DE102008043833B4

DE102008043833B4 - Solarzellensystem, Solarmodul und Verfahren zur elektrischen Verschaltung rückseitenkontaktierter Solarzellen

Info

Publication number: DE102008043833B4
Application number: DE102008043833.2A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Scherff
Original assignee: Maximilian Scherff
Current assignee: SCHERFF, MAXIMILIAN, DE
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2028-11-19
Also published as: DE102008043833A1; WO2010057674A2; WO2010057674A3

Abstract

Solarzellensystem umfassend: – eine erste rückseitenkontaktierte Solarzelle (1) mit einer Rückseite (10), auf der Elektrodenfinger (11) angeordnet sind, die als Basis-Elektrodenfinger (110) und als Emitter-Elektrodenfinger (111) ausgebildet sind, – eine zweite rückseitenkontaktierte Solarzelle (2) mit einer Rückseite (20), auf der Elektrodenfinger (21) angeordnet sind, die als Basis-Elektrodenfinger (210) und als Emitter-Elektrodenfinger (211) ausgebildet sind und – Zellverbinder (5), die eine Mehrzahl Elektrodenfinger (11) der ersten Solarzelle (1) mit einer Mehrzahl Elektrodenfinger (21) der zweiten Solarzelle (2) verschalten, wobei auf mindestens einer der Solarzellen (1, 2) jeder verschaltete Elektrodenfinger (11, 21) mit jeweils einem der Zellverbinder (5) in elektrischem Kontakt steht, wobei der Zellverbinder (5) entlang des zugehörigen Elektrodenfingers (11, 21) orientiert ist mit diesem eine Kontaktfläche (51) zur elektrischen Kontaktierung zwischen Elektrodenfinger (11, 21) und Zellverbinder (5) bildet, sich die Kontaktflächen (51) zwischen den Zellverbinderabschnitten (50) und den zugehörigen Elektrodenfingern (11, 21) jeweils entlang des gesamten Zellverbinderabschnittes (50) erstrecken und sich auf mindestens einer der Solarzellen (1, 2) jeder Zellverbinderabschnitt (50) entlang der gesamten Länge des zugehörigen kontaktierten Elektrodenfingers (11, 21) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarzellensystem, ein Solarmodul und ein Verfahren zur elektrischen Verschaltung rückseitenkontaktierter Solarzellen.
Die Verschaltung einzelner Solarzellen zu Solarzellensystemen und weiter zu Solarmodulen bietet einen wichtigen Ansatzpunkt für Effizienzsteigerung und Kostensenkung. Dies gilt insbesondere bei der Verschaltung von Solarzellen, welche mittels Segmentierung aus runden Halbleiterwafern hervorgehen, zu rechteckigen oder quadratischen Solarzellensystemen. Durch das Segmentieren und neu zusammenfügen soll zum einen eine effizientere Flächennutzung im Modul erreicht werden, zum anderen ein möglichst großer Anteil des Halbleiterwafers genutzt werden.
Eine derartige Verschaltung von Solarzellen, welche durch Segmentierung aus runden Halbleiterwafern hervorgegangen sind, wird beispielsweise in US 2007/0 074 756 A1 offenbart. Bei dem bekannten Verschaltungsverfahren wird ein hexagonaler oder pseudohexagonaler Solarzellenwafer zunächst geviertelt, um vier trapezförmige Solarzellen zu erhalten. Diese Solarzellen werden anschließend paarweise oder in Gruppen miteinander verschaltet und bilden so ein Solarzellensystem mit rechteckigen Außenkonturen. Die Solarzellen weisen auf ihren Vorder- und Rückseiten jeweils parallel verlaufende Elektrodenfinger auf, welche mittels quer hierzu verlaufenden Busbars miteinander verbunden sind. Bei der Verschaltung werden die Solarzellen so aneinander gelegt, dass mittels Auflegen und Verlöten von Kupferstreifen, die dem Licht zugewandten Busbars eines rechteckigen Solarzellensystems mit den lichtabgewandten Busbars eines weiteren rechteckigen Solarzellensystems elektrisch miteinander verbunden werden können oder bei abwechselnder Verwendung von Solarzellen mit unterschiedlicher Polarität des pn-Übergangs, ohne die Solarzellenseite zu wechseln. Diese Verfahren funktioniert lediglich bei beidseitig kontaktierten Solarzellen.
Das in US 2007/0 074 756 A1 beschriebene Verschaltungsverfahren hat zudem den Nachteil, dass die geometrische Anordnung der Kupferstreifen das Vorsehen von Busbars notwendig macht. Die durch die Busbars bedeckten Solarzellenflächen stehen dann für die Nutzung zur Lichtumwandlung nicht mehr zur Verfügung. Zudem müssen die Elektrodenfinger relativ große Abmessungen aufweisen, um die in den Solarzellen erzeugten Ströme zu den Busbars leiten zu können.
WO 2008/080 160 A1 beschäftigt sich mit unterschiedlichen Verschaltungstechniken für Solarzellen, mit dem Ziel Busbars oder zumindest mechanische Spannungen zu vermeiden, welche beim Verlöten von Zellverbindern entlang der Busbars entstehen. Es werden in WO 2008/080 160 A1 hierfür eine Reihe unterschiedlicher Ausführungsformen für die Verschaltung von Solarzellen vorgeschlagen.
DE 102 39 845 C1 beschreibt die Verschaltung von Solarzellen mittels paralleler Drähte, die in einer Klebstoffschicht eingebettet sind. WO 2006/123 938 A1 offenbart ein Verfahren zum Verschalten von Solarzellen an Anschlusskontakten. Schließlich beschreibt DE 10 2006 007 447 A1 ein weiteres Verfahren zum Verschalten von Solarzellen zu einem Solarzellen-String, wobei die verschalteten rückseitenkontaktierten Solarzellen keine Elektrodenfinger aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Solarzellensystem, ein Solarmodul sowie ein Verfahren zur elektrischen Verschaltung rückseitenkontaktierter Solarzellen anzugeben, bei denen Arbeits- und Kostenaufwand vermindert sind, und die zu einer Effizienzsteigerung führen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Solarzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einem Solarmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und einem Verfahren zur elektrischen Verschaltung rückseitenkontaktierter Solarzellen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kern der Erfindung ist, dass sämtliche verschaltete Elektrodenfinger zumindest einer Solarzelle mit jeweils einem zugehörigen Zellverbinder elektrisch verbunden sind, welche zumindest in einem Bereich, nämlich dem Zellverbinderabschnitt, entlang des zugehörigen Elektrodenfingers verläuft, und so auf Busbars verzichtet werden kann. Das bedeutet, eine für den Zellverbinder definierbare Langrichtung deckt sich mit einer Erstreckungsrichtung des mit ihm verbundenen Elektrodenfingers. Mit „Entlang” ist in diesem Zusammenhang somit eine Ausbreitung in Richtung der Länge oder in Richtung des Verlaufs gemeint. Hierbei können der Elektrodenfinger und somit auch der Zellverbinder durchaus einen gekrümmten Verlauf aufweisen und müssen nicht unbedingt geradlinig sein. Ferner ist zwischen dem Zellverbinder und dem zugehörigen Elektrodenfinger entlang des besagten Zellverbinderabschnittes eine Kontaktfläche ausgebildet. Die Kontaktfläche dient der elektrischen Kontaktierung und wird beispielsweise mittels Aufeinanderlegen der Oberflächen des Zellverbinders und des zugehörigen Elektrodenfingers gebildet. In diesem Zusammenhang bedeutet also die Kontaktierung eine unmittelbare Berührung an oder entlang der Kontaktfläche. Dies schließt eine Kontaktierung mittels eines Verbindungsmittels ein, beispielsweise mittels eines Klebemittels oder eines Lots. In diesem Fall ist das Verbindungsmittel als Bestandteil des Zellverbinders im Sinne der vorliegenden Erfindung anzusehen.
Die Orientierung des Zellverbinders entlang des zugehörigen Elektrodenfingers in dem Zellverbinderabschnitt hat den Vorteil, dass eine individuelle Verschaltung jedes Elektrodenfingers erfolgen kann. Zudem erfolgt durch die Kontaktierung des Elektrodenfingers in dem Zellverbinderabschnitt sowohl eine mechanische Verstärkung des Elektrodenfingers als auch eine Leitfähigkeitssteigerung durch verminderte Verluste in den Elektrodenfingern. Des Weiteren vergrößert sich die Kontaktfläche zwischen Elektrodenfinger und Zellverbinderabschnitt und es kann wenigstens auf einen Teil des Kontaktmaterials der Elektrodenfinger und Busbars verzichtet werden.
Die Vermeidung von Busbars hat den Vorteil, dass Füllfaktorverluste an Basiskontaktbussen und Stromverluste an Emitterkontaktbussen aufgrund des sogenannten ,Electrical Shading' vermieden werden. Füllfaktorverlusten entstehen dadurch, dass Majoritäten, die oberhalb des oft mehrere Millimeter breiten Basiskontaktbusses generiert werden, einen langen Weg bis zum nächsten Basiskontakt fließen müssen. Demgegenüber entstehen die Stromverluste dadurch, dass Minoritäten, die oberhalb des oft mehrere Millimeter breiten Emitterkontaktbusses generiert werden, einen langen Weg bis zum nächsten Emitterkontakt fließen müssen und auf dem Weg dorthin rekombinieren, da ihre Diffusionslänge üblicherweise kürzer als dieser Weg ist.
Die Kontaktflächen erstrecken sich zwischen den Zellverbinderabschnitten und den zugehörigen Elektrodenfingern jeweils entlang des gesamten Zellverbinderabschnittes. Hierdurch entsteht eine sichere und enge Verbindung zwischen Zellverbinder und Elektrodenfinger.
Vorteilhafterweise umfasst die Mehrzahl der Elektrodenfinger der ersten Solarzelle und/oder die Mehrzahl der Elektrodenfinger der zweiten Solarzelle alle Elektrodenfinger der jeweiligen Solarzelle. Mit anderen Worten, sämtliche Elektrodenfinger zumindest einer Solarzelle sind mit Hilfe der Zellverbinder verschaltet.
In einer bevorzugten Ausführung sind pro Solarzelle so viele Zellverbinder wie Elektrodenfinger auf einer Solarzelle oder halb so viele Zellverbinder wie Elektrodenfinger auf einer Solarzelle vorgesehen. Dies kann beispielsweise dazu dienen, die Solarzellen in einer Parallelschaltung oder in einer Serienschaltung miteinander zu verschalten.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist jeder Zellverbinder als elektrisch leitfähiger Draht ausgebildet, der mit dem jeweils zugeordneten Elektrodenfinger kontaktiert ist. Alternativ kann es sich bei den Zellverbindern auch um bandförmige Leiter handeln.
Auf mindestens einer der Solarzellen erstreckt sich jeder Zellverbinderabschnitt entlang der gesamten Länge des zugehörigen kontaktierten Elektrodenfingers. Vorzugsweise ist dies bei beiden oder allen miteinander verschalteten Solarzellen der Fall. Hierzu können die Zellverbinder in einem Rahmen harfenförmig eingespannt sein, um zur Verschaltung der Elektrodenfinger auf die nebeneinander angeordneten Solarzellen gelegt und mit den Elektrodenfingern verbunden zu werden.
Vorzugsweise sind bei mindestens einer der beiden Solarzellen auf der Rückseite die Basis-Elektrodenfinger elektrisch hochohmig voneinander isoliert und/oder die Emitter-Elektrodenfinger elektrisch hochohmig voneinander isoliert. Es ist hiermit die elektrisch hochohmige Isolierung der jeweiligen Elektrodenfinger untereinander auf der Solarzellenrückseite selbst gemeint, also vor ihrem Verschalten mittels der Zellverbinder, welche ihrerseits miteinander verbunden sein können. Mit anderen Worten, es sind in dieser Ausführungsform keine auf den Solarzellenrückseiten gebildeten Busbars vorhanden. Die Entnahme von Strömen aus den Elektrodenfingern erfolgt ausschließlich über die zugehörigen Zellverbinder. Alternativ können die Elektrodenfinger eines Typs (also die Basis-Elektrodenfinger oder die Emitter-Elektrodenfinger) über kleinere Busbars in Gruppen zusammengefasst sein, beispielsweise in Gruppen von 2 bis 5 Elektrodenfingern.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Elektrodenfinger eine im Wesentlichen konstante Breite auf. Sie sind somit nicht getapert, was immer dann notwendig ist, wenn die Stromentnahme aus den Elektrodenfingern an einem Ende des Elektronenfingers erfolgt. Vorliegend ist dies nicht notwendig, da die entlang der Elektrodenfinger Strom tragenden Querschnitte mittels der Zellverbinder vergrößert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Solarzellen als Segmente, insbesondere Viertel, einer hexagonalen oder pseudo-hexagonalen Wafersolarzelle ausgebildet. Auf diese Weise können die Segmente einer derartigen hexagonalen oder pseudo-hexagonalen Wafersolarzelle so angeordnet sein, dass sie eine möglichst effiziente Flächenausnutzung in dem Solarzellensystem oder dem fertigen Solarzellenmodul erlauben. Durch die Neuanordnung kann also die flächige Packungsdichte im Modul bei Verwendung runder Halbleiterwafer verbessert werden. Gleichzeitig steigt die Materialausnutzung der runden Wafer.
Zweckmäßigerweise sind die beiden Solarzellen derart benachbart angeordnet, dass das Solarzellensystem eine im Wesentlichen rechteckige oder quadratische Außenkontur aufweist. Dies hat den Vorteil, dass mehrere Solarzellensysteme in einem Solarzellenmodul nebeneinander angeordnet werden können, ohne dass sich hierzwischen eine signifikante Lücke ergibt. Die Außenkontur kann hierbei Unterbrechungen aufweisen.
Es ist vorteilhaft, wenn mehrere Zellverbinder mittels Brücken untereinander elektrisch kontaktiert sind. Eine derartige Brücke bildet somit eine Art Zwischen-Busbar, welche mehrere Emitter-Elektrodenfinger und/oder Basis-Elektrodenfinger miteinander verbinden kann.
Bevorzugterweise sind die Brücken in oder oberhalb eines Zwischenraumes zwischen den Solarzellen angeordnet. Alternativ können die Brücken an oder entlang von Stirnflächen eines Solarzellensystems oder zwischen zwei Solarzellensystemen in einem Solarzellenmodul angeordnet sein. Wenn die Solarzellensysteme in mehr oder minder lange Solarzellenstrings verschaltet sind, kann ein Ausgleich von Stromdifferenzen aber die zwischen den Solarzellen angeordneten Brücken erfolgen.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die elektrische Verschaltung zwischen dem ersten Solarzellensystem und dem zweiten Solarzellensystem mittels Zellverbindern realisiert, die sich derart erstrecken, dass sie sowohl die beiden Solarzellen in den Solarzellensystemen als auch die beiden Solarzellensysteme miteinander verschalten. Auf diese Weise kann ein Stromtransport über mehrere Solarzellensysteme hinweg über zusammenhängende Zellverbinder stattfinden. Ein nachträgliches Verbinden von Zellverbindern kann eingespart werden, was sowohl die Herstellung des Solarzellenmoduls vereinfacht, als auch zu einem geringeren ohmschen Widerstand und somit erhöhter Effizienz führt.
Vorzugsweise wird jeder Zellverbinder als elektrisch leitfähiger Draht bereitgestellt, der mittels eines elektrisch leitfähigen Fixiermittels mit den Elektrodenfingern verschaltet wird. Derartige Fixiermittel sind beispielsweise Lötmittel oder elektrisch leitenden Klebe- oder Haftmittel, die punktuell oder flächig zugeführt werden. Alternativ können derartige Mittel auch auf den Zellverbindern oder auf den Elektrodenfingern bereitgestellt sein, beispielsweise indem die Zellverbinder hiermit ummantelt sind.
In vorteilhaften Ausführungsformen werden zusätzlich zum Bereitstellen der ersten Solarzelle und der zweiten Solarzelle im Wesentlichen identisch aufgebaute weitere Solarzellen bereitgestellt, wobei die Positionierung aller Solarzellen in der gemeinsamen Elektrodenebene erfolgt und benachbarte Solarzellen entweder miteinander parallel oder in Serie verschaltet werden. Das Positionierung und Verschalten der Solarzellen kann mittels entsprechender Vorrichtungen automatisiert ablaufen.
Hierbei ist zu beachten, dass über einen Zellverbinder miteinander in einer Serienverschaltung verbundene Elektrodenfinger vorzugsweise gleiche Abmessungen aufweisen, insbesondere gleiche Längen. Andernfalls können aufgrund unterschiedlicher Ströme in den Elektrodenfingern Verluste auftreten, welche die Effizienz der Solarzellenanordnung mindern.
In bevorzugten Ausgestaltungen wird das Bereitstellen benachbarter Solarzellen zur Verschaltung parallel oder in Serie durch eine entsprechende Positionierung der Solarzellen quer zu einer Erstreckungsrichtung der Elektroden derart gewährleistet, dass die Zellverbinder über mehr als zwei Solarzellen hinweg im Wesentlichen geradlinig verlaufen. Dies erlaubt ein einfaches und kostengünstiges Anordnen und Verbinden der Zellverbinder, die für einen geradlinigen Verlauf in einem Rahmen gespannt sein können, um nach der Positionierung der Solarzellen über die Solarzellen gelegt zu werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt des Verschaltens benachbarter Solarzellen das Durchtrennen jedes zweiten Zellverbinders zwischen zwei benachbarten Solarzellen mit Hilfe von Trennmitteln. Durch eine alternierende Durchtrennung der Zellverbinder kann eine serielle Verschaltung der Solarzellen erfolgen. Alternativ können auch andere Verschaltungsmuster mittels Durchtrennung von Zellverbindern an geeigneten Stellen erreicht werden. Das Durchtrennen kann beispielsweise mittels eines Laserstrahls und/oder mit Hilfe mechanischer Trennmittel erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Solarzellensystems aus mehreren miteinander verschalteten Solarzellen;
2 einen Ausschnitt einer Querschnittsdarstellung eines Solarzellensystems aus zwei miteinander verschalteten Solarzellen; und
3a–3d die schrittweise Herstellung des Solarzellensystems gemäß der 1.
Die 1 zeigt ein Solarzellensystem aus miteinander verschalteten Solarzellen 1, 2, 3, 4. Die Solarzellen 1, 2, 3, 4 sind rückseitenkontaktiert und weisen jeweils Basis-Elektrodenfinger 110, 210 und Emitter-Elektrodenfinger 111, 211 auf, die auf der Solarzellenrückseite abwechselnd abgeordnet sind und einen geradlinigen Verlauf aufweisen. Die Solarzellen 1, 2, 3, 4 umfassen eine erste Solarzelle 1, auf dessen Rückseite 10 Elektrodenfinger 11 angeordnet sind, welche sich in Basis-Elektrodenfinger 110 und Emitter-Elektrodenfinger 111 aufteilen, sowie eine zweite Solarzelle 2, auf dessen Rückseite 20 dementsprechend ebenfalls Elektrodenfinger 21 angeordnet sind, welche sich in Basis-Elektrodenfinger 210 und Emitter-Elektrodenfinger 211 aufteilen.
Mittels Zellverbinder 5 sind die Basis-Elektrodenfinger 110 der ersten Solarzelle 1 mit den Basis-Elektrodenfingern 210 der zweiten Solarzelle 2 sowie die Emitter-Elektrodenfinger 111 der ersten Solarzelle 1 mit den Emitter-Elektrodenfingern 211 der zweiten Solarzelle 2 verschaltet. Auf diese Weise sind auf den Solarzellen 1, 2, 3, 4 gebildete Busbars nicht nötig und vorliegend auch nicht vorgesehen, da die Verschaltung stattdessen zwischen individuellen Elektrodenfingern 11, 21, 31, 41 erfolgt.
Die Verschaltung geschieht so, dass der Zellverbinder 5 zumindest in einem Zellverbinderabschnitt 50 entlang des zugehörigen Elektrodenfingers 11,21 orientiert wird. Hierbei brauchen die Elektrodenfinger 11, 21 und die mit ihnen verbundenen Zellverbinder 5 in den Zellverbinderabschnitten 50 nicht notwendigerweise geradlinig zu verlaufen, wie dies in der 1 gezeigt ist. Bei einem krummlinigen Verlauf eines Elektrodenfingers 11, 21 muss allerdings auch der zugehörige Zellverbinder 5 zumindest abschnittsweise entsprechend krummlinig verlaufen. In dem Zellverbinderabschnitt 50 bildet der Zellverbinder 5 ferner eine oder mehrere Kontaktflächen 51 mit dem zugehörigen Elektrodenfinger 11, 21. Dies wird in der 2 gezeigt.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt einer Querschnittsdarstellung, welche die Verschaltung zwischen der ersten Solarzelle 1 und der zweiten Solarzelle 2 verdeutlicht. Die Verschaltung erfolgt mittels eines Zellverbinders 5, welcher mit dem zugehörigen Elektrodenfinger 11 der ersten Solarzelle 1 und dem zugehörigen Elektrodenfinger 21 der zweiten Solarzelle 2 verbunden ist. Die Verbindung erfolgt in Zellverbinderabschnitten 50 mittels Kontaktflächen 51, welche eine Kontaktierung zwischen Elektrodenfinger 11, 21 und Zellverbinder 5 bilden. Die Kontaktierung kann beispielsweise mittels sich entlang des Zellverbinders 5 erstreckenden Lötverbindungen (in der 2 auf der Rückseite 10 der ersten Solarzelle 1) erfolgen, oder mittels Lötpunkten (in der 2 auf der Rückseite 10 der zweiten Solarzelle 2, nicht erfindungsgemäß), welche entlang des Zellverbinderabschnittes 50 verteilt sind. Alternativ können auch andere Kontaktierungsarten benutzt werden, beispielsweise Bonden oder Kleben mit Polymerleitkleber des Zellverbinders 5 in den zugehörigen Elektrodenfinger 11, 21 entlang des Zellverbinderabschnittes 50. Auch ist es möglich, die Zellverbinder 5 auf die Elektrodenfinger 11, 21 aufzulegen und permanent anzupressen. Dies kann beispielsweise in einer Modulbauweise Verwendung finden, bei der anstelle des Einlaminierens durch Erzeugen eines Vakuums zwischen einer Vorderseitenverglasung und einer Modulrückseite permanenter Druck auf die Elektrodenfinger ausgeübt wird, wie es aus der NICE-Technologie (NICE – „New Industrial Cell Encapsulation”) her bekannt ist.
In dem in der 1 dargestellten Fall sind vier Solarzellen 1, 2, 3, 4, welche neben der ersten und der zweiten Solarzelle 1, 2 zwei weitere rückseitenkontaktierte Solarzellen 3, 4 umfassen, nebeneinander angeordnet. Diese vier Solarzellen sind durch Vierteilung einer pseudohexagonalen Wafersolarzelle hervorgegangen und derart neu angeordnet, dass die Schnittkanten jeweils zweier Solarzellen 1, 2; 3, 4 gemeinsam eine im Wesentlichen, das heißt in diesem Fall teilweise unterbrochene, rechteckige Umrandung oder Außenkontur bilden. Die Rückseiten 10, 20 der Solarzellen 1, 2, 3, 4 sind zudem koplanar derart angeordnet, dass ihre Elektrodenfinger 11, 21, 31, 41 koplanar in einer Elektrodenebene EP liegen.
Neben der Verschaltung der Elektrodenfinger 11, 21 der ersten und der zweiten Solarzelle 1, 2 sind auch die Elektrodenfinger 31, 41 der weiteren Solarzellen 3, 4 mittels Zellverbinder 5 miteinander verschaltet. Darüber hinaus bilden vorliegend einige der Zellverbinder 5 auch Verschaltungen zwischen Elektrodenfingern 11, 21 der ersten und zweiten Solarzellen 1, 2 und den Elektrodenfingern 31, 41 der weiteren Solarzellen 3, 4, indem die miteinander verschalteten Elektrodenfinger 11, 21, 31, 41 entlang einer Erstreckungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
In dem in 1 dargestellten Fall sind die Solarzellen 1 und 2 parallel verschaltet und bilden eine rechteckige Zelleinheit. Gleiches gilt für die weiteren Solarzellen 3 und 4. Die so gebildeten Zelleinheiten 1, 2 sowie 3, 4 sind wiederum miteinander in Reihe verschaltet. Eine Serienverschaltung bei den pseudohexagonalen Solarzellen 1 und 2 wäre weniger vorteilhaft, da die jeweiligen miteinander zu verschaltenden Elektrodenfinger unterschiedlich lang wären. Derartige rechteckige oder anders ausgestaltete Zelleinheiten können auch aus mehr als zwei Solarzellen bestehen, beispielsweise aus vier, sechs, acht oder mehr Solarzellen. Für eine Parallelschaltung aller vier Solarzellen 1, 2, 3 und 4 in der 1 müssten zwischen der zweiten Solarzelle 2 und der weiteren Solarzelle 3 alle Zellverbinder durchgängig sein und gleichzeitig am unteren Zellverbinderrahmen 52 die durchgehend gezeichneten Zellverbinder aufgetrennt und die aufgetrennt gezeichneten Zellverbinder mit dem unteren Zellverbinderrahmen 52 verbunden sein.
Um eventuell auftretende Stromdifferenzen zwischen jenen der Zellverbinder 5 auszugleichen, die gleichpolige Elektrodenfinger 11, 21, 31, 41 verschalten, also beispielsweise Basis-Elektrodenfinger 110, 210, sind in dem in der 1 dargestellten Fall Brücken 60 vorgesehen, welche die entsprechenden Zellverbinder 5 untereinander elektrisch verbinden. Die in der 2 dargestellten Brücken 60 sind zwischen zwei Solarzellen 1, 2, 3, 4 angeordnet und bilden somit externe Busbars 60. Auf den Solarzellen 1, 2, 3, 4 selbst sind keine Busbars gebildet. Mit anderen Worten, die Elektrodenfinger 11, 21, 31, 41 auf jeweiligen Solarzellen 1, 2, 3, 4 sind hochohmig voneinander getrennt.
Die 3a bis 3d zeigen jeweils unterschiedliche Zwischenprodukte bei der Herstellung eines Solarzellensystems gemäß der 1. Das Herstellungsverfahren beginnt gemäß 3a mit einem Anordnen der Solarzellen 1, 2, 3, 4 koplanar und mit ihren Rückseiten 10, 20 in die gleiche Richtung zeigend. Vorzugsweise werden die einzelnen Solarzellen 1, 2, 3, 4 so nebeneinander angeordnet, dass miteinander zu verschaltende Elektrodenfinger 11, 21, 31, 41 entlang einer gemeinsamen Linie hintereinander angeordnet sind, wobei auch nicht miteinander zu verschaltende Elektrodenfinger 11, 21, 31, 41 entlang einer gemeinsamen Linie angeordnet sein können. Letzterer Fall kann in einem späteren Trennschritt berücksichtigt werden. Die vier mit Bezugsziffern versehenen Solarzelle 1, 2, 3, 4 können aus einer einzelnen pseudo-hexagonalen Wafersolarzelle mittels Vierteilung hervorgegangen sein. Allerdings können stattdessen auch die erste und die zweite Solarzelle 1, 2 und die an diesen grenzenden Solarzellen, welche in der 3a keine Bezugsziffern tragen, aus einer gemeinsamen Wafersolarzelle entstanden sein. Einige der oder alle Solarzellen 1, 2, 3, 4 können auch alternativ eine quadratische oder pseudoquadratische Form aufweisen. Sie können auch aus vierteln quadratischer oder pseudoquadratischer Wafer gebildet sein.
Nach dem Anordnen der Solarzellen 1, 2, 3, 4 findet die Verschaltung mittels der Zellverbinder 5 statt. Wie in der 3b dargestellt, werden hierzu Zellverbinder 5, die parallel zueinander angeordnet sind, auf die Anordnung der Solarzellen 1, 2, 3, 4 gelegt. Eine parallele und äquidistante Anordnung der Zellverbinder 5 untereinander wird mittels eines Zellverbinderrahmens 52 erreicht, der die Zellverbinder 5 in einer kammförmigen oder harfenförmigen Struktur hält. Der Zellverbinderrahmen 52 ist vorzugsweise elektrisch leitfähig, um im fertigen Solarzellensystem zur Sammlung des aus den Elektrodenfingern 11, 21, 31, 41 entnommenen Stromes zu dienen. Der Zellverbinderrahmen 52 kann hierfür wie in der 3b dargestellt aus mehreren Teilen bestehen, die elektrisch voneinander isoliert sind, um Kurzschlüsse zwischen Elektrodenfinger 11, 21, 31, 41 unterschiedlicher Polarität zu vermeiden.
Alternativ ist es möglich, die Zellverbinder 5 in Form von Drähten von einer geeigneten Anzahl an Drahtrollen abzuwickeln, beispielsweise gleich der Anzahl an Elektrodenfinger. Die Drähte können hierbei mittels äquidistanter Führungselemente parallel harfenförmig über den Elektrodenfingern 11, 21, 31, 41 angeordnet und mit diesen zu verbunden werden. In einem weiteren Arbeitsschritt kann anschließend der Zellverbinderrahmen 52, welcher ebenfall als Busbar wirkend gebildet sein kann, mit den Zellverbindern 5 elektrisch kontaktiert werden.
Nach dem Positionieren auf den Solarzellen 1, 2, 3, 4, werden die Zellverbinder 5 mit den Elektrodenfingern 11, 21, 31, 41 elektrisch verbunden. Dies kann beispielweise mittels Lötens oder mittels Anwendung eines leitfähigen Klebe- oder Haftmittels erfolgen. Alternativ können die Zellverbinder 5 auch auf die zugehörigen Elektrodenfinger 11, 21, 31, 41 aufgepresst werden. Wichtig ist, dass zumindest Abschnittsweise eine Kontaktierung der zu verschaltenden Elektrodenfinger 11, 21, 31, 41 mit zugehörigen Zellverbindern 5 derart erfolgt, dass Kontaktflächen 51 hierzwischen entstehen.
Die Pfeile T in der 3c veranschaulichen eine Auftrennung der Zellverbinder 5 an den jeweiligen Stellen, um elektrische Verbindungen zwischen bestimmten Elektrodenfingern 11, 21, 31, 41 untereinander oder zwischen bestimmten Elektrodenfingern 11, 21, 31, 41 und dem Zellverbinderrahmen 52 zu zerstören. Auf diese Weise können unterschiedliche Verbindungsmuster zwischen den Solarzellen 1, 2, 3, 4 erzeugt werden. Als Trennmittel T zur Durchtrennung der Zellverbinder 5 können mechanische oder andere geeignete Trennmittel T eingesetzt werden, beispielsweise auch Laserstrahlung.
Nach Durchtrennung der Zellverbinder 5 an geeigneter Stelle, sind die Solarzellen 1, 2, 3, 4 fertig verschaltet und können weiterverarbeitet werden. Die hierbei entstandene, in der 3d gezeigte Struktur entspricht der in der 1 vergrößert dargestellten Anordnung mit der Ausnahme, dass in dieser Ausführungsform keine Brücken 60 für die Verbindung zwischen den Zellverbindern 5 vorgesehen sind.
Bezugszeichenliste

1: erste rückseitenkontaktierte Solarzelle
10: Rückseite der ersten Solarzelle
11: Elektrodenfinger der ersten Solarzelle
110: Basis-Elektrodenfinger der ersten Solarzelle
111: Emitter-Elektrodenfinger der ersten Solarzelle
2: zweite rückseitenkontaktierte Solarzelle
20: Rückseite der zweiten Solarzelle
21: Elektrodenfinger der zweiten Solarzelle
210: Basis-Elektrodenfinger der ersten Solarzelle
211: Emitter-Elektrodenfinger der ersten Solarzelle
3, 4: weitere rückseitenkontaktierte Solarzellen
31, 41: Elektrodenfinger der weiteren Solarzellen1
5: Zellverbinder
50: Zellverbinderabschnitt
51: Kontaktfläche
52: Zellverbinderrahmen
60: Brücke
EP: Elektrodenebene
T: Trennmittel

Claims

Solarzellensystem umfassend: – eine erste rückseitenkontaktierte Solarzelle (1) mit einer Rückseite (10), auf der Elektrodenfinger (11) angeordnet sind, die als Basis-Elektrodenfinger (110) und als Emitter-Elektrodenfinger (111) ausgebildet sind, – eine zweite rückseitenkontaktierte Solarzelle (2) mit einer Rückseite (20), auf der Elektrodenfinger (21) angeordnet sind, die als Basis-Elektrodenfinger (210) und als Emitter-Elektrodenfinger (211) ausgebildet sind und – Zellverbinder (5), die eine Mehrzahl Elektrodenfinger (11) der ersten Solarzelle (1) mit einer Mehrzahl Elektrodenfinger (21) der zweiten Solarzelle (2) verschalten, wobei auf mindestens einer der Solarzellen (1, 2) jeder verschaltete Elektrodenfinger (11, 21) mit jeweils einem der Zellverbinder (5) in elektrischem Kontakt steht, wobei der Zellverbinder (5) entlang des zugehörigen Elektrodenfingers (11, 21) orientiert ist mit diesem eine Kontaktfläche (51) zur elektrischen Kontaktierung zwischen Elektrodenfinger (11, 21) und Zellverbinder (5) bildet, sich die Kontaktflächen (51) zwischen den Zellverbinderabschnitten (50) und den zugehörigen Elektrodenfingern (11, 21) jeweils entlang des gesamten Zellverbinderabschnittes (50) erstrecken und sich auf mindestens einer der Solarzellen (1, 2) jeder Zellverbinderabschnitt (50) entlang der gesamten Länge des zugehörigen kontaktierten Elektrodenfingers (11, 21) erstreckt.
Solarzellensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Elektrodenfinger (11) der ersten Solarzelle (1) und/oder die Mehrzahl der Elektrodenfinger (21) der zweiten Solarzelle (2) alle Elektrodenfinger (11, 21) der jeweiligen Solarzelle (1, 2) umfasst.
Solarzellensystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Solarzelle (1, 2) so viele Zellverbinder (5) wie Elektrodenfinger (11, 21) auf einer Solarzelle (1, 2) oder halb so viele Zellverbinder (5) wie Elektrodenfinger (11, 21) auf einer Solarzelle (1, 2) vorgesehen sind.
Solarzellensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zellverbinder (5) als elektrisch leitfähiger Draht ausgebildet ist, der mit dem jeweils zugeordneten Elektrodenfinger (11, 21) kontaktiert ist.
Solarzellensystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer der beiden Solarzellen (1, 2) auf der Rückseite (10, 20) die Basis-Elektrodenfinger (110, 210) elektrisch hochohmig voneinander isoliert sind und/oder die Emitter-Elektrodenfinger (111, 211) elektrisch hochohmig voneinander isoliert sind.
Solarzellensystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenfinger (11, 21) eine im Wesentlichen konstante Breite aufweisen.
Solarzellensystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Solarzellen (1, 2) als Segmente, insbesondere Viertel, einer hexagonalen oder pseudo-hexagonalen Wafersolarzelle ausgebildet sind.
Solarzellensystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Solarzellen (1, 2) oder mehrere solcher Solarzellenpaare derart benachbart angeordnet sind, dass das Solarzellensystem eine im Wesentlichen rechteckige oder quadratische Außenkontur aufweist.
Solarzellensystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zellverbinder (5) mittels Brücken (60) untereinander elektrisch kontaktiert sind.
Solarzellensystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücken (60) in oder oberhalb eines Zwischenraumes (61) zwischen den Solarzellen (1, 2) angeordnet sind.
Solarmodul umfassend ein erstes Solarzellensystem und ein mit dem ersten Solarzellensystem elektrisch verschaltetes zweites Solarzellensystem, wobei mindestens eines der beiden Solarzellensysteme mit Merkmalen gemäß eines der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Solarmodul gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verschaltung zwischen dem ersten Solarzellensystem und dem zweiten Solarzellensystem mittels Zellverbindern (5) realisiert ist, die sich derart erstrecken, dass diese sowohl die beiden Solarzellen (1, 2) beider Solarzellensysteme als auch die beiden Solarzellensysteme miteinander verschalten.
Verfahren zur elektrischen Verschaltung rückseitenkontaktierter Solarzellen mit den folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen einer ersten rückseitenkontaktierten Solarzelle (1) mit einer Rückseite (10), auf der Elektrodenfinger (11) angeordnet sind, die als Basis-Elektrodenfinger (110) und als Emitter-Elektrodenfinger (111) ausgebildet sind, – Bereitstellen einer zweiten rückseitenkontaktierten Solarzelle (2) mit einer Rückseite (20), auf der Elektrodenfinger (11, 21) angeordnet sind, die als Basis-Elektrodenfinger (110) und als Emitter-Elektrodenfinger (111) ausgebildet sind, – Positionieren der beiden Solarzellen (1, 2) relativ zueinander derart, dass die Elektrodenfinger (11, 21) beider Solarzellen (1, 2) im Wesentlichen parallel zueinander und die Rückseiten (10, 20) beider Solarzellen (1, 2) koplanar in einer gemeinsamen Elektrodenebene (EP) angeordnet sind, – Positionieren einer Mehrzahl von Zellverbindern (5) derart, dass sich in einer Aufsicht auf die Elektrodenebene (EP) jeder Zellverbinder (5) zumindest abschnittsweise entlang eines zugeordneten Elektrodenfingers (11) der ersten Solarzelle (1) und/oder zumindest abschnittswese entlang eines zugeordneten Elektrodenfingers (21) der zweiten Solarzelle (2) erstreckt und – Verschalten der Elektrodenfinger (11, 21), indem die Zellverbinder (5) in Zellverbinderabschnitten (50) mit den zugehörigen Elektrodenfingern (11, 21) kontaktiert werden, um hierzwischen Kontaktflächen (51) zu bilden, wobei die Zellverbinder (5) in den Zellverbinderabschnitten (50) auf der ersten Solarzelle (1) und/oder auf der zweiten Solarzelle (2) entlang der zugehörigen Elektrodenfinger (11, 21) erstrecken, wobei sich die Kontaktflächen (51) zwischen den Zellverbinderabschnitten (50) und den zugehörigen Elektrodenfingern (11, 21) jeweils entlang des gesamten Zellverbinderabschnittes (50) erstrecken und sich auf mindestens einer der Solarzellen (1, 2) jeder Zellverbinderabschnitt (50) entlang der gesamten Länge des zugehörigen kontaktierten Elektrodenfingers (11, 21) erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zellverbinder (5) als elektrisch leitfähiger Draht bereitgestellt wird, der mittels eines elektrisch leitfähigen Fixiermittels mit den Elektrodenfingern (11, 21) verschaltet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Bereitstellen der ersten Solarzelle (1) und der zweiten Solarzelle (2) im Wesentlichen identisch aufgebaute weitere Solarzellen (3, 4) bereitgestellt werden, wobei die Positionierung aller Solarzellen (1, 2, 3, 4) in der gemeinsamen Elektrodenebene (EP) erfolgt und benachbarte Solarzellen (1, 2, 3, 4) entweder miteinander parallel oder in Serie verschaltet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen benachbarter Solarzellen (1, 2, 3, 4) zur Verschaltung parallel oder in Serie durch eine entsprechende Positionierung der Solarzellen (1, 2, 3, 4) quer zu einer Erstreckungsrichtung der Elektroden (11, 21, 31, 41) derart gewährleistet wird, dass die Zellverbinder (5) über mehr als zwei Solarzellen hinweg im Wesentlichen geradlinig verlaufen.
Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt des Verschaltens benachbarter Solarzellen (1, 2, 3, 4) das Durchtrennen jedes zweiten Zellverbinders (5) zwischen zwei benachbarten Solarzellen (1, 2, 3, 4) mit Hilfe von Trennmitteln (T) umfasst.