
Verbinden von Solarzellen vorgeschlagen. Dieses Verfahren kann ohne
Flussmittel ausgeführt werden, da Flussmittelrückstände
Solarzellen beschädigen können und diese Gefahr
der Beschädigung von Solarzellen mittels des Ultraschall-Lötverfahrens
vermieden wird. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und für eine
Massenproduktion für Solarzellen nicht effizient.
-
In
der
WO 2007/096752
A2 ist ein Verfahren zum elektrischen Verbinden von photovoltaischen Solarzellen
beschrieben, bei welchem sogenannte Rückseitenkontakt-Solarzellen
verwendet werden, die auf der Rückseite sowohl die Anschlusspunkte
für positive Polung als auch für negative Polung
aufweisen. Die Solarzellen werden auf einer Leitfolie angeordnet
und mit dieser mittels Wellenlöten verlötet. Die Leitfolie
weist Leiterbahnen auf, die aus einer Kupferschicht oder Kupferlegierung
ausgebildet sind. Im Bereich der Lötstellen sind die Leiterbahnen
sowohl an der Unter- als auch an der Oberseite der Leitfolie freigelegt.
An den Lötstellen ist jeweils ein Durchgangsloch in der
Leiterbahn ausgebildet, durch das das Lötmittel von der
Unterseite der Leitfolie zum elektrischen und mechanischen Verbinden
der Solarzellen mit der Leitfolie eingebracht wird. Die Vorteile dieses
Verfahrens gegenüber herkömmlichen Verfahren zum
elektrischen Verbinden von Solarzellen sind:
- 1.
Das Verfahren ist sehr einfach automatisierbar, so dass kostengünstig
eine Vielzahl Solarzellen elektrisch miteinander verbunden werden
können.
- 2. Da die Vorderseite der Solarzellen frei von Leiterbahnen
ist, wird die Effizienz der Solarzellen nicht beeinträchtigt.
-
Trotz
dieser erheblichen Vorteile gegenüber herkömmlichen
Verfahren zum Verbinden von Solarzellen mit Leitern ist dieses Verfahren
zum Anbringen von Solarzellen an einer Leitfolie mittels Wellenlöten in
der Praxis schwer umzusetzen, da es folgenden Problemen unterliegt:
- 1. Der mit Flussmittel benetzte Bereich ist
schwer zu kontrollieren. Flussmittel ist korossiv und überschüssiges
Flussmittel, das in Kontakt mit der Solarzelle gelangt, kann diese
Angreifen und zerstören. Das Flussmittel wird üblicherweise
mittels Düsen aufgespritzt. Da an den Lötstellen Öffnungen
ausgebildet sind, kann es sein, dass der Tropfen Flussmittel durch
die entsprechende Öffnung hindurchgespritzt wird und ein
Stück entfernt von der Lötstelle auf die Folie
herabfällt. Hierdurch ist die Lötstelle nicht
mit Flussmittel benetzt und eine andere Stelle der Folie wird mit
Flussmittel benetzt, an der das Flussmittel der Solarzelle lediglich
Schaden zuführen kann.
- 2. Die Leiterbahnen in der Leitfolie sind oberseitig oder unterseitig
jeweils von einer nicht leitenden Kunststoffschicht bzw. Kunststofffolie
abgedeckt und lediglich im Bereich der Lötstellen freigelegt. Diese
Leitfolie soll in einem großen Stück verarbeitet
und von einer Rolle abgezogen werden. Die Positionierung der freigelegten
Lötstelle unterliegt Toleranzen, die über eine
große Länge der Folie sich zu derart großen
Abweichungen summieren können, dass die Lötstellen
nicht mehr an einer zum Löten geeigneten Position angeordnet
sind. Dieses Problem könnte man vermeiden, indem man die
Bereiche, in welchen die Leiterbahnen freigelegt sind, vergrößert.
Jedoch führt das Vergrößern der freigelegten
Bereiche zu anderen Nachteilen. Dies gilt insbesondere für
die Unterseite der Leitfolie, an der eine erhebliche Menge an Lot
haften bleiben kann, was die Weiterverarbeitung erschwert. Die nicht
elektrisch leitende Kunststoffbeschichtung bzw. Kunststofffolie
ist lotabweisend, so dass hierdurch die beim Löten ausgebildete
Lötstelle begrenzt wird. Deshalb möchte man zumindest
an der Unterseite der Lötfolie möglichst wenig
Fläche der Leiterbahn freilegen.
- 3. Im Bereich der Fügestellen bilden sich Lötstellen
aus, deren Stärke oftmals mehr als einen Millimeter beträgt.
Die mit diesem Verfahren hergestellten Solarzellenmodule sollen
automatisch verarbeitet werden, das heißt, dass sie mittels Walzen
und/oder Rollen befördert werden. Das Vorhandensein derart
dicker Lötstellen würde beim Transport der Solarzellenmodule
zu erheblichen mechanischen Belastungen führen, die die Lötzellen
mechanisch beschädigen können. Wird einer Lötzelle
ein Haarriss zugefügt, so kann es sein, dass dieser in
unmittelbar nach der Herstellung des Solarzellenmoduls ausgeführten
Funktionstests nicht feststellbar ist, jedoch im späteren Betrieb
zu einem Ausfall der Solarzelle und damit des Solarzellenmoduls
führt. Die zur Zeit verwendeten Solarzellen weisen eine
Dicke von 240 μm auf. Es werden bereits Prototypen von
Solarzellen mit einer Dicke von lediglich 160 μm getestet.
Derart dünne Solarzellen sind noch wesentlich empfindlicher
gegenüber mechanischen Belastungen. Beim Lötvorgang
dürfen daher keine zu dicken Lötstellen entstehen,
da diese die Solarzellen mechanisch beschädigen können.
- 4. Solarzellen werden in Solarmodulen an ihrer Unterseite mit
einer Schutzfolie (EVA-Folie) versehen. Ist die nach unten vorstehende
Lötstelle zu dick, dann durchstößt sie
die Schutzfolie, was zu erheblichen Nachteilen führt.
-
Die
oben beschriebenen Solarzellen weisen eine aktive Schicht auf, die
sich über fast die gesamte Fläche der Solarzelle
erstreckt.
-
Weiterhin
sind Konzentratorsolarzellen (z. B.
WO 2005/073485 A1 ) bekannt.
Bei diesem Zellentyp wird Halbleiterfläche eingespart,
indem das Sonnenlicht auf einen kleinen Bereich konzentriert wird.
Dies erreicht man gewöhnlich durch Linsen, die im Vergleich
zu Halbleitern in der Herstellung günstig sind. Konzentratorsolarzellen
sind oftmals mit mehreren aktiven Schichten ausgebildet, die Licht
unterschiedlicher Frequenzen absorbieren. Konzentratorsolarzellen
müssen jedoch dem Sonnenstand nachgeführt werden,
damit ihre Optik die Sonnenstrahlung auf die Zellen bündeln
kann.
-
Nachfolgend
werden einige Begriffe definiert:
Eine Fügestelle
ist eine Stelle zwischen zwei Bauteilen, z. B. zwischen einem Verbindungsträger
und einer Sorlarzelle, an welcher eine mechanische und/oder elekrische
Verbindung auszubilden ist oder bereits ausgebildet ist.
-
Eine
Lötstelle ist eine an einer Fügestelle ausgebildete
Lötverbindung, wobei sich zwischen den beiden Bauteilen
erstarrtes Lot befindet.
-
Ein
Verbindungsträger ist ein flächenförmiges
Element, an dem Leiterbahnen ausgebildet sind, die mit weiteren
Bauteilen elektrisch und/oder mechanisch kontaktierbar sind. Ein
Verbindungsträger kann aus einer ein- oder mehrlagigen
Folie oder auch aus einer starren ein- oder mehrlagigen Platte ausgebildet
sein.
-
Es
sind unterschiedlichste Arten von Lötverfahren bekannt,
wie z. B. Wellelöten, Reflow-Löten, Flammlöten,
Badlöten, Tauchlöten, Ofenlöten, elektrisches
Widerstandslöten, Induktionslöten, etc. Das Lot
wird hierbei in fester, flüssiger oder in Form einer Paste
der Fügestelle(n) zugeführt. Lot für
unterschiedlichste Anwendungen und in unterschiedlichsten Zusammensetzungen
ist am Markt erhältlich. So bietet z. B. die Firma Cobar
Soler Products, USA, diverse Lotpasten an, die im Siebdruck oder
mittels eines Dispensers aufgetragen werden können.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Anbringen von Solarzellen auf einem Verbindungsträger
zu schaffen, mit welchen die Solarzellen in einer Großserienproduktion
sicher und zuverlässig auf dem Verbindungsträger
angebracht und mit diesem mechanisch und elektrisch verbunden werden,
wobei gleichzeitig Lötstellen erhalten werden, die eine
lange Lebensdauer besitzen.
-
Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen
angegeben.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Solarzellen
auf einem Verbindungsträger angebracht, wobei die Solarzellen
mit dem Verbindungsträger verbunden werden, und der Verbindungsträger mit
Leiterbahnen versehen ist, die Kontaktstellen aufweisen, an welchen
Lötstellen zum Kontaktieren korrespondierender Kontaktstellen
der Solarzelle auszubilden sind. Bei diesem Verfahren wird ein Verbindungsträger
verwendet, der an seinen Kontaktstellen mit Lot versehen ist. Die
Solarzellen werden auf dem Verbindungsträger angeordnet.
Das Lot wird dann lokal erwärmt, um es aufzuschmelzen und
eine Lötstelle zwischen dem Verbindungsträger
und den Solarzellen auszubilden.
-
Durch
das lokale Erwärmen der Kontaktstellen kann ausreichend
Wärme in das Lot eingebracht werden, ohne dass die Solarzellen
und der Verbindungsträger zu stark thermisch belastet werden.
-
Durch
das Anordnen des Lotes auf dem Verbindungsträger im Bereich
seiner Kontaktstellen kann die Menge des Lotes beliebig dosiert
werden, so dass einerseits ausreichend Lot vorhanden ist, um eine
dauerhafte Lötstelle zu realisieren, andererseits auch
nicht zu viel Lot aufgetragen wird, wodurch die automatische Handhabung
der derart hergestellten Solarzellenmodule beeinträchtigt
wird. Insbesondere ist es möglich, alle Lötstellen
mit einer gleichmäßigen Dicke auszubilden, so
dass eine Vielzahl Lötstellen hergestellt werden kann,
die den Qualitätsanforderungen genügen.
-
Da
die Solarzellen auf einem Verbindungsträger angeordnet
werden, können sie durch die darauf ausgebildeten Leiterbahnen
an sich beliebig verschaltet werden. Dies gilt insbesondere, wenn
ein mehrlagiger Verbindungsträger verwendet wird, der mit
Leiterbahnen zwischen unterschiedlichen Lagen versehen ist.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird als Lot eine Lotpaste verwendet. Eine solche Lotpaste kann
mittels eines Dispensers oder mittels Siebdruck auf den Verbindungsträger
aufgetragen werden. Die Verwendung einer Lotpaste erlaubt die Herstellung
von Lötstellen hoher Qualität. Die Verwendung
einer Lotpaste ist jedoch auch vorteilhaft, da sie ähnlich
einem Klebstoff als elastisches Haftmittel zwischen dem Verbindungsträger
und den Solarzellen wirkt, bevor das Lot zur Lötstelle
erstarrt. Die Solarzellen werden hierdurch auf dem Verbindungsträger
spannungsfrei von dem noch nicht erstarrten Lot gehalten. Somit
ist es nicht notwendig, Elemente zum Andrücken der Solarzellen
an den Verbindungsträger vorzusehen, welche zu mechanischen
Beschädigungen, insbesondere zur Haarrissen an den Solarzellen
führen können. Durch die Verwendung von Lotpaste
wird somit der Ausschuss an fehlerhaften Solarzellenmodulen erheblich
reduziert.
-
Mit
diesem Verfahren können Solarzellenmodule mit Solarzellen
mit einer Stärke von nur 160 μm sicher und zuverlässig
hergestellt werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Serienproduktion
von Solarzellenmodulen, deren Solarzellen eine Vielzahl von Kontaktstellen
aufweisen, wie zum Beispiel Multikontaktzellen oder auch die Verschaltung
einer Vielzahl kleiner Solarzellen, insbesondere Konzentratorzellen,
wobei aufgrund der hohen Automatisierbarkeit des Verfahrens eine wirtschaftliche
Herstellung der Solarzellenmodule möglich ist.
-
Die
Verbindungsträger können als ein- oder mehrlagige
flexible Folien ausgebildet sein, die beispielsweise als Rollenmaterial
dem Produktionsprozess zugeliefert werden und von der Rolle abgezogen
werden. Es ist jedoch auch möglich, starre, flächenförmige
Verbindungsträger zu verwenden.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der
Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch
in:
-
1a–1d Verarbeitungsschritte
zum Anbringen von Solarzellen auf einem Verbindungsträger,
-
2 einen
Schnitt durch einen Bereich eines Solarzellenmoduls mit einem starren
Verbindungsträger,
-
3 einen
Schnitt durch einen Bereich eines Solarzellenmoduls mit einer Multikontaktzelle,
-
4 einen
Schnitt durch einen Bereich eines Solarzellenmoduls mit Konzentratorsolarzellen, und
-
5 eine
Vorrichtung zum Anbringen von Solarzellen auf einem Verbindungsträger.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Solarzellen 1 auf
einem Verbindungsträger 2 angebracht. Das Verfahren
wird nachfolgend beispielhaft anhand der in den 1a–1d dargestellten Arbeitsschritte
erläutert.
-
Der
Verbindungsträger 2 weist mehrere Kontaktstellen 3 auf.
Bei dem in 1a gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Kontaktstellen 3 als Durchkontaktierungen ausgebildet,
wobei eine solche Durchkontaktierung aus einer Bohrung besteht,
die an ihrer Innenfläche und an den Seitenflächen
des Verbindungsträgers 2 im an die jeweilige Bohrung
angrenzenden Bereich mit einer leitenden Metallschicht 4 versehen
ist. Diese Metallschichten 4 der einzelnen Kontaktstellen 3 sind
jeweils mit einer Leiterbahn (nicht dargestellt) verbunden, die
auf einer Oberfläche des Verbindungsträges 2 oder
in einer Zwischenschicht im Verbindungsträger 2 ausgebildet
ist.
-
Auf
die auf der Oberseite des Verbindungsträges 2 befindlichen
Metallschichten 4 der Kontaktstellen 3 wird Lot 5 in
Form von Lotpaste aufgetragen. Die Lotpaste weist üblicherweise
ein Gemisch aus Lotkugeln mit pastösem Bindemittel und
Flussmittel auf.
-
In 1a ist
auf der linken Seite das Auftragen von Lotpaste 5 mittels
eines Dispensers 6 dargestellt. Auf der rechten Seite ist
in 1A das Auftragen von Lotpaste 5 mittels
des Siebdruckverfahrens dargestellt, wobei die Lotpaste 5 mittels
einer Rakel 7 über ein Drucksieb 8 gezogen
wird und hierdurch in am Drucksieb 8 ausgebildeten Aussparungen 9 gedrückt
wird, die im Bereich der Metallschichten 4 angeordnet sind.
-
Sowohl
beim Auftragen mittels eines Dispensers als auch mittels des Siebdruckverfahrens
kann Lot in vorbestimmter definierter Menge auf den Kontaktstellen 3 des
Verbindungsträgers 2 aufgetragen werden.
-
Auf
den mit Lotpaste 5 versehenen Verbindungsträger 2 werden
Solarzellen 1 (1b) derart aufgelegt,
dass Kontaktstellen der Solarzellen 1 in Berührung
mit dem Lot 5 gebracht werden. Die Lotpaste ist im noch
nicht verarbeiteten Zustand ein zähes, klebriges Material,
das die Solarzellen 1 für die weitere Handhabung
im Herstellungsverfahren von Solarzellenmodulen sicher auf dem Verbindungsträger 2 hält.
Deshalb ist es nicht notwendig, die Solarzellen mit weiteren Handhabungseinrichtungen
auf dem Verbindungsträger 2 zu halten.
-
Die
Kontaktstellen des Verbindungsträgers und der Solarzellen 1 und
das dazwischen angeordnete Lot 5 bilden Fügestellen 10.
Die Fügestellen 10 werden mittels einer Heizeinrichtung 11 über
den Schmelzpunkt des Lotes 5 erhitzt, so dass das Lot 5 schmilzt.
Das Erhitzen der Fügestellen 10 erfolgt lokal,
d. h., dass lediglich der Bereich der Fügestellen 10 erhitzt
wird. Hierdurch werden die übrigen Bereiche der Solarzelle
als auch des Verbindungsträgers 2 nicht der zum
Löten nötigen Temperatur ausgesetzt, so dass die
thermische Gesamtbelastung gering gehalten werden kann. In 1c sind
als Heizeinrichtung schematisch Heißluftgebläse
gezeigt, die heiße Luft gezielt auf die Fügestellen 10 blasen.
-
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Wärme
auf der vom Verbindungsträger 2 abgewandten Seite
der Solarzellen 1 eingebracht. Die Solarzellen 1 bestehen
in der Regel aus kristallinem Halbleitermaterial, das Wärme
sehr gut leitet. Hierdurch wird die Wärme schnell auf das
Lot 5 übertragen.
-
Es
ist jedoch auch möglich, die Wärme auf der von
den Solarzellen 1 abgewandten Seite der Verbindungsträger 2 (in 1c von
unten) einzubringen. Selbstverständlich ist es auch möglich,
von beiden Seiten Wärme einzubringen.
-
Die
einzelnen Fügestellen 10 werden nur kurzzeitig
erhitzt. Beim Abkühlen der Fügestellen 10 erstarrt
das Lot 5 und Lötstellen 12 bilden sich
aus.
-
Ein
weiterer Vorteil der Verwendung von Lotpaste liegt darin, dass das
Flussmittel nur im Bereich von Lotmaterial vorhanden ist und somit
kein überflüssiges Flussmittel aufgebracht wird,
das die Solarzelle angreifen könnte.
-
Bei
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zum Einbringers der Wärme eine Schablone (nicht dargestellt)
vorgesehen, die lediglich im Bereich der Fügestellen 10 Öffnungen
aufweist, so dass die zugeführte Wärme auf die
Fügestellen begrenzt wird. Diese Lötmaske wird
vorzugsweise auf der Unterseite des Verbindungsträgers 2 angeordnet
und die Wärme von unten auf die Fügestellen 10 eingebracht.
Hierdurch ist der Verbindungsträger 2 von der
Wärme abgeschirmt, was es erlaubt, einen Verbindungsträger
aus nicht-temperaturbeständigen, preiswerten Material zu
verwenden.
-
Grundsätzlich
kann der Verbindungsträger aus allen Materialien ausgebildet
sein, die erlauben, Leiterbahnen hierauf oder hierin auszubilden.
Typische Materialien sind FR2 (Phenolharz/Papier), FF4 (Polyesterharz/Glasfasergewebe)
oder starre, halb-flexible oder flexible Werkstoffe, wie zum Beispiel
Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylentherephthalat (PEPT), Mylar®, TEDLAR®,
Polyimid (PI). Der Verbindungsträger kann auch eine Glasplatte sein,
auf welcher Leiterbahnen ausgebildet sind. Der Verbindungsträger
kann aus einer flexiblen Folie ausgebildet sein oder eine starre
Platte sein. Die Verwendung einer starren Platte hat den Vorteil,
dass der Verbindungsträger die Funktion des Substrates des
Solarzellenmoduls übernehmen kann und keine zusätzliche
Platte notwendig ist.
-
Bei
dem in dem 1a–1d gezeigten Ausführungsbeispiel
wird ein Verbindungsträger mit Durchkontaktierung verwendet.
Es ist jedoch auch möglich, einen Verbindungsträger
zu verwenden, bei dem die Kontaktstellen als auf der Oberfläche
ausgebildete Pad-Flächen ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform
ist es zweckmäßig, dass das Erhitzen der Fügestellen
durch Einbringen der Wärme durch die Solarzellen hindurch
ausgeführt wird, da der Verbindungsträger in der
Regel schlecht thermisch leitend ist.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Dicke
der Lötstellen frei eingestellt werden. Für eine
lange Lebensdauer der Lötstellen ist es notwendig, dass
sie eine gewisse Mindestdicke aufweisen. Lötstellen altern
mit einem jeden Temperaturzyklus, da die intermetallischen Phasen,
die sich an den Grenzflächen zu den Bauteilen, die mit
der Lötstelle verbunden sind, vergrößern.
Zwischen den intermetallischen Phasen befindet sich eine freie Zwischenschicht
aus reinem Lot. Diese Zwischenschicht nimmt mit der Zeit ab. Gelangen
die beiden intermetallischen Phasen in Kontakt miteinander, so wird
die Lötstelle spröde und kann leicht brechen.
-
Andererseits
möchte man, insbesondere wenn der Verbindungsträger
eine biegsame Folie ist, die Lötstelle nicht zu dick ausbilden,
damit die mit dem Verbindungsträger 2 verbundenen
Solarzellen 1 automatisch weiter verarbeitet werden können
und insbesondere mittels Walzen und Rollen befördert werden
können. Dicke Lötstellen würden zu erheblichen
mechanischen Belastungen bei der weiteren Verarbeitung führen,
die die Solarzellen beschädigen können. Die gewünschte
Dicke der Lötstellen hängt vom verwendeten Lot,
von der Festigkeit der Solarzelle und der Festigkeit des Verbindungsträgers
und des Verarbeitungsprozesses ab. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren kann die Dicke der Lötstelle an die unterschiedlichen
Anforderungen beliebig angepasst werden.
-
5 zeigt
eine Vorrichtung zum Anbringen von Solarzellen an einem Verbindungsträger.
Der bei dieser Vorrichtung verwendete Verbindungsträger 2 ist
eine Folie, die von einer Rolle 13 abgezogen und entlang
eines Förderwegs 14 befördert wird, an
dem die Folie 2 von Rollen 15 geführt
wird. Benachbart zur Rolle 13 ist eine Lotauftragsstation 16 angeordnet. Diese
Lotauftragsstation 16 weist zwei Dispenserdüsen 17 auf,
die entlang von Schienen 18 in einer Ebene parallel zur
Folie 2 frei verfahrbar sind. Die Dispenserdüsen 17 sind
jeweils mittels einer Leitung 19 mit einem Vorratsbehälter 20 für
Lotpaste verbunden. Die Dispenserdüsen 17 sind
elektrisch ansteuerbar ausgebildet und mit einer Steuereinrichtung
verbunden, so dass die Abgabe von Lotpaste bezüglich der Menge,
des Zeitpunktes als auch des Ortes angesteuert werden kann.
-
Auf
die Lotauftragsstation 16 folgt in Förderrichtung 21 eine
Bestückungsstation 22 (pick and place station 22),
die einen Roboterarm 23 aufweist, auf dem eine Platte 24 mit
Saugnäpfen 25 angeordnet ist. Mittels der Saugnäpfe 25 werden
Solarzellen 1 von einem entsprechenden Vorratsbehälter
(nicht dargestellt) aufgenommen und mittels des Roboterarms 23 auf
die Folie 2 angeordnet und dort von den Saugnäpfen 25 gelöst.
Die Solarzellen werden derart auf der Folie 2 platziert,
dass Kontaktstellen der Solarzellen 1 jeweils auf einem
Lotpastetropfen 26 angeordnet sind.
-
Der
Bestückungsstation 22 folgt in Förderrichtung 21 eine
Lötstation 27. Die Lötstation 27 dient zum
lokalen Erwärmen der Fügestellen. Die Lötstation 27 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jeweils unterhalb
und oberhalb des Förderwegs 14 einen Laser 28 auf.
Die Laser 28 sind derart ausgerichtet, dass sie den Lichtstrahl 42 auf
die Folie 2 bzw. Solarzellen 1 abstrahlen können.
Die Laser 28 sind entlang von Schienen 29 in einer
Ebene parallel zur Folie 2 frei verfahrbar, so dass jeder
beliebige Punkt auf der Folie 2 bzw. auf den Solarzellen 1 erwärmt
werden kann. Die Laser sind mit der Steuereinrichtung verbunden.
Die Steuereinrichtung steuert das Abstrahlen des Lichtstrahls bezüglich
der Zeitdauer, des Zeitpunktes und des Ortes.
-
Auf
die Lötstation 27 folgt in Förderrichtung 21 eine
Schneidstation 30, die ein automatisch betätigbares
Schneidmesser 31 zum Abtrennen von Solarzellenmodulen von
der Folie 2 aufweist. Die Schneidstation 30 weist
eine Handhabungseinrichtung 32 zum Aufnehmen und Ablegen
der Solarzellenmodule auf. Die Handhabungseinrichtung 32 umfasst
wiederum einen Roboterarm 33 mit einer Platte 34 mit
Saugnäpfen 35, mit welchem jeweils ein Modul aufgenommen
und sicher abgelegt werden kann.
-
Mit
dieser Vorrichtung können Solarzellen in einem vollautomatischen
Betrieb auf dem Verbindungsträger 2 aufgebracht
und verlötet werden. Bei dieser Vorrichtung werden Laser
zum Erzeugen der Wärme zum Löten der Fügestellen
verwendet. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich
auch möglich, andere Wärmequellen, wie zum Beispiel Heißluftgebläse
oder Heizstempel verwendet werden, wobei jedoch berührungslos
arbeitende Heizeinrichtungen grundsätzlich bevorzugt werden.
Ein Heißluftgebläse mit Strömungsleitmitteln,
die die Heißluft simultan den einzelnen Fügestellen 10 zuführen
ist besonders vorteilhaft, da es das simultane Löten einer
Vielzahl von Fügestellen erlaubt. Die Lotauftragstation 16 und
die Lötstation 27 weisen Schienen 18, 29 auf,
entlang welchen die Dispenserdüsen 17 bzw. die
Laser 28 verfahren werden können. Diese Anordnung
mit Schienen kann selbstverständlich durch einen Roboterarm
oder einer anderen Bewegungseinrichtung ersetzt werden, die zum
präzisen, gesteuerten Bewegen der Dispenserdüsen
bzw. der Laser geeignet ist.
-
Die
derart erzeugten Solarzellenmodule weisen üblicherweise
72 Solarzellen auf, die mittels der im Verbindungsträger 2 ausgebildeten
Leiterbahnen in Reihe und/oder paral lel verschaltet sind. Jedes
Solarzellenmodul weist zwei Anschlüsse für den
negativen und positiven Pol auf.
-
Die
Verwendung des Verbindungsträgers 2 erlaubt grundsätzlich
beliebige Verschaltungen der Solarzellen. 2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel im Querschnitt, bei dem der Verbindungsträger 2 aus
einer starren Platte 36 ausgebildet ist, auf dessen Oberseite
sich Leiterbahnen 37 befinden, die – mit Ausnahme
der Kontaktstellen 3 – von einer Isolierschicht 38 abgedeckt
sind. Die im Bereich der Kontaktstellen 3 freiliegenden
Leiterbahnen 37 bilden Pad-Felder, welche mittels jeweils
einer Lötverbindung mit Kontaktstellen einer der Solarzellen 1 verbunden
sind.
-
3 zeigt
einen Ausschnitt eines Solarzellenmoduls mit Multikontakt-Solarzellen 39.
Multikontakt-Solarzellen 39 sind Solarzellen, die auf der Rückseite
eine Vielzahl von Kontaktstellen aufweisen. Derartige Solarzellen
sind bereits entwickelt worden. Sie besitzen Vorteile gegenüber
herkömmlichen Rückseitenkontakt-Solarzellen, da
die Führung der Leiterbahnen innerhalb der Solarzellen
vereinfacht ist. Jedoch war es bisher nicht möglich, derartige
Multikontakt-Solarzellen wirtschaftlich sinnvoll in Solarzellenmodulen
anzuordnen und elektrisch korrekt zu verbinden. Das Ausführungsbeispiel
nach 3 weist hierzu einen mehrlagige Verbindungsträger 2 auf,
der in unterschiedlichen Ebenen mit Leiterbahnen 37 versehen
ist. Hierdurch können sich Leiterbahnen kreuzen, ohne elektrisch
miteinander verbunden zu sein. Dies erlaubt eine an sich beliebige und
komplexe Verschaltung. Zudem können in solchen Solarzellenmodule
einfach weitere elektronische Bauteile, wie zum Beispiel Temperatursensoren,
Steuerungssensoren oder elektronische Steuerbauteile integriert
und verschaltet werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren ist auch zum Herstellen
von Solarzellenmodulen mit Konzentrator-Solarzellen 40 geeignet
(4). Die Konzentrator-Solarzellen 40 sind
wesentlich kleiner als Solarzellen mit einer flächigen
aktiven Zone, da das Licht mittels Linsen 41 auf einen
kleinen Bereich der Konzentrator-Solarzellen 40 gebündelt
wird. Deshalb umfasst ein Solarzellenmodul mit Konzentrator-Solarzellen 40 wesentlich
mehr Solarzellen als Solarzellenmodule mit Solarzellen, deren aktive
Zone flächig ausgebildet ist. Bei dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel sind die Leiterbahnen 43,
die mit dem positiven Pol der Solarzellen verbunden sind, in einer anderen
Ebene angeordnet als die Leiterbahnen, die mit dem negativen Pol
der Konzentrator-Solarzellen 40 verbunden sind. Diese unterschiedlichen
Ebenen werden mittels eines mehrlagigen Verbindungsträgers 2 erreicht.
Dies erlaubt eine einfache Verschaltung von einer Vielzahl von Konzentrator-Solarzellen 40 auf
einem gemeinsamen Verbindungsträger 2. Die auf
den Konzentrator-Solarzellen 40 angeordneten Linsen 41 sind
in einer Kunststofffolie als Fresnel-Linsen ausgebildet.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren ist oben anhand eines
Verfahrens beschrieben, bei welchem als Lot Lotpaste verwendet wird.
Die Verwendung von Lotpaste ist vorteilhaft, da die Lotpaste während des
Herstellungsprozesses die Solarzellen sicher und spannungsfrei auf
dem Verbindungsträger fixiert, die Lotpaste präzise
dosiert werden kann, das Flussmittel bereits in die Lotpaste integriert
ist und hierdurch örtlich und in der Menge exakt dosiert
ist. Weiterhin lässt sich der Typ der Lotpaste (bleifrei,
bleihaltig, etc.) schnell wechseln, wodurch schnell auf unterschiedliche
Anforderungen reagiert werden kann.
-
Als
Alternative zur Verwendung von Lotpaste ist es auch möglich,
einen Verbindungsträger mit vorbeloteten Kontaktstellen
zu verwenden. Die Kontaktstellen weisen hierbei Lotbumbs aus starrem
Lot auf. Hierbei ist jedoch von Nachteil, dass die Solarzellen nach
dem Anordnen auf dem Verbindungsträger fixiert werden müssen,
bis der Lötvorgang abgeschlossen ist.
-
Eine
weitere Alternative besteht darin, leitfähigen Klebstoff
anstelle von Lotpaste zu verwenden. Leitfähiger Klebstoff
lässt sich auch mittels eines Dispensers oder eines Siebdruckverfahrens
auftragen. Das Aushärten des leitfähigen Klebstoffes
erfolgt in der Regel auch unter Wärmeeinfluss. Anstelle
von Wärme kann jedoch auch UV-Licht oder eine andere Bestrahlung
zum Härten des Klebstoffes eingesetzt werden. Im Rahmen
der vorliegenden Beschreibung wird leitfähiger Klebstoff
auch als Lot betrachtet.
-
- 1
- Solarzelle
- 2
- Verbindungsträger
- 3
- Kontaktstelle
- 4
- Metallschicht
- 5
- Lot
- 6
- Dispenser
- 7
- Rakel
- 8
- Drucksieb
- 9
- Aussparung
- 10
- Fügestelle
- 11
- Heizeinrichtung
- 12
- Lötstelle
- 13
- Rolle
- 14
- Förderweg
- 15
- Rolle
- 16
- Lotauftragstation
- 17
- Dispenserdüse
- 18
- Schiene
- 19
- Leitung
- 20
- Vorratsbehälter
- 21
- Förderrichtung
- 22
- Bestückungsstation
- 23
- Roboterarm
- 24
- Platte
- 25
- Saugnapf
- 26
- Lotpastetropfen
- 27
- Lötstation
- 28
- Laser
- 29
- Schiene
- 30
- Schneidstation
- 31
- Schneidmesser
- 32
- Handhabungseinrichtung
- 33
- Roboterarm
- 34
- Platte
- 35
- Saugnapf
- 36
- Stahlplatte
- 37
- Leiterbahn
- 38
- Isolierschicht
- 39
- Multikontakt-Solarzelle
- 40
- Konzentrator-Solarzelle
- 41
- Linse
- 42
- Lichtstrahl
- 43
- Leiterbahn
- 44
- Leiterbahn
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006035626
A1 [0004]
- - WO 2007/096752 A2 [0005]
- - WO 2005/073485 A1 [0008]