DE102008055475A1 - Solar cells i.e. concentrator solar cells, arrangement for use in e.g. high-concentrated photo-voltaic system, has concentrator solar cells interconnected in area uncovered by enclosed hollows, base section, covers and cover substrate - Google Patents

Solar cells i.e. concentrator solar cells, arrangement for use in e.g. high-concentrated photo-voltaic system, has concentrator solar cells interconnected in area uncovered by enclosed hollows, base section, covers and cover substrate Download PDF

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Abstract

The arrangement has concentrator solar cells (14, 16) electrically connected one below the other by a bracket (24) and a through connection (26). The cells are accommodated by enclosed hollows (10, 12), a base section (30), support, substrate carrier, covers and cover substrate. The cells are interconnected by the hollows, the section, support, carrier, covers and the substrate or in an area that is uncovered by the hollows, the section, support, the carrier, the covers and the substrate. The substrate is made of structured or metallized silicon, glass or metallized ceramic.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung von untereinander verschalteten Solarzellen, insbesondere Konzentratorsolarzellen, die von einer Aufnahme ausgehen.The The invention relates to an arrangement of interconnected Solar cells, in particular concentrator solar cells, from a receptacle out.

Hochkonzentrierende Fotovoltaik-Systeme gewinnen zunehmend an Bedeutung auf dem Markt der Solarzellen. Dabei wird Licht fokussiert und mit Hilfe von Linsen auf Solarzellen gebündelt. Üblicherweise gelangen Fresnellinsen zum Einsatz, um Sonnenlicht auf sehr kleine Flächen zu bündeln. Durch diese Maßnahme werden durch preiswerte optisch Systeme Halbleiterflächen in hohem Maße eingespart.High Concentrating Photovoltaic systems are becoming increasingly important in the marketplace Solar cells. It focuses light and lenses bundled on solar cells. Usually arrive Fresnel lenses are used to reduce sunlight to very small areas to bundle. By this measure are by inexpensive optical systems semiconductor surfaces to a high degree saved.

Es sind auch Spiegelsysteme bekannt, bei denen das Sonnenlicht hochkonzentriert auf einen Receiverkopf gelenkt wird. Dieser kann als ein Array von in Serie und parallel verschalteten Konzentratorzellen ausgeführt sein. Die Verschaltung des Arrays ist wegen notwendiger Solarzellenisolation, Vorderseitenkontakt, Rückseitenkontaktverschaltung, Integration von Schutzdioden, gutem Wärmeübergang zum Substrat und notwendiger hoher Packungsdichte der Solarzellen komplex.It are also known mirror systems in which the sunlight is highly concentrated is directed to a receiver head. This can be considered an array of executed in series and parallel interconnected concentrator cells be. The interconnection of the array is due to necessary solar cell insulation, Front side contact, rear side contact connection, integration of protective diodes, good heat transfer to the substrate and necessary high packing density of the solar cells complex.

Nach dem Stand der Technik werden die Konzentratorsolarzellen – auch Konzentratorsolarzellenchips genannt – und als separates Bauelement Schutzdioden einzeln auf Träger montiert und durch Leitkleben, Bonden, Löten oder Schweißen von Verbindern miteinander verschaltet. Somit gelangt eine diskrete Verschaltungstechnik zur Anwendung.To the prior art are the concentrator solar cells - too Concentrator solar cell chips called - and as a separate Component protective diodes individually mounted on carrier and by Leitkleben, bonding, soldering or welding interconnected by connectors. Thus enters a discrete Interconnection technology for application.

Beispiele von Konzentrator-Fotovoltaik-Systemen sind z. B. der DE-A-10 2005 033 272 oder der DE-A-10 2005 047 132 zu entnehmen.Examples of concentrator photovoltaic systems are e.g. B. the DE-A-10 2005 033 272 or the DE-A-10 2005 047 132 refer to.

Ein Fotovoltaik-Konzentratormodul nach der DE-A-102 2006 007 472 weist einen Multifunktionsrahmen auf, der eine Bodenplatte als Träger für die Solarzellen sowie eine beabstandet hierzu verlaufende Linsenplatte umfasst, zwischen denen sich ein Rahmen erstreckt.A photovoltaic concentrator module after the DE-A-102 2006 007 472 has a multi-functional frame comprising a bottom plate as a support for the solar cells and a spaced therefrom extending lens plate, between which a frame extends.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass diese es ermöglicht, Solarzellen insbesondere für ein hochkonzentriertes Fotovoltaik-System ohne große Schwierigkeit positionsgenau anzuordnen und zu verschalten, wobei Nachteile des Standes der Technik vermieden werden sollen.Of the The present invention is based on the object, an arrangement of the type mentioned above in such a way that it makes it possible Solar cells, in particular for a highly concentrated photovoltaic system without great difficulty to position accurately and to interconnect, with disadvantages of the prior art avoided should be.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass jede der Solarzellen oder Gruppen der Solarzellen der Anordnung von der die Solarzelle bzw. die Solarzellen zumindest abschnittsweise rahmenartig umgebenden Aufnahme aufgenommen ist bzw. sind und dass Solarzellen über die Aufnahme durchsetzende leitende Verbindungen oder in von der Aufnahme unbedecktem Bereich elektrisch verschaltet sind.to Solving the problem sees the invention essentially that each of the solar cells or groups of solar cells of the Arrangement of the solar cell or solar cells at least partially frame-like surrounding recording is added or are and that solar cells prevail over the recording conductive connections or in the uncovered area electrically are interconnected.

Erfindungsgemäß wird durch die Aufnahmen eine gewünschte Arraymatrix zur Verfügung gestellt, die als Einheit auf die optischen Systeme ausgerichtet werden, über die das Sonnenlicht gebündelt wird. Gleichzeitig erfolgt grundsätzlich eine Verschaltung der Solarzellen über die Aufnahme, so dass von der diskreten Verschaltungstechnik Abstand und eine integrale Verschaltung zur Verfügung gestellt wird. Dabei kann die integrale Verschaltung Dioden beinhalten, um die einzelnen Solarzellen zu schützen.According to the invention through the recordings a desired array array available placed as a unit aligned with the optical systems be used to bundle the sunlight. simultaneously Basically, an interconnection of the solar cells via the recording, allowing distance from the discrete circuitry and an integral interconnection provided becomes. The integral interconnection can include diodes to to protect the individual solar cells.

Als Träger wird ein Substrat in Form von strukturiertem Silicium, Glas oder Keramik benutzt, wobei das Substrat oxidiert bzw. metallisiert und ggfs. zur Zurverfügungstellung der Schutzdioden pn-Übergänge aufweisen kann. Andere entsprechende geeignete Materialien können gleichfalls zum Einsatz gelangen.When Carrier becomes a substrate in the form of structured silicon, Glass or ceramic used, wherein the substrate oxidized or metallized and, if necessary, to provide the protection diodes pn junctions can have. Other appropriate suitable materials can also be used.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Aufnahme die Rückseite der Solarzellen abstützt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass sich die Aufnahme entlang der Vorderseite der Solarzelle erstreckt und gleichzeitig eine rahmenförmige Stützstruktur bildet.Especially it is envisaged that the recording will be the back of the solar cells supported. However, there is also the possibility that the receptacle extends along the front of the solar cell and at the same time a frame-shaped support structure forms.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden die Solarzellen mittels der Aufnahme eingekapselt.To Another proposal of the invention, the solar cells by means of encapsulated.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Substrat zumindest in Bereichen, über die die Solarzellen verschaltet sind, metallisiert ist und/oder elektrisch leitende Durchkontaktierungen aufweist. Dies kann mittels mit elektrisch leitendem Material versehener Löcher bzw. Bohrungen erfolgen.In Further development of the invention is provided that the substrate at least in areas over which the solar cells are connected, metallized and / or has electrically conductive vias. This can be done by means provided with electrically conductive material holes or drilling done.

Somit dient das Substrat selbst, mittels dessen die Solarzellen geometrisch zueinander ausgerichtet und gehalten werden, als Verschaltungsmittel. Dabei können erwähntermaßen in dem Substrat zur Bildung von Schutzdioden für die verschalteten Solarzellen pn-Übergänge ausgebildet sein.Consequently serves the substrate itself, by means of which the solar cells geometrically aligned and held to each other, as a connection means. there may be mentioned in the substrate for the formation of protective diodes for the interconnected solar cells be formed pn junctions.

Nach einer Ausführungsform kann jede Solarzelle von einem in einem ersten Schnitt eine L-Geometrie aufweisenden Träger aufgenommen sein, wobei benachbarte Träger zueinander insbesondere durch Beabstandung gegeneinander elektrisch getrennt sind und die entlang eines Randes der Solarzelle verlaufende Schenkel des Trägers zum Verschalten benachbarter Solarzellen durchkontaktiert oder elektrisch leitend ausgebildet sind. In einem zu dem ersten Schnitt senkrecht verlaufenden zweiten Schnitt kann der Träger eine U-Geometrie oder die einer Linie aufweisen.According to one embodiment, each solar cell may be accommodated by a carrier having an L-geometry in a first section, wherein adjacent carriers are electrically separated from one another, in particular by spacing, and the limbs of the carrier along an edge of the solar cell are through-contacted or electrically connected to interconnect adjacent solar cells are formed conductive. In one too The first section perpendicular extending second section, the carrier may have a U-geometry or a line.

Nach einer Alternativen besteht der Träger aus einem aus aneinander grenzenden im Schnitt T-förmigen Abschnitten, wobei Mittelschenkel eines jeden T-förmigen Abschnitts eine Solarzelle bis zu dessen Vorderseitenkontakt durchsetzt, die über den Mittelschenkel mit einer benachbarten Solarzelle verschaltet ist.To In one alternative, the carrier consists of one another bordering sections T-shaped sections, with middle legs of each T-shaped section, a solar cell up to its Front contact interspersed, over the middle thigh is connected to an adjacent solar cell.

Alternativ kann die Aufnahme aus einem elektrisch isolierenden Glassubstrat bestehen und sich sowohl entlang Vorderseiten von mehreren Rückseitenkontakt-Solarzellen und zumindest abschnittsweise zwischen diesen erstrecken.alternative can be the inclusion of an electrically insulating glass substrate exist and extend along both fronts of several backside contact solar cells and at least partially extend between them.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Aufnahme in Sandwich-Struktur derart auszubilden, dass die Aufnahme aus einem sowohl die Rückseite als auch die Seitenfläche einer Solarzelle kastenförmig umgebenden Träger besteht, dass die Vorderseite der Solarzelle von einem Decksubstrat aus transparentem Material abgedeckt ist und dass benachbarte Solarzellen über einen sich zwischen diesen verlaufenden Schenkel des Trägers verschaltet sind.It However, there is also the possibility of inclusion in sandwich structure form such that the recording from one both the back and also the side surface of a solar cell box-shaped surrounding support is that the front of the solar cell is covered by a cover substrate of transparent material and that neighboring solar cells over an intervening these running leg of the carrier are connected.

Des Weiteren ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest der sich entlang der Rückseite der Solarzelle erstreckende Abschnitt der Aufnahme im erforderlichen Umfang zur Erzielung einer elektrischen Trennung unterbrochen ist, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Dabei kann die elektrische Trennung mittels z. B. Laser, Sägen, Wasserstrahlschneiden oder Ätzen hergestellt sein.Of Furthermore, it is provided in development of the invention that at least extending along the back of the solar cell Section of the recording to the extent necessary to achieve a electrical disconnection is interrupted to short circuits to avoid. In this case, the electrical isolation by means of z. B. Laser, sawing, water jet cutting or etching be prepared.

Das durch die Aufnahme bzw. Aufnahmen gebildete Array kann eine gewünschte in Abhängigkeit vom Einsatz des Fotovoltaiksystems aufweisende Geometrie aufweisen. So besteht die Möglichkeit, in gewünschtem Umfang ein quadratisches oder rechteckiges oder ein kreisförmiges Array zur Verfügung zu stellen.The formed by the recording or recording array can be a desired depending on the use of the photovoltaic system having Have geometry. So there is the possibility in the desired Circumference square or rectangular or circular Array to provide.

Kennzeichen der Erfindung ist das Einfügen von hocheffizienten Solarzellenkonzentratorchips in Substratstrukturen zur Bildung eines integrierten Receiverarrays hoher Packungsdichte. Die Verschaltung der Komponenten erfolgt durch Schweißen, Bonden, Löten, Leitkleben oder anderer geeignete Verfahren. Die erforderlichen elektrischen Substrattren nungen können durch Sägen, Laser, Wasserstrahl, Wasserstrahllaser, Ätztechnik oder durch andere bekannte Verfahren vorgenommen werden.Mark The invention is the insertion of highly efficient solar cell concentrator chips in substrate structures to form an integrated receiver array high packing density. The interconnection of the components is done by Welding, bonding, soldering, conductive bonding or other suitable procedures. The required electrical substrate tren voltages Can by sawing, laser, water jet, water jet laser, etching or by other known methods.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsformen.Further Details, advantages and features of the invention do not arise only from the claims, the features to be taken from them - for themselves and / or in combination - but also from the following Description of preferred embodiments to be taken from the drawing.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine erste Ausführungsform von Aufnahmen für Solarzellen, 1 a first embodiment of receptacles for solar cells,

2 eine zweite Ausführungsform von Aufnahmen von Solarzellen, 2 a second embodiment of photographs of solar cells,

3 eine dritte Ausführungsform von Aufnahmen für Solarzellen, 3 a third embodiment of recordings for solar cells,

4 eine vierte Ausführungsform von Aufnahmen für Solarzellen, 4 A fourth embodiment of photographs for solar cells,

5 eine fünfte Ausführungsform von Aufnahmen für Solarzellen, 5 a fifth embodiment of photographs for solar cells,

6 eine sechste Ausführungsform von Aufnahmen für Solarzellen, 6 a sixth embodiment of photographs for solar cells,

7 eine siebente Ausführungsform von Aufnahmen für Solarzellen, 7 a seventh embodiment of photographs for solar cells,

8 eine achte Ausführungsform von Aufnahmen für Solarzellen, 8th an eighth embodiment of receptacles for solar cells,

9 eine Draufsicht einer ersten Array-Geometrie und 9 a plan view of a first array geometry and

10 eine Draufsicht einer zweiten Array-Geometrie. 10 a plan view of a second array geometry.

In den 1 bis 8, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein können, sind verschiedene Ausführungsformen von Aufnahmen für Konzentratorsolarzel len zu entnehmen, die zur Bildung eines Arrays zusammengesetzt werden. Formen entsprechender Arrays ergeben sich aus den 9 und 10.In the 1 to 8th , in which the same elements may be provided with the same reference numerals, there are shown various embodiments of recordings for Konzentratorsolarzel len, which are assembled to form an array. Forms of corresponding arrays result from the 9 and 10 ,

Bezüglich der Solarzellen kann es sich um solche handeln, die für Konzentrator-Fotovoltaik-Systeme zum Einsatz gelangen, insbesondere Silicium-Solarzellen, III-V-Halbleiter-, II-VI-Halbleiter- oder I-III-VI-Halbleiter-Solarzellen. Beispielhaft sind Konzentratorsolarzellen aus III-V-Halbleitern zu nennen, die aus Gallium-Indium-Phosphid, Gallium-Arsenid und Germanium bestehen und eine Fläche von weniger als 4 cm2 aufweisen.The solar cells may be those used for concentrator photovoltaic systems, in particular silicon solar cells, III-V semiconductor, II-VI semiconductor or I-III-VI semiconductor solar cells. By way of example, mention may be made of III-V semiconductor concentrator solar cells consisting of gallium indium phosphide, gallium arsenide and germanium and having an area of less than 4 cm 2 .

Bezüglich des Aufbaus der entsprechenden Solarzellen wird auf typische Konstruktionen verwiesen, die hinlänglich bekannt sind. Auf entsprechende Konzentratorsolarzellen wird über Linsen wie Fresnellinsen oder Spiegel Sonnenlicht gebündelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die benötigte Fläche der Fotovoltaik-Elemente kleiner als bei herkömmlichen Solarzellen ist.With regard to the construction of the corresponding solar cells, reference is made to typical constructions which are well known. Concentrated solar cells are focused on lenses such as Fresnel lenses or mirrors sunlight. This results in the advantage that the required area of the photovoltaic elements smaller than at her conventional solar cells.

Die bekannten hochkonzentrierenden Fotovoltaik-Systeme umfassen Solarzellen, die diskret verschaltet sind. Dies kann durch Leitkleben, Bonden, Löten oder Schweißen von Verbindern mit den Solarzellen erfolgen. Dies ist nicht nur herstellungstechnisch aufwendig, sondern birgt auch Produktionsfehler.The known high concentration photovoltaic systems include solar cells, which are discretely interconnected. This can be achieved by conductive bonding, bonding, Soldering or welding connectors to the solar cells respectively. This is not only technically complex, but also contains production errors.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die die einzelnen Solarzellen zueinander geometrisch ausrichtenden und aufnehmenden Träger – auch Aufnahmen genannt – grundsätzlich gleichzeitig zur elektrischen Verschaltung der Solarzellen untereinander dienen und in gewünschtem Umfang als integrale Bestandteile Schutzdioden beinhalten können, über die die Solarzellen in bekannter Weise geschützt werden.According to the invention provided that the individual solar cells geometrically aligning each other and receiving carriers - also called recordings - basically simultaneously with the electrical interconnection of the solar cells with each other serve and to the extent desired as integral components Protective diodes may contain over which the solar cells be protected in a known manner.

Verschiedene Ausführungsformen von entsprechenden Aufnahmen oder Trägern sind den 1 bis 8 zu entnehmen.Various embodiments of corresponding receptacles or carriers are the 1 to 8th refer to.

So ist in 1 ein als Wanne 10, 12 zu bezeichnender Träger dargestellt, der jeweils eine Konzentratorsolarzelle 14, 16 aufnimmt, die auch als CPV-Chip bezeichnet wird.So is in 1 as a sink 10 . 12 to be designated carrier, each of which is a concentrator solar cell 14 . 16 which is also referred to as a CPV chip.

Die jeweilige Wanne 10, 12 besteht aus einem Substrat, das aus strukturiertem, oxidiertem bzw. metallisiertem Silicium mit und ohne pn-Übergang oder aus strukturiertem ggfs. metallisiertem Glas oder entsprechender Keramik oder aus sonstigen Materialien besteht, die die erfindungsgemäße Funktion zum Tragen und zum Verschalten ermöglicht.The respective tub 10 . 12 consists of a substrate, which consists of structured, oxidized or metallized silicon with and without pn junction or of structured possibly metallized glass or ceramic or other materials, which enables the inventive function for carrying and interconnecting.

Bei den Solarzellen 14, 16 nach der 1 handelt es sich um solche, bei denen die Vorderseitenkontakte mit den nächsten Rückseitenkontakten verschaltet werden müssen. Dies erfolgt nach dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch, dass der Vorderseitenkontakt 18 der Solarzelle 10 durch eine Durchkontaktierung durch den Träger 10 mit dem Rückseitenkontakt 20 der Solarzelle 16 elektrisch leitend verbunden wird.At the solar cells 14 . 16 after 1 these are those in which the front-side contacts must be interconnected with the next rear-side contacts. This is done according to the embodiment of 1 in that the front side contact 18 the solar cell 10 through a via through the carrier 10 with the backside contact 20 the solar cell 16 electrically connected.

Die Durchkontaktierung erfolgt dabei durch einen entlang eines Seitenrandes 22 der Solarzelle 14 verlaufenden Schenkel 24 des Trägers bzw. der Wanne 10, der bzw. die in einem ersten Schnitt die Geometrie eines L und in einem senkrecht hierzu verlaufenden zweiten Schnitt die Geometrie einer Linie oder eines U aufweisen kann.The via takes place through a along a side edge 22 the solar cell 14 extending thigh 24 the carrier or the tub 10 which may have the geometry of a L in a first section and the geometry of a line or a U in a second section running perpendicular thereto.

Unabhängig hiervon verläuft durch den Träger 10 z. B. durch Durchkontaktierung 26 die elektrische Verbindung zwischen dem Frontkontakt 18 der Solarzelle 14 zu dem Rückkontakt 20 der Solarzelle 16, und zwar durch den Schenkel 24, entlang dem unmittelbar ein Seitenrand 28 der Zelle 16 verläuft. Allerdings ist der Rand 28 zu dem Schenkel 24 beabstandet, so dass eine elektrische Isolierung gegeben ist. Alternativ ist das Substrat elektrisch isoliert. Entsprechend verläuft auch der Schenkel 24 beabstandet zum Bodenabschnitt 30 des Trägers 12.Independently of this, passes through the carrier 10 z. B. by plated through 26 the electrical connection between the front contact 18 the solar cell 14 to the back contact 20 the solar cell 16 , through the thigh 24 , along the immediately one side edge 28 the cell 16 runs. However, the edge is 28 to the thigh 24 spaced, so that an electrical insulation is given. Alternatively, the substrate is electrically isolated. Accordingly, the leg runs 24 spaced to the bottom section 30 of the carrier 12 ,

Eine diesbezügliche Anordnung ist sowohl in Zeilen und Reihen gegeben, so dass die Wannen 10, 12 mit den von diesen aufgenommenen Solarzellen 14, 16 elektrisch isoliert angeordnet sind, die elektrische Verschaltung jedoch über die zwischen zwei Solarzellen verlaufenden und sich entlang von Seitenrändern erstreckenden Schenkeln der Wannen 10, 12 erfolgt.A related arrangement is given both in rows and rows, so that the tubs 10 . 12 with the solar cells taken by them 14 . 16 However, the electrical interconnection on the running between two solar cells and extending along side edges legs of the troughs are arranged 10 . 12 he follows.

Durch die Durchkontaktierung, die z. B. durch elektrisch leitende Ausbildung der Schenkel 24 oder durch eine mit einer Metallisierung versehene Bohrung in dem Schenkel 24 erfolgt, ist auf einfache Weise die gewünschte Verschaltung möglich. Die Enden der Durchkontaktierung 24 werden sodann mit dem Frontkontakt 18 bzw. dem Rückseitenkontakt 20 verbunden.Through the via, the z. B. by electrically conductive training of the legs 24 or through a metallized hole in the leg 24 takes place, the desired interconnection is possible in a simple manner. The ends of the feedthrough 24 are then with the front contact 18 or the back contact 20 connected.

Sofern die Wannen 10, 12 also deren Substrate elektrisch leitend sind, können gezielt Unterbrechungen ausgebildet werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Entsprechende Unterbrechungen sind in der 1 in dem jeweiligen Bodenabschnitt 30 durch gestrichelte Linien angedeutet.Unless the tubs 10 . 12 Thus, their substrates are electrically conductive, interruptions can be selectively formed to avoid short circuits. Corresponding interruptions are in the 1 in the respective floor section 30 indicated by dashed lines.

In 2 weist eine Aufnahme 32 bzw. ein Träger, die bzw. der nachfolgend auch vereinfacht als Substrat bezeichnet werden kann, die Geometrie von aneinander gereihten im Schnitt T-förmigen Elementen auf, die eine Einheit bilden können. Jeweiliger Mittelschenkel 32, 34 durchsetzt dabei eine Aussparung 36, 38 einer Solarzelle 40, 42. Dabei erstreckt sich der Mittelschenkel 32, 34 bis zum jeweiligen Frontkontakt 44, 46 der Solarzelle 40, 42. Somit ist auf einfache Weise eine Durchkontaktierung 48, 50 durch den Mittelschenkel 32, 34 möglich, um sodann im Ausführungsbeispiel die Solarzelle 40 über einen Verbinder 52 mit der Solarzelle 42 zu verschalten. Die Bodenwandung 54 des Substrats 30 kann ebenfalls insbesondere im Bereich der Rückseitenkontaktierung im gewünschten Umfang durch Ausbildung von Unterbrechungen von den anderen Bereichen elektrisch isoliert werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden.In 2 has a recording 32 or a carrier, which can also be referred to below as a substrate in a simplified manner, the geometry of juxtaposed in section T-shaped elements which can form a unit. Respective middle leg 32 . 34 penetrates a recess 36 . 38 a solar cell 40 . 42 , Here, the middle leg extends 32 . 34 to the respective front contact 44 . 46 the solar cell 40 . 42 , Thus, in a simple way, a via 48 . 50 through the middle thigh 32 . 34 possible to then in the embodiment, the solar cell 40 via a connector 52 with the solar cell 42 to interconnect. The bottom wall 54 of the substrate 30 can also be electrically isolated in particular in the area of the rear side contact to the desired extent by forming interruptions from the other areas in order to avoid short circuits.

In 3 ist eine Aufnahme 56 bzw. ein Träger dargestellt, die bzw. der eine Solarzelle 58 sowohl im Bereich ihrer Frontseite 60 als auch an den Seitenrändern 62, 64 umgibt. Die entlang den Seitenrändern 62, 64 verlaufenden Stege 66, 68 des Trägers 56 können durchkontaktiert sein, um die Solarzelle 58 mit einer benachbarten nicht dargestellten Solarzelle zu verschalten. Entsprechend würde die Solarzelle 58 über einen rückseitigen Anschlusspunkt 66 mit einer in der Zeichnung links von der Solarzelle 58 befindlichen Solarzelle verschaltet werden können. In diesem Fall würde in dem Schenkel 66 des Substrats 56 eine Durchkontaktierung vorgesehen sein.In 3 is a recording 56 or a carrier represented, the or a solar cell 58 both in the area of their front 60 as well as on the margins 62 . 64 surrounds. The along the side edges 62 . 64 running bridges 66 . 68 of the carrier 56 can be plated through to the solar cell 58 with an adjacent, not shown Interconnect solar cell. Accordingly, the solar cell 58 via a rear connection point 66 with one in the drawing to the left of the solar cell 58 located solar cell can be interconnected. In this case, in the thigh 66 of the substrate 56 a via can be provided.

Rückseitenkontaktsolarzellen 70, 72 sind in der 4 dargestellt. Auch diese Zellen werden durch einen Substratträger 74 abgedeckt und durch diesen aufgenommen, der sich entlang der jeweiligen Vorderseite 76, 78 und entlang der jeweiligen Seitenränder 80, 82, 84, 86 erstreckt, entlang denen Querschenkel bzw. Stege 88, 90, 92 des Trägers 74 verlaufen. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Verschaltung der Solarzellen 70, 72 nicht über das Substrat bzw. den Träger 74, sondern unmittelbar zwischen den Solarzellen 70, 72, da es sich erwähntermaßen um Rückseitenkontaktsolarzellen handelt.Back-contact solar cells 70 . 72 are in the 4 shown. These cells are also transported through a substrate carrier 74 covered and absorbed by this, extending along the respective front 76 . 78 and along the respective margins 80 . 82 . 84 . 86 extends, along which transverse leg or webs 88 . 90 . 92 of the carrier 74 run. In this embodiment, an interconnection of the solar cells takes place 70 . 72 not over the substrate or the carrier 74 but directly between the solar cells 70 . 72 because, as mentioned, they are backside contact solar cells.

Aus den 5 bis 7 ergibt sich eine Sandwich-Struktur für Aufnahmen für Solarzellen 96, 98, d. h. die Solarzellen 96, 98 werden quasi durch die zeichnerisch rein prinzipiell dargestellten Aufnahmen eingekapselt. So ist in 5 ein rück- und umfangsseitig entlang der Solarzellen 96, 98 verlaufender Träger 100 dargestellt, der aus einem Bodenabschnitt oder einer Bodenplatte 102 und senkrecht zu dieser verlaufenden Schenkeln oder Stegen 104, 106, 108 sowie einem Abdeckelement 110 besteht, das sich entlang der Vorderseiten der Solarzellen 96, 98 erstreckt.From the 5 to 7 This results in a sandwich structure for photos for solar cells 96 . 98 ie the solar cells 96 . 98 are virtually encapsulated by the drawings purely in principle illustrated. So is in 5 a back and circumference along the solar cells 96 . 98 extending carrier 100 shown, which consists of a bottom section or a bottom plate 102 and perpendicular to this extending legs or webs 104 . 106 . 108 and a cover 110 exists along the front of the solar cells 96 . 98 extends.

Die Solarzellen 96, 98 sind über in den Stegen 104, 106, 108 verlaufende Durchkontaktierungen 112, 114 in zuvor beschriebener Weise miteinander verbunden. Dabei ist die Durchkontaktierung 112 zum einen mit den Frontkontakten der Solarzelle 196 und zum anderen über einen Verbinder 116 mit dem Rückseitenkontakt der Solarzelle 98 leitend verbunden.The solar cells 96 . 98 are over in the jetties 104 . 106 . 108 extending vias 112 . 114 connected in the manner described above. Here is the feedthrough 112 on the one hand with the front contacts of the solar cell 196 and on the other hand via a connector 116 with the backside contact of the solar cell 98 conductively connected.

Sofern die Aufnahme 100 aus einem Substrat besteht, das elektrisch leitend ist, sind sodann Unterbrechungen 118, 120 z. B. durch Laser, Sägen oder durch Ätztechnik ausgebildet, um sicherzustellen, dass Kurzschlüsse zwischen den Solarzellen 96, 98 nicht auftreten können. Die Abdeckung 110 ist transparent und kann aus Glas bestehen.Unless the recording 100 consists of a substrate which is electrically conductive, are then interruptions 118 . 120 z. B. formed by laser, saws or by etching, to ensure that short circuits between the solar cells 96 . 98 can not occur. The cover 110 is transparent and can be made of glass.

Das Ausführungsbeispiel der 6 unterscheidet sich von dem der 5 dahingehend, dass entlang der Vorderseite der Solarzellen 96, 98 eine Abdeckung 122 verläuft, die im Bereich der Solarzellen 96, 98 ausgespart ist. Ansonsten ist eine Konstruktion entsprechend der 5 gegeben.The embodiment of 6 is different from that of 5 to the effect that along the front of the solar cells 96 . 98 a cover 122 runs in the area of the solar cells 96 . 98 is omitted. Otherwise, a construction according to the 5 given.

Erfindungsgemäß kann in dem Substrat des Trägers bzw. der Aufnahme auch eine Schutzdiode integriert ausgebildet sein. Dies soll anhand der 7 und 8 verdeutlicht werden. So sind die Solarzellen 96, 98 der 7 von einem bodenseitigen rahmenartigen Träger 100 aufgenommen, der dem der 5 und 6 entspricht. Ferner sind die Solarzellen 96, 98 frontseitig von einer Abdeckung 110 abgedeckt. Abweichend von den Darstellungen der 5 und 6 ist der Frontkontakt der Solarzelle 98 mit dem Rückkontakt der Solarzelle 96 durch eine Durchkontaktierung 124 verbunden.According to the invention, a protective diode can also be integrated in the substrate of the carrier or the receptacle. This should be based on the 7 and 8th be clarified. Such are the solar cells 96 . 98 of the 7 from a bottom-side frame-like carrier 100 taken, who the 5 and 6 equivalent. Furthermore, the solar cells 96 . 98 front of a cover 110 covered. Deviating from the representations of 5 and 6 is the front contact of the solar cell 98 with the back contact of the solar cell 96 through a via 124 connected.

Des Weiteren ist antiparallel zu der Solarzelle 98 eine durch einen in dem Substrat des Trägers 100 ausgebildeten pn-Übergang ausgebildete Schutzdiode 126 geschaltet, die zum einen mit dem Rückseitenkontakt der Solarzelle 98 und zum anderen mit der Durchkontaktierung 124 verbunden ist.Furthermore, it is antiparallel to the solar cell 98 one through the substrate of the wearer 100 trained pn junction formed protective diode 126 switched on the one hand with the back side contact of the solar cell 98 and on the other with the via 124 connected is.

Ferner sind Unterbrechungen 128, 130 in zuvor beschriebener Art und Weise ausgebildet, um Kurzschlüsse zu vermeiden.There are also interruptions 128 . 130 formed in the manner previously described in order to avoid short circuits.

Das Ausführungsbeispiel der 8 weist einen Träger 30 entsprechend der 3 auf, der von einer Abdeckung, also einem Decksubstrat 132 abgedeckt ist. In den Stegen 32, 34 sind die Durchkontaktierungen 48, 50 ausgebildet, bei denen es sich um ohmsche Durchkontaktierungen oder – wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen – um Halbleiterleitungen handeln kann.The embodiment of 8th has a carrier 30 according to the 3 on, that of a cover, so a deck substrate 132 is covered. In the jetties 32 . 34 are the vias 48 . 50 formed, which may be ohmic vias or - as in the other embodiments - may be semiconductor lines.

Ergänzend zu der Darstellung der 2 sind in dem Substrat, und zwar dem Bodenabschnitt 132 zwischen den Solarzellen 40, 42 Unterbrechungen 134, 136 ausgebildet, um die erforderliche elektrische Isolierung zwischen den Solarzellen 40, 42 sicherzustellen. Ferner ist in dem Bodenabschnitt 132 durch einen pn-Übergang eine Schutzdiode 138 ausgebildet, die antiparallel zu der Solarzelle 42 über den Frontkontakt 140 und den Rückseitenkontakt 142 geschaltet ist. Entsprechend ist der Solarzelle 40 eine Schutzdiode zugeordnet.In addition to the presentation of the 2 are in the substrate, namely the bottom portion 132 between the solar cells 40 . 42 interruptions 134 . 136 designed to provide the required electrical insulation between the solar cells 40 . 42 sure. Further, in the bottom section 132 a protective diode through a pn junction 138 formed, which are anti-parallel to the solar cell 42 over the front contact 140 and the backside contact 142 is switched. The solar cell is corresponding 40 associated with a protection diode.

Die Konzentratorsolarzellen können mittels der zuvor beschriebenen Aufnahmen bzw. Träger zu Arrays zusammengesetzt werden, die in Draufsicht z. B. eine Rechteck- bzw. quadratische Geometrie entsprechend der 9 oder eine Kreisgeometrie gemäß der 10 aufweisen.The concentrator solar cells can be assembled by means of the above-described recordings or carriers into arrays, which in plan view z. B. a rectangular or square geometry according to the 9 or a circle geometry according to the 10 exhibit.

Die Geometrie des Arrays ergibt sich aus der Geometrie des Konzentratorsystems, d. h. z. B. aus der Zahl, der Form und der Anordnung der Spiegel oder aus der Geometrie eines optischen Systems.The Geometry of the array results from the geometry of the concentrator system, d. H. z. B. from the number, shape and arrangement of the mirror or from the geometry of an optical system.

Die Zahl der in Serie oder parallel verschalteten Solarzellen ergibt sich aus dem Layout des elektrischen Systems. Zur Vermeidung ohmscher Verluste verschaltet man in der Regel Solarzellen in Serie, um zu einer höheren Systemsspannung zu gelangen.The number of solar cells connected in series or in parallel results from the layout of the electrical system. In order to avoid ohmic losses, solar cells are usually connected in series in order to obtain a higher system voltage gene.

Die Geometrie des einzelnen Solarzellen, in anderen Worten das Teilungspattern des Arrays, hängt ab vom Layout des optischen und des elektrischen Systems. Eine einfache Ausbildung ist z. B. die Teilung in gleich große Solarzellenelemente. Hat das optische System aber keine gleichmäßige Energieverteilung über dem Array, so kann es sinnvoll sein, Solarzellen verschiedener Größe im Array zusammenzuschalten.The Geometry of the individual solar cell, in other words the division pattern of the array, depends on the layout of the optical and the electrical System. A simple training is z. B. the division in the same large solar cell elements. Has the optical system but no uniform energy distribution over the array, so it may be useful to solar cells of different sizes in the array.

Es können verschiedene Teilungspattern wie XY-Pattern, kreisförmige Unterteilungen oder spiralförmige Unterteilungen oder Segmentunterteilungen vorgesehen sein, die den Anforderungen entsprechend ausgebildet werden.It can use different graduation patterns such as XY pattern, circular Subdivisions or spiral subdivisions or segmental divisions provided be formed according to the requirements.

Anzumerken ist des Weiteren, dass ein CPV-Chip (Solarzelle für konzentriertes Licht) üblicherweise Dimensionen im Bereich von 1 mm·1 mm bis 20 mm·20 mm aufweist. Die Dicke der Solarzelle ist üblicherweise 150 μm. Daraus abgeleitet ergeben sich die Dimensionen der Trägersubstrate: Die Dicken betragen ca. 200 μm bis 300 μm, die Taschendimensionen ergeben sich aus den oben genannten Abmaßen der Solarzellen. Ein Substrat für eine einzelne Zelle ist in den Dimensionen weniger 100 μm größer als die Zelle. Ein Array-Substrat fasst einige bis einige Hundert Solarzellen. Eine typische Größe eines Receiver-Substrates wäre z. B. 100 mm·100 mm.It should be noted Furthermore, a CPV chip (solar cell for concentrated Light) usually dimensions in the range of 1 mm x 1 mm to 20 mm x 20 mm. The thickness of the solar cell is common 150 μm. Derived from this results the dimensions the carrier substrates: The thicknesses are about 200 microns up to 300 μm, the pocket dimensions result from the above dimensions of the solar cells. A substrate for a single cell is larger in dimensions less than 100 μm as the cell. An array substrate can hold a few to a few hundred Solar cells. A typical size of a receiver substrate would be z. B. 100 mm x 100 mm.

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Claims (15)

Anordnung von untereinander verschalteten Solarzellen (14, 16, 40, 42, 58, 70, 72, 96, 98), insbesondere Konzentratorsolarzellen, die von einer Aufnahme (10, 12, 30, 56, 74, 100, 110, 122, 132) ausgehen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Solarzellen (14, 16, 40, 42, 58, 70, 72, 96, 98) oder Gruppen der Solarzellen der Anordnung von der die Solarzelle bzw. die Solarzellen zumindest abschnittsweise rahmenartig umgebenden Aufnahme (10, 12, 30, 56, 74, 100, 110, 122, 132) aufgenommen ist bzw. sind und dass Solarzellen über die Aufnahme oder in von der Aufnahme unbedecktem Bereich verschaltet sind.Arrangement of interconnected solar cells ( 14 . 16 . 40 . 42 . 58 . 70 . 72 . 96 . 98 ), in particular concentrator solar cells, obtained from a receptacle ( 10 . 12 . 30 . 56 . 74 . 100 . 110 . 122 . 132 ), characterized in that each of the solar cells ( 14 . 16 . 40 . 42 . 58 . 70 . 72 . 96 . 98 ) or groups of the solar cells of the arrangement of the solar cell or the solar cells at least partially surrounding the frame receptacle ( 10 . 12 . 30 . 56 . 74 . 100 . 110 . 122 . 132 ) and that solar cells are connected via the receptacle or in the area uncovered by the receptacle. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Solarzellen (14, 16, 40, 42, 58, 96, 98) über die Aufnahme (10, 12, 30, 56, 100) durchsetzende leitende Verbindungen (34, 48, 50, 70, 112, 114, 124) elektrisch verschaltet sind.Arrangement according to claim 1, characterized in that solar cells ( 14 . 16 . 40 . 42 . 58 . 96 . 98 ) about the recording ( 10 . 12 . 30 . 56 . 100 ) passing conductive connections ( 34 . 48 . 50 . 70 . 112 . 114 . 124 ) are electrically connected. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (10, 12, 30, 56, 74, 100, 110, 122, 132) aus einem Substrat in Form von strukturiertem Silicium, Glas oder Keramik besteht.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the receptacle ( 10 . 12 . 30 . 56 . 74 . 100 . 110 . 122 . 132 ) consists of a substrate in the form of structured silicon, glass or ceramic. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (10, 12, 30, 56, 74, 100, 110, 122, 132) aus einem Substrat aus metallisiertem Silicium, metallisiertem Glas oder metallisierter Keramik besteht.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the receptacle ( 10 . 12 . 30 . 56 . 74 . 100 . 110 . 122 . 132 ) consists of a substrate of metallized silicon, metallized glass or metallized ceramic. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Substrat zur Bildung einer Schutzdiode (126, 138) ein pn-Übergang ausgebildet ist.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the substrate to form a protective diode ( 126 . 138 ) a pn junction is formed. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (10, 38, 100) die Rückseite der Solarzelle (14, 16, 40, 42, 96, 98) abstützt.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the receptacle ( 10 . 38 . 100 ) the back of the solar cell ( 14 . 16 . 40 . 42 . 96 . 98 ) is supported. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme die Vorderseite der Solarzelle (58, 70, 72, 96, 98) abdeckt.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the receptacle the front of the solar cell ( 58 . 70 . 72 . 96 . 98 ) covers. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (100, 110, 122) die Solarzelle (96, 98) einkapselt.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the receptacle ( 100 . 110 . 122 ) the solar cell ( 96 . 98 ) encapsulates. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Solarzelle (14, 16) von in einem ersten Schnitt eine L-Geomtrie aufweisenden Träger (10, 12) als die Aufnahme aufgenommen ist, dass benachbarte Träger zueinander insbesondere durch Beabstandung gegeneinander elektrisch getrennt sind und dass der entlang eines Randes (22) der Solarzelle verlaufende Schenkel (24) des Trägers zum Verschalten benachbarter Solarzellen durchkontaktiert oder elektrisch leitend ausgebildet ist.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that each solar cell ( 14 . 16 ) of carriers having L-geometry in a first section ( 10 . 12 ) is taken as the recording that adjacent carriers are electrically separated from each other in particular by spacing and that along one edge ( 22 ) of the solar cell extending legs ( 24 ) of the carrier for interconnecting adjacent solar cells is through-contacted or electrically conductive. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10, 12) in einem zu dem ersten Schnitt senkrecht verlaufenden zweiten Schnitt eine U-Geometrie oder eine Liniengeometrie aufweist.Arrangement according to claim 9, characterized in that the carrier ( 10 . 12 ) has a U-geometry or a line geometry in a second section perpendicular to the first section. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (30, 100) als die Aufnahme aus aneinander grenzenden im Schnitt eine T-Geometrie aufweisenden Abschnitten besteht und dass Mittelschenkel (32, 34, 104, 106, 108) eines jeden T-förmigen Abschnitts eine Solarzelle (40, 42) bis zu deren Vorderseitenkontakt (44, 46) durchsetzt, der über den Mittelschenkel mit einer benachbarten Solarzelle verschaltet ist.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that a carrier ( 30 . 100 ) as the receptacle consists of contiguous sections having a T-geometry and that middle limbs ( 32 . 34 . 104 . 106 . 108 ) of each T-shaped section a solar cell ( 40 . 42 ) to the front side contact ( 44 . 46 ) interspersed, which is connected via the center leg with a neighboring solar cell. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (70) aus einem elektrisch isolierenden Substrat wie Glassubstrat besteht und sich entlang der Vorderseite (76, 78) von mehreren Rückseitenkontaktsolarzellen (70, 72) und zumindest abschnittsweise zwischen diesen erstreckt.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the receptacle ( 70 ) consists of an electrically insulating substrate such as glass substrate and extends along the front side ( 76 . 78 ) of several backside contact solar cells ( 70 . 72 ) and at least partially extending between them. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme sowohl Rückseite als auch Seitenfläche der Solarzelle (96, 98) kastenförmig umgibt, dass die Solarzelle von einem entlang Frontseite der Solarzelle verlaufenden Abschnitt (110) der Aufnahme abgedeckt ist und dass Solarzellen über einen sich zwischen benachbarten Solarzellen verlaufenden Schenkel (104, 106, 108) der Aufnahme verschaltet sind.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the receptacle both rear side and side surface of the solar cell ( 96 . 98 ) surrounds the solar cell from a section running along the front side of the solar cell ( 110 ) of the receptacle is covered and that solar cells via a running between adjacent solar cell leg ( 104 . 106 . 108 ) of the recording are interconnected. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sich entlang der Rückseite der Solarzelle (96, 98) erstreckende Abschnitt (102) zur elektrischen Trennung im erforderlichen Umfang unterbrochen ist.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that extending along the rear side of the solar cell ( 96 . 98 ) extending section ( 102 ) is interrupted to the extent necessary for electrical isolation. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung mittels Laser, Sägen, oder Ätzen hergestellt ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the interruption made by laser, sawing, or etching.
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