DE102008061537A1

DE102008061537A1 - Aushärtevorrichtung für photovoltaische Dünnschicht-Solarzellen

Info

Publication number: DE102008061537A1
Application number: DE200810061537
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Dipl.-Ing. Fritz; Andreas Haas; Ralf Stern
Original assignee: Aci-Ecotec & Co KG GmbH; ACI ECOTEC GmbH and Co KG
Current assignee: ACI ECOTEC GMBH, DE
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-10
Also published as: WO2010063405A2; DE102008061537A8; EP2353192A2; WO2010063405A3; CN102272884A

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Aushärten einer Leitkleberkontaktierung von Metallbändern (13) auf photovoltaischen Dünnschicht-Solarzellen (11) mit Hilfe thermischer Energie, soll ein kontrolliertes Aushärten des Klebers gewährleisten und damit zu einer über die gesamte Länge und Fläche gleichmäßigen Kontaktierung führen. Dies wird durch mindestens eine dem mit dem leitkleberkontaktierten Metallband (13) versehenen Bereich der Solarzelle (11) abgewandt verlaufende, langgestreckte Auflage (23, 24) für die Dünnschicht-Solarzelle (11) und durch eine parallel zum und oberhalb des leitkleberkontaktierten Metallbandes (13) und zur und oberhalb der langgestreckten Auflage (23, 24) verlaufende, langgestreckte Heizeinrichtung (53, 54) erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aushärten der Leitkleberkontaktierung von Metallbändern auf photovolaischen Dünnschicht-Solarzellen mit Hilfe thermischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Herstellung von photovoltaischen Dünnschicht-Solarmodulen werden die einzelnen photovoltaischen Dünnschicht-Solarzellen in der Weise kontaktiert, dass an beiden Randbereichen parallele Metallbänder mittels Leitkleberraupen auf das betreffende Substrat während dessen Bewegung aufgebracht werden ( DE 10 2007 016 386 A1 ). Das Aushärten des Klebers wird in einem Ofen vollzogen, was jedoch verschiedene Nachteile aufweist, unter anderen den Nachteil, dass ein über die ganze Länge intensiver Kontakt nicht gewährleistet werden kann. Aufgrund der auf alle Bereiche im Wesentlichen gleichmäßig wirkenden Temperatur ist ein kontrolliertes Aushärten des Klebers nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum Aushärten der Leitkleberkontaktierung von Metallbändern auf photovoltaischen Dünnschicht-Solarzellen der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein kontrolliertes Aushärten des Klebers gewährleistet und damit zu einer über die gesamte Länge und Fläche gleichmäßigen Kontaktierung führt.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Vorrichtung der genannten Art die im Anspruch 1 genannten Merkmale vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist erreicht, dass jede photovoltaische Dünnschicht-Solarzelle in kontrollierter Weise einer definierten Temperatur ausgesetzt und damit die Leitkleberkontaktierung ausgehärtet wird. Die definierte Temperatur wird dabei gezielt demjenigen Bereich der Solarzelle zugeführt, an der die Leitkleberkontaktierung sich befindet.
Mit dem Merkmal nach Anspruch 2 ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung erreicht, dass die Vorrichtung auf denjenigen Bereich der Solarzelle einstellbar ist, der mit der Leitkleberkontaktierung versehen ist. Somit können insoweit unterschiedliche Solarzellen behandelt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Merkmale nach Anspruch 3 vorgesehen, so dass die Vorrichtung bei unterschiedlichen Leitklebern angewendet werden kann, also einerseits bei solchen, die durch reine Strahlungswärme ausgehärtet werden und andererseits bei solchen Leitklebern, die zusätzlich unter Belastung ausgehärtet werden sollten. Im letzteren Falle wird die Heizeinrichtung unmittelbar auf das betreffende Metallband unter leichtem Druck aufgesetzt.
Um Unebenheiten in den verwendeten Gläsern berücksichtigen zu können, sind die Merkmale nach Anspruch 4 vorgesehen.
Zu einer weiteren Verbesserung der kontrollierten Aushärtung sind die Merkmale gemäß Anspruch 5 vorgesehen, was bedeutet, dass von beiden Seiten der Solarzellen Wärme zugeführt werden kann, so dass sich die Verweilzeit für den Aushärteprozess verringert.
Bei den in üblicher Weise hergestellten Solarzellen ist es zweckmäßig, die Merkmale gemäß Anspruch 6 vorzusehen, so dass in einem Aushärtevorgang die beiden oder beispielsweise drei parallele Leitkleberanordnungen ausgehärtet werden können.
Dabei sind die dazwischen angeordneten Transporteinrichtungen in der Lage, die Solarzellen für den Aushärteprozess zuzuführen und danach zu einer weiteren Station weiterzuführen.
Eine weitere Verbesserung bei der kontrollierten Aushärtung und Reduzierung der Aushärtezeit sind die Merkmale gemäß Anspruch 7 vorgesehen, so dass auch die umgebenden Bereiche der Leitkleberausrichtungen eine Grundwärme erhalten.
Eine konstruktive Ausgestaltung hinsichtlich der Einstellbarkeit und Verfahrbarkeit der Heizeinrichtung ergibt sich aus den Merkmalen gemäß Anspruch 8.
Um dann, wenn die Heizeinrichtung mit dem Metallband in Kontakt treten soll, Lagetoleranzen auszugleichen, sind die Merkmale gemäß Anspruch 9 vorgesehen, so dass ein über die Länge der Metallbänder gleichbleibender Druck auf den Leitkleber ausgeübt wird. Dabei ist es zweckmäßig, die Merkmale nach Anspruch 10 vorzusehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Heizeinrichtung ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 11 bis 15.
Vorteilhafte Ausgestaltungen hinsichtlich der Konstruktion der Auflage ergeben sich nach den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 16 bis 18.
Eine weitere Verbesserung der Aushärtung ergibt sich nach den Merkmalen des Anspruchs 19.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
1 in schematischer perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung zum Aushärten der Leitkleberkontaktierung von Metallbändern auf photovoltaischen Dünnschicht-Solarzellen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,
2 eine Teilvorderansicht der Vorrichtung gemäß Pfeil II der 1,
3 in vergrößerter perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt gemäß Kreis III der 1 und
4 in schematischer perspektivischer Darstellung eine Ausführung einer in der Vorrichtung nach 1 zu bearbeitenden Dünnschicht-Solarzelle.
Die in den 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung 10 dient zum Bearbeiten von beispielhaft in 4 dargestellten photovoltaischen Dünnschicht-Solarzellen 11 und dabei insbesondere zum Aushärten der Leitkleberkontaktierung 12 der Metallbänder 13 auf dem bei der Solarzelle 11 verwendeten Substrat 14 aus beispielsweise Silizium. Bei der in 4 dargestellten Dünnschicht-Solarzelle 11 ist an den beiden parallelen Längsrandbereichen des des etwa rechteckförmigen Substrats 14 jeweils ein Metallband 13 über eine Leitkleberraupe 12 auf das Substrat 14 gebracht. Diese Leitkleberkontaktierung der Metallbänder 13 mit der Unterseite des Substrats 14 soll mit Hilfe der Vorrichtung 10 ausgehärtet werden. Es versteht sich, dass die Dünnschicht-Solarzelle 11 statt mit zwei parallelen auch mit nur einem oder einem zusätzlichen mittigen Metallband 13 versehen sein kann.
Die Aushärtevorrichtung 10 besitzt ein Untergestell 16, in dem eine Steuerung 17 und ein Antriebsmotor 18 mit Getriebe 19 untergebracht sind.
Auf dem Untergestell 16 ruhenden Querträgern 21 sind zwei beabstandete parallele und in Längsrichtung verlaufende Auflagen 23 und 24 befestigt, zwischen denen ein vom Antriebsmotor 18 umlaufend angetriebenes Transportband 25 angeordnet ist, auf dem die Solarzellen 11 dem stationären Aushärtevorgang zugeführt werden. Ein Rahmengestell 26, das sich oberhalb der Auflagen 23 und 24 aufbaut, ist an diesen mit vier Eckpfeilern 27 bis 30 befestigt, deren obere Enden durch längs- und querverlaufende Rahmenschenkel 31 bis 34 verbunden sind.
An den querverlaufenden Rahmenschenkeln 33 und 34 ist über Hydraulik- oder Pneumatikaggregate 36, 37 ein vorderer Querträger 38 und ein hinterer Querträger 39 auf und ab bewegbar gehalten, welche Querträger 38 und 39 an ihren freien Enden in den zugeordneten Eckpfeilern 27 und 28 bzw. 29 und 30 vertikal geführt sind. Die beiden Querträger 38 und 39 sind durch Längsträger 41 und 42 miteinander verbunden, an deren Unterseite eine Wärmestrahlanordnung 43 in Form von in gleichmäßigem Abstand in Längsrichtung angeordneten querverlaufenden Infrarotkörpern 44 angeordnet ist.
An den beiden Querträgern 38 und 39 sind nahe den beiden mit den Eckpfeilern verbundenen Enden Hydraulik- oder Pneumatikeinheiten 46 bis 49 vorgesehen, die identisch ausgebildet sind und deren Zylinderkörper 51 an den Querträgern 38, 39 quer verfahrbar gehalten sind. An jeder gegenüber dem Zylinderkörper 51 vertikal verfahrbaren Kolbenstange 52 hängt eine sich in Längsrichtung der Vorrichtung 10 sich erstreckende Heizeinrichtung 53 bzw. 54; die Heizeinrichtungen 53, 54 sind identisch ausgebildet und die in einem einstellbaren Abstand oberhalb der Auflagen 23 bzw. 24 bewegbar. Damit sind die Heizeinrichtungen 53 und 54 sowohl in vertikaler Richtung als auch in Querrichtung gemäß Doppelpfeil Q verfahrbar.
3 zeigt in vergrößerter und detaillierterer Darstellung sowohl die Auflage 23 (die beim Ausführungsbeispiel mit der Auflage 24 identisch ist) als auch die Heizeinrichtung 53 (die beim Ausführungsbeispiel mit der Heizeinrichtung 54 identisch ist). Es versteht sich, dass diese auch jeweils unterschiedlich ausgebildet sein können.
Die Auflage 23 besitzt eine Profilschiene 56, die an ihrer Unterseite als auch an ihrer Oberseite eine Wärmeisolierleiste 57 bzw. 58 aufweist. Auf der oberen Isolierleiste 58 befindet sich eine Heizeinrichtung 59 in Form von beispielsweise zwei parallelen elektrischen Heizbändern 61, die in zur Isolierleiste 58 hin offenen Nuten 62 einer Auflageschiene 63 untergebracht sind, deren Oberfläche der Auflage der Solarzellen 11 dient. In Solarzellen-Zuführ- bzw. Längsrichtung L besitzt die Auflageschiene 63 an ihrem Zuführende eine Einführungsschräge 64 zum Ausgleichen von Unebenheiten der verwendeten Gläser und von Toleranzen beim Zuführen einer Solarzelle 11. Aus den vorgenannten Gründen kann auch vorgesehen sein, dass die Auflage 23 (und 24) einen vertikalen Hub ausführen kann. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, sind in einem in Längsrichtung L vorderen und einen hinteren Bereich seitliche Begrenzungs- bzw. Führungsrollen 66 angeordnet, die das Zuführen der Solarzellen 11 auf den Auflageschienen 63 der Auflagen 23, 24 zentrieren.
Gemäß 3 besitzt die Heizeinrichtung 53 eine in Längsrichtung L verlaufende Hohlprofilschiene 71, die von einer U-förmigen Abdeckung 72 von oben her überdeckt ist. Die Hohlprofilschiene 71 besitzt einen von der Unterseite der Hohlprofilschiene 71 hinterschnitten zugänglichen Hohlraum 73, in welchem verschiedene Bauelemente untergebracht sind. Am Grund des Hohlraums 73 befindet sich eine Wärmeisolierleiste 75, an die sich zum Zugangsschlitz 74 des Hohlraums 73 ein Druckluftschlauch 76 anschließt. Unterhalb des Druckluftschlauches ist ein Heizband 77 angebracht, gegen das der Querschenkel 78 eines im Querschnitt T-förmigen passiven Heizstempels 80 drückt. An den Querschenkel 78 schließt sich einstückig ein Längsschenkel 79 an, der durch den Schlitz 74 hindurch über die Unterseite 81 der Hohlprofilschiene 71 ragt. Der Heizstempel 80 ist in eine Vielzahl von in Längsrichtung aneinanderliegender Stempelabschnitte 82 gleicher oder unterschiedlicher Länge unterteilt, die innerhalb des Hohlraums 73 aufgrund des Druckluftschlauches 76 in Richtung der Tiefe des Hohlraums 73 elastisch beweglich gegen die Innenflächen der beiden den Schlitz 74 begrenzenden Wandteile gedrückt sind bzw. an diesen anliegen. Auf diese Weise ist jeder der Stempelabschnitte 82 gegenüber den benachbarten beweglich, so dass sich Toleranzen in der Oberfläche der Solarzelle 11 dann ausgleichen können, wenn die Heizeinrichtung 53 abgesenkt und auf die Metallbänder 13 zum Aushärten der flachgedrückten Leitkleberraupe 12 unmittelbar gebracht wird. Die Breite der Stempelabschnitte 82 ist auf die Breite der Metallbänder 13 abgestimmt. Eine entsprechende Segmentierung in gleiche oder unterschiedliche Abschnittslängen kann auch bei der Hohlprofilschiene 71 vorgesehen sein.
Die Hohlprofilschiene 71 besitzt ferner zu beiden Seiten des Hohlraums 73 Längsbohrungen 84, die in nicht dargestellter Weise mit Lüftern 85 in Verbindung stehen, die in Längsrichtung der Heizeinrichtung 53 gesehen abstandsweise auf der Abdeckung 72 befestigt sind. In nicht dargestellter Weise sind Öffnungen in der U-förmigen Abdeckung 72 vorgesehen, die die Lüfter mit den Längsbohrungen 84 verbinden. Auf diese Weise erfolgt zusätzlich eine gleichmäßige Verteilung und/oder Erhöhung beziehungsweise Reduzierung der vom Heizband 77 herrührenden Wärme. Es ist auch möglich, statt Luft durch die Längsbohrungen 84 ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium zu leiten.
Die Hohlprofilschiene 71 besitzt ferner längsrandseitig und etwa längsmittig jeweils eine Ausfräsung 88, in die ein Heizstab 89 oder ein Heizband eingelegt sein kann. Zur gezielten weiteren Erwärmung der betreffenden Solarzellenelemente können ausgangsseitig der die Heizelemente 89 aufnehmenden Räume 90 zwischen Hohlprofilschiene 71 und Abdeckung 72 nicht dargestellte Luftleitbleche vorgesehen sein.
Wie eingangs erwähnt, kann die Heizeinrichtung 53 (und auch die Heizeinrichtung 54) und damit deren Heizstempel 80 in Querrichtung Q zur Auflage 23 (bzw. 24) verfahren werden, je nachdem, wo sich die mittels der Leitkleberraupe 12 kontaktierend aufgebrachten Metallbänder 13 an der Solarzelle 11 bezüglich des Abstandes von deren Längsrand befinden.
Jeder Heizeinrichtung 53, 54 kann optional eine längsgerichtete beispielsweise Infrarot-Wärmestrahlanordnung 86 zugeordnet sein, die jeweils nach innen zum Transportband 25 hin gerichtet ist und die von einem Reflektorblech 87 abgedeckt ist, das an der U-förmigen Abdeckung 72 der Heizeinrichtung 53, 54 befestigt ist. Statt der Wärmestrahlanordnung kann eine Warmluftzufuhranordnung vorgesehen sein.
Wie eingangs erwähnt, ist es auch möglich, eine zusätzliche Auflage und darüber angeordnete Heizeinrichtung mittig zwischen einer in zwei parallelen Abschnitten aufgeteilten Transporteinrichtung dann vorzusehen, wenn die Solarzellen 11 zusätzlich mit einem mittigen mittels Leitkleber 12 aufgebrachten Metallband versehen sind.
Das Aushärten der Leitkleberkontaktierung erfolgt mit der Vorrichtung 10 in der Weise, dass eine Solarzelle 11 in Richtung L dem Transportband 25 zugeführt und auf diesem in die Vorrichtung 10 bewegt wird. Während einer relativ kurzen Verweilzeit der Solarzelle 11 werden die Wärmestrahlanordnungen 43 und 86 so wie die Heizeinrichtung 53, 54 und 59 zugeschaltet und die Heizeinrichtungen 53 und 54 kurzzeitig abgesenkt, so dass die Stempelabschnitte 82 auf die Metallbänder 13 gelangen. Nach dem Aushärten erfolgt das Ausfahren der Solarzelle 11 weiter in Richtung L.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007016386 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (10) zum Aushärten einer Leitkleberkontaktierung von Metallbändern (13) auf photovoltaischen Dünnschicht-Solarzellen (11) mit Hilfe thermischer Energie, gekennzeichnet durch mindestens eine dem mit dem leitkleberkontaktierten Metallband (13) versehenen Bereich der Solarzelle (11) abgewandt verlaufende, langgestreckte Auflage (23, 24) für die Dünnschicht-Solarzelle (11) und durch eine parallel zum und oberhalb des leitkleberkontaktierten Metallbandes (12) und zur und oberhalb der langgestreckten Auflage (23, 24) verlaufende, langgestreckte Heizeinrichtung (53, 54).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (53, 54) gegenüber der Dünnschicht-Solarzelle (11) bzw. der Auflage (23, 24) quer bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (53, 54) gegenüber der Dünnschicht-Solarzelle (11) bzw. der Auflage (23, 24) vertikal bewegbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die langgestreckte Auflage (23, 24) vertikal bewegbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die langgestreckte Auflage (23, 24) mit unteren Heizelementen (59, 61) versehen ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr parallele Paare von übereinanderliegender Auflage (23, 24) und Heizeinrichtung (53, 54) vorgesehen sind, zwischen denen jeweils eine Transporteinrichtung (25) für die Dünnschicht-Solarzelle (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge der Vorrichtung (10) und oberhalb der Heizeinrichtung (53, 54) querverlaufende Wärmzuführelemente (43) im Abstand angeordnet sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (53, 54) an einem Querträger (21, 22) gehalten ist, der auf und ab bewegbar ist und an dem die Heizeinrichtung (53, 54) quer verfahrbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (53, 54) mit einzelnen in Längserstreckung aneinanderliegenden Heizstempeln (80, 82) versehen ist, die in vertikaler Richtung elastisch gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elastischen Lagerung vorzugsweise in Form eines Druckluftschlauches (76) und den passiven Heizstempeln (80, 82) ein aktives Heizelement (77) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtungen (53, 54) einen Längsträger (71) aufweist, der durch ein Hohlprofil gebildet ist, in dessen längsgerichtetem, beidseitig hinterschnittenem, nach unten offenem Hohlraum (73) die passiven Heizstempel (80, 82), das Heizelement (77) und die elastische Lagerung (76) angeordnet sind, welche letztere von einer Isolierleiste (75) abgedeckt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (71) in gleich oder ungleich lange Abschnitte unterteilt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (71) längsrandseitig mit Heizelementen (89) bestückt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (71) von einer V-förmigen Abdeckung (72) überdeckt ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlprofil (71) dem Hohlraum (73) vorzugsweise beidseitig benachbarte Längsbohrungen (84) vorgesehen sind, die mit vorzugsweise abschnittsweise angeordneten Lüftern verbunden sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (23, 24) durch ein langgestrecktes Hohlprofil (56) gebildet ist, auf dem ein Heizelement (61) gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hohlprofil (56) und Heizelement (61) eine obere Isolierleiste (58) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (56) der oberen Isolierleiste (58) abgewandt eine untere Isolierleiste (57) besitzt.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizeinrichtung (53, 54) innenseitig benachbart eine längsgerichtete Wärmezuführanordnung (86) vorgesehen ist, die vorzugsweise von einem Reflektorblech (87) abgedeckt ist.