DE102008020749A1 - Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle - Google Patents

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Abstract

Das Verfahren dient zur Herstellung einer Solarzelle. Auf ein metallisches Trägerband wird eine Solarzellen-Schicht aufgebracht und zur Kontaktierung wird eine Kontaktstruktur auf der Solarzellen-Schicht erzeugt. Das beschichtete Trägerband wird in einzelne Solarzellenbereiche zerschnitten. Im Bereich der Solarzellen-Schicht erfolgt vor dem Zerschneiden eine Ritzung in mindestens einer Richtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, bei dem auf ein metallisches Trägerband eine Solarzellen-Schicht als Dünnschicht aufgebracht wird und bei dem zur Kontaktierung eine Kontaktstruktur auf der Solarzellen-Schicht erzeugt und das beschichtete Trägerband in einzelne Solarzellenbereiche zerschnitten wird.
  • Die Herstellung von Solarzellen erfolgt typischerweise derart, daß in einem kontinuierlichen Vorgang das als Träger verwendete metallische Band mit einer Halbleiterschicht versehen wird und anschließend eine Kontaktierung und Abtrennung der einzelnen Solarzellen durchgeführt wird. Bei der entsprechenden Fertigung derartiger Solarzellen mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten zeigt es sich, daß die Halbleiterbeschichtung in einem Randbereich des Trägerbandes häufig eine geringere Qualität als bei einem Mindestab stand zum entsprechenden Rand aufweist und daß bei einer Zertrennung des beschichteten Bandes in einzelne Solarzellen durch den Trennvorgang ebenfalls Beschädigungen der Halbleiterbeschichtung entlang der Trennkante nicht immer auszuschließen sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß im gesamten Bereich der kontaktierten Solarzelle eine gute Qualität der Halbleiterbeschichtung gewährleistet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich der Beschichtung vor dem Zerschneiden eine Ritzung in mindestens einer Richtung erfolgt.
  • Die Ritzung ermöglicht es, die gesichert qualitativ hochwertigen Beschichtungsbereiche von Bereichen potentieller oder tatsächlicher schlechterer Qualität abzutrennen. Die Ritzung erfolgt hierbei so tief, daß zumindest der wesentliche Teil der Beschichtungsdicke durchtrennt wird. Vorzugsweise erfolgt die Ritzung derart tief, daß die Beschichtung vollständig bis in den Bereich des Trägerbandes unterbrochen wird.
  • Eine Zertrennung des Trägerbandes in einzelne Solarzellen wird dadurch unterstützt, daß mindestens zwei nebeneinander und relativ zueinander beabstandete Ritzlinien erzeugt werden.
  • Zur Abtrennung von Randbereichen ist vorgesehen, daß mindestens eine Längsritzung erzeugt wird, die sich in einer Längsrichtung des Trägerbandes erstreckt.
  • Die Zertrennung des Trägerbandes in einzelne Solarzellen wird insbesondere dadurch unterstützt, daß mindestens eine Querritzung erzeugt wird, die sich quer zu einer Längsrichtung des Trägerbandes erstreckt.
  • Eine Ausdehnung von durch den Trennvorgang erzeugter Schäden in Nutzbereiche wird dadurch verhindert, daß zwei relativ zueinander beabstandete Querritzungen jeweils neben einer vorgesehenen Trennlinie zwischen zwei benachbarten Solarzellen erzeugt werden.
  • Die Herstellung gleichmäßig qualitativ hochwertiger Solarzellen wird dadurch unterstützt, daß eine Längsritzung mit einem Abstand zu einem Rand des Trägerbandes erzeugt wird.
  • Eine zweckmäßige Durchführung des Ritzvorganges erfolgt dadurch, daß die Ritzung unter Verwendung mindestens eines Ritzwerkzeuges erzeugt wird. Als Ritzwerkzeug kann beispielsweise eine Ritznadel, ein Laser, ein Messer oder ein Meißel verwendet werden. Anwendbar sind auch Verfahren wie Sandstrahlen, Schleifen oder Fräsen.
  • Ein mechanisch einfacher Aufbau wird dadurch unterstützt, daß die Längsritzung unter Verwendung einer ortsfest angeordneten Nadel erzeugt wird, unter der sich das Trägerband hindurch bewegt.
  • Ebenfalls ist es möglich, daß die Querritzung unter Verwendung einer Nadel erzeugt wird, die sich quer zur Längsrichtung des Trägerbandes bewegt.
  • Eine Ableitung der erzeugten Ladungen wird dadurch unterstützt, daß mindestens ein Kontaktdraht auf die CIS-Schicht aufgeklebt wird.
  • Ebenfalls wird die elektrische Funktion dadurch unterstützt, daß mindestens zwei Kontaktdrähte von einem Sammelband miteinander verbunden werden.
  • Fehlkontaktierungen durch den Trennvorgang können dadurch vermieden werden, daß entlang der Trennlinie eine Lochung erzeugt wird.
  • Ein einfacher Fertigungsablauf wird dadurch unterstützt, daß die Lochung gestanzt wird.
  • Ungewollte Kontaktierungen werden dadurch vermieden, daß entlang der Trennlinie ein Isolierband angeordnet wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Kontaktdraht derart aufgeklebt wird, daß der Kontaktdraht im Bereich der Trennlinie exakt über der Lochung verläuft.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
  • 1 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines beschichteten Trägerbandes mit Quer- und Längsritzung sowie bereits erfolgter Kontaktierung,
  • 2 einen Längsschnitt gemäß Schnittlinie II-II in 1 und
  • 3 einen Längsschnitt gemäß Schnittlinie III-III in 1.
  • Gemäß der Ausführungsform in 1 ist auf einem metallischen Trägerband (1), insbesondere einem Band aus Edelstahl, eine Solarzellen-Schicht (2) aufgebracht. Insbesondere ist daran gedacht, die Solarzellen-Schicht (2) als eine Dünnschicht zu realisieren. Besonders bevorzugt ist eine Ausbildung als CIS-Schicht. Eine Kontaktierung der Solarzellen-Schicht erfolgt unter Verwendung von Kontaktdrähten (3), die sich in einer Längsrichtung (4) des Trägerbandes (1) erstrecken und unter Verwendung von Sammelbändern (5), die im wesentlichen quer zur Längsrichtung (4) verlaufen und die einzelnen Kontaktdrähte (3) miteinander verbinden. Die Kontaktdrähte (3) weisen relativ zueinander einen Drahtabstand (6) auf und die Sammelbänder (5) sind relativ zueinander mit einem Bandabstand (7) angeordnet. Die Kontaktdrähte (3) und die Sammelbänder (5) dienen zu einer Ableitung der von der Solarzellen-Schicht (2) freigesetzten Ladungen.
  • Entlang von Rändern (8, 9) des Trägerbandes (1) erfolgt mit einem Randabstand (10 <- ist in der Zeichnung nicht vorhanden) eine Längsritzung (11).
  • Zur Auftrennung des beschichteten Trägerbandes (1) in einzelne Solarzellen (12) erfolgt entlang einer vorgesehenen Trennlinie (13) eine Lochung (14). Die Lochung (14) kann beispielsweise durch einen Stanzvorgang erzeugt werden.
  • Beidseitig neben der Lochung (14) erfolgt quer zur Längsrichtung (4) eine Querritzung (15). Im Bereich der Lochung (14) erstreckt sich quer zur Längsrichtung (4) eine Isolierschicht (16), die vorzugsweise als Isolierband aufgeklebt ist.
  • Die Längsritzungen (11) und die Querritzungen (15) können beispielsweise unter Verwendung einer Nadel generiert werden, die die zugeordnete Halbleiterschicht unterbricht, in dem das beschichtete Trägerband (1) von der Nadel unter leichtem Druck beaufschlagt wird. Die Längsritzung (11) wird vorzugsweise derart generiert, daß das beschichtete Trägerband (1) unter der Nadel hindurch transportiert wird. Bei der Querritzung werden die verwendeten Ritznadeln vorzugsweise in einer Querrichtung über das beschichtete Trägerband (1) gefahren. Im Rahmen einer Qualitätskontrolle ist es möglich, die durch die Ritzung abgetrennten Bereiche elektrisch zu vermessen.
  • Die Durchführung der Lochung (14) vor einem Zerschneiden des beschichteten Trägerbandes (1) in einzelne Solarzellen (12) verringert die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen der Kontaktstruktur und dem Trägerband (1). Durch die Lochung wird verhindert, daß die Kontaktdrähte das Material des Trägerbandes (1) berühren oder in die Solarzellen-Schicht (2) gedrückt werden. Des Weiteren werden Kurzschlüsse durch die Isolierbänder (16) vermieden.
  • Die Isolierbänder (17) dienen zur Befestigung der Sammelbänder (5) sowie zur Isolation der Kanten der Solarzellen (12) gegenüber dem überstehenden Sammelband (5).
  • Die Kontaktdrähte (3) werden beispielsweise auf die Solarzellen-Schicht (2) aufgeklebt. Die Verklebung kann unter Verwendung eines Walzenauftrages, mit einer Dosierung oder durch eine Drucktechnik erfolgen. Vorzugsweise werden die Kontaktdrähte (3) einseitig mit einem Leitkleber benetzt und anschließend auf die Solarzellen-Schicht (2) gelegt. Umgekehrt ist es auch möglich, den Leitkleber auf die Solarzellen-Schicht (2) aufzubringen und anschließend Kon taktdrähte (3) aufzulegen. Eine Aushärtung des verwendeten Klebers erfolgt vorzugsweise in einem Ofen, durch den das beschichtete und kontaktierte Trägerband (1) hindurchläuft.
  • Innerhalb des Ofens weist das Trägerband (1) vorzugsweise eine gekrümmte Transportbahn auf. Durch die Krümmung wird ein gleichmäßiger Andruck der Kontaktdrähte (3) auf die Solarzellen-Schicht (2) gewährleistet und es werden unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten ausgeglichen.
  • Das Sammelband (5) kann wahlweise mit oder ohne Überstand auf das vorzugsweise beidseitig klebende Isolierband (17) nach den Kontaktdrähten aufgelegt werden. Alternativ ist es auch möglich, zunächst die Sammelbänder (5) auf die Solarzellen-Schicht (2) aufzubringen und anschließend die Kontaktdrähte (3) auf die Sammelbänder (5) und die Solarzellen-Schicht (2) aufzulegen. Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante ist auch daran gedacht, zunächst die Sammelbänder (5) mit den Kontaktdrähten (3) zu verbinden und anschließend diese gitterartige Anordnung gemeinsam auf die Solarzellen-Schicht (2) aufzubringen.
  • Nach einem Zerschneiden des beschichteten und kontaktierten Trägerbandes (1) in die einzelnen Solarzellen (12) werden die Solarzellen (12) in Magazinboxen gestapelt. Vorzugsweise weisen die Magazinboxen magnetische Trennwände auf. Die Solarzellen (12) werden planparallel zu den magnetischen Trennwänden angeordnet und durch die Magnetkräfte, die auf das Trägerband (1) einwirken, gehalten. Es ist grundsätzlich möglich, verschiedengroße Solarzellen (12) in einem einheitlichen Magazinsystem zu lagern und zu transportieren.
  • Die vorstehend beschriebenen einzelnen Fertigungsprozesse können ganz oder teilweise kontinuierlich oder ganz oder teilweise mit taktenden Transportvorgängen durchgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt das Abwickeln und das Aufkleben der Kontaktdrähte (3) kontinuierlich. Das Stanzen und das Aufkleben der Isolierbänder (16 + 17) sowie der Sammelbänder (5) erfolgt genau wie das Schneiden und das Stapeln der Solarzellen (12) vorzugsweise in einem getakteten Betrieb.
  • 2 zeigt in einer Längsschnittdarstellung und in einem vergrößerten Maßstab die Anordnung der einzelnen Schichten. Insbesondere ist zu erkennen, daß zwei Querritzungen (15) in einem Abstand relativ zueinander und im wesentlichen äquidistant zur Lochung (14) angeordnet sind. Eventuelle durch die Lochung (14) hervorgerufene Schäden in der Solarzellen-Schicht (2) können sich hierdurch nur bis zur Querritzung (15) fortsetzen und sich nicht in die Nutzbereiche der Solarzellen-Schicht (2) ausdehnen. zwischen den Kontaktdrähten (3) und der Solarzellen-Schicht (2) ist im Bereich der Lochung (14) die Isolierschicht (16) positioniert.
  • 3 veranschaulicht die Anordnung des Sammelbandes (5) auf den Kontaktdrähten (3), die durch das Sammelband (5) miteinander verbunden werden. Zwischen den Kontaktdrähten (3) und der Solarzellen-Schicht (2) ist eine Isolierschicht (17) angeordnet, die beispielsweise als Isolierband realisiert sein kann. Alternativ zur Verwendung von Isolierschichten (16, 17) aus Isolierbändern, beispielsweise Bändern aus Kunststoff, können auch andere Isolationsmaterialien zum Einsatz kommen, beispielsweise Lacke oder Klebermassen. Isolierbänder können einseitig oder beidseitig klebend ausgebildet sein.
  • Alternativ zu der in 1 veranschaulichten Anordnung der Sammelbänder (5) mit einem größeren Abstand zu den Lochungen (14) ist auch daran gedacht, die Sammelbänder unmittelbar neben den Lochungen (14) und somit am Ende der hergestellten einzelnen Solarzellen (12) zu positionieren. Hierdurch werden entstehende Abschattungen minimiert.
  • Alternativ zur vorstehend erläuterten Reihenfolge der Produktionsschritte derart, daß zunächst die Kontaktdrähte (3) auf die Solarzellen-Schicht (2) aufgebracht und anschließend über die Sammelbänder (5) verbunden werden, ist es auch möglich, zunächst die Sammelbänder (5) auf der Solarzellen-Schicht (2) anzuordnen und anschließend die Kontaktdrähte (3) aufzubringen. Eine Verbindung zwischen den Kontaktdrähten (3) und den Sammelbändern (5) kann beispielsweise durch verlöten erfolgen, insbesondere ist aber daran gedacht, die Bänder (3, 5) lediglich aufeinander zu legen und unter Verwendung der Isolierschicht (17) zu fixieren.
  • Gemäß einem typischen Produktionsablauf erfolgt zunächst ein Ritzen und nach einer anschließenden Qualitätssicherung ein Stanzen. Es werden dann die Isolierschichten (16, 17) aufgebracht und die Kontaktdrähte (3) aufgelegt. Beim Durchlauf durch den Ofen erfolgt eine Aushärtung des Klebers, danach werden die Sammelbänder (5) aufgebracht und die Solarzellen (12) geschnitten und gestapelt.
  • Gemäß einer anderen Produktionsvariante erfolgt nach dem Ritzen, der Qualitätssicherung, dem Stanzen und dem Aufbringen der Isolierschichten (16, 17) zunächst eine Aufbringung der Sammelbänder (5) und anschließend der Kontaktdrähte (3) und dann erfolgt der Durchlauf durch den Ofen, das Schneiden und das abschließende Stapeln.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, bei dem auf ein metallisches Trägerband eine Solarzellen-Schicht als Dünnschicht aufgebracht wird und bei dem zur Kontaktierung eine Kontaktstruktur auf der Solarzellen-Schicht erzeugt und das beschichtete Trägerband in einzelne Solarzellenbereiche zerschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Solarzellen-Schicht (2) vor dem Zerschneiden eine Ritzung in mindestens einer Richtung erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei nebeneinander und relativ zueinander beabstandete Ritzlinien erzeugt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Längsritzung (11) erzeugt wird, die sich in einer Längsrichtung (4) des Trägerbandes (1) erstreckt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Querritzung (15) erzeugt wird, die sich quer zu einer Längsrichtung (4) des Trägerbandes (1) erstreckt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei relativ zueinander beabstandete Querritzungen (15) jeweils neben einer vorgesehenen Trennlinie (13) zwischen zwei benachbarten Solarzellen (12) erzeugt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Längsritzung (11) mit einem Abstand zu einem Rand (8, 9) des Trägerbandes (1) erzeugt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzung unter Verwendung mindestens eines Ritzwerkzeuges erzeugt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsritzung (11) unter Verwendung einer ortsfest angeordneten Nadel erzeugt wird, unter der sich das Trägerband (1) hindurch bewegt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querritzung (15) un ter Verwendung einer Nadel erzeugt wird, die sich quer zur Längsrichtung (4) des Trägerbandes (1) bewegt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Trennlinie (13) eine Lochung (14) erzeugt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochung (14) gestanzt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Trennlinie (13) ein Isolierband (16) angeordnet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kontaktdraht (3) auf die Solarzellen-Schicht (2) aufgeklebt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktdraht (3) derart aufgeklebt wird, daß der Kontaktdraht (3) im Bereich der Trennlinie (13) exakt über der Lochung (14) verläuft.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Kontaktdrähte (3) von einem Sammelband (5) miteinander verbunden werden.
  16. Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Durchführen mindestens eines der Verfahrensschritte gemäß den Ansprüchen 1 bis 15 vorgesehen ist.
  17. Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, daß diese nach mindestens einem der Verfahrensschritte in den Ansprüchen 1 bis 16 hergestellt ist.
  18. Ofen zur thermischen Beaufschlagung von kontaktierten Rohlingen von Solarzellen zur Aushärtung von verwendeten Klebern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führung für ein Trägerband (1) der Solarzellen-Schicht (2) als gekrümmte Transportbahn derart ausgebildet ist, daß die Krümmung einen gleichmäßigen Andruck der Kontaktdrähte (3) auf die Solarzellen-Schicht (2) unterstützt.
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