-
Die Erfindung betrifft eine Solarzellenverbinder-Elektrode, ein Solarzellenmodul und ein Verfahren zum elektrischen Verbinden mehrerer Solarzellen.
-
Es sind verschiedene Konzepte für Rückseitenkontakt-Solarzellen bekannt:
- • eine Metall-Wrap-Through (MWT) Solarzelle;
- • eine Emitter-Wrap-Through (EWT) Solarzelle, wobei die MWT-Solarzelle und die EWT-Solarzelle offenbart sind in Haverkamp et al., 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 7. bis 11. Juni 2004, Paris, Frankreich; und
- • eine Back-Junction Solarzelle, offenbart in DE 195 25 720 A1 .
-
Die Vorteile solcher Rückseitenkontakt-Solarzellen sind vor allem in der reduzierten Abschattung auf der Sonnenseite der Solarzelle begründet. Die Basiskontakte und Emitterkontakte sind beide auf der Rückseite der Solarzelle angelegt. Dabei sind verschiedene Anordnungen bekannt.
-
Eine Möglichkeit ist eine streifenartige Anordnung der Kontakte auf der Rückseite der Solarzelle. Eine andere Methode sieht zwei kammartig ineinander verzahnte Metallisierungsstrukturen (IBC) vor (beschrieben in
DE 195 25 720 A1 ). Hierbei wird der Strom über die verzahnten Kammstrukturen zu Sammelstrukturen am Solarzellenrand geführt. Besonders problematisch ist dabei die Leitfähigkeit der Kammstrukturen, die erhöht werden muss, um auftretende ohmsche Verluste zu begrenzen. Die Ansätze basieren meist auf einer galvanischen Verstärkung der Kontaktstrukturen oder dem Einsatz von kostenintensiven Metallpasten.
-
Bei einer Verschaltung der Solarzellen mit einer streifenartigen Anordnung der Kontaktstrukturen kann die Verschaltung in einem Solarzellenmodul über konventionelle Verbinderstrukturen geschehen. Allerdings kann es dabei von Vorteil sein, eine hohe Anzahl von Kontaktstreifen zu verwenden. Dadurch können Leistungsverluste durch ohmsche Widerstände in der Solarzelle reduziert werden. Beispielsweise können je nach Zelltechnologie 10 bis 30 Kontaktstreifen und eine dementsprechende Anzahl an Verbinderstrukturen vorgesehen sein. Dabei gestaltet sich die Positionierung der Verbinder üblicherweise schwierig. Die einzelnen Elemente müssen zugeführt, festgehalten und gefügt werden.
-
In
DE 10 2008 043 833 A1 ist ein Verfahren beschrieben, wobei die Solarzellen-Verbinder über die Länge mehrerer Solarzellen gezogen und verbunden werden. Überschüssige Verbindungen werden danach getrennt, so dass erzeugte Kurzschlüsse wieder entfernt werden. Nachteilig ist hierbei, dass der Trennschritt an bereits verschalteten Solarzellen durchgeführt wird. Dies bedarf einer komplexen Technik, welche die Position der zu trennenden Stellen erfasst und diese dann zuverlässig trennt. Weiterhin ist der Platz zwischen den Solarzellen nicht beliebig groß, so dass auch der Trennspalt nicht beliebig groß gestaltet werden kann. Kommt es dann beim Verkapseln der Solarzellen zu Verrutschungen, so können Kurzschlüsse durch Berührungen von bereits getrennten Kontaktdrähten entstehen. Ein weiterer Nachteil ist die Fixierung der Kontaktdrähte. Über die komplette Solarzellenmodullänge kann es zu Verschiebungen der Solarzellen-Verbinder kommen, so dass die Solarzellen-Verbinder nicht mehr parallel zueinander liegen, dadurch können ebenfalls wieder Kurzschlüsse von Basis- und Emitterkontakten entstehen.
-
Die Verschaltung der IBC-Strukturen ist mit der in
DE 10 2008 043 833 A1 gezeigten Methode nicht möglich, jedoch existieren hierfür bereits Lösungen. So ist in
DE 10 2008 031 279 A1 ein Verfahren beschrieben, wobei jeweils die Emitterkontakt-Sammelstruktur der ersten Solarzelle mit der Basiskontakt-Sammelstruktur der folgenden Solarzelle verbunden wird. Nachteil ist, dass der Strom nur über die Kontaktstrukturen der Solarzelle eingesammelt wird. Dies verursacht hohe Widerstandsverluste in den Kontaktstrukturen.
-
In
DE 102 39 845 C1 wird beschrieben, dass eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktdrähten auf einer durchgängigen, flächigen Folie angeordnet sind und dass in Bereichen der flächigen Folie Trennstellen vorgesehen sind, welche die Kontaktdrähte in zwei elektrisch voneinander getrennte Teilelemente aufteilen.
-
DE 10 2008 020 749 A1 beschreibt, dass auf ein metallisches Trägerband eine Solarzellen-Dünnschicht aufgebracht wird und das beschichtete Trägerband in einzelne Solarzellenbereiche zerschnitten wird.
-
DE 10 2009 002 823 A1 beschreibt eine Solarzelle, bei welcher auf einer Oberfläche Kontaktstellen verschiedener Polaritäten angeordnet sind, welche mittels einer perforierten Folie kontaktiert werden.
-
-
In der Druckschrift DE JONG, P:C: et al. „Single-step laminated full-size PV modules made with back-contacted MC-SI cells”, Proceedings of the 19th EP-PVSEC 2004, S. 2145–2148 werden Folien für elektrische Verbindungen von Solarzellen beschrieben.
-
Anschaulich ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Kontaktierung von Solarzellen, beispielsweise Rückseitenkontakt-Solarzellen, durch eine speziell strukturierte Elektrode vorgesehen, wobei die vorkonfektionierte Elektrode beispielsweise in einem Endlosband zur Verfügung gestellt werden kann oder simultan zum Prozess erzeugt werden kann. Das Verschalten der Solarzellen durch einen geeigneten Fügeprozess kann sowohl in einem kontinuierlichen als auch diskontinuierlichen Prozess erfolgen.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine vorkonfektionierte Solarzellenverbinder-Elektrode bereitgestellt. Diese weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elementen und eine Mehrzahl von elektrisch nicht leitfähigen und voneinander getrennten, flächigen Elementen, auf welchen die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente angeordnet sind, auf. Dabei sind in Bereichen auf den flächigen Elementen Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen vorgesehen, so dass durch eine jeweilige Solarzellenverbinder-Element-Trennstelle ein jeweiliges elektrisch leitfähiges Solarzellenverbinder-Element in mehrere elektrisch voneinander getrennte Solarzellenverbinder-Teilelemente aufgeteilt ist. Außerdem sind auf einem jeweiligen Solarzellenverbinder-Element die Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen derart vorgesehen, dass die einem mit einer Solarzellenverbinder-Element-Trennstelle versehenen Solarzellenverbinder-Element unmittelbar benachbarten Solarzellenverbinder-Elemente auf denselben flächigen Elementen frei sind von Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen, oder es ist auf mindestens einem flächigen Element eine elektrisch leitfähige Querverbinderstruktur vorgesehen, die mindestens zwei der Solarzellenverbinder-Elemente miteinander elektrisch verbindet, wobei die Solarzellenverbinder-Element-Trennstelle des Solarzellenverbinder-Elements und die Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen der unmittelbar benachbarten Solarzellenverbinder-Elemente auf verschiedenen Seiten der Querverbinderstruktur angeordnet sind.
-
In einer Ausgestaltung können die Solarzellenverbinder-Elemente als Solarzellenverbinder-Drähte und/oder als Solarzellenverbinder-Bänder ausgebildet sein.
-
In noch einer Ausgestaltung kann die Vielzahl von Solarzellenverbinder-Elementen 5 bis 60 Solarzellenverbinder-Elemente aufweisen.
-
In noch einer Ausgestaltung können die Solarzellenverbinder-Elemente im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein.
-
In noch einer Ausgestaltung können die flächigen Elemente im Wesentlichen streifenförmig und quer zu den Solarzellenverbinder-Elementen angeordnet sein.
-
In noch einer Ausgestaltung können die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente klebend mit den flächigen Elementen verbunden sein.
-
In noch einer Ausgestaltung können die flächigen Elemente aus Kunststofffolie hergestellt sein.
-
In noch einer Ausgestaltung können die flächigen Elemente aus selbstklebender Kunststofffolie hergestellt sein.
-
In noch einer Ausgestaltung kann mindestens ein flächiges Element derart dimensioniert sein, dass mehrere Solarzellen in einer Reihenschaltung oder einer Parallelschaltung oder aber in einer beliebigen Kombination von Reihenschaltung und Parallelschaltung miteinander verschaltbar sind mittels der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elementen.
-
In noch einer Ausgestaltung kann mindestens eine zusätzliche Solarzellenverbinder-Element-Trennstelle vorgesehen sein in einem Bereich auf dem mindestens einen flächigen Element, so dass die elektrisch leitfähige Querverbinderstruktur in zwei elektrisch voneinander getrennte Querverbinder-Teilelemente aufgeteilt ist.
-
In noch einer Ausgestaltung kann mindestens eine zusätzliche Solarzellenverbinder-Element-Trennstelle vorgesehen sein in einem Bereich auf dem mindestens einen flächigen Element, so dass die elektrisch leitfähige Querverbinderstruktur zwischen zwei zu verschaltenden Solarzellen in zwei elektrisch voneinander getrennte Querverbinder-Teilelemente aufgeteilt ist.
-
In noch einer Ausgestaltung kann die Solarzellenverbinder-Elektrode ferner zusätzliche flächige Elemente aufweisen, die auf den flächigen Elementen derart aufgebracht sind, dass die Solarzellenverbinder-Elemente zwischen den flächigen Elementen und den zusätzlichen flächigen Elementen angeordnet sind.
-
In noch einer Ausgestaltung können im Bereich eines flächigen Elementes auf jedem zweiten Solarzellenverbinder-Element Trennstellen angeordnet sein.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Solarzellenmodul bereitgestellt. Das Solarzellenmodul kann aufweisen eine Mehrzahl von Solarzellen; und mindestens eine Solarzellenverbinder-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wie sie oben beschrieben worden ist oder im Folgenden noch erläutert wird. Mehrere Solarzellen können in einer Reihe mittels der Solarzellenverbinder-Elektrode verbunden sein.
-
In einer Ausgestaltung kann die Solarzellenverbinder-Elektrode einen matrixförmigen Verbund aufweisen und Solarzellen können in mehreren Reihen mittels mehrerer Solarzellenverbinder-Elektroden gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wie sie oben beschrieben worden ist oder im Folgenden noch erläutert wird, verbunden sein.
-
In noch einer Ausgestaltung kann die Mehrzahl der Solarzellen Rückseitenkontaktzellen aufweisen und die Solarzellen können ausschließlich auf der lichtabgewandten Seite mittels der mindestens einen Solarzellenverbinder-Elektrode verbunden sein.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum elektrischen Verbinden mehrerer Solarzellen bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren kann eine Solarzellenverbinder-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wie sie oben beschrieben worden ist oder im Folgenden noch erläutert wird, auf eine Oberfläche der Solarzellen aufgelegt werden. Dann können die Solarzellenverbinder-Elemente mit den Solarzellen elektrisch verbunden werden.
-
In einer Ausgestaltung können die Solarzellenverbinder-Elemente mit den Solarzellen verlötet werden.
-
In noch einer Ausgestaltung können die Solarzellen Rückseitenkontaktzellen aufweisen und die Solarzellenverbinder-Elektrode kann ausschließlich auf der lichtabgewandten Rückseite der Solarzellen angeordnet und kontaktiert werden.
-
In noch einer Ausgestaltung können alle Solarzellen eines Solarzellenmoduls mit einer matrixförmig geformten Solarzellenverbinder-Elektrode elektrisch verbunden werden.
-
In verschiedenen Ausgestaltungen kann die Solarzelle als eine Metall-Wrap-Through (MWT) Solarzelle ausgebildet sein. In verschiedenen Ausgestaltungen kann die Solarzelle als eine Emitter-Wrap-Through (EWT) Solarzelle ausgebildet sein. In verschiedenen Ausgestaltungen kann die Solarzelle als eine Back-Junction Solarzelle ausgebildet sein.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
-
Es zeigen
-
1 eine Rückseitenansicht einer Rückseitenkontakt-Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
2 eine Rückseitenansicht einer Rückseitenkontakt-Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
3 eine Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zu einem ersten Zeitpunkt ihrer Herstellung;
-
4 eine Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zu einem zweiten Zeitpunkt ihrer Herstellung;
-
5 eine Einrichtung zum Erzeugen einer Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
6 eine Vorrichtung zum Vorkonfektionieren einer Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
7 eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Solarzellen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
8 eine Fügeeinrichtung, eingerichtet zum Durchführen eines kontinuierlichen Fügeprozesses einer auf die Rückseiten mehrerer Solarzellen aufgelegten Solarzellen-Elektrode, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
9 eine Fügeeinrichtung, eingerichtet zum Durchführen eines kontinuierlichen Fügeprozesses einer auf die Rückseiten mehrerer Solarzellen aufgelegten Solarzellen-Elektrode, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
10 eine Einrichtung mit mehreren Solarzellen und einer Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
11 eine Verschaltung von Solarzellen mit nicht gleicher Anzahl positiver Konktaktbereiche und negativer Konktaktbereiche gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
12 Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen gemäß 11;
-
13 eine Mehrzahl gemäß dem in 11 dargestellten Prozess verschalteten Solarzellen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
14 eine Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
-
15 ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzellenverbinder-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen in einem Flussdiagramm;
-
16 ein Verfahren zum elektrischen Verbinden mehrerer Solarzellen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen in einem Flussdiagramm.
-
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung.
-
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einer Solarzelle eine Einrichtung verstanden, die Strahlungsenergie von überwiegend sichtbarem Licht (beispielsweise zumindest ein Teil des Lichts im sichtbaren Wellenlängenbereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 1150 nm; es ist anzumerken, dass zusätzlich auch Ultraviolett(UV)-Strahlung und/oder Infrarot(IR)-Strahlung umgewandelt werden kann), beispielsweise von Sonnenlicht, direkt in elektrische Energie umwandelt mittels des so genannten photovoltaischen Effekts.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einem Solarzellenmodul eine elektrisch anschlussfähige Einrichtung verstanden mit mehreren Solarzellen (die miteinander in Serie und/oder parallel verschaltet sind), und optional mit einem Witterungsschutz (beispielsweise Glas), einer Einbettung und einer Rahmung.
-
1 zeigt eine Rückseitenansicht einer Rückseitenkontakt-Solarzelle 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Rückseitenkontakt-Solarzelle 100 gemäß 1 weist eine streifenförmige Kontaktanordnung auf, wobei abwechselnd jeweils ein Basiskontakt 102 und ein Emitterkontakt 104 auf der Rückseite 106 (d. h. auf der der Sonnenseite der Rückseitenkontakt-Solarzelle 100 abgewandten Seite) der Rückseitenkontakt-Solarzelle 100 angeordnet sind. Der Basiskontakt 102 oder die Basiskontakte 102 sind von dem Emitterkontakt 104 oder den Emitterkontakten 104 elektrisch getrennt, beispielsweise elektrisch isoliert.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Rückseitenkontakt-Solarzelle 100 ein Substrat auf. Das Substrat kann aufweisen oder bestehen aus mindestens einer Photovoltaikschicht. Alternativ kann mindestens eine Photovoltaikschicht auf oder über dem Substrat angeordnet sein. Die Photovoltaikschicht kann aufweisen oder bestehen aus Halbleitermaterial (wie beispielsweise Silizium), einem Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise einem III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise GaAs), einem II-VI-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise CdTe), einem I-III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise Kupfer-Indium-Disulfid)). Als eine weitere Alternative kann die Photovoltaikschicht organisches Material aufweisen oder daraus bestehen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Silizium aufweisen oder bestehen aus einkristallinem Silizium, polykristallinem Silizium, amorphem Silizium, und/oder mikrokristallinem Silizium. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Photovoltaikschicht aufweisen oder bestehen aus einer Halbleiter-Übergangsstruktur wie beispielsweise einer pn-Übergangsstruktur, einer pin-Übergangsstruktur, einer Schottky-artigen Übergangsstruktur, und dergleichen. Das Substrat und/oder die Photovoltaikschicht können/kann mit einer Grunddotierung eines ersten Leitungstyps versehen werden.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Grunddotierung in dem Solarzellen-Substrat eine Dotierkonzentration (beispielsweise einer Dotierung des ersten Leitungstyps, beispielsweise einer Dotierung des p-Leitungstyps, beispielsweise mit Dotierstoff der III. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise einer Dotierung mit Bor (B))) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 1013 cm–3 bis 1018 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1014 cm–3 bis 1017 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1015 cm–3 bis 2·1016 cm–3. Der mit der Grunddotierung versehene Bereich des Solarzellen-Substrats wird im Folgenden auch als Basisbereich bezeichnet. Der Basisbereich ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einem oder mehreren Basiskontakten 102 elektrisch verbunden, anders ausgedrückt kontaktiert.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann in dem Substrat der Rückseitenkontakt-Solarzelle 100 ein Emitterbereich gebildet sein, dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Leitungstyps, wobei der zweite Leitungstyps entgegengesetzt zum ersten Leitungstyps ist, beispielsweise mit Dotierstoff vom n-Leitungstyps, beispielsweise mit Dotierstoff der V. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise mit Phosphor (P). Der Emitterbereich ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einem oder mehreren Emitterkontakten 104 elektrisch verbunden, anders ausgedrückt kontaktiert.
-
Der Schichtwiderstand in dem Emitterbereich liegt in verschiedenen Ausführungsbeispielen in einem Bereich von ungefähr 60 Ohm/sq bis ungefähr 300 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 Ohm/sq bis ungefähr 200 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 80 Ohm/sq bis ungefähr 120 Ohm/sq.
-
Das Solarzellen-Substrat kann aus einem Solarzellen-Wafer hergestellt werden und kann beispielsweise eine runde Form wie beispielsweise eine Kreisform oder eine Ellipsenform aufweisen oder eine Polygonform wie beispielsweise eine quadratische Form. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Solarzellen des Solarzellenmoduls jedoch auch eine nicht-quadratische Form aufweisen. In diesen Fällen können die Solarzellen des Solarzellenmoduls beispielsweise durch Trennen (beispielsweise Schneiden) und damit Teilen einer oder mehreren (in ihrer Form auch als Standard-Solarzelle bezeichneten) Solarzellen) zu mehreren nicht-quadratischen oder quadratischen Solarzellen gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es in diesen Fällen vorgesehen sein, Anpassungen der Kontaktstrukturen in der Standard-Solarzelle vorzunehmen, beispielsweise können Rückseitenquerstrukturen zusätzlich vorgesehen sein.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Solarzelle die folgenden Dimensionen aufweisen: eine Breite in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 50 cm, eine Länge in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 50 cm, und eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 100 μm bis ungefähr 300 μm.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind der oder die Basiskontakte 102 und/oder der oder die Emitterkontakte 104 in Form von Metallisierungsstrukturen ausgebildet und weisen beispielsweise ein oder mehrere Metalle oder eine oder mehrere Metalllegierungen auf.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können der oder die Basiskontakte 102 und/oder der oder die Emitterkontakte 104 aufweisen oder bestehen aus beispielsweise Silber, Kupfer, Aluminium, Nickel, Kobalt, Zinn, Titan, Palladium, Tantal, Gold, Platin oder einer beliebigen Kombination oder Legierung dieser Materialien. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können der oder die Basiskontakte 102 und/oder der oder die Emitterkontakte 104 aufweisen oder bestehen aus Silber oder Nickel. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können der oder die Basiskontakte 102 und/oder der oder die Emitterkontakte 104 aufweisen oder bestehen aus einem Stapel unterschiedlicher Metalle, beispielsweise Nickel auf Titan, Silber auf Titan, Silber auf Nickel oder beispielsweise einem Schichtenstapel gebildet von Titan-Palladium-Silber, oder einem Stapel von Titan oder Nickel (beide wirken in diesem Fall als Diffusionsbarriere) mit darauf angeordnetem Kupfer.
-
2 zeigt eine Rückseitenansicht einer Rückseitenkontakt-Solarzelle 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Rückseitenkontakt-Solarzelle 200 gemäß 2 ist ähnlich der Rückseitenkontakt-Solarzelle 100 gemäß 1, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung der Merkmale der Rückseitenkontakt-Solarzelle 100 gemäß 1 verwiesen wird, welche ebenfalls für die Rückseitenkontakt-Solarzelle 200 gemäß 2 gilt bis auf die im Folgenden erläuterten Unterschiede.
-
Bei der Rückseitenkontakt-Solarzelle 200 gemäß 2 sind der Basiskontakt 202 und der Emitterkontakt 204 kammförmig ineinander verzahnt anschaulich in Form einer Interdigital-Kontaktanordnung (IBC) ausgebildet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind der Basiskontakt 202 und der Emitterkontakt 204 elektrisch voneinander isoliert.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Basisbereich beispielsweise p-dotiert ist und der Emitterbereich n-dotiert ist. Es ist jedoch in alternativen Ausführungsbeispielen ebenfalls vorgesehen, dass der Basisbereich beispielsweise n-dotiert ist und der Emitterbereich p-dotiert sind. In solchen Ausführungsbeispielen können der oder die Basiskontakte 202 und/oder der oder die Emitterkontakte 204 beispielsweise aufweisen oder bestehen aus Aluminium oder aus Nickel, optional mit auf dem Aluminium aufgebrachtem Lotmaterial (alternativ kann das Lotmaterial auf den später aufgebrachten und angelöteten Solarzellenverbindern aufgebracht sein).
-
3 zeigt eine Solarzellen-Elektrode 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zu einem ersten Zeitpunkt ihrer Herstellung.
-
Die Solarzellen-Elektrode 300 weist in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elementen 302 auf, beispielsweise implementiert als Kontaktdrähte (auch bezeichnet als Solarzellenverbinder-Drähte) 302 und/oder Kontaktbändchen (auch bezeichnet als Solarzellenverbinder-Bändchen) 302.
-
Die Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 zum elektrischen Verbinden zweier Solarzellen 100, 200 können verbunden sein mit dem oder den Emitterkontakten 104, 204 auf der Rückseite einer ersten Solarzelle 100, 200 von jeweils zwei einander benachbarten Solarzellen 100, 200 und mit dem oder den Basiskontakten 102, 202 auf der Rückseite einer zweiten Solarzelle 100, 200 von jeweils zwei einander benachbarten Solarzellen 100, 200. Die Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 sind eingerichtet zum Sammeln und Übertragen elektrischer Energie, die von der Photovoltaikschicht einer jeweiligen Solarzelle 100, 200 erzeugt worden ist.
-
Die Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 können aufweisen oder bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise metallisch leitfähigem Material. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 aufweisen oder bestehen aus einem oder mehreren metallischen Materialien, beispielsweise aus einem oder mehreren der folgenden Metalle: Cu, Al, Au, Pt, Ag, Pb, Sn, Fe, Ni, Co, Zn, Ti, Mo, W, und/oder Bi. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 aufweisen oder bestehen aus einem Metall, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Cu, Au, Ag, Pb, und Sn. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 eine grundsätzlich beliebige Querschnittform aufweisen wie beispielsweise eine runde (beispielsweise kreisrunde) Form, ein ovale Form, eine Dreieckform, eine Rechteckform (beispielsweise eine quadratische Form), oder jede andere beliebige geeignete Polygonform. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 ein Metall aufweisen, beispielsweise Nickel, Kupfer, Aluminium und/oder Silber oder ein anderes geeignetes Metall oder Metalllegierung, beispielsweise Messing. Weiterhin können die Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 mit einem Metall oder einer Metalllegierung beschichtet werden oder sein, beispielsweise mit Silber, Sn und/oder Nickel und/oder einer Lotbeschichtung, aufweisend oder bestehend beispielsweise aus Sn, SnPb, SnCu, SnCuAg, SnPbAg, SnBi. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können eine Vielzahl von Kontaktdrähten 302 oder Kontaktbändchen 302 in einer jeweiligen Solarzellen-Elektrode 300 vorgesehen sein, beispielsweise eine Anzahl in einem Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 60, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 50, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 20 bis ungefähr 40, beispielsweise ungefähr 30. In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden die Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 der vorkonfektionierten Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen mit den Metallisierungsstrukturen, beispielsweise dem oder den Emitterkonktakten 104, 204 und/oder dem oder den Basiskontakten 102, 202 in einem später durchgeführten Prozess verlötet. Um die Anbindung der Kontaktdrähte 302 oder Kontaktbändchen 302 an die Metallisierungsstrukturen zu verbessern, können letztere beispielsweise durch ein Schwalllötverfahren vorbelotet werden.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Solarzellen-Elektrode 300 eine Mehrzahl von elektrisch nicht leitfähigen und, beispielsweise voneinander getrennten, flächigen Elementen 304 auf, auf welchen die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente 302 angeordnet sind, beispielsweise aufgeklebt sind. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente 302 somit beispielsweise klebend mit den flächigen Elementen 304 verbunden sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die elektrisch nicht leitfähigen flächigen Elemente 304 von beispielsweise einem durchgängigen Element gebildet werden oder sein, beispielswiese einer durchgängigen Klebefolie, die beispielsweise von einer Rolle anschaulich in Form eines „Endlosbandes” bereitgestellt werden kann. Die elektrisch nicht leitfähigen flächigen Elemente 304 können beispielsweise perforiert sein, oder auch nur in einzelnen Teilbereichen, beispielsweise mittels Verbindungsstegen, miteinander verbunden sein.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 streifenförmig ausgebildet sein, beispielsweise mit einer Rechteckform in Draufsicht. Alternativ kann jede beliebige andere Form für die flächigen Elemente 304 vorgesehen sein, beispielsweise in Draufsicht eine Ellipsenform. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 eine Länge aufweisen, die gerade der Breite der Solarzelle 100 entspricht. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 eine Breite aufweisen in einem Bereich von ungefähr 0,2 cm bis ungefähr 5 cm, beispielsweise eine Breite in einem Bereich von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 3 cm, beispielsweise eine Breite in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 2 cm.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 relativ zu den elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elementen 302 in einem Winkel, beispielsweise die Solarzellenverbinder-Elemente 302 kreuzend, angeordnet sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 quer (d. h. beispielsweise in einem Winkel von ungefähr 90°) zu den elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elementen 302 angeordnet sein.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 aus Kunststofffolie hergestellt sein, auch wenn alle anderen geeigneten, beispielsweise flexiblen, elektrisch isolierenden Materialien alternativ vorgesehen sein können. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 aus selbstklebender Kunststofffolie hergestellt sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 aus (Polymer-)Materialien hergestellt sein (in verschiedenen Ausführungsbeispielen können den Polymeren, die auch als Basispolymere bezeichnet werden, zusätzlich UV-Stabilisatoren und Antioxidationsmittel zugesetzt werden oder sein – zusätzlich können diese auch anorganische Füllstoffe wie Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid sowie entsprechende Farbstoffe zur Anwendung in Modulen mit schwarzer Rückseitenfolie enthalten). In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 aus Kunststofffolie aus allen an sich bekannten Solarzellenmodul-Einbettmaterialien (beispielsweise Ethylenvinylacetat, Silikone, aliphatische Polyurethane, Polyvinylbutyral) hergestellt sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die flächigen Elemente 304 aus Schmelzklebstoffen wie beispielsweise Ethylenvinylacetat, Polyamiden (diese sind hochtemperaturbeständig), Polyester, Polyolefine, usw. hergestellt sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente 302 zwischen Folienstreifen mit herkömmlichen 2-Komponentenklebstoffen wie Polyurethanen, Silikonen oder Epoxiden verklebt sein oder werden oder die Klebstoffe können mittels UV oder Wärme ausgehärtet sein oder werden. Weiterhin können diese Materialien auf strukturierte reflektierende Folien zur zusätzlichen Lichtlenkung im Solarzellenmodul aufgebracht sein (z. B. aus Metallen wie Aluminium oder auch auf dielektrische Spiegel).
-
4 zeigt die Solarzellen-Elektrode 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zu einem zweiten Zeitpunkt ihrer Herstellung.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann, wie in 4 dargestellt, für die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente 302 in Bereichen auf den flächigen Elementen 304 eine elektrische Trennung vorgesehen sein derart, dass jeweils ein oder mehrere Basiskontakte 102, 202 einer ersten Solarzelle 100, 200 von jeweils zwei einander benachbarten Solarzellen 100, 200 mittels eines Solarzellenverbinder-Elements 302 elektrisch verbunden ist mit einem oder mehreren Emitterkontakten 104, 204 einer zweiten Solarzelle 100, 200 von jeweils zwei einander benachbarten Solarzellen 100, 200, jedoch elektrisch isoliert ist von jedem Basiskontakt 102, 202 der zweiten Solarzelle 100, 200. Weiterhin kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen für die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente 302 in Bereichen auf den flächigen Elementen 304 eine elektrische Trennung vorgesehen sein derart, dass jeweils ein oder mehrere Emitterkontakte 104, 204 der ersten Solarzelle 100, 200 von jeweils zwei einander benachbarten Solarzellen 100, 200 mittels eines Solarzellenverbinder-Elements 302 elektrisch verbunden ist mit einem oder mehreren Basiskontakten 102, 202 der zweiten Solarzelle 100, 200 von jeweils zwei einander benachbarten Solarzellen 100, 200, jedoch elektrisch isoliert ist von jedem Emitterkontakt 104, 204 der zweiten Solarzelle 100, 200.
-
Diese elektrische Trennung kann durch entsprechend vorgesehene Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen 306 in Bereichen auf den flächigen Elementen 304 erreicht werden, so dass durch eine jeweilige Solarzellenverbinder-Element-Trennstelle 306 ein jeweiliges elektrisch leitfähiges Solarzellenverbinder-Element 302 in zwei elektrisch voneinander getrennte Solarzellenverbinder-Teilelemente 402, 404 aufgeteilt ist. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann oder können im Bereich eines flächigen Elementes 304 auf jedem zweiten Solarzellenverbinder-Element 302 eine Solarzellenverbinder-Element-Trennstelle 306 oder mehrere Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen 306 angeordnet sein. Die Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen 306 können gebildet werden, indem Stücke der jeweiligen Solarzellenverbinder-Elementes 302 (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) herausgetrennt werden, beispielsweise mittels eines Lasers, mittels Stanzens, oder mittels eines anderen geeigneten Prozesses.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann anschaulich eine Vielzahl im Wesentlichen paralleler Solarzellenverbinder-Elemente 302 (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten (auch bezeichnet als Verbinderdrähte) 302 oder Kontaktbändchen (auch bezeichnet als Verbinderbändchen) 302 – im Folgenden auch als Verbinderfeld bezeichnet – jeweils mit einer selbstklebenden Kunststofffolie beklebt werden. Dies kann beidseitig oder einseitig erfolgen. Die Aufbringung einer ersten Klebefolie und optional einer zweiten Klebefolie kann gleichzeitig oder in zwei Schritten erfolgen.
-
Danach werden in einem ersten Trennschritt jeweils ein erstes Solarzellenverbinder-Element 302 von zwei benachbarten Solarzellenverbinder-Elementen 302 und in einem zweiten Trennschritt jeweils ein zweites Solarzellenverbinder-Element 302 von zwei benachbarten Solarzellenverbinder-Elementen 302 getrennt.
-
Der Abstand der flächigen Elemente 304 (beispielsweise der Klebefolien) voneinander entspricht in verschiedenen Ausführungsbeispielen gerade dem Abstand der Solarzellen-Zwischenräume voneinander in einem Solarzellenmodul, in dem die Solarzellen eingebaut werden. Bei Solarzellen mit einer IBC-Kontaktstruktur (wie beispielsweise einer Solarzelle 200 gemäß 2) sind mehrere Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen 306 pro Solarzelle vorgesehen.
-
In den 3 und 4 ist somit anschaulich die Konfektionierung des Elektrodenbandes 300, d. h. der Solarzellen-Elektrode 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Das Elektrodenband 300 kann die Breite einer Solarzelle 100, 200 haben, es kann aber auch auf die volle Breite eines Solarzellenmoduls konfektioniert werden, so dass alle Solarzellen 100, 200 in dem Solarzellenmodul parallel verarbeitet werden können.
-
Anschaulich wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine bandförmige Solarzellen-Elektrode 300 zur Verschaltung von Rückseitenkontakt-Solarzellen 100, 200, derart gestaltet, dass eine Vielzahl im Wesentlichen parallel verlaufender Verbinderelemente 302 (Bändchen oder Draht) beispielsweise durch klebende Kunststofffolien (allgemein durch elektrisch nicht-leitende flächige Elemente 304) fixiert sind und in einem Bereich der Kunststofffolie (allgemein elektrisch nicht-leitendes flächiges Element 304) gezielt Trennstellen 306 eingefügt werden.
-
Die Klebefolien können einseitig oder beidseitig klebend gestaltet sein. Eine beidseitig klebende Klebefolie hat den Vorteil, dass die Solarzellen-Elektrode 300 mechanisch auf den Solarzellen 100, 200 fixiert werden kann, bevor die elektrische Kontaktierung der Solarzellenverbinder-Elemente 302 (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) erfolgt.
-
5 zeigt eine Einrichtung 500 zum Erzeugen eines Zwischenprodukts einer Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Einrichtung 500 kann eingerichtet sein zum Erzeugen einer Solarzellen-Elektrode mittels Einschmelzens eines Verbinderfeldes in einem Heissklebstoff.
-
Die Einrichtung 500 kann eine Hauptwalze 502 aufweisen sowie eine erste elektrisch leitfähige Kontaktwalze 504 an einem Eingang der Einrichtung 500 und eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktwalze 506 an einem Ausgang der Einrichtung 500. Ein Verbinderfeld 508, welches eine Vielzahl von nebeneinander (beispielsweise parallel zueinander) angeordneten Solarzellenverbinder-Elemente 302 (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) aufweist, wird auf einem Träger 510, beispielsweise auf einem Fließband 510, der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktwalze 504 zugeführt (alternativ ohne einen Träger 510), dort elektrisch aufgeheizt und dann weitergeführt zu der Hauptwalze 502. Anders ausgedrückt wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen das Verbinderfeld 508 über zwei elektrisch leitfähige Walzen 504, 506 geführt. Die Kontaktwalzen 504 und 506 dienen dabei beispielsweise als Kontaktelemente, über die ein elektrischer Stromfluss durch die Solarzellenverbinder-Elemente 302 erzeugt wird. Die Solarzellenverbinder-Elemente 302 (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) werden auf diese Weise durch den Widerstand der Solarzellenverbinder-Elemente 302 elektrisch aufgeheizt. Diese Solarzellenverbinder-Elemente 302 (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) können dann über eine weitere Walze (die Hauptwalze 502), welche den gleichen Umfang aufweist wie der Zellabstand zwischen zwei Solarzellen in dem herzustellenden Solarzellenmodul, geführt werden. Auf die Hauptwalze 502 werden von einer Trennvorrichtung (nicht dargestellt) (beispielsweise implementiert in Form einer Trennwalze) entsprechend vorkonfektionierte elektrisch nicht-leitfähige flächige Elemente 512 (beispielsweise Folien, beispielsweise aufweisend ein oder bestehend aus einem Heißklebstoff oder Thermoplast) aufgebracht, welche beispielsweise mittels einer Schneidwalze (nicht dargestellt) zugeschnitten wurden. Die beispielsweise Folienstreifen 512 können entweder selbst eine geringe Restklebrigkeit aufweisen, so dass sie an der Hauptwalze 502 haften oder sie werden, beispielsweise mittels Vakuum, angesaugt. Das erhitzte Verbinderfeld 508 schmilzt sich in den Heißkklebstoff ein und wird auf diese Weise fixiert. Die Heißklebstoff-Folie 512 kann beispielsweise eine EVA-Folie 512 sein wie sie üblicherweise zur Einkapselung der Solarzellenmodule Verwendung findet. Optional kann auf die Heißklebstoffschicht eine weitere Schicht oder Folie aufgebracht werden oder sein, welche eine Lichtfängerstruktur aufweist oder gefärbt ist um die Kontakte zwischen den Solarzellen zu überdecken. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es ferner vorgesehen sein, die zentrale Walze, anders ausgedrückt die Hauptwalze 502, zu heizen und den Heißklebstoff vollständig aufzuschmelzen um die Solarzellenverbinder-Elemente 302 (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) in diesen einzupressen.
-
Anschließend können die Trennstellen 306 mittels einer Trennvorrichtung (nicht gezeigt) (beispielsweise einem Laser oder einer Stanzvorrichtung) gebildet werden.
-
6 zeigt eine Vorrichtung 600 zum Vorkonfektionieren einer Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
-
Von einer Folienrolle 602 oder Folienwalze 602 wird eine Folie 604, beispielsweise eine Kunststofffolie 604, beispielsweise eine selbstklebende Kunststofffolie 604, auf eine Transferrolle 606 oder Transferwalze 606 gebracht. Dort wird ein Stück Folie 604 entsprechender Breite beispielsweise mittels einer Schneidwalze herausgeschnitten oder gestanzt. Dazu ist es vorgesehen, dass die Folie 604 nicht kontinuierlich läuft sondern schrittweise gefördert wird. Die nach dem Herausschneiden des jeweiligen flächigen Elements 614 (auf welches die Solarzellenverbinder-Elemente (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) aus dem Verbinderfeld 612 aufgebracht werden) verbleibende Restfolie 608 kann wiederum auf eine Rolle 610 (auch bezeichnet als Restfolienrolle) gewickelt werden oder direkt in einen Vorratsbehälter (nicht gezeigt) laufen.
-
Alternativ können auch Folienstücke 614 in einem zusätzlichen Prozessschritt vorbereitet und dann auf die Transferrolle 606 oder Transferwalze 606 gelegt werden.
-
Die Folienstücke 614 werden in entsprechenden Abständen auf das Verbinderfeld 612 und damit auf die Solarzellenverbinder-Elemente (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) geklebt. Dies kann beidseitig oder einseitig geschehen. Die Abstände können über eine Dimensionierung des Umfangs der Transferrolle 606 oder Transferwalze 606 und die Positionen der Folienstücke 614 auf der Transferrolle 606 oder Transferwalze 606 eingestellt werden.
-
In einem weiteren Prozessschritt werden die entsprechenden Trennstellen mittels einer mechanischen Trennvorrichtung 616 zum Durchführen eines mechanischen Trennverfahrens (Stanzen, Schneiden, ...) getrennt. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Trennvorrichtung 616 beispielsweise als Stanzvorrichtung oder als Laser eingerichtet sein. Die alternierenden Trennpositionen auf den elektrisch nicht-leitenden flächigen Elementen können von einer beweglichen Trennvorrichtung 616 angefahren werden oder aber durch die Verwendung von zwei gegeneinander versetzten Trenneinheiten der Trennvorrichtung 616 erreicht werden.
-
Die in 6 dargestellte Vorrichtung 600 kann lediglich von den oberhalb des Verbinderfeldes 612 angeordneten Komponenten gebildet werden (bezeichnet als erste Teil-Vorrichtung 618) oder noch zusätzlich eine zweite Teil-Vorrichtung 620 aufweisen, die der ersten Teil-Vorrichtung 618 bezüglich des Verbinderfeldes 612 gegenüberliegend angeordnet sein kann, so dass weitere elektrisch nicht-leitenden flächigen Elemente auf die Solarzellenverbinder-Elemente (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) aufgebracht, beispielsweise geklebt, werden können.
-
Die zweite Teil-Vorrichtung 620 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen aufweisen eine zusätzliche Folienrolle 622 oder Folienwalze 622, von der eine zusätzliche Folie 624, beispielsweise eine Kunststofffolie 624, beispielsweise eine selbstklebende Kunststofffolie 624 bereitgestellt wird, die auf eine zusätzliche Transferrolle 626 oder zusätzliche Transferwalze 626 gebracht wird. Dort wird ein weiteres Stück Folie 628 entsprechender Breite beispielsweise mittels einer Schneidwalze herausgeschnitten oder gestanzt. Dazu ist es vorgesehen, dass die zusätzliche Folie 624 nicht kontinuierlich läuft sondern schrittweise gefördert wird. Die nach dem Herausschneiden des jeweiligen zusätzlichen flächigen Elements 628 (auf welches die Solarzellenverbinder-Elemente (beispielsweise in Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen) aus dem Verbinderfeld 612 aufgebracht werden) verbleibende Restfolie 630 kann wiederum auf eine zusätzliche Rolle 632 (auch bezeichnet als Restfolienrolle) gewickelt werden oder direkt in einen Vorratsbehälter (nicht gezeigt) laufen.
-
7 zeigt eine Vorrichtung 700 mit einer Mehrzahl von Solarzellen 100, die nebeneinander zur Serienverschaltung angeordnet sind. In 7 sind zur einfacheren Erläuterung lediglich vier Solarzellen 100 dargestellt, obwohl in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine grundsätzlich beliebige Anzahl von Solarzellen 100 in der Vorrichtung 700 nebeneinander angeordnet sein können, beispielsweise 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, oder mehr.
-
Die Kontaktstrukturen der Solarzellen 100 werden in verschiedenen Ausführungsbeispielen derart angeordnet, dass die Anzahl der Emitterkontakte 104 gleich der Anzahl der Basiskontakte 102 ist. Vor der Verschaltung (mittels einer oder mehrerer Solarzellen-Elektroden gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele) werden die Solarzellen 100 entsprechend ausgerichtet, so dass in Verschaltungsrichtung ein Basiskontakt 102 einer ersten Solarzelle 100 mit einem Emitterkontakt 104 der zweiten Solarzelle 100 (welche der ersten Solarzelle 100 unmittelbar benachbart angeordnet ist) benachbart liegt.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Basiskontakte 102 und die Emitterkontakte 104 bezüglich der Mitte der Solarzelle 100 angeordnet sein, so dass durch Drehen der Solarzelle 100 um 180° einer Solarzelle 100 bezüglich einer benachbarten Solarzelle 100 die oben beschriebene Ausrichtung der Kontakte 102, 104 zueinander auf sehr einfache und somit kostengünstige Weise erreicht werden kann. In verschiedenen Ausführungsbeispielen dann die Anzahl der Basiskontakte 102 und die Anzahl der Emitterkontakte 104 gleich sein.
-
Die Solarzellen 100, 200 werden in verschiedenen Ausführungsbeispielen wie beschrieben auf ein Transportband gelegt und anschließend zu Solarzellen-Strings oder vollständigen Solarzellenmatrices gefügt, welche dann zu Solarzellenmodulen weiterverarbeitet werden. Es ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, den Prozess kontinuierlich auszuführen, indem (beispielsweise auf oben beschriebene Weise) vorkonfektioniertes Elektrodenmaterial als Endlosband zugeführt wird, oder aber das Elektrodenmaterial simultan im Prozess erzeugt wird. Eine diskontinuierliche Arbeitsweise ist alternativ in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, indem zuerst alle Solarzellen eines Solarzellen-Strings oder auch einer gesamten Solarzellenmatrix auf einer geeigneten Unterlage platziert werden und die vorgefertigte Solarzellen-Elektrode anschließend über die Solarzellen 100, 200 gelegt und in einem weiteren Schritt gefügt wird.
-
Optional können die Solarzellen 100, 200 auch direkt auf ein mit Verkapselungsmaterial beaufschlagtes Frontseitenmaterial, beispielsweise Abdeckglas, ETFE (als ein Beispiel eines Fluorpolymers), etc., positioniert werden. Anschließend kann das Verbinderfeld aufgelegt und gefügt werden und mit dem Aufbau des Layups für die Lamination fortgefahren werden. Dadurch könnten zusätzliche Handhabungsschritte (Solarzellen-Stringtransport, Solarzellen-Matrixlegen) entfallen. Der Vorgang kann diskontinuierlich ausgeführt werden, wobei die Positionierung der Solarzellen schrittweise erfolgen kann. Wenn die gewünschte Anzahl von Solarzellen positioniert wurde, wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen das Elektrodenband auf alle Solarzellen aufgelegt und gefügt.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist auch eine kontinuierliche Ausführung des Prozesses vorgesehen, dabei werden die Solarzellen 100 und das Elektrodenband, anders ausgedrückt die auf oben beschriebene Weise vorkonfektionierte Solarzellen-Elektrode 400, in einem kontinuierlichen Prozess zugeführt und gefügt.
-
Eine Fügeeinrichtung 800, eingerichtet zum Durchführen eines kontinuierlichen Fügeprozesses einer auf die Rückseiten mehrerer Solarzellen 100 aufgelegten Solarzellen-Elektrode 400, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist in 8 in Seitenansicht dargestellt.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Fügeeinrichtung 800 aufweisen eine Solarzellen-Transportvorrichtung 802 (beispielsweise implementiert als ein Fließband 802), auf welcher Solarzellen, beispielsweise Solarzellen 100, wie sie in 1 dargestellt sind, in einer mittels eines Pfeils 804 symbolisierten Transportrichtung durch die Fügeeinrichtung 800 transportiert werden. Die Solarzellen 100 werden in verschiedenen Ausführungsbeispielen von einer Solarzellen-Zuführeinrichtung (nicht dargestellt) der Fügeeinrichtung 800 zugeführt. Die Fügeeinrichtung 800 kann ferner aufweisen eine Elektrodenband-Zuführeinrichtung 806, beispielsweise in Form einer Elektrodenbandwalze 806, welche relativ zu der Solarzellen-Transportvorrichtung 802 derart angeordnet ist, dass die zugeführte Solarzellen-Elektrode 400 derart mittels der Elektrodenband-Zuführeinrichtung 806 umgelenkt wird, dass die eine oder mehreren Solarzellen-Elektroden 400 auf die Rückseite der Solarzellen 100 derart aufgelegt wird, dass die einzelnen elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente 302 auf die Basiskontakte 102 bzw. die Emitterkontakte 104 aufgelegt werden. Ferner kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Fügeeinrichtung 800 eine Fügevorrichtung 808, beispielsweise in Form einer Lötvorrichtung 808, aufweisen. Die Solarzellen 100, auf deren Rückseiten die eine oder mehreren Solarzellen-Elektroden 400 aufgelegt worden sind, werden der Fügevorrichtung 808 zugeführt, wo die einzelnen elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente 302 mit den Basiskontakten 102 bzw. den Emitterkontakten 104 fixiert, beispielsweise verlötet, werden.
-
Eine Fügeeinrichtung 900, eingerichtet zum Durchführen eines kontinuierlichen Fügeprozesses einer auf die Rückseiten mehrerer Solarzellen 100 aufgelegten Solarzellen-Elektrode 400, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, ist in 9 in Draufsicht dargestellt. Die Fügeeinrichtung 900 gemäß 9 ist ähnlich der Fügeeinrichtung 800 gemäß 8, ist jedoch derart dimensioniert, dass mehrere Solarzellen-Strings (beispielsweise zwei, in anderen Ausführungsbeispielen drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr) gleichzeitig gebildet werden, prinzipiell auf die oben in Bezug auf 8 beschriebene Weise. Weiterhin ist in 9 ein Querverschaltungselement 902 dargestellt, mittels dessen mehrere Solarzellen-Strings 904, 906 miteinander elektrisch gekoppelt, beispielsweise parallelgeschaltet werden. Eine Reihenschaltung benachbarter Solarzellen-Strings 904, 906 ist durch eine angepasste Anordnung der Trennstellen 306 möglich.
-
Die beschriebenen Prozesse können für beide Kontaktstrukturanordnungen, beispielsweise für Solarzellen 100, wie sie in 1 dargestellt sind, oder für Solarzellen 200, wie sie in 2 dargestellt sind, verwendet werden. Nur die Vorkonfektionierung des Elektrodenbandes 400 ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen entsprechend angepasst. Bei Solarzellen 200 mit IBC-Kontaktstruktur sind beispielsweise zwei Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen pro Solarzelle 200 vorgesehen (wie in einer Einrichtung 1000 in 10 dargestellt). Die Kunststofffolie 304 dient dabei gleichzeitig als Isolationsschicht. Weiterhin zeigt 10 eine Solarzellenkante 1002.
-
Durch die Verschaltung mit der hier beschriebenen Bandelektrode, beispielsweise einer oder mehrerer Solarzellen-Elektroden 400, werden die Leitungsverluste in den IBC-Kontaktstrukturen deutlich reduziert. Der Strom muss nicht mehr durch die dünnen Kontaktstrukturen mit hohem Linienwiderstand zur Sammelstruktur transportiert werden, sondern kann durch die Verbinder, beispielsweise einer oder mehreren Solarzellen-Elektroden 400, transportiert werden.
-
11 und 12 zeigen eine Verschaltung 1100 von Solarzellen 100 mit nicht gleicher Anzahl positiver Konktaktbereiche und negativer Konktaktbereiche, beispielsweise mit nicht gleicher Anzahl von Basiskontakten 102 und Emitterkontakten 104.
-
In 11 ist die Herstellung einer Solarzellen-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Zunächst wird ein erstes elektrisch nicht-leitfähiges flächiges Element 304 (beispielsweise eine Folie, beispielsweise eine Kunststofffolie) auf eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elementen 302 aufgebracht.
-
Dann wird auf ein jeweiliges erstes elektrisch nicht-leitfähiges flächiges Element 304 ein Querdraht 1102 (beispielsweise in einem Winkel zu, beispielsweise quer zu den elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elementen 302 aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann optional ein zweites elektrisch nicht-leitfähiges flächiges Element 1104 auf das erste elektrisch nicht-leitfähige flächige Element 304 und die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente 302 aufgebracht, so dass die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente 302 sandwichartig zwischen den flächigen Elementen 304, 1104 eingeschlossen werden.
-
Anschließend kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen jeweils wechselseitig auf unterschiedlichen Seiten des Querdrahts 1102 ein jeweiliges Solarzellenverbinder-Element 302 aufgetrennt werden, so dass jeweils zwei elektrisch voneinander (mittels Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen 306) getrennte Teil-Solarzellenverbinder-Elemente 1106, 1108 gebildet werden.
-
12 zeigt eine Darstellung 1200 von Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen 306 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen gemäß 11 ohne die flächigen Elemente 304, 1104 zur Verdeutlichung des Strompfades in einem Solarzellen-String.
-
13 zeigt eine Darstellung 1300 einer Mehrzahl gemäß dem in 11 dargestellten Prozess verschalteten Solarzellen 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Solarzellen-Elektrode eine Länge (d. h. eine Dimension in der Längserstreckung der elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente, beispielsweise der Kontaktdrähte oder Kontaktbändchen) aufweisen, die größer ist als die Länge einer Solarzelle 100, 200. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Solarzellen-Elektrode eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen gleich ist oder größer ist als die Länge mehrerer Solarzellen 100, 200. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Solarzellen-Elektrode eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen gleich ist oder größer ist als die Länge eines Solarzellen-Strings. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Solarzellen-Elektrode eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen gleich ist oder größer ist als die Länge eines von den Solarzellen gebildeten Solarzellenmoduls.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Solarzellen-Elektrode eine Breite (d. h. eine Dimension im Wesentlichen quer zu der Längserstreckung der elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente, beispielsweise der Kontaktdrähte oder Kontaktbändchen) aufweisen, die größer ist als die Breite einer Solarzelle 100, 200. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Solarzellen-Elektrode eine Breite aufweisen, die im Wesentlichen gleich ist oder größer ist als die Breite mehrerer nebeneinander (parallel oder in Reihe geschalteter) angeordneter Solarzellen 100, 200. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Solarzellen-Elektrode eine Breite aufweisen, die im Wesentlichen gleich ist oder größer ist als die Breite eines von den Solarzellen gebildeten Solarzellenmoduls.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Solarzellen-Elektrode eine Größe aufweisen derart, dass mehrere oder alle Solarzellen eines Solarzellenmoduls mittels genau einer Solarzellen-Elektrode oder genau zwei Solarzellen-Elektroden oder genau drei Solarzellen-Elektroden gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen miteinander verschaltet sind.
-
14 zeigt eine Solarzellen-Elektrode 1400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, aufgelegt auf mehrere Solarzellen 100, 200 eines Solarzellenmoduls, beispielsweise auf alle Solarzellen 100, 200 eines Solarzellenmoduls. Damit ist die Solarzellen-Elektrode 1400 dimensioniert und eingerichtet zum elektrischen Verschalten aller Solarzellen 100, 200 eines Solarzellenmoduls. Somit ist in diesen Ausführungsbeispielen nur genau eine Solarzellen-Elektrode 1400 erforderlich zum elektrischen Verschalten aller Solarzellen 100, 200 eines Solarzellenmoduls.
-
Wie in 14 dargestellt sind die Solarzellen 100, 200 in mehreren Zeilen 1402 und Spalten 1404 matrixförmig nebeneinander angeordnet. Entsprechend weist die Solarzellen-Elektrode 1400 mehrere Zeilenbereiche auf, welche jeweils so dimensioniert sind, dass jeder Zeilenbereich einer Solarzellen-Elektrode 1400 jeweils die (beispielsweise alle) Kontaktbereiche 102, 104, 202, 204 der Solarzellen einer Zeile 1402, anders ausgedrückt eines Solarzellen-Strings kontaktiert wird (beispielsweise in Serie miteinander elektrisch verbunden wird).
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Solarzellen-Elektrode 1400 ein erstes elektrisch nicht-leitfähiges flächiges Randelement 1406 auf sowie ein zweites elektrisch nicht-leitfähiges flächiges Randelement 1408. Zwischen den Solarzellen (beispielsweise zwischen jeweils zwei einander unmittelbar benachbarten Solarzellen 100, 200) einer jeweiligen Zeile 1402 und zwischen den beiden Randelementen 1406, 1408 sind zusätzliche elektrisch nicht-leitfähige flächige Elemente 1410, 1412, 1414, 1416 angeordnet, die im Wesentlichen den gleichen Aufbau haben wie die oben beschriebenen flächigen Elemente 304. Jedes der zusätzlichen elektrisch nicht-leitfähigen flächigen Elemente 1410, 1412, 1414, 1416 weist in verschiedenen Ausführungsbeispielen mindestens ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement 1418, 1420, 1422, 1424 (beispielsweise aus einem Metall oder mehreren Metallen und/oder einer oder mehreren Metalllegierungen) auf. Jedes der beiden Randelemente 1406, 1408 kann ferner eine oder mehrere Querverbinderstrukturen aufweisen, beispielsweise jeweils eine oder mehrere globale Querverbinderstrukturen 1426, 1428, welche im Wesentlichen entlang der gesamten Breite (d. h. entlang aller Zeilen 1402) des jeweiligen Randelements 1408 verlaufen, und/oder jeweils eine oder mehrere lokale Querverbinderstrukturen 1430, welche sich entlang nur eines Teils der gesamten Breite (d. h. entlang aller Zeilen 1402) des jeweiligen Randelements 1408 erstrecken, beispielsweise allerdings entlang zumindest eines Teils von mindestens zwei Solarzellen 100, 200, so dass mehrere Solarzellen 100, 200 mittels der mindestens einen lokalen Querverbinderstruktur 1430 miteinander elektrisch verbunden sind (beispielsweise parallel oder in Reihe geschaltet sind).
-
Ferner weist die Solarzellen-Elektrode 1400 in verschiedenen Ausführungsbeispielen Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen 1432, 1434 auf, beispielsweise erste Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen 1432, welche auf den flächigen Elementen 1406, 1408, 1410, 1412, 1414, 1416 (inklusive der Randelemente 1406, 1408) vorgesehen sind und welche die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elementen auftrennen in voneinander elektrisch isolierte Solarzellenverbinder-Teilelemente, und zweite Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen 1434, welche auf den flächigen Elementen 1406, 1408, 1410, 1412, 1414, 1416 (inklusive der Randelemente 1406, 1408) vorgesehen sind und welche die elektrisch leitfähigen Kontaktelemente 1418, 1420, 1422, 1424 oder die Querverbinderstrukturen 1426, 1428, 1430 in voneinander elektrisch isolierte Teil-Kontaktelemente bzw. Teil-Querverbinderstrukturen auftrennen.
-
15 zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzellenverbinder-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen in einem Flussdiagramm 1500.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann in 1502 eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elementen auf einer Mehrzahl von elektrisch nicht leitfähigen und voneinander getrennten flächigen Elementen angeordnet werden. Weiterhin können in 1504 die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente auf den flächigen Elementen aufgebracht werden, und, in 1506, in Bereichen auf den flächigen Elementen Solarzellenverbinder-Element-Trennstellen gebildet werden, so dass durch eine jeweilige Solarzellenverbinder-Element-Trennung ein jeweiliges elektrisch leitfähiges Solarzellenverbinder-Element in zwei elektrisch voneinander getrennte Solarzellenverbinder-Teilelemente aufgeteilt ist.
-
16 zeigt ein Verfahren zum elektrischen Verbinden mehrerer Solarzellen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen in einem Flussdiagramm 1600.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann in 1602 eine Solarzellenverbinder-Elektrode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen auf eine Oberfläche der Solarzellen aufgelegt werden, und in 1604 dann die Solarzellenverbinder-Elemente mit den Solarzellen elektrisch verbunden werden.
-
In einer Ausgestaltung können die die Solarzellenverbinder-Elemente mit den Solarzellen verlötet werden. In noch einer Ausgestaltung können die die Solarzellen Rückseitenkontaktzellen aufweisen und die Solarzellenverbinder-Elektrode ausschließlich auf der lichtabgewandten Rückseite der Solarzellen angeordnet und kontaktiert werden. In noch einer Ausgestaltung können alle Solarzellen eines Solarzellenmoduls mit einer matrixförmig geformten Solarzellenverbinder-Elektrode elektrisch verbunden werden.
-
In noch einer Ausgestaltung kann jedes streifenförmige Element die elektrisch leitfähigen Solarzellenverbinder-Elemente kreuzend angeordnet sein oder werden.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein erstes nicht-leitfähiges flächiges Element (beispielsweise in Form einer Klebefolie), beispielsweise ein unteres Element, von zwei nicht-leitfähigen flächigen Elementen breiter sein als das optionale zweite nicht-leitfähige flächige Element. In diesen Bereichen kann beispielsweise das Auftrennen, beispielsweise das Stanzen erfolgen.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine bandförmige Elektrode zur Verschaltung von Rückseitenkontaktzellen bereitgestellt, die derart gestaltet sein kann, dass eine Vielzahl im Wesentlichen parallel verlaufender Verbinderelemente (Bändchen oder Draht) durch ein Trägerelement lokal im Wesentlichen im Solarzellen-Zwischenraum fixiert sind, und im Bereich der Folie gezielt Trennstellen eingefügt werden. Das Trägerelement kann ausgeführt sein mittels Aufbringens der Verbinder auf beispielsweise eine selbstklebende Kunststofffolie oder durch Einschmelzen der Verbinder in einen Hotmelt, EVA, Thermoplaste etc. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die bandförmige Elektrode mit beidseitiger Verklebung versehen sein, wobei die beiden Seiten sich entweder vollständig bedecken, oder aber eine Seite größer (z. B. breiter) ist und dadurch die Elektroden lokal mechanisch an den Solarzellen befestigt werden (Zugentlastung, bessere Fixierung während des Fertigungsprozesses). In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann mindestens eine Klebefolienoberfläche derart gestaltet sein, dass weitere Funktionalitäten gegeben sind (beispielsweise Strukturierung zum besseren Lichteinfang, ästhetische Abdeckung der Drähte im Solarzellenzwischenraum). In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Anpassung an Pseudosquare-Monozellen mittels unterschiedlich langer ausgeschnittener Bereiche vorgesehen sein.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Solarzellenmodul mit einer solchen Bandelektrode bereitgestellt werden.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zur Herstellung der Bandelektrode durch Aufkleben eines Verbinderfeldes auf bzw. zwischen geeigneten Klebestreifen bereitgestellt.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zur Herstellung der Bandelektrode durch Einschmelzen in einen optional modifizierten Heißklebstoffstreifen, Thermoplaststreifen etc., bereitgestellt.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zur Verschaltung und Fügung von Solarzellen mit Bandelektrode unabhängig vor der Layuplegung der Elektrode bereitgestellt. Die Fügung kann als ein kontinuierlicher Prozess und/oder als ein diskontinuierlicher Prozess ausgestaltet sein.
-
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zur Verschaltung und Fügung von Solarzellen mit Bandelektrode als Teilschritt der Layuplegung (Ablegung der Zellen auf Frontseite mit Einbettmaterial und anschließendes Fügen) bereitgestellt. Der Prozess kann als ein kontinuierlicher Prozess und/oder als ein diskontinuierlicher Prozess ausgestaltet sein.
