DE102009051943B4 - Method of contacting solar cells backside - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Rückseitenkontaktieren von Solarzellen, wobei man: a) einen Verbund umfassend eine Trägerfolie und eine damit in Kontakt stehende Metallfolie bereitstellt, wobei der Verbund Aussparungen enthält, sich die jeweilige Aussparung durch die Trägerfolie und die Metallfolie hindurch erstreckt und der Umfang der Aussparung in der Trägerfolie größer ist als der Umfang der Aussparung in der Metallfolie, b) wenigstens eine erste und eine zweite Solarzelle bereitstellt, deren Rückseiten jeweils Emitterkontakte und Basiskontakte aufweisen, c) die Rückseite der ersten und die Rückseite der zweiten Solarzelle mit der Metallfolie des Verbunds über eine Isolationsschicht kontaktiert, die Aussparungen aufweist, wobei die Isolationsschicht so ausgestaltet ist, dass nach der Kontaktierung der Rückseite der ersten und der Rückseite der zweiten Solarzelle mit der Metallfolie des Verbunds die Aussparungen in der Isolationsschicht und die Aussparungen im Verbund in Verbindung stehen, der Umfang einer mit der Aussparung in der Metallfolie in Verbindung stehenden Aussparung in der Isolationsschicht wenigstens so groß ist wie der Umfang der Aussparung in der Metallfolie und die Aussparungen in der Isolationsschicht die Emitterkontakte der ersten Solarzelle und die Basiskontakte der zweiten Solarzelle freigeben, d) die Emitterkontakte der ersten Solarzelle mit den Basiskontakten der zweiten Solarzelle elektrisch verbindet, indem man die Metallfolie des Verbunds mit den Emitterkontakten der ersten Solarzelle und den Basiskontakten der zweiten Solarzelle verlötet, wobei der jeweilige Lotkontakt vom Emitterkontakt bzw. Basiskontakt durch die Aussparung in der Isolationsschicht und die Aussparung im Verbund zur Metallfolie des Verbunds erfolgt und wenigstens ein Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie des Verbunds, die nicht von Trägerfolie bedeckt ist, mit Lot versehen ist, und e) die Trägerfolie des Verbunds von der Metallfolie des Verbunds entfernt.A method of back contacting solar cells, comprising: a) providing a composite comprising a support film and a metal foil in contact therewith, the composite including recesses, the respective recess extending through the support foil and the metal foil, and the perimeter of the recess in the Carrier film is greater than the circumference of the recess in the metal foil, b) at least a first and a second solar cell provides, the back sides each have emitter contacts and base contacts, c) the back of the first and the back of the second solar cell with the metal foil of the composite over a Contacting insulation layer having recesses, wherein the insulation layer is configured so that after contacting the back of the first and the back of the second solar cell with the metal foil of the composite, the recesses in the insulating layer and the recesses in the composite in conjunction the circumference of a recess in the insulating layer communicating with the recess in the metal foil is at least as large as the circumference of the recess in the metal foil and the recesses in the insulating layer release the emitter contacts of the first solar cell and the base contacts of the second solar cell; electrically connecting the emitter contacts of the first solar cell with the base contacts of the second solar cell by soldering the metal foil of the composite to the emitter contacts of the first solar cell and the base contacts of the second solar cell, wherein the respective solder contact from the emitter contact or base contact through the recess in the insulating layer and the recess is made in association with the metal foil of the composite and at least part of the insulation layer facing away from the surface of the metal foil of the composite, which is not covered by carrier foil, is provided with solder, and e) the carrier foil of the composite of the metal foil of Ve rbunds away.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückseitenkontaktieren von Solarzellen.The present invention relates to a method of back contacting solar cells.
Photovoltaikzellen, die üblicherweise einfach als Solarzellen bezeichnet werden, sind Vorrichtungen, die der Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie dienen. In der Regel werden sie durch Schaffen von Basisbereichen aus einem Basis-Halbleitertyp (beispielsweise p-Typ) und Emitterbereichen aus einem dem Basis-Halbleitertyp entgegengesetzten Emitter-Halbleitertyp (beispielsweise n-Typ) hergestellt. Die auf die Solarzelle einfallende Sonnenstrahlung erzeugt Elektronen und Löcher, die zu den p-dotierten und n-dotierten Bereichen der Solarzelle wandern, was die Entstehung von Spannungsdifferenzen zwischen den dotierten Bereichen zur Folge hat.Photovoltaic cells, commonly referred to simply as solar cells, are devices that convert solar radiation into electrical energy. Typically, they are made by providing base regions of a basic semiconductor type (eg, p-type) and emitter regions of an emitter semiconductor type (e.g., n-type) opposite the base semiconductor type. The solar radiation incident on the solar cell generates electrons and holes which migrate to the p-doped and n-doped regions of the solar cell, which results in the formation of voltage differences between the doped regions.
In der Regel werden mehrere Solarzellen in Reihe geschaltet, um die Ausgangsspannung der dadurch entstehenden Solarzellenmatrix zu erhöhen. Dabei werden leitende Bereiche, die mit Basisbereichen einer Solarzelle gekoppelt sind (Basiskontakte), mit leitenden Bereichen verbunden, die mit Emitterbereichen einer benachbarten Solarzelle gekoppelt sind (Emitterkontakte). Die Emitterkontakte dieser benachbarten Solarzelle werden wiederum mit Basiskontakten einer nächsten benachbarten Solarzelle verbunden. Dieses Verbindungsmuster wird wiederholt, bis eine Solarzellenmatrix, die die gewünschte Ausgangsspannung erreichen kann, erhalten wird.As a rule, several solar cells are connected in series in order to increase the output voltage of the resulting solar cell matrix. In this case, conductive regions which are coupled to base regions of a solar cell (base contacts) are connected to conductive regions which are coupled to emitter regions of an adjacent solar cell (emitter contacts). The emitter contacts of this adjacent solar cell are in turn connected to base contacts of a next adjacent solar cell. This connection pattern is repeated until a solar cell array capable of achieving the desired output voltage is obtained.
Hinsichtlich ihres Aufbaus und der Verbindung untereinander zu einer Solarzellenmatrix können als Solarzellentypen Vorderseitenkontaktzellen einerseits und Rückseitenkontaktzellen andererseits unterschieden werden.With regard to their structure and the connection to one another to form a solar cell matrix, it is possible to distinguish between front-side contact cells on the one hand and back-side contact cells on the other as solar cell types.
Vorderseitenkontaktzellen weisen einen Basiskontakt auf der Rückseite und einen Emitterkontakt in Form eines „Grids” mit Metallfingern und Busbars auf der lichtzugewandten Vorderseite auf. Vorderseitenkontaktzellen werden üblicherweise miteinander in Reihe geschaltet, indem die Vorderseitenkontakte einer Zelle (d. h. die Emitterkontakte) und die Rückseitenkontakte (d. h. die Basiskontakte) einer benachbarten Zelle mittels eines Verbinderbändchens aus Kupfer oder Silber, das zum Teil mit Zinn beschichtet ist, elektrisch verbunden werden.Front side contact cells have a base contact on the back side and an emitter contact in the form of a "grid" with metal fingers and busbars on the light facing front side. Front-side contact cells are commonly connected in series by electrically connecting the front-side contacts of one cell (i.e., the emitter contacts) and the back-side contacts (i.e., the base contacts) of an adjacent cell by means of a connector ribbon of copper or silver partially plated with tin.
Von Vorderseitenkontaktzellen unterscheiden sich Rückseitenkontaktzellen dadurch, dass nicht nur der Basiskontakt auf der Rückseite liegt, sondern, zumindest teilweise, auch der Emitterkontakt. Bei Rückseitenkontaktzellen kann es sich insbesondere um MWT-Solarzellen (Metallisation Wrap Through-Solarzellen), EWT-Solarzellen (Emitter Wrap Through-Solarzellen), MWA-Solarzellen (Metallisation Wrap Around-Solarzellen) oder Trioden-Solarzellen handeln. Rückseitenkontaktzellen enthalten an der Vorderseite vollflächig einen Emitter, während die Rückseitenoberfläche in Emitterbereiche und Basisbereiche unterteilt ist. Der vorderseitige Emitter ist stets mit dem auf der Rückseite angeordneten Emitter elektrisch verbunden. Der Emitter weist eine Metallisierung auf, die allein zu dem Emitter in Kontakt steht (Emitterkontakt). Ebenso weist die Basis eine Metallisierung auf, die alleine zur Basis in Kontakt steht (Basiskontakt). Beispielsweise zeichnen sich MWT-Solarzellen durch einen auf der Vorderseite befindlichen Emitterkontakt in Form von Metallfingern aus, der durch metallgefüllte Löcher (sogenannte Vias) mit dem rückseitigen Emitterkontakt verbunden ist. Auf der Rückseite der Rückseitenkontaktzellen grenzen Emitteroberfläche und Basisoberfläche direkt aneinander. Zur Verbindung von Rückseitenkontaktzellen in Reihe wird schließlich die Metallisierung des Emitters (d. h. der Emitterkontakt) einer Solarzelle mit der Metallisierung der Basis (d. h. dem Basiskontakt) einer benachbarten Solarzelle verbunden, wobei die alternierende Verbindung von Emitterkontakten einer Solarzelle und Basiskontakten einer benachbarten Solarzelle zur Herstellung eines Solarzellenmoduls mit der gewünschten Ausgangsspannung führt.Rear side contact cells differ from front side contact cells in that not only is the base contact on the back but also, at least in part, the emitter contact. Backside contact cells may in particular be MWT (metallization wrap-through solar cells), EWT solar cells (emitter wrap-through solar cells), MWA solar cells (metallization wrap-around solar cells) or triode solar cells. Backside contact cells have an emitter all over the front surface while the back surface is divided into emitter regions and base regions. The front emitter is always electrically connected to the emitter disposed on the back. The emitter has a metallization which is in contact with the emitter alone (emitter contact). Likewise, the base has a metallization that is in contact with the base alone (base contact). For example, MWT solar cells are characterized by a front-side emitter contact in the form of metal fingers, which is connected by metal-filled holes (so-called vias) with the rear emitter contact. On the back of the backside contact cells, the emitter surface and base surface directly adjoin one another. Finally, to connect backside contact cells in series, the metallization of the emitter (ie the emitter contact) of a solar cell is connected to the metallization of the base (ie the base contact) of an adjacent solar cell, the alternating connection of emitter contacts of one solar cell and base contacts of an adjacent solar cell to produce a solar cell Solar cell module with the desired output voltage leads.
Gegenüber Vorderseitenkontaktzellen weisen Rückseitenkontaktzellen den entscheidenden Vorteil auf, dass aufgrund der Rückseitenkontaktierung keine Kontaktierung der für das Auffangen der Sonnenstrahlung vorgesehenen Vorderseiten der Solarzellen durch Verbinderbändchen erforderlich ist. Durch diese fehlende Abschattung der Solarzellenvorderseite durch Verbinderbändchen kann die einfallende Strahlungsenergie uneingeschränkt Ladungsträger im Halbleitersubstrat erzeugen, wodurch die Leistung der Solarzelle erhöht wird. Ferner sind Rückseitenkontaktzellen aufgrund der fehlenden Verbinderbändchen auf der Vorderseite der Solarzellen auch aus ästhetischen Gründen den Vorderseitenkontaktzellen vorzuziehen, so dass eine größere Akzeptanz beim Endkunden zu erwarten ist. Andererseits ist es für die Verbindung von Rückseitenkontaktzellen jedoch erforderlich, die metallischen Verbinderbändchen zusätzlich mit einer Isolationsschicht zu versehen, um einen Kurzschluss durch elektrischen Kontakt von Basis und Emitter auf der Rückseite einer Solarzelle zu vermeiden.Compared with front side contact cells, rear contact cells have the decisive advantage that, because of the back contact, no contacting of the front sides of the solar cells provided for catching the solar radiation by connector strips is required. As a result of this lack of shadowing of the solar cell front side by connector bands, the incident radiation energy can generate charge carriers in the semiconductor substrate without restriction, thereby increasing the power of the solar cell. Furthermore, due to the lack of connector strips on the front side of the solar cells, rear-side contact cells are also preferable to the front-side contact cells for aesthetic reasons, so that greater acceptance by the end customer is to be expected. On the other hand, however, for the connection of backside contact cells, it is necessary to additionally provide the metallic connector tapes with an insulating layer to avoid a short circuit due to electrical contact of the base and emitter on the back side of a solar cell.
Die Verbindungstechnik betreffend das Rückseitenkontaktieren von Solarzellen befindet sich noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium. Zwar sind die theoretischen Erfordernisse, die das Kontaktieren von Rückseitenkontaktsolarzellen mit sich bringt, bekannt. Die praktische Umsetzung der Rückseitenkontaktierung erweist sich jedoch bislang als sehr schwierig. Diesbezügliche Vorschläge beschränken sich auf allgemeine Hinweise, dass die Verbindung mit Hilfe von Leiterplatten, Verbinderbändchen oder Drähten erfolgen könne. Die Verwirklichung dieser Vorschläge scheiterte bisher jedoch vor allem an ihrer Unwirtschaftlichkeit. Aus diesem Grund werden in der Praxis nach wie vor Vorderseitenkontaktsolarzellen trotz ihrer wesentlichen Nachteile gegenüber Rückseitenkontaktsolarzellen bevorzugt. Die Marktdurchsetzung von Rückseitenkontaktzellen hängt somit im Wesentlichen davon ab, ob ein einfaches, kostengünstiges und wirtschaftliches Verfahren zum stabilen und sicheren Kontaktieren von Rückseitenkontaktsolarzellen gefunden wird.The connection technique concerning the back contact of solar cells is still in a very early stage of development. While the theoretical requirements involved in contacting backsplit solar cells are known. However, the practical implementation of back contact has proven to be very difficult. Suggestions for this are limited to general indications that the compound with the help of printed circuit boards, connector strips or wires could be done. However, the realization of these proposals has so far failed because of their inefficiency. For this reason, front face contact solar cells are still preferred in practice, despite their significant disadvantages over backside contact solar cells. The market penetration of backside contact cells thus essentially depends on finding a simple, inexpensive and economical method for the stable and secure contacting of back contact solar cells.
De Jong (”Single-Step Laminated Full-Size PV Modules Made with Back-Contacted MC-Si Cells and Conductive Adhesive”. In: Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference 2004, S. 2145–2148) zeigt ein Verfahren zum Rückseitenkontaktieren von Solarzellen, wobei die Rückseiten der Solarzellen mit einer Metallfolie eines Verbundes über eine Isolationsschicht kontaktiert sind. Die
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.This object is achieved by the subject matter of claim 1.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Rückseitenkontaktieren von Solarzellen zur Verfügung, wobei man:
- a) einen Verbund umfassend eine Trägerfolie und eine damit in Kontakt stehende Metallfolie bereitstellt, wobei der Verbund Aussparungen enthält, sich die jeweilige Aussparung durch die Trägerfolie und die Metallfolie hindurch erstreckt und der Umfang der Aussparung in der Trägerfolie größer ist als der Umfang der Aussparung in der Metallfolie,
- b) wenigstens eine erste und eine zweite Solarzelle bereitstellt, deren Rückseiten jeweils Emitterkontakte und Basiskontakte aufweisen,
- c) die Rückseite der ersten und die Rückseite der zweiten Solarzelle mit der Metallfolie des Verbunds über eine Isolationsschicht kontaktiert, die Aussparungen aufweist, wobei die Isolationsschicht so ausgestaltet ist, dass nach der Kontaktierung der Rückseite der ersten und der Rückseite der zweiten Solarzelle mit der Metallfolie des Verbunds die Aussparungen in der Isolationsschicht und die Aussparungen im Verbund in Verbindung stehen, der Umfang einer mit der Aussparung in der Metallfolie in Verbindung stehenden Aussparung in der Isolationsschicht wenigstens so groß ist wie der Umfang der Aussparung in der Metallfolie und die Aussparungen in der Isolationsschicht die Emitterkontakte der ersten Solarzelle und die Basiskontakte der zweiten Solarzelle freigeben,
- d) die Emitterkontakte der ersten Solarzelle mit den Basiskontakten der zweiten Solarzelle elektrisch verbindet, indem man die Metallschicht des Verbunds mit den Emitterkontakten der ersten Solarzelle und den Basiskontakten der zweiten Solarzelle verlötet, wobei der jeweilige Lotkontakt vom Emitterkontakt bzw. Basiskontakt durch die Aussparung in der Isolationsschicht und die Aussparung im Verbund zur Metallfolie des Verbunds erfolgt und wenigstens ein Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie des Verbunds, die nicht von Trägerfolie bedeckt ist, mit Lot versehen ist, und
- e) die Trägerfolie des Verbunds von der Metallfolie des Verbunds entfernt.
- a) comprising a composite comprising a carrier foil and a metal foil in contact therewith, wherein the composite contains recesses, the respective cutout extends through the carrier foil and the metal foil, and the circumference of the cutout in the carrier foil is greater than the circumference of the cutout in FIG the metal foil,
- b) providing at least a first and a second solar cell, the back sides of which each have emitter contacts and base contacts,
- c) contacting the rear side of the first and the rear side of the second solar cell with the metal foil of the composite via an insulation layer having recesses, wherein the insulation layer is configured so that after contacting the back side of the first and the back side of the second solar cell with the metal foil of the composite, the recesses in the insulating layer and the recesses in the composite are in communication, the circumference of a recess in the metal foil associated with the recess in the insulating layer is at least as large as the circumference of the recess in the metal foil and the recesses in the insulating layer release the emitter contacts of the first solar cell and the base contacts of the second solar cell,
- d) the emitter contacts of the first solar cell with the base contacts of the second solar cell electrically connects by soldering the metal layer of the composite with the emitter contacts of the first solar cell and the base contacts of the second solar cell, wherein the respective solder contact from the emitter contact or base contact through the recess in the Insulation layer and the recess in the composite to the metal foil of the composite takes place and at least a portion of the insulation layer facing away from the surface of the metal foil of the composite, which is not covered by carrier foil, is provided with solder, and
- e) the carrier foil of the composite is removed from the metal foil of the composite.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich ein Solarzellenmodul enthaltend rückseitenkontaktierte Solarzellen herstellen, wobei das Solarzellenmodul
- a) wenigstens eine erste und eine zweite Solarzelle aufweist, deren Rückseiten jeweils Emitterkontakte und Basiskontakte enthalten,
- b) wenigstens eine Isolationsschicht, die auf der Rückseite der ersten und der Rückseite der zweiten Solarzelle aufgebracht ist und die Aussparungen enthält, die die Emitterkontakte der ersten und die Basiskontakte der zweiten Solarzelle freigeben,
- c) eine Metallfolie, die über der Isolationsschicht angeordnet ist und die erste und die zweite Solarzelle verbindet, wobei die Metallfolie Aussparungen enthält, die mit den Aussparungen in der Isolationsschicht in Verbindung stehen, und
- d) Lotkontakte, wobei sich der jeweilige Lotkontakt vom Emitterkontakt bzw. Basiskontakt durch eine Aussparung der Isolationsschicht und eine Aussparung der Metallfolie erstreckt und wenigstens ein Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie mit Lot versehen ist, umfasst.
- a) has at least one first and one second solar cell, whose back sides each contain emitter contacts and base contacts,
- b) at least one insulating layer, which is applied to the back of the first and the back of the second solar cell and contains the recesses, which release the emitter contacts of the first and the base contacts of the second solar cell,
- c) a metal foil disposed over the insulating layer and connecting the first and second solar cells, the metal foil containing recesses communicating with the recesses in the insulating layer, and
- d) solder contacts, wherein the respective solder contact extends from the emitter contact or base contact through a recess of the insulation layer and a recess of the metal foil and at least a part of the insulation layer facing away from the surface of the metal foil is provided with solder comprises.
Der Verbund ermöglicht das Rückseitenkontaktieren von Rückseitenkontaktsolarzellen. Insbesondere erlaubt dieser Verbund das wechselseitige Verbinden von Emitterkontakten einer Solarzelle mit Basiskontakten einer benachbarten Solarzelle, um die derart verbundenen Solarzellen in Reihe zu schalten.The composite allows backside contact of backside contact solar cells. In particular, this composite allows the mutual connection of emitter contacts of a solar cell with base contacts of an adjacent solar cell in order to connect the solar cells thus connected in series.
Der Verbund umfasst eine Trägerfolie. Diese Trägerfolie dient insbesondere dazu, den sicheren Transport und die problemlose Handhabung der von der Trägerfolie bedeckten Anordnung zu gewährleisten. Bei dieser Anordnung kann es sich insbesondere um eine Metallfolie bzw. eine Anordnung aus Metallfolie und darüber liegender Isolationsschicht handeln. Der Aufbau der Trägerfolie ist nicht weiter eingeschränkt. Die Trägerfolie muss lediglich inert gegenüber der darüber liegenden Metallfolie sein, die darüber liegende Metallschicht vor Umwelteinflüssen, insbesondere Beschädigungen oder Verschmutzungen, schützen und einen sicheren Transport und eine problemlose Handhabung der auf der Trägerfolie befindlichen Anordnung ermöglichen. Bei der Trägerfolie kann es sich beispielsweise um ein silikonisiertes Papier oder Polyester handeln. Vorzugsweise ist die Trägerfolie aus einem nicht-metallischen Material.The composite comprises a carrier film. This carrier film is used in particular to ensure the safe transport and easy handling of To ensure the carrier film covered arrangement. This arrangement may in particular be a metal foil or an arrangement of metal foil and insulating layer lying above it. The structure of the carrier film is not limited. The carrier film only has to be inert to the overlying metal foil, to protect the overlying metal layer from environmental influences, in particular damage or soiling, and to enable safe transport and problem-free handling of the arrangement located on the carrier foil. The carrier film may be, for example, a siliconized paper or polyester. Preferably, the carrier film is of a non-metallic material.
Mit der Trägerfolie steht eine Metallfolie in Kontakt. Demnach kommt die Metallfolie auf der Trägerfolie zum Liegen. Die Metallfolie ist vorzugsweise vollflächig auf der Trägerfolie aufgebracht. Die Metallfolie dient zum elektrischen Kontaktieren der Basiskontakte einer Rückseitenkontaktsolarzelle mit den Emitterkontakten einer benachbarten Rückseitenkontaktsolarzelle. Sie muss demnach eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Bei der Metallfolie kann es sich um eine Folie handeln, die wenigstens ein Metall, einen Metallverbund oder eine Metalllegierung enthält.The metal foil is in contact with the carrier foil. Accordingly, the metal foil comes to rest on the carrier film. The metal foil is preferably applied over the entire surface of the carrier film. The metal foil serves to electrically contact the base contacts of a back-side contact solar cell with the emitter contacts of an adjacent back-contact solar cell. It must therefore have a sufficient electrical conductivity. The metal foil may be a foil containing at least one metal, a metal composite or a metal alloy.
Enthält die Metallfolie ein Metall, so ist dieses nicht weiter eingeschränkt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Metall um Kupfer oder Aluminium. Es können jedoch auch andere Metalle eingesetzt werden. Die Metallfolie kann ein Metall oder mehrere Metalle enthalten. Vorzugsweise umfasst die Metallfolie jedoch nur ein Metall.If the metal foil contains a metal, this is not restricted. Preferably, the metal is copper or aluminum. However, other metals can be used. The metal foil may contain one or more metals. Preferably, however, the metal foil comprises only one metal.
Die Metallfolie kann auch eine Metalllegierung enthalten. Diese Metalllegierung enthält wenigstens zwei Metalle. Die Metalllegierung enthält vorzugsweise wenigstens Aluminium und/oder Kupfer.The metal foil may also contain a metal alloy. This metal alloy contains at least two metals. The metal alloy preferably contains at least aluminum and / or copper.
Ferner kann die Metallfolie auch einen Metallverbund umfassen. Unter Metallverbund werden Metalle oder Metalllegierungen verstanden, die eine oder mehrere Beschichtungen aufweisen. Bei den Beschichtungen selbst kann es sich um Metalle oder Metalllegierungen handeln. Die Beschichtungen können mit der Trägerfolie in Kontakt stehen oder der Oberfläche der Trägerfolie abgewandt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Metallverbund um Kupfer, Aluminium oder eine Legierung dieser Metalle mit einer Beschichtung aus Kupfer, Zinn oder Silber handeln.Furthermore, the metal foil may also comprise a metal composite. Under metal composite metals or metal alloys are understood to have one or more coatings. The coatings themselves may be metals or metal alloys. The coatings may be in contact with the carrier film or be remote from the surface of the carrier film. For example, the metal composite may be copper, aluminum or an alloy of these metals having a coating of copper, tin or silver.
Die Metallfolie des Verbunds ist auf der Trägerfolie aufgebracht. Vorzugsweise kommt es dabei zu einer Haftung der Metallfolie auf der Trägerfolie. Diese Haftung ist von einer Art, die ein problemloses und rückstandsfreies Entfernen der Trägerfolie von der Anordnung ermöglicht. Dementsprechend kann es bevorzugt sein, wenn die Haftung durch Adhäsionskräfte erfolgt. Starke Wechselwirkungen zwischen Trägerfolie und Metallfolie, insbesondere kovalenter Art, werden vorzugsweise vermieden.The metal foil of the composite is applied to the carrier foil. Preferably, this results in an adhesion of the metal foil on the carrier film. This adhesion is of a type that allows easy and residue-free removal of the carrier film from the assembly. Accordingly, it may be preferred if the adhesion is effected by adhesion forces. Strong interactions between carrier film and metal foil, in particular covalent nature, are preferably avoided.
Der Verbund, der die Trägerfolie und die Metallfolie umfasst, enthält Aussparungen. Als Aussparungen weden Öffnungen in der die Aussparung enthaltenden Folie oder Schicht verstanden. Die Geometrie dieser Aussparungen ist nicht weiter eingeschränkt. Üblicherweise sind diese Aussparungen im Wesentlichen kreisförmig. Ferner ist es jedoch auch möglich, andere Geometrien vorzusehen und die Aussparungen beispielsweise als halbkreisförmige, mehreckige oder ovale Öffnungen vorzusehen.The composite comprising the carrier foil and the metal foil contains recesses. As recesses Weden openings in the recess containing film or layer understood. The geometry of these recesses is not further limited. Usually, these recesses are substantially circular. Furthermore, however, it is also possible to provide other geometries and to provide the recesses, for example, as semicircular, polygonal or oval openings.
Der Verbund enthält eine oder mehrere Aussparungen. Diese Aussparungen werden vorzugsweise so angebracht, dass sie nach dem Aufbringen des Verbunds auf die Rückseite einer Anordnung aus Rückseitenkontaktsolarzellen die zu verbindenden Emitterkontakte einer ersten Solarzelle und Basiskontakte einer zweiten Solarzelle auf den Rückseiten der Rückseitenkontaktsolarzellen freigeben.The composite contains one or more recesses. These recesses are preferably mounted to release the emitter contacts of a first solar cell to be connected and base contacts of a second solar cell to the rear surfaces of the back-contact solar cells after the composite has been applied to the back side of a back contact solar cell array.
Das derartige Anbringen der Aussparungen hat den Zweck, ein Verbinden der Emitterkontakte bzw. Basiskontakte der Rückseitenkontaktsolarzellen mit der Metallfolie durch die Aussparungen des Verbunds hindurch zu ermöglichen.Such attachment of the recesses has the purpose of enabling the emitter contacts or base contacts of the back-contact solar cells to be connected to the metal foil through the recesses of the composite.
Die jeweilige Aussparung erstreckt sich durch die Trägerfolie und die Metallfolie des Verbunds hindurch. Demgemäß setzt sich eine Aussparung des Verbunds aus einer Aussparung in der Trägerfolie und einer Aussparung in der Metallfolie zusammen, wobei sich die Aussparung in der Trägerfolie durch die gesamte Dicke der Trägerfolie und die Aussparung in der Metallfolie durch die gesamte Dicke der Metallfolie erstreckt und die Aussparung in der Metallfolie und die Aussparung in der Trägerfolie eine Geometrie aufweisen, die eine Öffnung aus der Aussparung in der Metallfolie und der Aussparung in der Trägerfolie bereitstellen, die sich durch die gesamte Dicke des Verbunds erstreckt.The respective recess extends through the carrier foil and the metal foil of the composite. Accordingly, a recess of the composite is composed of a recess in the carrier foil and a recess in the metal foil, wherein the recess in the carrier foil extends through the entire thickness of the carrier foil and the recess in the metal foil through the entire thickness of the metal foil and the recess in the metal foil and the recess in the carrier foil have a geometry which provides an opening from the recess in the metal foil and the recess in the carrier foil which extends through the entire thickness of the composite.
Der Umfang der Aussparung in der Trägerfolie ist größer als der Umfang der Aussparung in der Metallfolie. Demgemäß weist ein eine Aussparung des Verbunds enthaltender Bereich einen durch die Aussparung in der Metallfolie definierten Bereich auf, der eine Verengung gegenüber dem durch die Aussparung in der Trägerfolie definierten Bereich enthält. Folglich weist die Metallfolie des Verbunds um die Aussparung herum einen Bereich auf, der nicht von Trägerfolie bedeckt ist. Unter Umfang der Aussparung wird hier in der Trägerfolie der Umfang der Aussparung in der Trägerfolie an der der Metallfolie angrenzenden Oberfläche der Trägerfolie verstanden. Unter Umfang der Aussparung in der Metallfolie wird der Umfang der Aussparung in der Metallfolie an der der Trägerfolie angrenzenden bzw. der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie verstanden.The circumference of the recess in the carrier foil is larger than the circumference of the recess in the metal foil. Accordingly, a region containing a recess of the composite has a region defined by the recess in the metal foil which contains a constriction with respect to the region defined by the recess in the carrier foil. Consequently, the metal foil of the composite around the recess has an area which is not covered by carrier foil. The circumference of the recess here in the carrier film is the circumference of the recess in the carrier film on the surface of the carrier film adjoining the metal foil Understood. The circumference of the recess in the metal foil is understood to mean the circumference of the recess in the metal foil on the surface of the metal foil which is adjacent to the carrier foil or facing away from the insulating layer.
Die Ausgestaltung der Aussparungen des Verbunds hat eine besondere technische Wirkung zur Folge. Nachdem der Verbund mit der Rückseite einer Rückseitenkontaktzelle über eine Isolationsschicht kontaktiert worden ist, wird die Metallisierung des Emitterkontakts bzw. Basiskontakts der Rückseitenkontaktzelle mit dem Metall der Metallfolie des Verbunds verlötet. Dabei kommt es zu einer stoffschlüssigen Verbindung des Metalls der Metallfolie mit der Metallisierung des Emitterkontakts bzw. Basiskontakts der Rückseitenkontaktzelle. Durch die besondere Ausgestaltung des Verbunds kommt es beim Lötprozess auch zu einer Lotbeschichtung wenigstens eines Teils der Metallfolie, die der Isolationsschicht abgewandt ist. Dies hat zusätzlich zur üblichen stoffschlüssigen Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung der Metallfolie mit der Rückseite der Rückseitenkontaktzelle durch den Lotkontakt zur Folge und sorgt für einen zusätzlichen Stabilitätsgewinn.The configuration of the recesses of the composite has a special technical effect. After the composite has been contacted with the back of a backside contact cell via an insulating layer, the metallization of the emitter contact or base contact of the backside contact cell is soldered to the metal of the metal foil of the composite. This results in a cohesive connection of the metal of the metal foil with the metallization of the emitter contact or base contact of the rear contact cell. Due to the special configuration of the composite, the soldering process also leads to a solder coating of at least one part of the metal foil which faces away from the insulation layer. This has in addition to the usual cohesive connection and a positive connection of the metal foil with the back of the back contact cell by the solder contact result and provides an additional stability gain.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbunds kann sich auf der Metallfolie eine Isolationsschicht befinden.According to one embodiment of the composite according to the invention, an insulating layer may be located on the metal foil.
In diesem Fall befindet sich die Isolationsschicht auf der der Trägerfolie abgewandten Oberfläche der Metallfolie. Die Isolationsschicht dient dem Zweck, einen elektrischen Kontakt des Emitters einer Solarzelle mit der Basis derselben Zelle nach dem Anbringen des Verbunds auf die Rückseite der Rückseitenkontaktsolarzelle zu verhindern. Dementsprechend weist die Isolationsschicht vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Material auf. Dieses Material lässt sich vorzugsweise großflächig drucken und ist temperaturstabil. Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um einen herkömmlichen Lötstopplack handeln. Der Lötstopplack kann beispielsweise auf Acrylharz oder Epoxidharz basieren.In this case, the insulating layer is located on the surface of the metal foil facing away from the carrier film. The insulating layer serves the purpose of preventing electrical contact of the emitter of a solar cell with the base of the same cell after attaching the composite to the back of the back-side contact solar cell. Accordingly, the insulating layer preferably comprises an electrically insulating material. This material can preferably be printed over a large area and is temperature-stable. This material may, for example, be a conventional solder mask. The solder mask can be based on acrylic resin or epoxy resin, for example.
Die auf der Metallfolie aufgebrachte Isolationsschicht enthält Aussparungen, die sich durch die gesamte Dicke der Isolationsschicht erstrecken. Diese Aussparungen sind dergestalt, dass eine Aussparung in der Isolationsschicht mit einer Aussparung in dem Verbund in Verbindung steht. Dies bedeutet, dass die Aussparung in der Isolationsschicht und die Aussparung in dem Verbund aus Metallfolie und Trägerfolie eine Öffnung bereitstellen, die sich durch die gesamte Dicke des Verbunds aus Trägerfolie, Metallfolie und Isolationsschicht erstreckt.The insulating layer applied to the metal foil contains recesses which extend through the entire thickness of the insulating layer. These recesses are such that a recess in the insulating layer communicates with a recess in the composite. This means that the recess in the insulating layer and the recess in the composite metal foil and carrier foil provide an opening which extends through the entire thickness of the composite of carrier foil, metal foil and insulating layer.
Der Umfang einer mit der Aussparung in der Metallfolie des Verbunds in Verbindung stehenden Aussparung in der Isolationsschicht ist wenigstens so groß wie der Umfang der Aussparung in der Metallfolie des Verbunds. Unter Umfang der Aussparung in der Isolationsschicht wird der Umfang der Aussparung in der Isolationsschicht an der der Metallfolie angrenzenden Oberfläche der Isolationsschicht verstanden.The circumference of a recess in the insulating layer communicating with the recess in the metal foil of the composite is at least as large as the circumference of the recess in the metal foil of the composite. The circumference of the recess in the insulating layer is understood to mean the circumference of the recess in the insulating layer on the surface of the insulating layer adjoining the metal foil.
Ist die Isolationsschicht auf der Metallfolie des Verbunds aufgebracht, so entspricht der Umfang der Aussparung in der Metallfolie des Verbunds vorzugsweise im Wesentlichen dem Umfang der Aussparung in der mit der Metallfolie des Verbunds in Verbindung stehenden Isolationsschicht. Besonders bevorzugt ist es, dass sich die Aussparung in der Metallfolie des Verbunds und die Aussparung in der mit der Metallfolie des Verbunds in Verbindung stehenden Isolationsschicht im Wesentlichen entsprechen, so dass es weder einen Bereich auf der mit der Metallfolie des Verbunds in Kontakt stehenden Oberfläche der Isolationsschicht gibt, der nicht von Metallfolie bedeckt ist, noch einen Bereich auf der mit der Isolationsschicht in Kontakt stehenden Oberfläche der Metallfolie des Verbunds gibt, der nicht von der Isolationsschicht bedeckt ist.When the insulating layer is applied to the metal foil of the composite, the circumference of the recess in the metal foil of the composite preferably corresponds substantially to the circumference of the recess in the insulating layer connected to the metal foil of the composite. It is particularly preferred that the recess in the metal foil of the composite and the recess in the insulating layer associated with the metal foil of the composite substantially conform to such that it neither covers an area on the surface of the metal foil of the composite Insulation layer, which is not covered by metal foil, nor a region on the insulator layer in contact surface of the metal foil of the composite is that is not covered by the insulating layer.
Besonders bevorzugt ist ist die Metallfolie des Verbunds (bzw. der Verbund selbst) so ausgestaltet, dass sie (bzw. er) nach dem Aufbringen auf die Rückseite der Solarzelle nur die Bereiche der Solarzelle bedeckt, die die zu verbindenden Emitterkontakte bzw. Basiskontakte umgeben, wobei die Bereiche, die die nicht zu verbindenden Basiskontakte bzw. Emitterkontakte umgeben, nicht von der Metallfolie (bzw. vom Verbund selbst) bedeckt sind. Die zu verbindenden Emitterkontakte bzw. Basiskontakte selbst werden in diesem Fall von den Aussparungen in der Metallfolie (bzw. dem Verbund selbst) und der ggf. darunter liegenden Isolationsschicht freigegeben.Particularly preferably, the metal foil of the composite (or the composite itself) is designed so that it covers (or he) after application to the back of the solar cell only the areas of the solar cell surrounding the emitter contacts or base contacts to be connected, wherein the areas surrounding the non-connectable base contacts or emitter contacts are not covered by the metal foil (or the composite itself). The emitter contacts or base contacts themselves to be connected are in this case released from the recesses in the metal foil (or the composite itself) and the possibly underlying insulating layer.
Ferner kann es bevorzugt sein, dass die Trägerfolie dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Umfangsgeometrie aufweist wie die Metallschicht. Enthält der Verbund auch eine Isolationsschicht, so kann es auch bevorzugt sein, wenn die Isolationsschicht dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Umfangsgeometrie aufweist wie die Metallschicht und die Trägerschicht.Furthermore, it may be preferable for the carrier film to have the same or essentially the same circumferential geometry as the metal layer. If the composite also contains an insulating layer, it may also be preferred if the insulating layer has the same or essentially the same circumferential geometry as the metal layer and the carrier layer.
Dementsprechend weist gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Verbund eine Struktur in Form eines Kamms mit Fingern auf, wobei sich von einem zentralen Bereich des Kamms aus die Finger in zwei entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Nach dem Aufbringen dieses Verbunds auf die Rückseiten einer ersten und einer zweiten Solarzelle bedeckt diese Struktur mit den Fingern, die in eine Richtung orientiert sind, Bereiche einer ersten Solarzelle, die die Emitterkontakte umgeben, wobei die Emitterkontakte selbst durch die Aussparungen in dem Verbund freigegeben werden. Die Finger, die in die entgegengesetzte Richtung orientiert sind, bedecken Bereiche einer zweiten Solarzelle, die die Basiskontakte umgeben, wobei die Basiskontakte selbst durch die Aussparungen in dem Verbund freigegeben werden.Accordingly, according to another particularly preferred embodiment, the composite has a structure in the form of a comb with fingers, with the fingers extending in two opposite directions from a central region of the comb. After applying this composite to the back faces of a first and a second solar cell, this structure covers with the fingers, which are oriented in one direction, regions of a first solar cell, which covers the emitter contacts surrounded, wherein the emitter contacts themselves are released by the recesses in the composite. The fingers, oriented in the opposite direction, cover portions of a second solar cell surrounding the base contacts, the base contacts themselves being exposed by the recesses in the composite.
Der Verbund kann vorzugsweise wie folgt hergestellt werden:
Zunächst wird eine Metallfolie, beispielsweise eine Kupferfolie, auf die Trägerfolie, bei der es sich beispielsweise um ein Folie aus Polyester handeln kann, aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Laminieren der Trägerfolie auf die Metallfolie erfolgen.The composite may preferably be produced as follows:
First, a metal foil, for example a copper foil, is applied to the carrier foil, which may be, for example, a foil made of polyester. This can be done for example by laminating the carrier film on the metal foil.
Gegebenenfalls wird danach die Metallfolie vollflächig mit einer Isolationsschicht, zum Beispiel aus Lötstopplack, bedruckt.Optionally, the metal foil is then over the entire surface with an insulating layer, for example, solder resist, printed.
Der so erhaltene Verbund aus Trägerfolie, Metallfolie und ggf. Isolationsschicht wird anschließend gestanzt, um den Verbund mit der gewünschten Struktur und Anzahl an Aussparungen zu versehen. Das Stanzen kann beispielsweise durch Rollstanzen erfolgen. Hierfür kann beispielsweise eine Stanzanordnung eingesetzt werden, die zwei rotierende Walzenpaare umfasst, wobei die Walzen eines jeden Walzenpaars zueinander gegenläufig rotieren. Die Walzenpaare sind so angeordnet, dass der Verbund aus Trägerfolie, Metallfolie und ggf. Isolationsschicht durch die Rotationsbewegung der Walzen zunächst zwischen den Walzen eines ersten Walzenpaares und danach zwischen den Walzen eines zweiten Walzenpaares hindurch geführt wird. Eine Walze des ersten Walzenpaares weist ein erstes Stanzmesser auf, während die in die gleiche Richtung rotierende Walze des zweiten Walzenpaares kein Stanzmesser aufweist. Ferner weist die zu der das erste Stanzmesser enthaltenden Walze gegenläufig rotierende Walze des ersten Walzenpaares kein Stanzmesser auf, wohingegen die Walze des zweiten Walzenpaares, die zu der kein Stanzmesser enthaltenden Walze des zweiten Walzenpaares gegenläufig rotiert, ein zweites Stanzmesser aufweist. Das erste Stanzmesser und das zweite Stanzmesser sind so beschaffen, dass sie die unterschiedlichen Aussparungsgeometrien von Trägerfolie einerseits und Metallfolie sowie ggf. Isolationsschicht andererseits erzeugen können.The resulting composite of carrier film, metal foil and optionally insulating layer is then punched to provide the composite with the desired structure and number of recesses. The punching can be done for example by roll punching. For this purpose, for example, a punching arrangement can be used which comprises two rotating pairs of rollers, wherein the rollers of each pair of rollers rotate in opposite directions to each other. The pairs of rollers are arranged so that the composite of carrier film, metal foil and optionally insulating layer is guided by the rotational movement of the rollers initially between the rollers of a first pair of rollers and then between the rollers of a second pair of rollers. A roller of the first pair of rollers has a first punching knife, while the roller of the second pair of rollers rotating in the same direction has no punching knife. Furthermore, the roller of the first pair of rollers counter to the one comprising the first punching knife does not have a punching knife, whereas the pair of rollers of the second pair of rollers, which counterrotate the second pair of rollers containing no punching knife, has a second punching knife. The first punching knife and the second punching knife are designed so that they can produce the different Aussparungsgeometrien of carrier film on the one hand and metal foil and possibly insulating layer on the other.
Beispielsweise wird der Verbund aus Trägerfolie, Metallfolie und ggf. Isolationsschicht so durch das erste Walzenpaar geführt, dass die das erste Stanzmesser enthaltende Walze ein Stanzmuster in die Trägerfolie einstanzt, das den gewünschten Aussparungen in der Trägerfolie entspricht. Danach kann der Verbund aus Trägerfolie, Metallfolie und ggf. Isolationsschicht dem zweiten Walzenpaar zugeführt werden, wobei nun jedoch die das zweite Stanzmesser enthaltende Walze ein Stanzmuster in die Metallfolie und ggf. die Isolationschicht einstanzt, das den gewünschten Aussparungen in der Metallfolie und ggf. der Isolationsschicht entspricht. Die Stanzreihenfolge kann beliebig gewählt werden. Es kann daher einerseits zunächst ein Stanzmuster in die Trägerfolie eingestanzt werden, das den gewünschten Aussparungen in der Trägerfolie entspricht, wobei danach ein Stanzmuster in die Metallfolie und ggf. die Isolationsschicht eingestanzt wird, das den gewünschten Aussparungen in der Metallfolie und ggf. der Isolationsschicht entspricht. Andererseits ist es ebenso möglich zunächst ein Stammuster in die Metallfolie und ggf. die Isolationsschicht einzustanzen, das den gewünschten Aussparungen in der Metallfolie und ggf. der Isolationsschicht entspricht, wobei danach ein Stammuster in die Trägerfolie eingestanzt wird, das den gewünschten Aussparungen in der Trägerfolie entspricht.For example, the composite of carrier film, metal foil and possibly insulating layer is guided through the first pair of rollers such that the roller containing the first punching knife punches a punching pattern into the carrier foil which corresponds to the desired cutouts in the carrier foil. Thereafter, the composite of carrier film, metal foil and optionally insulating layer can be supplied to the second pair of rollers, but now the roller containing the second punching knife punches a punching pattern in the metal foil and possibly the insulating layer, the desired recesses in the metal foil and possibly the Insulation layer corresponds. The punching order can be chosen arbitrarily. On the one hand, therefore, a stamping pattern can first be punched into the carrier film which corresponds to the desired cutouts in the carrier film, after which a punching pattern is punched into the metal foil and possibly the insulating layer, which corresponds to the desired cutouts in the metal foil and possibly the insulating layer , On the other hand, it is also possible first to punch a master pattern into the metal foil and optionally the insulating layer, which corresponds to the desired recesses in the metal foil and optionally the insulating layer, after which a master pattern is punched into the carrier foil, which corresponds to the desired recesses in the carrier foil ,
Nach dem Stanzvorgang werden die Ausstanzungen aus dem Verbund aus Trägerfolie, Metallfolie und ggf. Isolationsschicht herausgedrückt, wodurch der die gewünschten Aussparungen enthaltende Verbund entsteht.After the punching process, the punched out of the composite of support film, metal foil and possibly insulating layer are pushed out, whereby the compound containing the desired recesses is formed.
Trägerfolie, Metallfolie und Isolationsschicht können bereits vor dem Laminieren auf eine gewünschte Form gebracht werden. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, den fertigen Verbund aus Trägerfolie, Metallfolie und Isolationsschicht auf die gewünschte Form zuzuschneiden.Carrier film, metal foil and insulating layer can be brought to a desired shape before lamination. Alternatively, however, it is also possible to tailor the finished composite of carrier film, metal foil and insulating layer to the desired shape.
Der Verbund aus Trägerfolie, Metallfolie und ggf. Isolationsschicht kann zum Rückseitenkontaktieren von Rückseitenkontaktsolarzellen verwendet werden.The composite of carrier foil, metal foil and possibly insulating layer can be used for back contact of back contact solar cells.
Dementsprechend stellt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Rückseitenkontaktieren von Rückseitenkontaktsolarzellen zunächst einen Verbund bereit, der eine Trägerfolie und eine Metallfolie umfasst, wobei der Verbund Aussparungen enthält, sich die jeweilige Aussparung durch die Trägerfolie und die Metallfolie hindurch erstreckt und der Umfang der Aussparung in der Trägerfolie größer ist als der Umfang der Aussparung in der Metallfolie.Accordingly, in the back contacting of back contact solar cells of the present invention, the composite is first provided with a composite comprising a support film and a metal foil, the composite including recesses, the respective recess extending through the support film and metal foil, and the perimeter of the recess in the support film larger than the circumference of the recess in the metal foil.
Ferner stellt man wenigstens eine erste und eine zweite Solarzelle bereit, deren Rückseiten jeweils Emitterkontakte und Basiskontakte aufweisen. Diese Solarzellen sind auch als Rückseitenkontaktsolarzellen bekannt. Bei diesen Rückseitenkontaktzellen handelt es sich um Halbleitersubstrate, die Basisbereiche und Emitterbereiche entlang einer Rückseitenoberfläche aufweisen. Unter Rückseite einer Solarzelle wird hierin die im Einsatz lichtabgewandte Seite einer Solarzelle verstanden.Furthermore, at least one first and one second solar cell are provided whose back sides each have emitter contacts and base contacts. These solar cells are also known as backside contact solar cells. These backside contact cells are semiconductor substrates having base regions and emitter regions along a backside surface. The back side of a solar cell is understood to mean the side of a solar cell which faces away from the light in use.
Bei dem Halbleitersubstrat kann es sich beispielsweise um einen Siliziumwafer handeln. Dieser kann gegebenenfalls mit Bor dotiert sein, um einen Basis-Halbleitertyp vom p-Halbleitertyp herzustellen. Andererseits ist es auch möglich, das Halbleitersubstrat mit Phosphor zu dotieren, um einen Basis-Halbleitertyp vom n-Typ herzustellen.The semiconductor substrate may be, for example, a silicon wafer. This may optionally be doped with boron to produce a p-type semiconductor based semiconductor. On the other hand, it is also possible to dope the semiconductor substrate with phosphorus to produce an n-type base semiconductor type.
Die Basisbereiche weisen einen Basis-Halbleitertyp, beispielsweise vom p-Typ, auf, während die Emitterbereiche einen dem Basis-Halbleitertyp entgegengesetzten Emitter-Halbleitertyp, beispielsweise vom n-Typ, aufweisen.The base regions have a basic semiconductor type, for example of the p-type, while the emitter regions have an emitter semiconductor type, for example of the n-type, which is opposite to the basic semiconductor type.
Erfindungsgemäß weisen die Rückseitenkontaktsolarzellen Emitterkontakte auf. Bei diesen Emitterkontakten handelt es sich um Metallisierungen, die zur elektrischen Kontaktierung der Emitterbereiche dienen. Ferner weisen die Rückseitenkontaktsolarzellen erfindungsgemäß Basiskontakte auf. Bei diesen Basiskontakten handelt es sich um Metallisierungen, die zur elektrischen Kontaktierung der Basisbereiche dienen.According to the invention, the rear-side contact solar cells have emitter contacts. These emitter contacts are metallizations which serve for electrically contacting the emitter areas. Furthermore, the rear-side contact solar cells according to the invention on base contacts. These base contacts are metallizations that serve for electrical contacting of the base regions.
Vorzugsweise kann es sich bei den erfindungsgemäß zu verbindenden Rückseitenkontaktsolarzellen um MWT-Solarzellen (Metallisation Wrap Through-Solarzellen), EWT-Solarzellen (Emitter Wrap Through-Solarzellen), MWA-Solarzellen (Metallisation Wrap Around-Solarzellen) oder Trioden-Solarzellen handeln.Preferably, the back-contact solar cells to be connected according to the invention may be MWT (metallization wrap-through solar cells), EWT (emitter wrap-through) solar cells, MWA solar cells (wrap around solar cells) or triode solar cells.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Emitterkontakte und die Basiskontakte jeweils als längliche, kammartig ineinander greifende Finger ausgebildet. Sowohl die Emitterkontakte als auch die Basiskontakte können in Form einer lokalen Metallisierung vorzugsweise in Form von fingerartigen Grids ausgebildet sein. Für die Metallisierung können Metalle, wie Silber oder Aluminium, eingesetzt werden.According to a preferred embodiment, the emitter contacts and the base contacts are each formed as elongated, comb-like interlocking fingers. Both the emitter contacts and the base contacts may be in the form of a local metallization preferably in the form of finger-like grids. For the metallization metals, such as silver or aluminum, can be used.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der ersten Solarzelle und der zweiten Solarzelle um einander räumlich benachbarte Solarzellen. Diese können bevorzugt seitlich nebeneinander oder auch übereinander angeordnet sein.According to a further preferred embodiment, the first solar cell and the second solar cell are spatially adjacent solar cells. These may preferably be arranged laterally next to one another or else one above the other.
Erfindungsgemäß kann es bevorzugt sein, dass neben einer ersten Solarzelle und einer zweiten Solarzelle weitere Solarzellen in Reihe geschaltet werden. Wesentlich ist dabei, dass stets Emitterkontakte einer Solarzelle mit Basiskontakten einer damit verbundenen Solarzelle in Reihe kontaktiert werden.According to the invention, it may be preferable for further solar cells to be connected in series in addition to a first solar cell and a second solar cell. It is essential that always emitter contacts of a solar cell with base contacts of an associated solar cell are contacted in series.
Die Rückseite der ersten und die Rückseite der zweiten Solarzelle werden mit der Metallfolie des Verbunds über eine Isolationsschicht kontaktiert. Diese Kontaktierung kann derart erfolgen, dass die Isolationsschicht unabhängig von der Metallfolie direkt auf die Rückseite der ersten und die Rückseite der zweiten Solarzellen aufgetragen und danach die Metallfolie auf die Isolationsschicht aufgebracht wird. Andererseits ist es ebenso möglich, den Verbund aus Metallfolie und Trägerfolie mit der Isolationsschicht zu versehen, wobei die Isolationsschicht auf der Metallfolie aufgebracht ist. In diesem Fall kann der Verbund aus Isolationsschicht, Metallfolie und Trägerfolie so auf der Rückseite der ersten und der Rückseite der zweiten Solarzelle platziert werden, dass die Metallfolie mit de Rückseite der ersten und der Rückseite der zweiten Solarzelle über die Isolationsschicht in Kontakt steht. Die Isolationsschicht kann die volle Fläche oder nur einen Teil der Fläche einer Solarzellenrückseite bedecken. Erfindungsgemäß kann es bevorzugt sein, wenn die Isolationsschicht nur die Bereiche einer Solarzelle bedeckt, die die zu verbindenden Emitterkontakte bzw. Basiskontakte umgeben, wobei die Bereiche, die die nicht zu verbindenden Basiskontakte bzw. Emitterkontakte umgeben, nicht von der Isolationsschicht bedeckt sind. Die zu verbindenden Emitterkontakte bzw. Basiskontakte selbst werden in diesem Fall von Aussparungen in der Isolationsschicht freigegeben.The back of the first and the back of the second solar cell are contacted with the metal foil of the composite via an insulating layer. This contacting can take place in such a way that the insulating layer, independently of the metal foil, is applied directly to the rear side of the first and the back side of the second solar cell and then the metal foil is applied to the insulating layer. On the other hand, it is also possible to provide the composite of metal foil and carrier film with the insulating layer, wherein the insulating layer is applied to the metal foil. In this case, the composite of insulating layer, metal foil and carrier foil may be placed on the back of the first and the back of the second solar cell such that the metal foil is in contact with the back of the first and the back of the second solar cell via the insulating layer. The insulating layer may cover the full area or only part of the area of a solar cell backside. According to the invention, it may be preferred for the insulating layer to cover only the regions of a solar cell which surround the emitter contacts or base contacts to be connected, the regions which surround the base contacts or emitter contacts not to be connected not being covered by the insulating layer. The emitter contacts or base contacts themselves to be connected are released in this case by recesses in the insulation layer.
Die Isolationsschicht weist demnach Aussparungen auf und ist so ausgestaltet, dass nach der Kontaktierung der Rückseiten der Solarzellen mit der Metallfolie des Verbunds die Aussparungen in der Isolationsschicht und die Aussparungen im Verbund in Verbindung stehen. Dies bedeutet, dass die Aussparung in der Isolationsschicht und die Aussparung in dem Verbund eine Öffnung bereitstellen, die sich durch die gesamte Dicke des Verbunds aus Trägerfolie, Metallfolie und Isolationsschicht erstreckt. Insofern ist es bevorzugt, dass die Anzahl der Aussparungen im Verbund wenigstens so groß ist wie die Anzahl der Aussparungen in der Isolationsschicht. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht die Anzahl der Aussparungen im Verbund der Anzahl der Aussparungen in der Isolationsschicht. Andererseits ist es jedoch auch möglich, dass die Anzahl der Aussparungen im Verbund größer ist als die Anzahl der Aussparungen in der Isolationsschicht. Dies kann beispielsweise technisch bedingt sein. In diesem Fall kommt den Aussparungen im Verbund, zu denen es keine entsprechenden Aussparungen in der Isolationsschicht gibt, üblicherweise keine Funktion zu.The insulation layer therefore has recesses and is designed such that after contacting the rear sides of the solar cells with the metal foil of the composite, the recesses in the insulation layer and the recesses in the composite are in communication. This means that the recess in the insulating layer and the recess in the composite provide an opening which extends through the entire thickness of the composite of carrier foil, metal foil and insulating layer. In this respect, it is preferable that the number of recesses in the composite is at least as large as the number of recesses in the insulating layer. According to a particularly preferred embodiment, the number of recesses in the composite corresponds to the number of recesses in the insulation layer. On the other hand, it is also possible that the number of recesses in the composite is greater than the number of recesses in the insulation layer. This can be technical, for example. In this case, the recesses in the composite, for which there are no corresponding recesses in the insulation layer, usually has no function.
Der Umfang einer mit der Aussparung in der Metallfolie in Verbindung stehenden Aussparung in der Isolationsschicht ist wenigstens so groß wie der Umfang der Aussparung in der Metallfolie.The circumference of a recess in the insulating layer communicating with the recess in the metal foil is at least as large as the circumference of the recess in the metal foil.
Ferner geben die Aussparungen in der Isolationsschicht die Emitterkontakte der ersten Solarzelle und die Basiskontakte der zweiten Solarzelle frei. Erfindungsgemäß kann es bevorzugt sein, dass die Aussparungen in der Isolationsschicht lediglich die Emitterkontakte der ersten Solarzelle und die Basiskontakte der zweiten Solarzelle freigeben. Dabei kann es bevorzugt sein, dass die Basiskontakte der ersten Solarzelle und die Emitterkontakte der zweiten Solarzelle nicht vom Verbund bzw. der Isolationsschicht bedeckt sind.Furthermore, the recesses in the insulation layer release the emitter contacts of the first solar cell and the base contacts of the second solar cell. According to the invention, it may be preferred that the recesses in the insulation layer only the emitter contacts of the first solar cell and the Release base contacts of the second solar cell. It may be preferred that the base contacts of the first solar cell and the emitter contacts of the second solar cell are not covered by the composite or the insulating layer.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Metallfolie des Verbunds so ausgestaltet, dass sie nur die Bereiche einer Solarzelle bedeckt, die die zu verbindenden Emitterkontakte bzw. Basiskontakte umgeben, wobei die Bereiche, die die nicht zu verbindenden Basiskontakte bzw. Emitterkontakte umgeben, nicht von der Metallfolie bedeckt sind. Die zu verbindenden Emitterkontakte bzw. Basiskontakte selbst werden in diesem Fall von den Aussparungen in der Metallfolie und der darunter liegenden Isolationsschicht freigegeben.According to a particularly preferred embodiment, the metal foil of the composite is designed such that it covers only those regions of a solar cell which surround the emitter contacts or base contacts to be connected, the regions surrounding the base contacts or emitter contacts not to be connected not being separated from the emitter contacts Metal foil are covered. The emitter contacts or base contacts themselves to be connected are in this case released from the recesses in the metal foil and the underlying insulating layer.
Die Metallfolie weist vorzugsweise dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Umfangsgeometrie auf wie die Isolationsschicht. Ebenso kann es bevorzugt sein, dass die Trägerfolie dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Umfangsgeometrie aufweist wie die Metallschicht und ggf. die Isolationsschicht.The metal foil preferably has the same or substantially the same circumferential geometry as the insulating layer. Likewise, it may be preferred for the carrier film to have the same or essentially the same circumferential geometry as the metal layer and possibly the insulating layer.
Erfindungsgemäß ist darauf zu achten, dass eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Emitter auf der Rückseite einer Rückseitenkontaktzelle und der Basis auf der Rückseite einer benachbarten Rückseitenkontaktzelle erfolgt und dass elektrische Kontaktierungen zwischen den Emittern einer Rückseitenkontaktzelle ebenso ausgeschlossen werden wie elektrische Kontaktierungen zwischen den Basen einer Rückseitenkontaktzelle. Folglich werden die Aussparungen im Verbund und der Isolationsschicht so vorgesehen, dass dieses Kontaktierungsprinzip eingehalten wird.According to the invention, care must be taken that electrical contacting takes place between the emitter on the rear side of a rear contact cell and the base on the rear side of an adjacent rear contact cell, and that electrical contacts between the emitters of a rear contact cell are precluded, as are electrical contacts between the bases of a back contact cell. Consequently, the recesses in the composite and the insulation layer are provided so that this Kontaktierungsprinzip is met.
Die Aussparungen in der Isolationsschicht geben erfindungsgemäß die Emitterkontakte der ersten Solarzelle und die Basiskontakte der zweiten Solarzelle frei, so dass die Ausbildung eines Lotkontakts vom Emitterkontakt der ersten Solarzelle bzw. dem Basiskontakt der zweiten Solarzelle durch die Aussparung der Isolationsschicht und die Aussparung des Verbunds zur Metallfolie des Verbunds erfolgen kann.According to the invention, the recesses in the insulating layer release the emitter contacts of the first solar cell and the base contacts of the second solar cell, so that the formation of a solder contact from the emitter contact of the first solar cell or the base contact of the second solar cell through the recess of the insulating layer and the recess of the composite to the metal foil of the composite can take place.
Schließlich werden die Emitterkontakte der ersten Solarzelle mit den Basiskontakten der zweiten Solarzelle elektrisch verbunden, indem man die Metallschicht des Verbunds mit den Emitterkontakten der ersten Solarzelle und den Basiskontakten der zweiten Solarzelle verlötet, wobei der jeweilige Lotkontakt vom Emitterkontakt bzw. Basiskontakt durch die Aussparung in der Isolationsschicht und die Aussparung im Verbund zur Metallfolie des Verbunds erfolgt und wenigstens ein Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie des Verbunds, die nicht von Trägerfolie bedeckt ist, mit Lot versehen ist.Finally, the emitter contacts of the first solar cell are electrically connected to the base contacts of the second solar cell by soldering the metal layer of the composite with the emitter contacts of the first solar cell and the base contacts of the second solar cell, wherein the respective solder contact from the emitter contact or base contact through the recess in the Insulating layer and the recess in the composite to the metal foil of the composite takes place and at least a portion of the insulating layer facing away from the surface of the metal foil of the composite, which is not covered by carrier foil, is provided with solder.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Lotbedeckungsgrad 5–50%, mehr bevorzugt 10–50%, noch mehr bevorzugt 15–45% und ganz besonders bevorzugt 20–45%.In a particularly preferred embodiment, the degree of solder coverage is 5-50%, more preferably 10-50%, even more preferably 15-45% and most preferably 20-45%.
Der Lotbedeckungsgrad ermittelt sich erfindungsgemäß nach folgender Formel:
a der mit Lot versehene Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie des Verbunds ist, wobei in diesem Zusammenhang die Oberfläche der Aussparungen der Metallfolie nicht als Oberfläche der Metallfolie des Verbunds betrachtet wird, und
b die Fläche der Aussparungen in der Metallfolie ist. Unter Fläche der Aussparungen in der Metallschicht wird erfindungsgemäß die Fläche der Aussparungen in der Metallschicht an der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallschicht verstanden.The Lotbedeckungsgrad determined according to the invention according to the following formula:
a is the soldered part of the insulating layer facing away from the surface of the metal foil of the composite, in which connection the surface of the recesses of the metal foil is not considered as a surface of the metal foil of the composite, and
b is the area of the recesses in the metal foil. The area of the recesses in the metal layer is understood according to the invention to mean the area of the recesses in the metal layer on the surface of the metal layer facing away from the insulating layer.
Vor dem Lötprozess wird vorzugsweise ein Lötmittel durch die durch die Aussparungen des Verbunds und der Isolationsschicht bereitgestellten Öffnungen auf die Emitterkontakte und Basiskontakte der Rückseitenkontaktsolarzellen eingebracht. Dabei wird die Menge des Lötmittels erfindungsgemäß so gewählt, dass es einerseits zu stabilen Lotgefügen zwischen den Metallisierungen der Emitterkontakte der ersten Solarzelle bzw. den Basiskontakten der zweiten Solarzelle und der Metallfolie und andererseits zur erfindungsgemäßen Bedeckung von wenigstens einem Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie des Verbunds, die nicht von Trägerfolie bedeckt ist, kommt. Bei dem Lötmittel kann es sich beispielsweise um eine Lotpaste handeln. Das Lötmittel kann ein übliches Weichlot oder Hartlot sein. Demgemäß können die Temperatur und die weiteren Bedingungen des Lötprozesses in bekannter Weise variieren.Preferably, prior to the soldering process, a solder is introduced through the openings provided by the recesses of the composite and the insulating layer onto the emitter contacts and base contacts of the back contact solar cells. According to the invention, the amount of the solder is chosen such that on the one hand stable solder layers are formed between the metallizations of the emitter contacts of the first solar cell or the base contacts of the second solar cell and the metal foil and on the other hand covering of at least part of the surface of the metal foil facing away from the insulating layer of the composite that is not covered by carrier foil comes. The solder may be, for example, a solder paste. The solder may be a common solder or braze. Accordingly, the temperature and other conditions of the soldering process may vary in a known manner.
Nach dem Lötprozess wird die Trägerfolie des Verbunds von der Metallfolie des Verbunds entfernt. Dies kann beispielsweise durch einfaches Abziehen der Trägerfolie erfolgen.After the soldering process, the carrier film of the composite is removed from the metal foil of the composite. This can be done for example by simply peeling off the carrier film.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, ein Solarzellenmodul herzustellen, das rückseitenkontaktierte Solarzellen enthält.With this method, it is possible to produce a solar cell module containing back-contacted solar cells.
Dieses Solarzellenmodul weist wenigstens eine erste und eine zweite Solarzelle auf, deren Rückseiten jeweils Emitterkontakte und Basiskontakte enthalten.This solar cell module has at least one first and one second solar cell, whose rear sides each contain emitter contacts and base contacts.
Daneben enthält das Solarzellenmodul wenigstens eine Isolationsschicht, die auf den Rückseiten der Solarzellen aufgebracht ist und die Aussparungen enthält, die die Emitterkontakte der ersten und die Basiskontakte der zweiten Solarzelle freigeben.In addition, the solar cell module contains at least one insulating layer which is applied to the rear sides of the solar cells and contains the recesses which release the emitter contacts of the first and the base contacts of the second solar cell.
Über der Isolationsschicht ist eine Metallfolie angeordnet, die die erste und die zweite Solarzelle verbindet. Diese Metallfolie enthält Aussparungen, die mit den Aussparungen in der Isolationsschicht in Verbindung stehen.Over the insulation layer, a metal foil is arranged, which connects the first and the second solar cell. This metal foil contains recesses which communicate with the recesses in the insulation layer.
Ferner sind Lotkontakte enthalten, wobei sich der jeweilige Lotkontakt vom Emitterkontakt bzw. Basiskontakt durch eine Aussparung der Isolationsschicht und eine Aussparung der Metallfolie erstreckt. Dabei ist wenigstens ein Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie mit Lot versehen. Dadurch wird eine formschlüssige Verbindung der Solarzellen mit der Metallfolie gebildet.Further, solder contacts are included, wherein the respective solder contact extends from the emitter contact or base contact through a recess of the insulating layer and a recess of the metal foil. In this case, at least a part of the insulating layer facing away from the surface of the metal foil is provided with solder. As a result, a positive connection of the solar cells with the metal foil is formed.
Dadurch, dass wenigstens ein Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie mit Lot versehen ist, kommt es neben einer stoffschlüssigen Verbindung, die durch den Lotkontakt hergestellt wird, auch zu einer formschlüssigen Verbindung der Solarzellen mit der Metallfolie. Dabei wird die Metallfolie mit den Emitterkontakten der ersten Solarzelle bzw. den Basiskontakten der zweiten Solarzelle befestigt, indem der mit Lot versehene Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie zusätzlich eine mechanische Sperre (in der Art eines Nagelkopfes) bildet, die eine von der Solarzellenrückseite weggerichtete Bewegung der Metallfolie verhindert. Dadurch wird einerseits eine mechanisch stabile Verbindung zwischen der Metallfolie und den Emitterkontakten der ersten Solarzelle bzw. den Basiskontakten der zweiten Solarzelle gebildet. Andererseits hat dies auch hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung wesentliche Vorteile zur Folge. So kommt es beispielsweise durch die größere Fläche, die von dem mit Lot versehenen Teil der der Isolationsschicht abgewandten Oberfläche der Metallfolie eingenommen wird, zu einer besseren Stromverteilung und zu einer höheren Belastbarkeit beim Betrieb des Solarzellenmoduls. Darüber hinaus kann auch ein schlechterer Übergangswiderstand wettgemacht werden.Characterized in that at least a portion of the insulating layer facing away from the surface of the metal foil is provided with solder, it comes in addition to a cohesive connection, which is produced by the solder contact, also a positive connection of the solar cell with the metal foil. In this case, the metal foil with the emitter contacts of the first solar cell or the base contacts of the second solar cell is fixed by the soldered portion of the insulation layer facing away from the surface of the metal foil additionally forms a mechanical barrier (in the manner of a nail head), which is one of the solar cell back directed movement of the metal foil prevents. As a result, on the one hand, a mechanically stable connection is formed between the metal foil and the emitter contacts of the first solar cell or the base contacts of the second solar cell. On the other hand, this also has significant advantages in terms of electrical contacting. Thus, for example, the greater area occupied by the soldered part of the surface of the metal foil facing away from the insulating layer leads to a better current distribution and to a higher load capacity during operation of the solar cell module. In addition, a worse contact resistance can be compensated.
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