DE102010056340A1

DE102010056340A1 - Dünnschicht-Solarzellenreihe

Info

Publication number: DE102010056340A1
Application number: DE102010056340A
Authority: DE
Inventors: Scott Ariz. Wiedeman; Eric Ariz. Kanto
Original assignee: Global Solar Energy Inc
Current assignee: Global Solar Energy Inc
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Dünnschicht-PV-Zellen und Reihen solcher Zellen, die elektrisch mit elektrischen Leitern oder elektrisch leitenden Mustern verbunden werden können, werden offenbart. Die elektrischen Leiter werden um die PV-Zellen gewickelt oder gefaltet, um eine elektrische Reihenverbindung zwischen diesen Zellen zu bilden. Die elektrischen Leiter können auf einer elektrisch isolierenden Folie ausgebildet oder abgeschieden werden, die dann um diese Zellen gewickelt oder gefaltet wird. Durch geeigneten Aufbau des elektrischen Leiters und geeignetes Anordnen der Zellen wird eine elektrische Verbindung zwischen einer Polarität einer bestimmten Zelle und der entgegengesetzten Polarität der angrenzenden Zelle ausgebildet, wenn die Folie umgeschlagen wird. Eines oder mehrere dielektrische Materialen können an freigelegten Kanten der Zellen oder leitfähigen Spuren aufgebracht oder befestigt werden, bevor die elektrischen Leiter und/oder die elektrisch isolierende Folie gefaltet werden, um Kurzschlüsse oder Ausfallpunkte zu verhindern.

Description

Querverweis auf verbundene Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldungen Nr. 61/284,924, eingereicht am 28. Dezember 2009, Nr. 61/284,958, eingereicht am 28. Dezember 2009 und Nr. 61/284,956, eingereicht am 28. Dezember 2009, die alle durch diesen Verweis hier einfließen. Ebenso fließen durch diesen Verweis die folgenden Patente und Patentanmeldungen in ihrer Gesamtheit hier mit ein: Patent Nr. 7,194,197, Patent Nr. 6,690,041, Anmeldung Nr. 12/364,440, eingereicht am 2. Februar 2009, Anmeldung Nr. 12/424,497, eingereicht am 15. April 2009 und Anmeldung Nr. 12/587,111, eingereicht am 30. September 2009.
Hintergrund
Das Gebiet der Photovoltaik betrifft allgemein mehrschichtige Materialien, die Sonnenlicht direkt in Gleichstrom umwandeln. Der Grundmechanismus für diese Umwandlung ist der photovoltaische (oder photoelektrische) Effekt, der erstmals 1839 von Antoine-César Becquerel beobachtet und 1905 erstmals korrekt von Einstein in einer wegweisenden wissenschaftlichen Abhandlung beschrieben wurde, für die er einen Nobelpreis für Physik erhalten hat. In den Vereinigten Staaten sind photovoltaische (PV) Vorrichtungen allgemein bekannt als Solarzellen oder PV-Zellen. Solarzellen sind typischerweise als eine zusammenwirkende Schichtanordnung von p-Halbleitern und n-Halbleitern konstruiert, wobei das n-Halbleitermaterial (auf einer „Seite” der Schichtanordnung) ein Übermaß an Elektronen aufweist und das p-Halbleitermaterial (auf der anderen „Seite” der Schichtanordnung) ein Übermaß an Löchern aufweist, von denen jedes die Abwesenheit eines Elektrons darstellt. Nahe der p-n-Kontaktstelle zwischen den zwei Materialien bewegen sich Valenzelektronen von der n-Schicht in benachbarte Löcher in der p-Schicht, wodurch ein kleines elektrisches Ungleichgewicht innerhalb der Solarzelle erzeugt wird. Dies resultiert in einem elektrischen Feld in der Umgebung der metallurgischen Kontaktstelle, welche die elektronische p-n-Kontaktstelle bildet.
Wenn ein einfallendes Photon ein Elektron in der Zelle in dem Leitungsband erregt, löst sich das erregte Elektron von den Atomen des Halbleiters, wodurch ein freies Elektron-/Lochpaar erzeugt wird. Da, wie oben beschrieben, die p-n-Kontaktstelle ein elektrisches Feld in der Umgebung der Kontaktstelle erzeugt, neigen Elektron-/Lochpaare, die auf diese Weise in der Nähe der Kontaktstelle erzeugt wurden, dazu, sich abzutrennen und von der Kontaktstelle weg zu bewegen, wobei sich das Elektron zur Elektrode auf der n-Seite bewegt und das Loch sich zur Elektrode auf der p-Seite der Kontaktstelle bewegt. Dies erzeugt insgesamt ein Ladungsungleichgewicht in der Zelle, so dass sich die Elektronen, wenn ein externer leitender Pfad zwischen den zwei Seiten der Zelle bereitgestellt wird, von der n-Seite zurück zur p-Seite entlang des externen Pfades bewegen, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. In der Praxis können Elektronen von der Oberfläche oder nahe der Oberfläche der n-Seite durch ein Leitgitter gesammelt werden, das einen Bereich der Oberfläche bedeckt, während einfallenden Photonen weiterhin ausreichend Zugang in die Zelle ermöglicht wird.
Solch ein photovoltaischer Aufbau bildet eine funktionsfähige PV-Vorrichtung, wenn geeignet angeordnete elektrische Kontakte enthalten sind und die Zelle (oder eine Reihe von Zellen) in einem geschlossenen elektrischen Schaltkreis integriert ist. Als Einzelvorrichtung ist eine einzelne herkömmliche Solarzelle nicht ausreichend, um die meisten Anwendungen mit Strom zu versorgen. Deshalb werden Solarzellen üblicherweise in PV-Modulen oder „Reihen” angeordnet, indem die Vorderseite der einen Zelle mit der Hinterseite einer weiteren Zelle verbunden wird, wodurch die Spannungen der einzelnen Zellen zusammen in einer elektrischen Reihenschaltung aufaddiert werden. Typischerweise wird eine sehr große Anzahl von Zellen in Reihe verbunden, um eine nutzbare Spannung zu erzielen. Der daraus entstehende Gleichstrom kann dann durch einen Inverter eingespeist werden, wobei er zu einem Wechselstrom mit geeigneter Frequenz transformiert wird, die so ausgewählt wird, dass sie zu der Frequenz eines Wechselstroms, der von einem herkömmlichen Energieversorgungsnetz geliefert wird, passt. In den Vereinigten Staaten liegt diese Frequenz bei 60 Hertz (Hz), und in den meisten anderen Ländern wird Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz bereitgestellt.
Eine besondere Art von Solarzelle, die für kommerzielle Zwecke entwickelt wurde, ist eine „Dünnschicht”-PV-Zelle. Im Vergleich zu anderen Arten von PV-Zellen, wie z. B. kristalline Silizium-PV-Zellen, benötigen Dünnschicht-PV-Zellen weniger lichtabsorbierendes Material, um eine funktionsfähige Zelle zu bilden und können somit die Herstellungskosten verringern. Auf Dünnschicht basierende PV-Zellen sind auch kostensgünstiger, da sie bereits früher entwickelte Abscheidungstechniken für die Elektrodenschichten einsetzen, die in der Industrie für schützende, dekorative und funktionale Beschichtungen weit verbreitet genutzt werden. Bekannte Beispiele für kostengünstige, kommerzielle Dünnschicht-Produkte umfassen wasserundurchlässige Beschichtungen auf Lebensmittelverpackungen auf Polymerbasis, dekorative Beschichtungen auf Bauglas, Wärmekontrollbeschichtungen mit geringem Emissionsgrad auf Glas im Wohnbereich und Handel, und Beschichtungen gegen Zerkratzen und zur Entspiegelung auf Brillengläsern. Die Übernahme oder Anpassung von Techniken, die in diesen anderen Gebieten entwickelt wurden, ermöglichte eine Verringerung der Entwicklungskosten für Dünnschicht-Abscheidungstechniken für PV-Zellen.
Weiterhin haben Dünnschichtzellen Wirkungsgrade nahe 20% erreicht, was den Wirkungsgraden der höchst effizienten kristallinen Zellen gleichkommt oder diese übersteigt. Insbesondere das Halbleitermaterial Kupfer-Indium-Gallium-Diselenit (CIGS) ist stabil, hat eine geringe Toxizität und ist tatsächlich dünnschichtig, da es eine Dicke von weniger als 2 Mikrometer in einer funktionsfähigen PV-Zelle benötigt. Somit scheint CIGS bis heute das größte Potential für hochleistungsfähige, kostengünstige Dünnschicht-PV-Produkte, und somit für die Eroberung großer Stromerzeugungsmärkte, aufzuweisen. Weitere Halbleitervarianten für die Dünnfilm-PV-Technologie umfassen Kupfer-Indium-Diselenit, Kupfer-Indium-Disulfit, Kupfer-Indium-Aluminium-Diselenit und Cadmium-Tellurid.
Manche Dünnschicht-PV-Materialien können auf festen Glassubstraten oder auf flexiblen Substraten abgeschieden werden. Glassubstrate sind relativ billig, haben im allgemeinen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der relativ genau zu dem CIGS oder anderen Absorberschichten passt, und ermöglichen die Anwendung von Vakuumabscheidungssystemen. Wenn man jedoch die Technologieoptionen, die während des Abscheidungsprozesses anwendbar sind, vergleicht, weisen feste Substrate verschiedene Nachteile bei der Verarbeitung auf, wie die Notwendigkeit einer erheblichen Aufstellfläche für Verarbeitungsgeräte und Materiallagerung, teures und spezialisiertes Gerät für die einheitliche Erwärmung von Glas auf erhöhte Temperaturen bis oder nahe der Glas-Glühtemperatur, ein hohes Potential eines Bruchs des Substrats mit den daraus resultierenden Produktionsverlusten, und eine höhere Wärmeleistung mit den daraus resultierenden höheren Stromkosten für die Erwärmung des Glases. Außerdem erfordern feste Substrate erhöhte Versandkosten aufgrund des Gewichts und der Empfindlichkeit des Glases. Dadurch eignet sich die Verwendung von Glassubstraten für die Abscheidung von dünnen Schichten nicht wirklich für die kostengünstige, großflächige, ertragreiche, kommerzielle Massenproduktion von mehrschichtigen, funktionalen Dünnschichtmaterialien, wie bei der Photovoltaik.
Im Gegensatz dazu ermöglicht die Rollenverarbeitung von dünnen, flexiblen Substraten die Verwendung von kompakten, kostengünstigeren Vakuumsystemen und von nicht-spezialisierten Geräten, die bereits für andere Dünnschicht-Industrieanwendungen entwickelt wurden. PV-Zellen auf der Grundlage dünner, flexibler Substratmaterialien bieten außerdem eine relativ hohe Toleranz gegenüber schnellem Erwärmen und Abkühlen und großen Wärmegefällen (was zu einer geringen Wahrscheinlichkeit eines Bruchs oder eines Ausfalls während der Verarbeitung führt), erfordern vergleichsweise geringe Versandkosten und ermöglichen eine einfachere Installation als Zellen auf der Grundlage von festen Substraten. Zusätzliche Einzelheiten in Bezug auf die Zusammensetzung und Herstellung von Dünnschicht-PV-Zellen einer Art, die für eine Verwendung mit den hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen geeignet ist, sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,310,281 , 6,372,538 und 7,194,197 , alle von Wendt u. a., zu. finden. Diese Patente werden hiermit durch diesen Verweis für alle Zwecke in die vorliegende Offenbarung integriert.
Wie vorher erwähnt, wird oft eine sehr große Anzahl von PV-Zellen in Reihe verbunden, um eine nutzbare Spannung, und somit eine gewünschte Ausgangsleistung, zu erhalten. Solche eine Konfiguration wird häufig als Modul oder „Reihe” von PV-Zellen bezeichnet. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von kristallinen Substraten und flexiblen Dünnschichtsubstraten kann die elektrische Reihenverbindung bei einer Dünnschichtzelle anders aufgebaut sein als bei einer kristallinen Zelle, und das Ausbilden einer zuverlässigen Reihenverbindung zwischen Dünnschichtzellen stellt mehrere Aufgaben. Zum Beispiel wird bei einem Löten (die herkömmliche Technik zum Verbinden von kristallinen Solarzellen) direkt auf der Dünnschichtzelle die PV-Beschichtung der Zellen einer schädlichen Temperatur ausgesetzt, und es kann sein, dass die organischen Silberfarben, die typischerweise verwendet werden, um ein Sammelgitter auf Dünnschichtzellen auszubilden, ein starkes Anhaften durch normale Lötmaterialien überhaupt nicht möglich machen. Somit werden PV-Zellen häufig mit Drähten oder leitfähigen Streifen, die mit einem elektrisch leitfähigen Haftmittel (ECA) an den Zellen befestigt sind, durch andere Verfahren außer Löten verbunden. Ein Beispiel für eine Verbindung von PV-Zellen mit leitfähigen Streifen ist in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2009/0255565 von Britt u. a. offenbart. Diese Veröffentlichung wird hiermit durch diesen Verweis für alle Zwecke in die vorliegende Offenbarung integriert.
Auch wenn Drähte oder Streifen verwendet werden, um Verbindungen zwischen Zelten herzustellen, bringen die extrem dünnen Beschichtungen und Potentialabfälle entlang geschnittener PV-Zellenkanten Gelegenheiten für einen Kurzschluss (Stromverlust) mit sich, wenn ein Draht oder Streifen eine Zellenkante kreuzt. Außerdem kann das leitfähige Substrat, auf dem die PV-Beschichtungen abgeschieden sind, das typischerweise eine Metallfolie ist, leicht durch thermo-mechanische Belastung von den daran befestigten Drähten und Streifen verformt werden. Diese Belastung kann zu schwach anhaftenden Schnittstellen übertragen werden, was zu einer Schichtentrennung der Zellen führen kann. Zusätzlich kann die Haftung zwischen dem ECA und der Zellenrückseite, oder zwischen dem ECA und dem leitfähigen Gitter auf der Vorderseite, schwach sein, und eine mechanische Belastung kann eine Ablösung der Drähte oder Streifen an diesem Stellen verursachen. Außerdem kann Korrosion zwischen der Molybdän- oder anderer Beschichtung auf der Rückseite einer Zelle und dem ECA, das den Streifen dort an der Solarzelle befestigt, auftreten. Diese Korrosion kann zu einem Hochwiderstandskontakt oder Haftungsausfall führen, was zu Stromverlusten führt.
Fortschrittliche Verfahren zur Verbindung von Dünnschicht-PV-Zellen mit leitfähigen Streifen oder Bändern können die Probleme des elektrischen Kurzschlusse oder einer Schichttrennung überwinden, erfordern aber möglicherweise unerwünscht hohe Produktionskosten, um dies zu erreichen. Weiterhin ist bei allen Verfahren – ganz gleich wie stabil – erforderlich, dass zumindest ein Teil der PV-Reihe von einem leitfähigen Streifen bedeckt ist, was verhindert, dass die Sonnenstrahlung diesen Bereich der Reihe trifft, und somit den Wirkungsgrad des Systems verringert. Deshalb besteht eine Notwendigkeit für verbesserte Verfahren zum Verbinden von PV-Zellen zu Reihen, und für verbesserte Reihen von verbundenen Zellen. Insbesondere besteht eine Notwendigkeit für Reihen und Verfahren zu deren Herstellung, welche die Kosten für die Verbindung und den Anteil jeder PV-Zelle, der von dem Verbindungsmechanismus bedeckt ist, verringern, während die Fähigkeit der Zelle, einer Belastung zu widerstehen, aufrechterhalten oder verbessert wird.
Zusammenfassung
Die vorliegende Lehre offenbart Dünnschicht-PV-Zellen und Reihen solcher Zellen, die mit elektrischen Leitern oder elektrisch-leitfähigen Mustern elektrisch verbunden werden können. Die elektrischen Leiter werden um die PV-Zellen gewickelt oder gefaltet, um eine elektrische Reihenverbindung dieser Zellen zu bilden. Die elektrischen Leiter können auf einer elektrisch isolierenden Folie ausgebildet oder abgeschieden werden, die dann um diese Zellen gewickelt oder gefaltet wird. Durch geeigneten Aufbau des elektrischen Leiters und Anordnung der Zellen wird eine elektrische Verbindung zwischen einer Polarität einer bestimmten Zelle und der entgegengesetzten Polarität der angrenzenden Zelle gebildet, wenn die Folie umgelegt wird. Ein dielektrisches Material oder mehrere dielektrische Materialen kann/können auf freigelegten Kanten der Zellen oder der leitfähigen Spuren aufgebracht oder befestigt werden, bevor die elektrischen Leiter und/oder die elektrisch isolierende Folie gefaltet werden, um Kurzschlüsse oder Ausfallstellen zu vermeiden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht auf eine elektrisch isolierende Folie mit elektrischen Leitern gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht auf die elektrisch isolierende Folie der 1 mit ersten und zweiten PV-Zellen, die auf der Folie, ausgerichtet an hinteren Bereichen der elektrischen Leiter, liegen.
3 ist eine Draufsicht auf die elektrisch isolierende Folie der 1 mit PV-Zellen, die auf der Folie liegen und an hinteren Bereichen der elektrischen Leiter ausgerichtet sind.
4 ist eine Teilansicht der elektrisch isolierenden Folie der 3 mit einem dielektrischen Material, das an Bereichen der elektrischen Leiter und der Zellen befestigt ist.
5 ist eine Draufsicht auf die elektrisch isolierende Folie der 1, wobei gestrichelte Linien anzeigen, wo die elektrisch isolierende Folie gefaltet wird.
6 ist eine Draufsicht auf die elektrisch isolierende Folie der 1, wobei Bereiche der elektrisch isolierenden Folie entlang der in 5 gezeigten gestrichelten Linien gefaltet sind.
7 ist eine Schnittansicht der elektrisch isolierenden Folie der 1 entlang der Line 7-7 in 6.
8 ist eine Schnittansicht der elektrisch isolierenden Folie der 1 entlang der Linie 8-8 in 6.
9 ist eine Draufsicht auf sechs Reihen von PV-Zellen vor der Verbindung und Schichtung.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das Verfahren zur Herstellung von Reihen oder Modulen aus Photovoltaikzellen gemäß Aspekten der vorliegenden Lehre zeigt.
Genaue Beschreibung
1 zeigt ein elektrisch isolierendes Substrat oder eine elektrisch isolierende Folie 20 für eine Reihe von Photovoltaikzellen. Die Folie kann ausgelegt sein, eine Vielzahl von PV-Zellen zu tragen. Die elektrisch isolierende Folie 20 (kann auch als „elektrisch isolierende Unterschicht” oder „Füllfolie” bezeichnet werden) kann aus jedem geeigneten Material gefertigt sein, wie z. B. aus thermoplastischen Materialien, einschließlich Polymeren auf Olefinbasis oder Polyolefinen, Ehtylen-Vinyl-Acetat (EVA), Ionomeren und Fluoropolymeren. Die elektrisch isolierende Folie kann auf der Grundlage ihrer Wiederverwertbarkeit (trennbar von anderen Bestandteilen eines gebrauchten PV-Zellenmoduls), Beschichtungszeit, Qualitätsverlust der Herstellungsausrüstung und PV-Zellen, Hafteigenschaften, Dampfdurchlässigkeit und/oder andere geeigneter Eigenschaften, ausgewählt werden.
Die elektrisch isolierende Folie 20 kann elektrische Leiter oder elektrisch leitende Muster 22 aufweisen, wie in 1 gezeigt. Die elektrischen Leiter 22 können einen hinteren Bereich 24 und einen oder mehrere vordere Bereiche 26 aufweisen. Die elektrischen Leiter können auf der Folie 20 mittels Drucken, Beschichten und/oder andere geeignete Verfahren abgeschieden werden. Zusätzlich können die elektrischen Leiter 22 aus jedem geeigneten Material gefertigt sein. Zum Beispiel kann ein Niedertemperatur-Lötzinn (wie z. B. Zinn-Bismut-Silber) auf der Folie 20 aufgebracht werden, um die elektrischen Leiter zu bilden. Das Lötzinn bildet eine metallurgische Verbindung zwischen vorder- und rückseitigen Kontakten des Moduls beim Schichten. Alternativ können die elektrischen Leiter 20 gedruckt werden, wobei ein leitfähiges B-Stufen-Epoxidharz verwendet wird. Alternativ kann Nickel auf die Folie 20 aufgebracht werden, um die elektrischen Leiter 22 zu bilden, und ein leitfähiges Epoxidharz oder eine Lötpaste kann in bestimmten Bereichen hinzugefügt werden, um einen elektrischen Kontakt sicherzustellen. Die elektrischen Leiter können nur auf einer Seite der Folie 22 abgeschieden werden.
2 und 3 zeigen die Anordnung von Dünnschicht-PV-Zellen 28, wie einer ersten Dünnschicht-PV-Zelle 30 und einer zweiten Dünnschicht-PV-Zelle 32, auf der Folie 20. Die erste Zelle 30 umfasst eine obere Oberfläche 34, eine untere Oberfläche 36 und ein Leitgitter 38. In ähnlicher Weise umfasst die zweite Zelle 32 eine obere Oberfläche 40, eine untere Oberfläche 42 und ein Leitgitter 44. Die obere Oberfläche 34 der ersten Zelle 30 ist auf einem hinteren Bereich 24 des elektrischen Leiters 22 so angeordnet, dass der hintere Bereich die obere Oberfläche 34 und/oder das Leitgitter 38 berührt. Die obere Oberfläche 40 der zweiten Zelle 32 ist angrenzend an die erste Zelle, aber von dieser beabstandet, auf dem hinteren Bereich eines angrenzenden elektrischen Leiters so angeordnet, dass der hintere Bereich die obere Oberfläche 40 und/oder das Leitgitter 44 berührt. Die Zellen können mittels Wärmehaftung oder anderweitig an der Folie befestigt sein. Auch wenn gezeigt wird, dass die erste und zweite Zelle Leitgitter umfassen, können diese Gitter alternativ auf der Folie als ein Teil der elektrischen Leiter 22 abgeschieden werden.
4 zeigt ein dielektrisches Material 46, das an Bereichen der elektrischen Leiter 22 und der Zellen 28 der Folie 20 befestigt werden kann, um diese vor Kurzschlüssen und Ausfallstellen zu schützen. Das dielektrische Material kann mittels Umwickeln, Drucken, Beschichten oder andere geeignete Verfahren vor dem Falten der Folie 20 befestigt werden. Das dielektrische Material 46 kann jede geeignete Form aufweisen, z. B. ein in 4 gezeigter linearer Streifen sein.
5 zeigt mit gestrichelten Linien bei 47, wo die Folie 20 gefaltet werden kann, um die vorderen Bereiche 26 mit den unteren Oberflächen der Zellen 28 zu verbinden. Die Folie 20 kann so dargestellt werden, dass sie einen Basisbereich 46, der die Zellen und die hinteren Bereiche der elektrischen Leiter umfasst, und einen oder mehrere gefaltete Bereiche 48, die auf den Basisbereich gefaltet werden, aufweist. Auch wenn gezeigt ist, dass die Folie 20 zwei gefaltete Bereich umfasst, kann die Folie alternativ jede geeignete Anzahl von gefalteten Bereichen aufweisen. Zum Beispiel kann die Folie 20 einen einzelnen gefalteten Bereich umfassen, der alle geeigneten Teile des Basisbereichs bedeckt, wenn er gefaltet wird.
6 zeigt die Folie 20 mit gefalteten Bereichen, in denen vordere Bereiche 26 die unteren Oberflächen der Zellen 28 berühren, um eine elektrische Reihenverbindung zwischen den Zellen 28 zu bilden, was zu einer Reihe von verbunden PV-Zellen 50 führt. Zum Beispiel berührt der hintere Bereich 24 die obere Oberfläche 34 der ersten Zelle 30 so, dass der hintere Bereich elektrisch mit dem Leitgitter 38 der ersten Zelle verbunden ist. Zusätzlich berührt der vordere Bereich 26 die untere Oberfläche 42 der zweiten Zelle 32 so, dass der vordere Bereich elektrisch mit dem Leitgitter 44 der zweiten Zelle verbunden ist. Die elektrischen Leiter 22 an Endbereichen der Folie 20 sind bei Bezugszeichen 51 freigelegt, um positive und negative Kontakte für die Zelle bereitzustellen. Die gefalteten Bereiche der Folie 20 können mittels Wärmehaftung oder anderweitig an den Zellen 28 befestigt sein.
7 und 8 zeigen die Folie 20 und den vorderen Bereich 26 des elektrischen Leiters 22, die sich um die zweite Zelle 32 wickeln oder falten. Der hintere Bereich 24 liegt angrenzend an die obere Oberfläche 34 und beabstandet von der unteren Oberfläche 36 der ersten Zelle 30, d. h. innerhalb einer Ebene parallel zur unteren Oberfläche. Der hintere Bereich umfasst einen ersten Teil 52, der sich in Längsrichtung über die Zelle erstrecken kann, und ein oder mehrere zweite Teile 54, die sich quer über die Zelle in Richtung zur angrenzenden Zelle erstrecken können (in 5 gezeigt). Der elektrische Leiter 22 wird vom hinteren Bereich zum vorderen Bereich um die zweite Zelle gewickelt oder gefaltet, so dass zumindest ein wesentlicher Anteil des vorderen Bereichs 26 angrenzend an die untere Oberfläche 42 und beabstandet von der oberen Oberfläche 40 der zweiten Zelle 32 (d. h. innerhalb einer Ebene parallel zur oberen Oberfläche) in Bezug auf den hinteren Bereich liegt. Der vordere Bereich 26 kann sich in Längsrichtung entlang der zweiten Zelle erstrecken, wenn er gefaltet ist. Der vordere Bereich umfasst einen ersten Teil 56, einen zweiten Teil 57 und einen dritten Teil 58. Vor dem Falten der Folie 20 ist der erste Teil 56 durch den zweiten Teil 57 vom dritten Teil 58 beabstandet (wie in 4 gezeigt). Wenn die Folie 20 gefaltet wird, berührt der erste Teil 56 den dritten Teil 58, wie in 8 gezeigt. Dies kann einen redundanten Kontakt bereitstellen, um zu verhindern, dass der gefaltete Bereich des elektrischen Leiters ein Ausfallpunkt wird.
9 zeigt eine Vielzahl von Reihen 50 vor einer Schichtung zu einem Modul 60. Als Teil des Schichtungsvorgangs werden die Reihen elektrisch verbunden, z. B. über Verbindungsbänder. Zum Beispiel kann ein erstes Verbindungsband die linke Seite der oberen drei Reihen in 9 als positive Modulverbindung verbinden. Ein zweites Verbindungsband kann die linke Seite der unteren drei Reihen in 9 als negative Modulverbindung verbinden. Schließlich kann ein drittes Band alle sechs Reihen auf der rechten Seite verbinden, um die obere Gruppe der drei Reihen und die untere Gruppe der drei Reihen in einer Reihenverbindung anzuordnen. Die Reihen 50 können alternativ durch andere geeignete Verfahren verbunden werden.
Eine Anzahl von Verfahren zur Herstellung der Reihen und Module aus PV-Zellen wird in der vorliegenden Lehre in Betracht gezogen, und ein beispielhaftes Verfahren ist in 10 dargestellt und allgemein mit 100 bezeichnet. Während 10 die beispielhaften Schritte eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt, können andere Ausführungsbeispiele jeden der Schritte in dieser Figur weglassen, hinzufügen und/oder verändern. In Schritt 102 werden elektrisch leitende Muster auf einer elektrisch isolierenden Folie abgeschieden, z. B. durch Drucken oder Beschichten. In Schritt 104 wird die obere Oberfläche einer ersten Zelle auf einem elektrisch leitenden Muster angeordnet. Die obere Oberfläche der ersten Zelle kann auf einem hinteren Bereich des Musters angeordnet werden. In Schritt 106 wird die obere Oberfläche einer zweiten Zelle angrenzend an die erste Zelle, aber von dieser beabstandet, angeordnet. Die obere Oberfläche der zweiten Zelle kann auf einem hinteren Bereich eines angrenzenden elektrisch leitenden Musters angeordnet werden. In Schritt 108 wird die Folie so gefaltet, dass einer oder mehrere der vorderen Bereiche des elektrisch leitenden Musters die untere Oberfläche der zweiten Zelle berührt/berühren, um eine elektrische Reihenverbindung zwischen der ersten Zelle und der zweiten Zelle auszubilden.
Das Verfahren 100 kann außerdem einen oder mehrere weitere Schritte umfassen. Zum Beispiel werden in Schritt 110 Leitgitter auf der elektrisch isolierenden Folie dort, wo die erste Zelle und die zweite Zelle angeordnet werden, abgeschieden. Die Leitgitter können mittels Drucken, Beschichten oder anderer geeigneter Verfahren abgeschieden werden. In Schritt 112 wird Wärme aufgebracht, um die erste Zelle und die zweite Zelle mit der Folie zu verbinden. In Schritt 114 wird ein dielektrisches Material an einem Bereich oder Bereichen der ersten und zweiten Zelle und des Musters befestigt. In Schritt 116 wird Wärme auf die gefalteten Bereiche der Folie aufgebracht, um diese Bereiche mit der ersten und zweiten Zelle zu verbinden.
Die verschiedenen, hier offenbarten Bauteile können aus jedem geeigneten Material oder jeder Kombination von Materialen gefertigt werden, wie z. B. Metall, Kunststoff, Nylon, Gummi, oder anderen Materialien mit einer ausreichenden strukturellen Festigkeit, um die Belastungen, die während der Nutzung auftreten, auszuhalten. Materialen können aufgrund von Haltbarkeit, Flexibilität, Gewicht und/oder ästhetischen Qualitäten ausgewählt werden.
Es wird davon ausgegangen, dass die nachfolgenden Ansprüche insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen darlegen, die auf eine der offenbarten Erfindungen gerichtet, neu und nicht offensichtlich sind. Erfindungen, die in anderen Kombinationen und Unterkombinationen von Merkmalen, Funktionen, Elementen und/oder Eigenschaften enthalten sind, können durch Ergänzung der vorliegenden Ansprüche oder Darlegung von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche geänderten oder neuen Ansprüche, ob auf eine andere Erfindung oder die gleiche Erfindung gerichtet, und ob unterschiedlich, breiter, enger oder gleich hinsichtlich des Umfangs der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als innerhalb des Gegenstandes der Erfindungen der vorliegenden Offenbarung betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6310281 [0008]
US 6372538 [0008]
US 7194197 [0008]

Claims

Dünnschicht-Photovoltaik-Modul, umfassend: erste und zweite Dünnschicht-Photovoltaikzellen, wobei jede Zelle eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist; und einen elektrischen Leiter mit einem hinteren Bereich und einem vorderen Bereich, wobei der hintere Bereich die obere Oberfläche der ersten Zelle berührt und der vordere Bereich in Kontakt mit der unteren Oberfläche der zweiten Zelle herumgewickelt ist, um eine elektrische Reihenverbindung zwischen den ersten und zweiten Zellen auszubilden, wobei der vordere Bereich um die zweite Zelle gewickelt ist.
Modul nach Anspruch 1, ferner umfassend eine elektrisch isolierende Folie, auf welcher der elektrische Leiter getragen wird.
Modul nach Anspruch 2, wobei die elektrisch isolierende Folie um die zweite Zelle gewickelt ist.
Modul nach Anspruch 3, wobei die elektrisch isolierende Folie ein oder mehrere Polymere auf Olefinbasis umfasst.
Modul nach Anspruch 3, wobei die elektrisch isolierende Folie Leitgitter umfasst, die einen Bereich der ersten und zweiten Zellen berühren.
Modul nach Anspruch 1, wobei die erste Zelle ein erstes Leitgitter und die zweite Zelle ein zweites Leitgitter umfasst.
Modul nach Anspruch 6, wobei der hintere Bereich elektrisch mit dem ersten Leitgitter verbunden ist und der vordere Bereich elektrisch mit dem zweiten Leitgitter verbunden ist.
Modul nach Anspruch 1, ferner umfassend ein dielektrisches Material, das auf einem Bereich des elektrischen Leiters und der ersten und zweiten Zellen angeordnet ist.
Reihe aus Dünnschicht-Photovoltaikzellen, umfassend: erste und zweite Dünnschicht-Photovoltaikzellen, wobei jede Zelle eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist; eine elektrisch isolierende Folie, die ausgelegt ist, die ersten und zweiten Zellen zu tragen; und einen elektrischen Leiter, der auf der elektrisch isolierenden Folie angeordnet ist und vordere und hintere Bereiche aufweist, wobei die elektrisch isolierende Folie um die zweite Zelle gefaltet ist, so dass der hintere Bereich elektrisch mit der oberen Oberfläche der ersten Zelle verbunden ist und der vordere Bereich elektrisch mit der unteren Oberfläche der zweiten Zelle verbunden ist, um eine elektrische Reihenverbindung zwischen den ersten und zweiten Zellen auszubilden.
Reihe nach Anspruch 9, wobei die elektrisch isolierende Folie Leitgitter umfasst, die elektrisch mit zumindest einem Bereich der ersten und zweiten Zellen verbunden sind.
Reihe nach Anspruch 9, wobei die erste Zelle ein erstes Leitgitter umfasst, das elektrisch mit dem hinteren Bereich verbunden ist, und die zweite Zelle ein zweites Leitgitter umfasst, das elektrisch mit dem vorderen Bereich verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit ersten und zweiten Photovoltaikzellen, wobei jede der ersten und zweiten Zellen eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Abscheiden eines elektrisch leitenden Musters auf einer elektrisch isolierenden Folie, wobei das Muster einen hinteren Bereich und einen vorderen Bereich umfasst; Anordnen der oberen Oberfläche der ersten Zelle auf dem hinteren Bereich des Musters; Anordnen der oberen Oberfläche der zweiten Zelle angrenzend an die erste Zelle, aber vor dieser beabstandet; und Falten der elektrisch isolierenden Folie, so dass der vordere Bereich die untere Oberfläche der zweiten Zelle berührt, um eine elektrische Reihenverbindung zwischen den ersten und zweiten Zellen zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Anordnen der oberen Oberfläche der ersten Zelle ein Aufbringen von Wärme auf die elektrisch isolierende Folie umfasst, um die obere Oberfläche der ersten und zweiten Zellen mit der elektrisch isolierenden Folie zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Aufbringen von Wärme auf die gefalteten Bereiche der elektrisch isolierenden Folie, um die gefalteten Bereiche mit den ersten und zweiten Zellen zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der vordere Bereich erste, zweite und dritte Teile umfasst, wobei der dritte Teil vor dem Falten der elektrisch isolierenden Folie durch den zweiten Teil vom ersten Teil beabstandet ist, wobei das Falten der elektrisch isolierenden Folie ein Falten der elektrisch isolierenden Folie derart, dass der dritte Teil den ersten Teil berührt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Abscheiden eines elektrisch leitenden Musters ein Drucken des elektrisch leitenden Musters auf die elektrisch isolierende Folie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Abscheiden eines elektrisch leitenden Musters ein Beschichten des elektrisch leitenden Musters auf die elektrisch isolierende Folie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Abscheiden von Leitgittern auf der elektrisch isolierenden Folie dort, wo die ersten und zweiten Zellen angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Abscheiden der Leitgitter auf der elektrisch isolierenden Folie ein Drucken der Leitgitter auf die elektrisch isolierende Folie dort, wo die ersten und zweiten Zellen angeordnet werden, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Befestigen eines dielektrischen Materials auf einem Bereich der ersten und zweiten Zellen und des elektrisch leitenden Musters.