DE102010001780A1

DE102010001780A1 - Solarzelle, Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und Druckschablone zum Aufbringen einer Kontaktierung einer Solarzelle

Info

Publication number: DE102010001780A1
Application number: DE201010001780
Authority: DE
Inventors: Joachim 73252 Hrabi; Ralf 85521 Weber
Original assignee: KOENEN GmbH; Koenen 85521 GmbH
Current assignee: KOENEN GmbH; Koenen 85521 GmbH
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-11
Also published as: WO2011098273A2; WO2011098273A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, umfassend eine Solarzellenschicht (2) zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle (1) einfallende elektromagnetische Strahlung und eine auf der Solarzellenschicht (2) aufgebrachte Frontseitenkontaktierung (3), wobei die Frontseitenkontaktierung (3) Kontaktfinger (3a) zum Aufnehmen von in der Solarzellenschicht (2) erzeugtem elektrischen Strom und zumindest einen Stromabführungskontakt (3b) zum Ableiten des von den Kontaktfingern (3a) aufgenommenen elektrischen Stroms aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (3b) der Frontseitenkontaktierung eine Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) aufweist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer vorstehend beschriebenen Solarzelle und eine Druckschablone zum Aufbringen einer Kontaktierung einer derartigen Solarzelle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Sonnenlicht, in elektrische Energie. Eine derartige Solarzelle umfasst eine Solarzellenschicht zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle einfallende elektromagnetische Strahlung und einer auf dieser Solarzellenschicht aufgebrachte Frontseitenkontaktierung, wobei die Frontseitenkontaktierung eine Vielzahl von Kontaktfingern zum Aufnehmen von in der Solarzellenschicht erzeugtem elektrischen Strom und eine oder mehrere Stromabführungskontakte, insbesondere streifenförmige Busbars, zum Ableiten des von den Kontaktfingern aufgenommenen elektrischen Stroms aufweist.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Solarzellenmodul, das eine oder mehrere Reihen von elektrisch in Reihe geschalteten Solarzellen nach der vorliegenden Erfindung umfasst.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Frontseitenkontaktierung umfassend die Kontaktfinger und ein oder mehrere Stromabführungskontakte, insbesondere mittels einer Druckschablone in einem technischen Druckverfahren, insbesondere mittels einer Siebdruckschablone oder eines Druckschablonenblechs, auf die Solarzellenschicht der Solarzelle aufgebracht wird, insbesondere indem eine Druckpaste, die elektrische Leitfähigkeit aufweist, mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Druckschablone zum Aufbringen einer Front- oder Rückseitenkontaktierung einer vorstehend beschriebenen Solarzelle, wobei die Druckschablone ein Druckmuster aufweist, sodass die Druckschablone dazu geeignet ist, dass die Front- oder Rückseitenkontaktierung der Solarzelle in einem technischen Druckverfahren auf die Solarzellenschicht aufgebracht wird, indem eine Druckpaste mittels einer Rakel durch das Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Solarzellen, Solarzellenmodule, Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und Druckschablonen zum Aufbringen einer Frontkontaktierung einer Solarzelle wie vorstehend beschrieben, sind dem Stand der Technik wohlbekannt.
So beschreibt zum Beispiel die DE 10 2006 021 804 A1 Solarzellen, Solarzellenmodule sowie Verfahren zur Herstellung von Solarzellenmodulen, die zumindest eine Reihe von elektrisch in Reihe geschalteten Solarzellen umfassen. Die Solarzellen sind dazu geeignet, zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie verwendet zu werden, wobei die Solarzellen eine Solarzellenschicht zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle einfallende elektromagnetische Strahlung und eine auf der Solarzellenschicht aufgebrachte Frontseitenkontaktierung umfassen.
Die in der DE 10 2006 021 804 A1 beschriebenen Solarzellen weisen insbesondere eine Frontseitenkontaktierung auf, die eine Vielzahl von Kontaktfingern zum Aufnehmen von in der Solarzellenschicht erzeugten elektrischen Strom und zumindest einen Stromabführungskontakt zum Ableiten des von den Kontaktfingern aufgenommenen elektrischen Stroms aufweist.
Weiterhin ist in Absatz [0045] der DE 10 2006 021 804 A1 beschrieben, dass die Frontseitenkontaktierung zum Beispiel durch Aufdrucken einer leitfähigen, insbesondere metallhaltigen Paste direkt auf die Frontseite der Solarzelle aufgebracht werden kann, oder alternativ auf eine Deckscheibe, wobei die Frontseitenkontaktierung in diesem Fall in einem weiteren Verfahrensschritt indirekt mittels des Druckverfahrens auf die Frontseite der Solarzelle aufgebracht werden kann.
In 1 ist schematisch ein Querschnitt einer Solarzelle gemäß der Lehre der DE 10 2006 021 804 A1 dargestellt. Die Solarzelle umfasst eine Solarzellenschicht 2 zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf der Frontseite (in 1 die obige Seite der Solarzelle 1) einfallende elektromagnetische Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, und eine auf der Solarzellenschicht 2 aufgebrachte Frontseitenkontaktierung 3. Weiterhin umfasst die Solarzelle 1 in 1 eine auf der Unterseite der Solarzellenschicht 2 aufgebrachte Rückseitenkontaktierung 4.
So sind aus der DE 10 2006 021 804 A1 zum Beispiel Solarzellen auf Siliziumbasis bekannt, die eine dotierte Silizium-Basisschicht 2b aufweisen, wie in 1 dargestellt. Diese Basisschicht 2b kann sowohl p-dotiert als auch n-dotiert sein. Auf der Basisschicht 2b ist eine weitere dotierte Siliziumschicht aufgebracht, der so genannte Emitter 2a, wobei die Schicht des Emitters 2a eine der Dotierung der Basisschicht 2b entgegen gesetzte Dotierung aufweist, d. h. z. B. p-dotiert, wenn die Basisschicht 2b n-dotiert ist, bzw. n-dotiert, wenn die Basisschicht 2b p-dotiert ist.
Des Weiteren können derartige Solarzellen auf der Rückseite der Basisschicht 2b eine stark dotierte Schicht 2c umfassen, die stärker dotiert ist als die Basisschicht 2b zum Ausbilden eines so genannten elektrischen Rückseitenfeldes, in der Fachsprache „Back Surface Field” so genannt.
Hierbei ist die stark dotierte Schicht 2c stark n-dotiert, wenn die Basisschicht 2b n-dotiert ist, bzw. stark p-dotiert, wenn die Basisschicht 2b p-dotiert ist. Auf der Rückseite dieser Schicht ist weiterhin eine Rückseitenkontaktierung 4 aufgebracht.
Bei der vorstehend beschriebenen Solarzelle gemäß einer Struktur nach 1 handelt es sich beispielhaft um eine Solarzelle mit einer lichtempfindlichen Frontseite, da die Emitterschicht 2a auf der Frontseite, das heißt auf der Licht einfallenden Seite, aufgebracht ist.
Weiterhin sind dem Stand der Technik Solarzellen mit lichtempfindlicher Rückseite bekannt, bei denen die Emitterschicht auf der Rückseite der Basisschicht aufgebracht ist. Bei derartigen Solarzellen wäre dann eine stark dotierte Schicht auf der Frontseite der Solarzelle aufgebracht zum Ausbilden eines elektrischen Frontseitenfelds, eines so genannten „Front Surface Field”.
Die vorstehend beschriebenen, dem Stand der Technik bekannten Solarzellen haben gemeinsam, dass die Frontseitenkontaktierung 3 einerseits zum Sammeln und Abführen des in der Solarzellenschicht 2 erzeugten elektrischen Stroms dünne Kontaktfinger 3a und andererseits zumindest einen mit den Kontaktfingern 3a elektrisch verbundenen ggf. streifenförmigen Stromabführungskontakt 3b zum Ableiten des von den Kontaktfingern aufgenommenen elektrischen Stroms aufweist.
2 zeigt beispielhaft schematisch eine Draufsicht einer Solarzelle 1 mit einer Struktur einer Frontseitenkontaktierung 3 einer Solarzelle, wie sie dem Stand der Technik bekannt ist. Beispielhaft umfasst die Frontseitenkontaktierung zwei parallel verlaufende streifenförmige Busbars 3b und eine Vielzahl von zu den Busbars 3b orthogonal verlaufenden Kontaktfingern 3a. Weiterhin kann auch die Rückseitenkontaktierung 4 einen oder mehrere Busbars aufweisen.
Hierbei verdeckt die Frontseitenkontaktierung 3 frontseitig einen Bereich der Solarzellenschicht 2 (siehe auch 1) und beeinflusst somit den Wirkungsgrad der Solarzelle 1. Aus diesem Grund werden im Stand der Technik Frontseitenkontaktierungen 3 aufgebracht, die besonders dünne Kontaktfinger 3a aufweisen, um den Lichteinfall auf die Solarzellenschicht 2 zu optimieren, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Solarzelle 1 zu erzielen. Hierbei wird gleichzeitig angestrebt, einen zu hohen Leitungswiderstand der Kontaktfinger 3a zu vermeiden, um die elektrischen Verluste so klein wie möglich zu halten, indem die Kontaktfinger 3a derart ausgebildet werden, dass ihr Querschnitt ein möglichst hohes Aspektverhältnis aufweist. Das Aspektverhältnis eines Kontaktfingers 3a beschreibt hierbei das Verhältnis von Höhe zu Breite des Querschnitts des Kontaktfingers 3a.
Bei dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren für Solarzellen wird die Frontseitenkontaktierung bzw. auch die Rückseitenkontaktierung der Solarzelle z. B. in einem technischen Druckverfahren mittels Siebdruckschablonen für den technischen Siebdruck bzw. Druckschablonenblechen für den technischen Druck auf die Solarzellenschicht 2 aufgebracht, indem eine meist silberhaltige Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Schablone aufgebracht wird. Weitere bekannte Verfahren zum Aufbringen einer Frontseitenkontaktierung sind z. B. Rotationssiebdruck, Tampondruck, Inkjet-Verfahren, Aerosol-Sprühverfahren, laserinduzierte Sprühverfahren, Dispensen, Rollercoating oder Plating-Verfahren (z. B. lichtinduziert) nach Aufbringen einer Schutzschicht bzw. eines Schutzlackes.
Hierbei wird der zumindest eine mit den Kontaktfingern 3a elektrisch verbundene ggf. streifenförmige Stromabführungskontakt 3b zum Ableiten des von den Kontaktfingern 3a aufgenommenen elektrischen Stroms verfahrensbedingt im Wesentlichen mit einer ähnlichen Höhe entsprechend der Höhe der Kontaktfinger 3a ausgebildet, wenn die Kontaktfinger 3a und Stromabführungskontakte 3b in einem Schritt ausgebildet werden. Da der zumindest eine Stromabführungskontakt 3b jedoch eine im Vergleich zu den Kontaktfingern 3b deutlich höhere Breite aufweist (d. h. ein sehr viel kleineres Aspektverhältnis), wird für das Aufbringen des Stromabführungskontakts im Verhältnis sehr viel Material verbraucht, wodurch insbesondere bei Massenproduktion ein großer Materialverbrauch mit den damit verbundenen hohen Kosten auftritt. Bei den vorstehend beschriebenen technischen Druckverfahren tritt hierbei zum Beispiel ein mit hohen Kosten verbundener, sehr hoher Verbrauch an Druckpaste auf, insbesondere ggf. an silberhaltiger Druckpaste. Zur Materialeinsparung durch Reduktion der Höhe des Stromabführungskontakts müssten der Stromabführungskontakt und die Kontaktfinger in zwei unabhängigen Schritten ausgebildet werden, wodurch jedoch die Herstellung der Kontaktierung aufgrund Verfahrens mit zwei Schritten deutlich umständlicher wäre. Außerdem weisen Verfahren bei denen die Frontseitenkontaktierung in zwei Schritten aufgebracht wird das Problem auf, dass der Übergangsbereich zwischen den dünnen Kontaktfingern und den Stromabführungskontakten unsauber bzw. mit geschwächter Übergangsstruktur ausgebildet wird.
Bei dem Aufbringen einer Frontseitenkontaktierung auf eine Solarzelle bei Siebdruck- bzw. Schablonendruckverfahren tritt noch ein weiteres Problem auf. Die Rakelbewegung wird konventionell zum exakten Ausbilden der Kontaktfinger entlang der Aussparungen für die Kontaktfinger im Druckmuster bewegt, d. h. das Rakel steht im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktfingeraussparungen im Druckmuster und wird parallel dazu bewegt. Da die Aussparung(en) für die Stromabführungskontakte im Druckmuster im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktfingern ausgebildet sind, fällt bzw. drückt das Rakel bei der Rakelbewegung beim Aufbringen der Kontaktierung in die Aussparungen für die Stromabführungskontakte im Druckmuster. Dies führt zu einem Quetschen der Lotpaste durch das Rakel in einer Aussparung für die Kontaktfinger im Druckmuster, wobei zu diesem Zeitpunkt kein Druck über die Rakel auf das Drucksieb bzw. die Druckschablone ausgeübt wird. Somit kann Lotpaste im Übergangsbereich zwischen den Stromabführungskontakten und den Kontaktfingern unter das Sieb bzw. unter die Schablone gequetscht werden (kein bzw. nur geringes Abdichtverhalten vorhanden, da kein ausreichender Druck mittels der Rakel auf das Sieb bzw. die Schablone aufgebracht werden kann). Dies führt nachteilig zu einem schlechten bzw. unsauberen Druckbild und erhöhten Ausschussraten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme im Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle und Mittel zum Herstellen einer solchen Solarzelle bereitzustellen, wobei die Probleme des Stands der Technik vermieden werden und die Herstellung einer Solarzelle bzw. eines Solarmoduls mit hohem Wirkungsgrad kosteneffizient bei gleichzeitig sauberem Druckbild und niedrigen Ausschussraten ermöglicht ist.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird eine Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie nach Anspruch 13 und eine Druckschablone zum Aufbringen einer Frontkontaktierung einer Solarzelle nach Anspruch 17 oder 18 vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Eine Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst

– eine Solarzellenschicht zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle einfallende elektromagnetische Strahlung und
– eine frontseitig auf der Solarzellenschicht aufgebrachte Frontseitenkontaktierung,

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt der Frontseitenkontaktierung eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei dem Aufbringen der Frontseitenkontaktierung, die ggf. Silber oder andere wertvolle Metalle enthält, auf die Solarzellenschicht Material eingespart werden kann, da der zumindest eine Stromabführungskontakt der Frontseitenkontaktierung eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist, so dass an den Stellen der Ausnehmungen kein Material vorgesehen werden muss.
Somit können bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Solarzelle, insbesondere in einer Massenproduktion von Solarzellen, die hohen Kosten aufgrund der Materialeinsparung deutlich reduziert werden, ohne auf kostengünstigere Materialien zurückgreifen zu müssen, die die Leitfähigkeit der Kontaktierung negativ beeinflussen würden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben insbesondere herausgefunden, dass durch die erfindungsgemäßen Ausnehmungen Materialeinsparungen von bis zu ca. 50% erreicht werden können, ohne einen unerwünschten negativen Effekt auf die Leitfähigkeit der Kontaktierung bzw. des zumindest einen Stromabführungskontakts zu bewirken oder negativ auf die Stabilität des Stromabführungskontakts einzuwirken.
Zusätzlich bietet die erfindungsgemäße Ausbildung des zumindest einen Stromabführungskontakts der Frontseitenkontaktierung aufgrund der vorgesehenen Ausnehmungen den weiteren Vorteil, dass Verbindungselemente (d. h. Verbindungskontakte bzw. Verbindungskontaktelemente), die ggf. auf den zumindest einen Stromabführungskontakt zweier Solarzellen angebracht werden, um mehrere Solarzellen zu einem Solarzellenmodul elektrisch in Reihe zu schalten, besser und langhaltiger auf dem Stromabführungskontakt angebracht werden können.
Somit haften Verbindungselemente besser auf dem zumindest einen Stromabführungskontakt. Wird ein Verbindungselement z. B. auf den zumindest einen Stromabführungskontakt der Frontseitenkontaktierung aufgelötet oder elektrisch leitend verklebt, kann das Verbindungselement besser auf der erfindungsgemäß ausgebildeten Struktur des zumindest einen Stromabführungskontakts mit Ausnehmungen angreifen, ggf. durch einen Verkrallungseffekt bei dem z. B. Lot oder Lötpaste zumindest teilweise in die Ausnehmungen hineinreicht und das Verbindungselement die Haftung erhöhend verkrallt.
Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass bei Siebdruck- bzw. Metallschablonendruckverfahren bei der Rakelbewegung entlang der Aussparungen für die Kontaktfinger im Druckmuster die Rakel nicht in die Aussparungen für die Stromabführungskontakte fallen kann bzw. gedrückt werden kann. Zu jedem Zeitpunkt verfährt die Rakel auf gleichem Niveau und Druck kann zu jedem Zeitpunkt zur Abdichtung auf das Druckmuster aufgebracht werden. Somit entsteht ein sauberes, exaktes, optisch einwandfreies Druckbild, insbesondere auch im Übergangsbereich zwischen den Kontaktfingern und den Stromabführungskontakten ohne Verquetschung der Kontaktfinger. Des Weiteren können somit Ausschussraten reduziert werden.
Weiterhin können nach der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise Frontseitenkontaktierungen aufgebracht werden, deren Kontaktfinger eine im Wesentlichen gleiche Höhe aufweisen, wie der zumindest eine Stromabführungskontakt, wobei gleichzeitig ein hohes Aspektverhältnis der Kontaktfinger und eine signifikante Materialeinsparung erreicht werden kann. Falls weiterhin ein im Stand der Technik verwendetes, die Zellen eines Moduls verbindendes angelötetes Metallband im Busbarbereich ebenfalls mit den gleichen Ausnehmungen gebildet wird oder nicht über die gesamte Länge der Stromabführungskontakte aufgebracht wird, können die Ausnehmungen in dem zumindest einen Stromabführungskontakt des Weiteren den Wirkungsgrad der Solarzelle erhöhen, da elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, zusätzlich durch die Ausnehmungen auf die Solarzellenschicht der Solarzelle einfallen kann, und die strahlungs- bzw. lichtempfindliche Einfallfläche der Solarzelle weiter vergrößert werden kann.
Vorzugsweise sind die Kontaktfinger der Frontseitenkontaktierung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und vorzugsweise ist der zumindest eine Stromabführungskontakt der Frontseitenkontaktierung im Wesentlichen orthogonal zu den Kontaktfingern angeordnet. Vorzugsweise ist der zumindest eine Stromabführungskontakt ein streifenförmiger Busbar. Vorzugsweise umfasst die Frontseitenkontaktierung zwei oder mehr Stromabführungskontakte, insbesondere zwei oder mehr streifenförmige Busbars, die vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Vorzugsweise umfasst die Solarzelle weiterhin eine rückseitig auf der Solarzellenschicht aufgebrachte Rückseitenkontaktierung, die vorzugsweise zumindest einen Stromabführungskontakt aufweist, wobei der zumindest eine Stromabführungskontakt der Rückseitenkontaktierung vorzugsweise eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist.
Nach dem Stand der Technik ist eine Rückseitenkontaktierung meist ganzflächig durch eine ggf. aluminiumhaltige Kontaktierungsschicht auf der Rückseite der Solarzellenschicht gebildet, die meist nur an Stellen Aussparungen für Stromabführungskontakte bzw, Busbars aufweist, die jedoch auch zusätzlich zumindest einen weiterhin aufgebrachten Stromabführungskontakt bzw. Busbar, der ggf. silberhaltig ist, umfasst, an dem ggf. ein Verbindungselement angebracht werden kann, um die Rückseitenkontaktierung mit einer Frontseitenkontaktierung einer zweiten Solarzelle elektrisch zu verbinden, um die Solarzellen elektrisch in Reihe zu schalten.
In einer solchen Ausführung kann erfindungsgemäß auch der zumindest eine Stromabführungskontakt der Rückseitenkontaktierung mit Ausnehmungen ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit der vorteilhaften Materialeinsparung und auch auf der Rückseitenkontaktierung kann ein Verbindungselement mit einem Stromabführungskontakt, insbesondere vorzugsweise ein streifenförmiger Busbar, mit verbesserter Haftung des Verbindungselements auf dem zumindest einen Stromabführungskontakt angebracht werden.
Vorzugsweise umfasst die Rückseitenkontaktierung zwei oder mehr Stromabführungskontakte, insbesondere zwei oder mehr streifenförmige Busbars, die vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Vorzugsweise verlaufen der zumindest eine frontseitige und der zumindest eine rückseitige Stromabführungskontakt im Wesentlichen in gleicher Richtung, d. h. im Wesentlichen parallel. Dies erleichtert das in Reihe schalten von mehreren Solarzellen zu einem Solarmodul, da die frontseitige und der zumindest eine rückseitige Stromabführungskontakt im Wesentlichen in gleicher Richtung ausgerichtet sind.
Vorzugsweise sind die Mehrzahl von Ausnehmungen des zumindest einen Stromabführungskontakts der Frontseitenkontaktierung bzw. der Rückseitenkontaktierung in einem Innenbereich des Stromabführungskontakts und/oder in einem Außenbereich des Stromabführungskontakts ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Mehrzahl von Ausnehmungen des zumindest einen Stromabführungskontakts der Frontseitenkontaktierung bzw. der Rückseitenkontaktierung regelmäßig und/oder gleichmäßig angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die (lokale) elektrische Leitfähigkeit des zumindest einen Stromabführungskontakts der Frontseitenkontaktierung bzw. der Rückseitenkontaktierung über die Länge des Stromabführungskontakts im Wesentlichen gleichmäßig bleibt, insbesondere wenn die Form und Anordnungsdichte der Ausnehmungen des zumindest einen Stromabführungskontakts entlang der Länge des Stromabführungskontakts im Wesentlichen unverändert bleibt.
Vorzugsweise umfassen die Mehrzahl von Ausnehmungen des zumindest einen Stromabführungskontakts der Frontseitenkontaktierung bzw. der Rückseitenkontaktierung rechteckige, quadratische, sechseckige, vieleckige, kreisförmige und/oder ellipsenförmige Ausnehmungen. Diese einfachen geometrischen Formen lassen sich insbesondere einfach ausbilden.
Vorzugsweise bilden die Mehrzahl von Ausnehmungen des zumindest einen Stromabführungskontakts der Frontseitenkontaktierung bzw. der Rückseitenkontaktierung eine Gitterstruktur in dem zumindest einen Stromabführungskontakt aus. Dies ermöglicht im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit des zumindest einen Stromabführungskontakts eine vorteilhafte regelmäßige und ggf. auch gleichmäßige Anordnung der Ausnehmungen z. B. besonders vorteilhaft bei gleichbleibenden Wandstärken des Gitters um die Ausnehmungen.
Vorzugsweise bilden die Mehrzahl von Ausnehmungen des zumindest einen Stromabführungskontakts eine Wabenstruktur in dem zumindest einen Stromabführungskontakt aus, insbesondere eine Wabenstruktur mit sechseckigen Ausnehmungen. Dies ermöglicht im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit des zumindest einen Stromabführungskontakts eine besonders vorteilhafte regelmäßige und ggf. auch gleichmäßige Anordnung der Ausnehmungen z. B. besonders vorteilhaft bei gleichbleibenden Wandstärken der Wabenstruktur um die Ausnehmungen bei gleichzeitiger im Wesentlichen optimierter Materialeinsparung.
Vorzugsweise umfasst die Solarzelle weiterhin zumindest einen an dem zumindest einen Stromabführungskontakt der Front- bzw. Rückseitenkontaktierung angebrachten elektrischen Verbindungskontakt, der dazu geeignet ist, mit der Front- bzw. Rückseitenkontaktierung einer zweiten Solarzelle elektrisch verbunden zu werden, um die Solarzelle mit der zweiten Solarzelle elektrisch in Reihe zu schalten.
Vorzugsweise enthält der zumindest eine Stromabführungskontakt der Front- bzw. Rückseitenkontaktierung Silber, Nickel, Kupfer oder Gold. Dies ist für die elektrische Leitfähigkeit des zumindest einen Stromabführungskontakts der Front- bzw. Rückseitenkontaktierung besonders vorteilhaft.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Solarzellenmodul, wobei das Solarzellenmodul gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest eine Gruppe bzw. eine Reihe von zumindest zwei elektrisch in Reihe geschalteten Solarzellen nach der vorliegenden Erfindung umfasst, die ggf. durch an die Stromabführungskontakte angebrachte Verbindungselemente elektrisch verbunden sind.
Gemäß einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie nach der vorliegenden Erfindung, wird eine Frontseitenkontaktierung der Solarzelle auf eine Solarzellenschicht der Solarzelle aufgebracht, wobei die hergestellte Solarzelle die Solarzellenschicht zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle einfallende elektromagnetische Strahlung und die auf der Solarzellenschicht frontseitig aufgebrachte Frontseitenkontaktierung umfasst und die Frontseitenkontaktierung Kontaktfinger zum Aufnehmen von in der Solarzellenschicht erzeugtem elektrischen Strom und zumindest einen Stromabführungskontakt zum Ableiten des von den Kontaktfingern aufgenommenen elektrischen Stroms aufweist, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt der Frontseitenkontaktierung nach dem Aufbringen eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist.
Somit weist eine mit dem erfindungsgemäß hergestellten Verfahren hergestellte Solarzelle die vorstehend beschriebenen Vorteile auf und insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf besonders einfache und materialeinsparende Weise eine Kontaktierung der Solarzelle aufgebracht werden.
Gemäß einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie nach der vorliegenden Erfindung, wird eine Frontseitenkontaktierung der Solarzelle in einem Druckverfahren mittels einer Druckschablone auf eine Solarzellenschicht der Solarzelle aufgebracht, indem eine Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird, wobei die Solarzelle die Solarzellenschicht zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle einfallende elektromagnetische Strahlung und die auf der Solarzellenschicht frontseitig aufgebrachte Frontseitenkontaktierung umfasst und die Frontseitenkontaktierung Kontaktfinger zum Aufnehmen von in der Solarzellenschicht erzeugtem elektrischen Strom und zumindest einen Stromabführungskontakt zum Ableiten des von den Kontaktfingern aufgenommenen elektrischen Stroms aufweist, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Druckmuster der Druckschablone derart ausgebildet ist, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt der Frontseitenkontaktierung nach dem Aufbringen der Druckpaste eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist.
Somit weist eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Solarzelle die vorstehend beschriebenen Vorteile auf und insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf besonders einfache und materialeinsparende Weise eine Kontaktierung der Solarzelle aufgebracht werden, wobei insbesondere durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Druckmusters Druckpaste eingespart werden kann. Wird hierbei z. B. silberhaltige Druckpaste verwendet, kann eine optimale elektrische Leitfähigkeit der Kontaktierung bei gleichzeitiger Kostenersparnis ermöglicht werden.
Vorzugsweise ist die Druckschablone eine Siebdruckschablone für den technischen Siebdruck, die vorzugsweise in einen Rahmen eingespannt ist, oder ein Druckschablonenblech für den technischen Druck, das vorzugsweise in einen Rahmen, insbesondere einen Schnellspannrahmen eingespannt werden kann.
Eine Druckschablone zum Aufbringen einer Frontkontaktierung einer Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie nach der vorliegenden Erfindung ist dazu geeignet, dass die Frontseitenkontaktierung der Solarzelle in einem Druckverfahren auf die Solarzellenschicht aufgebracht wird, indem eine Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird.
Die Druckschablone gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmuster der Druckschablone derart ausgebildet ist, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt der Frontseitenkontaktierung eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist.
Somit weist eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der erfindungsgemäßen Druckschablone hergestellte Solarzelle die vorstehend beschriebenen Vorteile auf und insbesondere kann auf besonders einfache und materialeinsparende Weise eine Kontaktierung der Solarzelle aufgebracht werden, wobei insbesondere durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Druckmusters der Druckschablone Druckpaste eingespart werden kann. Wird hierbei z. B. silberhaltige Druckpaste verwendet, kann eine optimale elektrische Leitfähigkeit der Kontaktierung bei gleichzeitiger Kostenersparnis ermöglicht werden.
Eine weitere Druckschablone gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Aufbringen einer Rückseitenkontaktierung einer Solarzelle geeignet, die eine Solarzellenschicht zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle einfallende elektromagnetische Strahlung und eine rückseitig auf der Solarzellenschicht aufgebrachte Rückseitenkontaktierung umfasst, wobei die Rückseitenkontaktierung zumindest einen Stromabführungskontakt aufweist, und wobei die Druckschablone dazu geeignet ist, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt der Rückseitenkontaktierung der Solarzelle in einem Druckverfahren auf die Solarzellenschicht aufgebracht wird, indem eine Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird. Erfindungsgemäß ist das Druckmuster der Druckschablone derart ausgebildet, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt der Rückseitenkontaktierung eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist.
Vorzugsweise ist die Druckschablone eine Siebdruckschablone für den technischen Siebdruck, das vorzugsweise in einen Rahmen eingespannt ist, oder ein Druckschablonenblech für den technischen Druck, das vorzugsweise in einen Rahmen, insbesondere einen Schnellspannrahmen eingespannt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit eine Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle und Mittel, insbesondere Druckschablonen, zum Herstellen einer solchen Solarzelle bereitgestellt, wobei die vorstehend beschriebenen Probleme des Stands der Technik vermieden werden und die Herstellung einer Solarzelle bzw. eines Solarmoduls mit hohem Wirkungsgrad kosteneffizient ermöglicht ist.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt schematisch einen beispielhaften Querschnitt durch eine Solarzelle nach dem Stand der Technik.
2 zeigt schematisch eine beispielhafte Draufsicht auf eine Solarzelle Frontseitenkontaktierung einer Solarzelle nach dem Stand der Technik.
3 zeigt schematisch eine beispielhafte Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach dem Stand der Technik.
4 zeigt schematisch einen beispielhaften Querschnitt durch ein Solarzellenmodul mit zwei in Reihe geschalteten Solarzellen nach dem Stand der Technik.
5 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach dem Stand der Technik.
6 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14A bis 14C zeigen schematisch beispielhaft Ausschnitte einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt schematisch beispielhaft eine Draufsicht einer Rückseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN UND BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren werden hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsmerkmale begrenzt, sondern umfasst weiterhin Modifikationen von Merkmalen der beschriebenen Ausführungsbeispiele und Kombination von Merkmalen verschiedener Ausführungsbeispiele im Rahmen des Schutzumfangs der unabhängigen Ansprüche.
3 zeigt schematisch eine beispielhafte Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach dem Stand der Technik, die ähnlich zu der Struktur der Frontseitenkontaktierung 3 aus 2 ausgebildet ist. Die Frontseitenkontaktierung 3 in 3 umfasst in diesem Beispiel eine Vielzahl von parallel verlaufenden Kontaktfingern 3a und drei zu den Kontaktfingern 3a parallel verlaufende Busbars 3b als Stromabführungskontakte zu Ableiten des durch Lichteinfall an der Solarzellenschicht photovoltaisch erzeugten Stroms aus den Kontaktfingern 3a.
Die Busbars 3b dienen weiterhin dazu, mehrere Solarzellen 1 zu einem Solarzellenmodul elektrisch in Reihe zu schalten, wie es beispielhaft in 4 gezeigt ist. 4 zeigt hierbei schematisch einen beispielhaften Querschnitt durch ein Solarzellenmodul mit zwei in Reihe geschalteten Solarzellen mit frontseitigem Emitter 2a gemäß 1. Die Frontseitenkontaktierung der linken Solarzelle 1 des Solarmoduls in 4 ist mit der Rückseitenkontaktierung 4 der rechten Solarzelle 1 des Solarmoduls elektrisch über einen Verbindungskontakt 5 verbunden, der ggf. durch Löten an die jeweilige Kontaktierung angebracht ist.
5 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Frontseitenkontaktierungsstruktur einer Solarzelle nach dem Stand der Technik. In 5 ist ein Ausschnitt eines streifenförmigen Busbars 3b einer Frontseitenkontaktierung 3 einer Solarzelle 1 und davon orthogonal abstehende Kontaktfinger 3a in Draufsicht dargestellt. Die dünnen Kontaktfinger 3a sind im Querschnitt mit einem möglichst hohen Aspektverhältnis ausgebildet, um trotz der sehr niedrigen Breite der Kontaktfinger 3a zur Erhöhung des Wirkungsgrads eine möglichst hohe Leitfähigkeit, bzw. einen möglichst niedrigen Widerstand aufzuweisen, so dass Leitungsverluste in den Kontaktfingern 3a vermieden werden können.
Da die Busbars 3b der Frontseitenkontaktierung 3 jedoch im Wesentlichen die gleiche Höhe wie die Kontaktfinger 3a bei einer größeren Breite, d. h. bei kleinerem Aspektverhältnis, aufweisen, wird bei dem Aufbringen der Frontseitenkontaktierung 3 bei Herstellung einer Solarzelle nach dem Stand der Technik sehr viel Material für die Busbars 3b verwendet bei hohem Kostenaufwand insbesondere bei Massenproduktion.
In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle 1 wird die Frontseitenkontaktierung 3 der Solarzelle 1 in einem Druckverfahren mittels einer Druckschablone, insbesondere mit einer Siebdruckschablone für den technischen Siebdruck oder ein Druckschablonenblech für den technischen Druck, auf die Solarzellenschicht 2 der Solarzelle 1 aufgebracht, indem eine Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird. Die Struktur der Fronseitenkontaktierung 3 wird hierbei durch ein Druckmuster in der Druckschablone vorgegeben. Weitere bekannte Verfahren zum Aufbringen einer Frontseitenkontaktierung 3 neben technischen Druckverfahren (z. B. auch Rotationsdruck oder Tampondruck) sind z. B. Inkjet- bzw. Sprühverfahren (z. B. Aerosol-Sprühverfahren, laserinduzierte Sprühverfahren), oder auch das sogenannte Dispensen, Rollercoating oder Platingverfahren (z. B. lichtinduziert) nach Aufbringen einer Schutzschicht oder eines Schutzlackes. Auch bei diesen Verfahren ist vorteilhaft eine Materialeinsparung möglich, wenn erfindungsgemäß Ausnehmungen in dem einen oder mehreren Stromabführungskontakten bzw. Busbars vorgesehen werden.
Um den Materialverbrauch beim Aufbringen der Frontseitenkontaktierung 3 nach einem der vorstehend genannten Verfahren zu reduzieren und die Haftung eines Verbindungskontakts 5 an den Busbars 3b zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Busbarlayout mit Ausnehmungen in dem einen oder mehreren Busbars vorzusehen. Einerseits kann aufgrund der Ausnehmungen im Busbar 3b Material wie z. B. silberhaltige Druckpaste beim Aufbringen der Frontseitenkontaktierung 3 eingespart werden und andererseits wird durch die Busbarstruktur die Haftwirkung eines ggf. durch Löten angebrachten Verbindungskontakts verbessert.
6 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Struktur eines Busbars 3b einer Fronseitenkontaktierung 3 einer Solarzelle 1 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 3c im Wesentlichen quadratisch ausgebildet und beispielhaft gleichmäßig in einer Reihe entlang der Länge des Busbars 3b angeordnet. Der Busbar 3b weist somit in Draufsicht im Wesentlichen eine Gitterstruktur auf.
7 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Struktur eines Busbars 3b einer Fronseitenkontaktierung 3 einer Solarzelle 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 3c im Wesentlichen quadratisch ausgebildet und beispielhaft gleichmäßig in einer Reihe entlang der Länge des Busbars 3b angeordnet, jedoch im Vergleich zu dem Busbarlayout in 6 längsverschoben. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung könnten ähnliche Ausnehmung z. B. rechteckig ausgebildet sein oder auch in mehreren Reihen entlang der Länge des Busbars 3b angeordnet sein.
8 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Struktur eines Busbars 3b einer Fronseitenkontaktierung 3 einer Solarzelle 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 3c beispielhaft als in zwei Reihen gleichmäßig angeordnete gleichseitige Dreiecke ausgebildet.
9 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Struktur eines Busbars 3b einer Fronseitenkontaktierung 3 einer Solarzelle 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 3c beispielhaft in einer Reihe gleichmäßig angeordnet und im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Mehrzahl von Ausnehmungen 3c der Struktur der Busbars 3b jeweils in einem Innenbereich der Busbars 3b ausgebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf Ausnehmungen im Innenbereich der Busbars 3b beschränkt. Vielmehr können einige oder alle Ausnehmungen 3c weiterhin in einem Außenbereich der Busbars 3c ausgebildet sein. Beispielhaft zeigt 10 schematisch einen Ausschnitt einer Struktur eines Busbars 3b einer Fronseitenkontaktierung 3 einer Solarzelle 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem alle Ausnehmungen 3c in einem Außenbereich des Busbars 3c ausgebildet sind. Hierbei sind die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 3c beispielhaft in zwei Reihen gleichmäßig angeordnet und im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 11 dargestellt. 11 zeigt schematisch einen beispielhaften Ausschnitt einer Struktur eines Busbars 3b einer Fronseitenkontaktierung 3 einer Solarzelle 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Ausnehmungen 3c eine Wabenstruktur in dem Busbar 3b ausbilden. Hierbei sind die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 3c gleichmäßig verteilt und in Form von gleichseitigen Sechsecken ausgebildet. Die Wabenstruktur hat den besonderen Vorteil, dass der Busbar 3b bei allen Ausnehmungen 3c im Wesentlichen eine gleiche Busbarwandstärke um die Ausnehmungen 3c herum aufweist. Somit weist der Busbar 3b eine vorteilhaft gleichmäßige Leitfähigkeit entlang seiner gesamten Länge auf und es kann weiterhin bis zu 50% Material bei Aufbringen der Frontseitenkontaktierung eingespart werden. Die 12, 13 und 14A bis 14B zeigen weitere beispielhafte Ausgestaltungen eines eine Wabenstruktur aufweisenden Busbars 3b.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 3c der Struktur der Busbars 3b jeweils für Busbars 3b der Frontseitenkontaktierung 3 einer Solarzelle 1 beschrieben. Jedoch können Solarzellen auch Busbars 4b einer Rückseitenkontaktierung 4 aufweisen. Eine derartige auf der Rückseite der Solarzellenschicht 2 aufgebrachte Rückseitenkontaktierung 4 weist z. B. wie in 15 dargestellt eine Kontaktschicht 4a auf, die ggf. aus Aluminium gebildet ist oder Aluminium enthält, die im Wesentlichen die gesamte Rückseite der Solarzellenschicht 2 bedeckt und mit dieser elektrisch verbunden ist. Auf der rückseitigen Kontaktschicht 4a sind beispielhaft in 15 zwei Busbars 4b dargestellt, die ggf. silberhaltig sind oder aus Silber bestehen, so dass auch beim Anbringen der Busbars 4b der Rückseitenkontaktierung 4 erfindungsgemäß Material eingespart werden kann. Hierbei werden erfindungsgemäße Ausnehmungen, insbesondere beispielhaft Ausnehmungen 3c wie in den vorhergehend für die Frontseitenkontaktierung 3 beschriebenen Ausführungsbeispielen, in den Busbars 4b der Rückseitenkontaktierung 4 vorgesehen.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Solarzelle wird die Frontseitenkontaktierung 3 in einem Druckverfahren mittels einer Druckschablone auf die Solarzellenschicht 2 aufgebracht bzw. werden die Busbars 4b der Rückseitenkontaktierung 4 auf die Kontaktschicht 4a aufgebracht, indem eine Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird, wobei das Druckmuster der Druckschablone derart ausgebildet ist, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt 3b bzw. 4b der Front- bzw. Rückseitenkontaktierung nach dem Aufbringen der Druckpaste eine Mehrzahl von Ausnehmungen 3c aufweist. Die Rückseitenkontaktierung wird hierbei ggf. in zwei Schritten auf die Solarzellenschicht 2 aufgebracht, wobei z. B. zuerst ggf. in einem Druckverfahren mittels einer Druckschablone der zumindest eine Busbar 4b auf die Kontaktschicht 4a aufgebracht wird und danach die Kontaktschicht 4a (mit Ausnahme der von den Stromabführungskontakten abgedeckten Fläche) auf die Solarzellenschicht 2 aufgebracht wird.
Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle und Mittel, insbesondere Druckschablonen, zum Herstellen einer solchen Solarzelle vorgeschlagen, wobei die vorstehend beschriebenen Probleme des Stands der Technik vermieden werden und die Herstellung einer Solarzelle bzw. eines Solarmoduls mit hohem Wirkungsgrad kosteneffizient ermöglicht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006021804 A1 [0006, 0007, 0008, 0009, 0010]

Claims

Solarzelle zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, umfassend eine Solarzellenschicht (2) zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle (1) einfallende elektromagnetische Strahlung und eine frontseitig auf der Solarzellenschicht (2) aufgebrachte Frontseitenkontaktierung (3), wobei die Frontseitenkontaktierung (3) Kontaktfinger (3a) zum Aufnehmen von in der Solarzellenschicht (2) erzeugtem elektrischem Strom und zumindest einen Stromabführungskontakt (3b) zum Ableiten des von den Kontaktfingern (3a) aufgenommenen elektrischen Stroms aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (3b) der Frontseitenkontaktierung eine Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) aufweist.
Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (3b) ein streifenförmiger Busbar ist.
Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle weiterhin eine rückseitig auf der Solarzellenschicht (2) aufgebrachte Rückseitenkontaktierung (4) umfasst, die zumindest einen Stromabführungskontakt (4b) aufweist, wobei der zumindest eine Stromabführungskontakt (4b) der Rückseitenkontaktierung (4) eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist.
Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (4b) der Rückseitenkontaktierung (4) ein streifenförmiger Busbar ist.
Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) des zumindest einen Stromabführungskontakts (3b; 4b) in einem Innenbereich des Stromabführungskontakts (3b; 4b) und/oder in einem Außenbereich des Stromabführungskontakts (3b; 4b) ausgebildet sind.
Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) des zumindest einen Stromabführungskontakts (3b; 4b) regelmäßig und/oder gleichmäßig angeordnet sind.
Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) des zumindest einen Stromabführungskontakts (3b; 4b) dreieckige, rechteckige, quadratische, sechseckige, vieleckige, kreisförmige und/oder ellipsenförmige Ausnehmungen (3c) umfassen.
Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) des zumindest einen Stromabführungskontakts (3b; 4b) eine Gitterstruktur in dem zumindest einen Stromabführungskontakt (3b; 4b) ausbilden.
Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) des zumindest einen Stromabführungskontakts (3b; 4b) eine Wabenstruktur in dem zumindest einen Stromabführungskontakt (3b; 4b) ausbilden.
Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle weiterhin zumindest einen an dem zumindest einen Stromabführungskontakt (3b) angebrachten elektrischen Verbindungskontakt (5) umfasst, der dazu geeignet ist, mit der Front- oder Rückseitenkontaktierung (3, 4) einer zweiten Solarzelle (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 elektrisch verbunden zu werden, um die Solarzelle (1) mit der zweiten Solarzelle (1) elektrisch in Reihe zu schalten.
Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (3b; 4b) Silber, Kupfer, Nickel und/oder Gold enthält.
Solarzellenmodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul zumindest eine Reihe von elektrisch in Reihe geschalteten Solarzellen (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, umfassend eine Solarzellenschicht (2) zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle (1) einfallende elektromagnetische Strahlung und eine auf der Solarzellenschicht (2) frontseitig aufgebrachte Frontseitenkontaktierung (3), wobei die Frontseitenkontaktierung (3) Kontaktfinger (3a) zum Aufnehmen von in der Solarzellenschicht (2) erzeugtem elektrischem Strom und zumindest einen Stromabführungskontakt (3b) zum Ableiten des von den Kontaktfingern (3a) aufgenommenen elektrischen Stroms aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontseitenkontaktierung (3) derart auf die Solarzellenschicht (2) aufgebracht wird, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (3b) der Frontseitenkontaktierung (3) nach dem Aufbringen eine Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontseitenkontaktierung (3) in einem Druckverfahren mittels einer Druckschablone auf die Solarzellenschicht (2) aufgebracht wird, indem eine Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird, wobei das Druckmuster der Druckschablone derart ausgebildet ist, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (3b) der Frontseitenkontaktierung (3) nach dem Aufbringen der Druckpaste eine Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückseitenkontaktierung (4) in einem Druckverfahren mittels einer Druckschablone auf die Solarzellenschicht (2) aufgebracht wird, wobei eine Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird, wobei das Druckmuster der Druckschablone derart ausgebildet ist, dass ein zumindest ein Stromabführungskontakt (4b) der Rückseitenkontaktierung (4) nach dem Aufbringen der Druckpaste eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschablone eine Siebdruckschablone ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschablone ein Druckschablonenblech ist.
Druckschablone zum Aufbringen einer Frontseitenkontaktierung einer Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, umfassend eine Solarzellenschicht (2) zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle (1) einfallende elektromagnetische Strahlung und eine frontseitig auf der Solarzellenschicht (2) aufgebrachte Frontseitenkontaktierung (3), wobei die Frontseitenkontaktierung (3) Kontaktfinger (3a) zum Aufnehmen von in der Solarzellenschicht (2) erzeugtem elektrischen Strom und zumindest einen Stromabführungskontakt (3b) zum Ableiten des von den Kontaktfingern (3a) aufgenommenen elektrischen Stroms aufweist, und wobei die Druckschablone dazu geeignet ist, dass die Frontseitenkontaktierung (3) der Solarzelle (1) in einem Druckverfahren auf die Solarzellenschicht (2) aufgebracht wird, indem eine Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster der Druckschablone aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmuster der Druckschablone derart ausgebildet ist, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (3b) der Frontseitenkontaktierung (3) eine Mehrzahl von Ausnehmungen (3c) aufweist.
Druckschablone zum Aufbringen einer Rückseitenkontaktierung einer Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 11 zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, umfassend eine Solarzellenschicht (2) zum Erzeugen eines elektrischen Stroms durch auf einer Frontseite der Solarzelle (1) einfallende elektromagnetische Strahlung und eine rückseitig auf der Solarzellenschicht (2) aufgebrachte Rückseitenkontaktierung (4), wobei die Rückseitenkontaktierung (4) zumindest einen Stromabführungskontakt (4b) aufweist, und wobei die Druckschablone dazu geeignet ist, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (4b) der Rückseitenkontaktierung (4) der Solarzelle (1) in einem Druckverfahren auf die Solarzellenschicht (2) aufgebracht wird, indem eine Druckpaste mittels einer Rakel durch ein Druckmuster dir Druckschablone aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmuster der Druckschablone derart ausgebildet ist, dass der zumindest eine Stromabführungskontakt (4b) der Rückseitenkontaktierung (4) eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist.
Druckschablone nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschablone eine Siebdruckschablone ist.
Druckschablone nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschablone ein Druckschablonenblech ist.