DE102011055561A1

DE102011055561A1 - Frontseitenkontaktanordnung einer Solarzelle

Info

Publication number: DE102011055561A1
Application number: DE201110055561
Authority: DE
Inventors: Ilona Westram; Hilmar Von Campe
Original assignee: Schott Solar AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-05-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Frontseitenkontaktanordnung einer Solarzelle umfassend einen Frontkontakt und zumindest einen mit diesem elektrisch leitend verbundenen Serienverbinder (3, 14), wobei der Frontkontakt stromsammelnde Kontaktfinger (1, 10, 12), die im Mittel jeweils eine Breite f aufweisen und vorzugsweise parallel oder in etwa parallel zueinander verlaufen, und zumindest einen mit den Kontaktfingern elektrisch leitend verbundenen entlang einer Geraden verlaufenden Busbar (2) aufweisen, der aus einer Leiterbahn als Kontaktbereich besteht, wobei die Gerade quer zu den Kontaktfingern verläuft, und wobei der Serienverbinder stoffschlüssig in zumindest einer Kontaktstelle mit dem Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden ist. Um sicherzustellen, dass bei thermischen Belastungen der Solarzelle ein mechanisches Versagen der Kontaktfinger an oder nahe der Kontaktstelle unterbleibt, wird vorgeschlagen, dass die Kontaktstelle außerhalb des Bereichs der Kontaktfinger (1, 10, 12) verläuft, in dem die Kontaktfinger die Breite f aufweisen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Frontseitenkontaktanordnung einer Solarzelle umfassend einen Frontkontakt und zumindest einen mit diesem elektrisch leitend verbundenen Serienverbinder, wobei der Frontkontakt stromsammelnde Kontaktfinger, die im Mittel jeweils eine Breite f aufweisen und vorzugsweise parallel oder in etwa parallel zueinander verlaufen, und zumindest einen mit den Kontaktfingern elektrisch leitend verbundenen entlang einer Geraden verlaufenden Busbar aufweist, der aus einer Leiterbahn oder Abschnitten dieser als Kontaktbereich besteht oder diese dessen Funktion ausüben, wobei die Gerade vorzugsweise quer, insbesondere senkrecht zu den Kontaktfingern verläuft, und wobei der Serienverbinder stoffschlüssig in zumindest einer Kontaktstelle mit dem Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden ist,
Bei einer herkömmlichen industriell gefertigten Solarzelle befindet sich auf der Vorderseite der Frontkontakt, der grundsätzlich aus parallel zueinander verlaufenden schmalen Kontaktfingern mit einer Breite im Bereich von in etwa 100 µm und 2 oder 3 senkrecht zu diesen verlaufenden breiteren Leiterbahnen einer Breite von z. B. 2 mm besteht. Letztere werden auch als Busbars bezeichnet, die elektrisch leitend mit den Kontaktfingern verbunden sind. Üblicherweise wird eine silberhaltige Leitpaste z. B. im Siebdruckverfahren auf den Wafer der Solarzelle zur Bildung der Kontaktfinger und der oder die Busbars aufgetragen.
Zum Verschalten von entsprechenden Solarzellen zu Modulen werden Serienverbinder benutzt, die nach dem Stand der Technik aus einem Kupferkern bestehen, der von einem Lotmaterial wie zinnhaltigem Lot umhüllt ist. Entsprechende Serienverbinder werden mit dem bzw. den Busbars insbesondere durch Löten verbunden. Die Serienverbinder weisen dabei normalerweise eine ähnliche Breite wie die Busbars auf.
Eine dem Stand der Technik zu entnehmende prinzipielle Anordnung eines Frontkontaktes ist der 1 zu entnehmen. In dieser sind Kontaktfinger 1 einer Breite f und ein senkrecht hierzu verlaufender Busbar 2 dargestellt, auf dessen freier Oberseite ein Serienverbinder 3 verläuft und mit diesem stoffschlüssig verbunden ist. Der Serienverbinder 3 sowie der Busbar 2 weisen die Breite b auf.
Um das stoffschlüssige Verbinden zwischen dem Busbar und dem Serienverbinder im Falle einer Lötverbindung zu ermöglichen, wird vor dem Löten auf die Solarzelle und/oder den Serienverbinder ein Flussmittel aufgebracht, also ein Benetzen durchgeführt. Durch das Flussmittel werden während des Lötens Oxidschichten entfernt, die auf der Solarzelle bzw. dem Verbinder vorhanden sind. Das Entfernen ist notwendig, damit die erforderliche stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird.
Im Fertigungsprozess ist häufig festzustellen, dass sich der Lötkontakt über den Busbar seitlich hinaus bis auf den angrenzenden Bereich der Kontaktfinger erstreckt. Wird eine entsprechende Solarzelle thermischen Belastungen ausgesetzt, so kommt es aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von dem Verbinder und dem Material der Kontaktfinger an den Lötkanten und in den Kontaktfingern zu mechanischen Spannungen, die dazu führen können, dass die Kontaktfinger an oder nahe der Lötkante reißen. Diese Risse wiederum können zu einem Verlust des elektrischen Kontaktes zwischen Kontaktfinger und Busbar und somit zu einer Minderung des Wirkungsgrades der Solarzelle führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Frontseitenkontakt der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sichergestellt ist, dass bei thermischen Belastungen der Solarzelle ein mechanisches Versagen der Kontaktfinger an oder nahe der Kontaktstelle vermieden wird.
Zur Lösung der Aufgabe wird im Wesentlichen vorgeschlagen, dass die Kontaktstelle außerhalb des Bereichs der Kontaktfinger verläuft, in dem die Kontaktfinger die Breite f aufweisen.
Erfindungsgemäß wird die Kontaktstelle, d. h. die Lötstelle, in dem die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Serienverbinder und dem Busbar oder dem Bereich des Frontkontaktes, der die Funktion des Busbars ausübt, zu dem bzw. den mit der Kontaktstelle elektrisch leitend verbundenen Kontaktfinger derart beabstandet, dass bei thermischen Belastungen ein mechanisches Versagen des Kontaktfingers unterbleibt, dass also die erforderliche elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktfinger und dem Busbar bzw. des die Funktion des Busbars ausübenden Bereichs des Frontkontaktes bestehen bleibt. Der Abstand bezieht sich dabei in Bezug auf den Kontaktfinger auf dessen Bereich, in dem der Kontaktfinger im Mittel die Breite f aufweist, also eine übliche Breite im Bereich von vorzugsweise 100 µm aufweisen kann.
Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die stoffschlüssige Verbindung derart zu dem Kontaktfinger beabstandet ist, dass sich die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien des Verbinders und dem den Frontkontakt bildenden Material nicht derart auswirken können, dass der bzw. die Kontaktfinger beschädigt werden.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass geringster Abstand d zwischen einer Kontaktstelle und dem über die Kontaktstelle elektrisch leitend verbundenen Kontaktfinger beträgt d ≤ 10 µm, vorzugsweise 10 µm ≤ d ≤ 500 µm, insbesondere 50 µm ≤ d ≤ 100 µm.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Lehre ist eine Vielzahl von Möglichkeiten gegeben. So kann die Geometrie des Busbars, der die einzelnen Kontaktfinger miteinander verbindet, so gestaltet werden, dass überall dort, wo eine Lötverbindung hergestellt wird, und die Kontaktfinger zu dem Busbar geführt werden, der Busbar in seiner Breite im Vergleich zu dem außerhalb des Kontaktbereichs verlaufenden Abschnitt eine größere Breite aufweist, wobei die Differenz zwischen der Breite des Serienverbinders und der Breite des Busbars im Kontaktbereich zwischen 20 µm und 500 µm, vorzugsweise zwischen 50 µm und 100 µm betragen kann. Dies kann durch entsprechende geometrische Veränderungen des Busbars in den Kontaktbereichen, in denen die Kontaktstellen verlaufen, erfolgen. Alternativ kann bei üblicher Busbarbreite ein Serienverbinder zum Einsatz gelangen, der abweichend vom Stand der Technik schmaler als ein Busbar ist und mittig mit dem Busbar stoffschlüssig verbunden wird, also die Kontaktstelle im Mittenbereich des Busbars verläuft. Dabei sollte der Abstand der jeweiligen Längskante vom Verbinder und zugewandter Längskante des Busbars zwischen 10 µm und 500 µm, vorzugsweise zwischen 50 µ und 100 µm liegen, also der erforderliche Abstand zwischen dem zugewandten Rand der Kontaktstelle und dem Ansatz des Kontaktfingers gegeben sein, in dem der Kontaktfinger im Mittel seine Breite f aufweist.
Alternativ besteht die Möglichkeit, abweichend von üblichen Frontseitenkontaktanordnungen keinen Busbar quer zu den Kontaktfingern und diese verbindend anzuordnen, sondern Kontaktfinger selbst mit Kontaktstellen auszubilden, die die Funktion des Busbars ausüben. Dies kann dadurch realisiert werden, dass ein räumlich begrenzter Bereich des Kontaktfingers in dessen Längserstreckung verbreitert wird, und zwar über eine Länge, die 10 µm bis 500 µm, vorzugsweise 100 µm bis 200 µm, länger als die Breite des mit diesem Bereich stoffschlüssig verbundenen Serienverbinders ist. Die Erstreckung der flächigen Erweiterung senkrecht zu den Kontaktfingern sollte zwischen 50 µm und 500 µm, vorzugsweise im Bereich zwischen 100 µm und 200 µm liegen. Somit bildet ein Abschnitt des Kontaktfingers oder ein zwei ineinander übergehende Kontaktfinger verbindender Bereich einen Kontaktbereich, der die Funktion des Kontaktbereichs eines üblichen Busbars ausübt. Ein Serienverbinder wird sodann auf den entsprechenden von dem bzw. den Kontaktfinger bzw. Kontaktfingern gebildeten erweiterten Bereich angelötet oder sonstwie stoffschlüssig verbunden, um somit die erforderliche elektrische Verbindung der Kontaktfinger untereinander zur Stromableitung herzustellen. Durch diese Maßnahmen wird nicht nur ein Abreißen der Kontaktfinger vermieden, sondern gleichzeitig wird der Anteil der in der Regel silberhaltigen Leitpaste auf der Solarzelle reduziert. Dies führt zu Kostenvorteilen.
Eine weitere Alternative zur Beabstandung der Kontaktstellen zu den Kontaktfingern, die in dem angrenzenden Bereich im Mittel eine Breite f aufweisen, besteht darin, dass unabhängig von der Breite des Busbars bzw. des Serienverbinders das Flussmittel derart aufgebracht wird, dass die stoffschlüssige Verbindung, also die Kontaktstelle in dem gewünschten Abstand zu dem Kontaktfinger bzw. den Kontaktfingern verläuft. Mit anderen Worten wird das Flussmittel im hinreichenden Abstand d zu den Kontaktfingern, also im Abstand zu den Kontaktfingern aufgebracht, in denen diese die übliche Breite f, die auch als Standardbreite zu bezeichnen ist, aufweisen. Maßnahmen, um dies zu verwirklichen, sind das Aufbringen des Flussmittels auf dem Busbar oder auf den Serienverbinder, um gezielt die Kontaktstelle im gewünschten Bereich des Kontaktbereichs auszubilden. Bei durchgehenden Busbars kann das Flussmittel in Form einer durchgängigen Bahn mittig auf dem Busbar aufgetragen werden, wobei der Abstand zwischen benachbartem Rand des Flussmittels und benachbarter Kante des Busbars zwischen 10 µm und 250 µm, vorzugsweise zwischen 50 µm und 100 µm liegen sollte.
Nach einer weiteren Alternativen wird das Flussmittel auf den Busbar nur in denjenigen Bereichen aufgebracht, in denen nicht unmittelbar Kontaktfinger mit dem Busbar verbunden sind, d. h., dass die Kontaktstelle in den Bereichen ausgebildet wird, die zwischen aufeinander folgenden Kontaktfingern verlaufen. Dabei beträgt der minimale Abstand zwischen Kontaktstelle und benachbartem Kontaktfinger 10 µm bis 500 µm, vorzugsweise 50 µm bis 100 µm.
Die Erfindung zeichnet sich folglich dadurch aus, dass der Kontaktbereich durch eine flächige Erweiterung des Kontaktfingers oder durch eine flächige Erweiterung von zwei ineinander übergehenden Kontaktfingern in deren Schnittpunkt gebildet ist, wobei der Kontaktfinger außerhalb der Erweiterung im Mittel die Breite f aufweist.
Nach einer weiteren Alternative ist vorgesehen, dass die Kontaktstelle im Mittenbereich des Kontaktbereichs verläuft.
Allgemein sollte der Serienverbinder eine Breite B_S und der Kontaktbereich eine Breite B_KB betrachtet in Längsrichtung des in den Kontaktbereich übergehenden Kontaktfingers oder der entlang einer gemeinsamen Geraden in diesen übergehenden Kontaktfinger mit B_KB ≥ B_S + 2f aufweisen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kontaktstelle eine Breite B_KS und der Kontaktbereich die Breite B_KB betrachtet in Längsrichtung des in den Kontaktbereich übergehenden Kontaktfingers oder der entlang einer gemeinsamen Geraden in diesen übergehenden Kontaktfinger mit B_KB ≥ B_KS + x mit ½ f ≤ x ≤ 3f aufweist.
Insbesondere die Geometrieveränderung des Busbars bzw. des durch einen Bereich eines oder mehrerer Kontaktfingern gebildeten Kontaktbereichs ist derart ausgebildet, dass sich eine Geometrie betrachtet in der Ebene des Frontkontakts aus zumindest einem Element aus der Gruppe Rechteckform, Ovalform, Kreisform ergibt.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass sich die Kontaktstelle im Bereich der Leiterbahn befindet, der zwischen aufeinander folgenden Kontaktfingern verläuft.
Nach einer Alternativen ist vorgesehen, dass die Kontaktstelle senkrecht zur Längsrichtung des Serienverbinders betrachtet eine Erstreckung aufweist, die kleiner als die Breite B_S des Serienverbinders ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines Frontkontaktes einer Solarzelle nach dem Stand der Technik,
2a, b Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Frontkontaktes.
3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frontkontaktes,
4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Frontkontaktes,
5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Frontkontaktes,
6 eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Frontkontaktes,
7 eine siebente Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Frontkontaktes,
8 eine achte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Frontkontaktes,
9a–c weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Frontkontaktes,
10 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines Frontkontaktes und
11 eine weitere Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines Frontkontaktes.
In den Figuren, in denen grundsätzlich für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden, sind Ausschnitte von prinzipiell dargestellten Frontseitenkontakten von Solarzellen dargestellt, die einen üblichen Aufbau aufweisen, also üblicherweise ein p- oder n-leitendes Substrat mit pn-Übergang, Emitter und Basis sowie Frontseiten- und Rückseitenkontakt umfassen. Zum Verschalten der Solarzellen wird der Frontseitenkontakt einer Solarzelle mit dem Rückseitenkontakt einer nachfolgenden Solarzelle über einen Serienverbinder elektrisch leitend verbunden und umgekehrt. Entsprechende Serienverbinder weisen üblicherweise einen Kupferkern auf, der von einem Lotmaterial, insbesondere zinnhaltigem Lotmaterial umgeben ist.
Die Frontseitenkontakte umfassen die Kontaktfinger 1, welche üblicherweise durch eine im Siebdruckverfahren aufgetragene streifenförmige silberhaltige Leitpaste und Sintern dieser hergestellt werden. Insoweit wird auch auf die den Stand der Technik repräsentierende 1 verwiesen.
Die Kontaktfinger 1 weisen dabei im Mittel eine Breite f auf, die im Bereich von 100 µm liegen kann. Mittig zwischen zwei entlang einer Geraden verlaufenden Kontaktfingern 10, 12 und im Wesentlichen senkrecht zu diesen verlaufend erstreckt sich der Busbar 2. Der gleichfalls durch Auftragen einer silberhaltigen Leitpaste ausgebildete Busbar 2 muss entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre nicht zwingend eine Streifengeometrie aufweisen, sondern kann aus einzelnen ggf. zueinander beabstandeten Abschnitten bestehen oder durch geometrische Gestaltung der Kontaktfinger 10, 12 gebildet werden, wie dies den 4 und 5 zu entnehmen ist.
Unabhängig davon, ob der quer zu den Kontaktfingern 1, 10, 12 verlaufende Busbar eine neben den Kontaktfingern 1, 10, 12 aufgebrachte Leiterbahn oder Abschnitt einer solchen ist oder durch Geometrieänderung der Kontaktfinger 1, 10, 12 Kontaktbereiche gebildet werden, wird zum Verschalten von Solarzellen der Serienverbinder 3 in nachstehend beschriebener Weise in definierten Kontaktstellen mit dem Busbar bzw. den speziell gestalteten Abschnitten der Kontaktfinger 1, 10, 12 stoffschlüssig verbunden. Hierzu wird zuvor ein Flussmittel auf den Serienverbinder 3 und/oder bereichsweise auf den Kontaktbereichen aufgebracht, sofern ein stoffschlüssiges Verbinden durch Löten erfolgt. Kontaktbereich ist dabei derjenige Bereich des Busbars bzw. von Abschnitten eines solchen oder eines geometrisch flächig gestalteten Bereichs eines Kontaktfingers oder von zwei ineinander übergehenden Kontaktfingern, in denen der Serienverbinder stoffschlüssig verbunden wird. Der stoffschlüssige Bereich ist die Kontaktstelle. Dabei weist die Kontaktstelle in Richtung des Kontaktfingers bzw. der Kontaktfinger betrachtet eine geringere Erstreckung als der Kontaktbereich auf.
Begriffe, die nachstehend benutzt werden bzw. Definitionen dieser, sollen anhand der 10 verdeutlicht werden. So sind zeichnerisch Kontaktfinger in 1, 10, 12 dargestellt, die in einen senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu diesen verlaufenden Busbar 2 übergehen. Außerhalb des Busbars 2 weisen die Kontaktfinger 1, 10, 12 die mittlere Breite f auf.
Die Breite des Busbars 2 ist mit B_KB gekennzeichnet. Um Solarzellen zu verbinden, wird der Serienverbinder 3 mit dem Busbar stoffschlüssig verbunden. Die Breite des Serienverbinders 3 ist mit B_S gekennzeichnet. Entsprechend der Darstellung der 10 ist es nicht zwingend erforderlich, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Serienverbinder 3 und dem Busbar 2 über die gesamte Breite B_S des Serienverbinders 3 erfolgt. Vielmehr ist zeichnerisch dargestellt, dass der Bereich, in dem der Serienverbinder 3 stoffschlüssig mit dem Busbar 2 verbunden ist, also der Bereich, der eine Kontaktstelle KS bildet, schmaler als die Breite des Busbars 2 ist. Dabei wird zwischen den Längskanten der Kontaktstelle KS und den naheliegenden Längskanten des Busbars 2 ein Abstand d eingehalten, der sicherstellt, dass bei thermischen Belastungen ein mechanisches Versagen der Kontaktfinger 1, 10, 12 unterbleibt, also eine mechanische Beschädigung der Kontaktfinger 1, 10, 12 ausgeschlossen ist. Die Breite der Kontaktstelle KS ist B_KS.
Selbstverständlich kann der Serienverbinder 3 über dessen gesamte Breite B_S dann stoffschlüssig mit dem Busbar 2 verbunden sein, wenn die Längskante des Serienverbinders 3 zu der benachbarten Längskante des Busbar 2 den Abstand d einhält.
Dieser Abstand wird zum Beispiel zwischen dem Serienverbinder 3 und dem Busbar 2 gemäß 11 nicht eingehalten, wenn der Serienverbinder 3 von Lotmaterial umhüllt ist und die gleiche Breite wie der Busbar 2 aufweist.
Dies würde auch dann nicht erfüllt sein, wenn der Serienverbinder 3 schmaler als der Busbar 2 ist und schräg zu dem Busbar 2 verläuft, wie dies prinzipiell der 11 zu entnehmen ist. In diesem Fall ergäben sich Bereiche, in denen der Serienverbinder 3 über den Übergangsbereich zwischen dem Busbar 2 und den Kontaktfingern 1, 10 verläuft, so dass der Serienverbinder 3 unmittelbar mit den Kontaktfingern 1, 10 stoffschlüssig verbunden wäre. Die entsprechenden Bereiche sind in 11 eingekreist.
Die nachstehend beschriebenen Maßnahmen, insbesondere geometrische Gestaltung der Kontaktstellen in Formen von Bereichen der Kontaktfinger 1, 10, 12 gelten auch für andere stoffschlüssige Verbindungsarten, bei denen Flussmittel nicht eingesetzt werden, wie beim Ultraschallschweißen oder -löten.
Um zu verhindern, dass eine Kontaktierung zwischen dem Serienverbinder 3 und den Kontaktbereichen, die durch die Busbars bzw. die die Busbars bildenden Abschnitte bzw. den geometrischen Veränderungen der Kontaktfinger 1, 10, 12 gebildet werden, die sich bis zu den Kontaktfingern 1, 10, 12 hin erstrecken, in denen diese ihre sogenannte Standardbreite, also im Mittel eine Breite f von z. B. 100 µm aufweisen, zu einer unerwünschten mechanischen Belastung des oder der Kontaktfinger führt, sind verschiedene Maßnahmen vorgesehen. Es erfolgt eine Beabstandung zu den Kontaktfingern 1, 10, 12 in einem Umfang, dass bei thermischen Belastungen ungeachtet der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten ein Beschädigen bzw. Reißen der Kontaktfinger 1, 10, 12 unterbleibt.
Nach dem Ausführungsbeispiel der 3 sind die Kontaktfinger 10, 12 bzw. ein durchgehender Kontaktfinger 1 mittig über einen üblichen Busbar 2 verbunden, der eine Breite b von z. B. in etwa 2 mm aufweisen kann. Abweichend von üblicher Gestaltung der Serienverbinder 3, wie dieser anhand der 1 erläutert worden ist, erfolgt eine Verschaltung über einen Serienverbinder 14, dessen Breite B_S geringer als die Breite b des Busbars 2 ist.
Dabei wird der Serienverbinder 14 derart auf den Busbar 2 ausgerichtet, dass dieser im Mittenbereich des Busbars 2 stoffschlüssig mit dem Verbinder 14 verbunden wird, wobei eine Breitenerstreckung des Serienverbinders 14 in Bezug auf die Breite b des Busbars derart vorgesehen ist, dass zwischen den parallel zueinander verlaufenden und benachbarten Kanten 16, 18 bzw. 20, 22 von Serienverbinder 14 und Busbar 2 ein Abstand d verläuft, der im Bereich zwischen 10 µm und 500 µm, insbesondere im Bereich 50 µm bis 100 µm liegen sollte.
Somit ist die Kontaktstelle, also der Bereich, in dem der Serienverbinder 14 stoffschlüssig mit dem Busbar 2 verbunden ist, hinreichend beabstandet zu den Kontaktfingern 10, 12, in denen diese in den Busbar 2 übergehen. Infolgedessen wirken die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Serienverbinder 14 und dem Material des Busbars 2 bzw. der Kontaktfinger 1, 10, 12 nicht derart, dass die Kontaktfinger 10, 12 reißen oder sonstwie mechanisch beschädigt werden.
Anhand der 2a und 2b soll verdeutlicht werden, dass der mit dem Serienverbinder 3 stoffschlüssig zu verbindende Busbar nicht zwingend eine Streifenform entsprechend der 3 aufweisen muss, sondern aus Einzelabschnitten 24, 26 (2a) oder 28, 30 (2b) bestehen kann, die ineinander übergehen oder zueinander beabstandet sein können. Unabhängig hiervon ist die maximale Breitenerstreckung in jedem Abschnitt 24, 26 bzw. 28, 30 betrachtet in Längsrichtung der Kontaktfinger 10, 12 in Bezug auf die Breite des Serienverbinders 3 derart ausgelegt, dass die Kontaktstelle, also der Bereich der Abschnitte 24, 26, 28, 30, in dem die stoffschlüssige Verbindung mit dem Serienverbinder 30 erfolgt, zu den Fingern 10, 12, in denen diese eine mittlere Breite f aufweisen, einen Abstand von zumindest 10 µm, vorzugsweise zwischen 10 µm und 500 µm, insbesondere zwischen 50 µm und 100 µm aufweisen, so dass thermische Belastungen nicht zu mechanischen Beschädigungen der Kontaktfinger 10, 12 führen.
Anhand der 4 und 6 soll verdeutlicht werden, dass zum Verschalten von Solarzellen der Serienverbinder 3 nicht mit einem gesonderten mittig zwischen den Kontaktfingern 10, 12 oder einem durchgehenden Kontaktfinger 1 verlaufendem Busbar bzw. Abschnitten eines solchen stoffschlüssig verbunden sein muss, sondern dass die Kontaktfinger 10, 12 in ihrem Übergangsbereich bzw. Mittenbereich (Kontaktfinger 1) geometrisch derart gestaltet werden, dass sich ein Kontaktbereich 4 ergibt, von dem aus die Kontaktfinger 10, 12 mit der im Mittel üblichen Breite f ausgehen und sich entlang der Frontseite der Solarzelle erstrecken, wobei die Kontaktstelle, also der Bereich, in dem der Serienverbinder 3 stoffschlüssig mit dem Kontaktbereich 4 verbunden ist, derart verläuft, dass zwischen der Längskante 16, 20 des Serienverbinders 3 und zugewandtem Kontaktfinger 10, 12 bzw. Abschnitt des Kontaktfingers 1, in dem der Kontaktfinger 10, 12 bzw. der Abschnitt des Kontaktfingers 1 die Breite f aufweist, ein Abstand 10 µm–500 µm, insbesondere 50 bis 100 µm besteht, also ein hinreichender Abstand gegeben ist, der sicherstellt, dass bei thermischen Belastungen eine mechanische Zerstörung der Kontaktfinger 10, 12 bzw. der Abschnitte des Kontaktfingers 1 unterbleibt.
Beläuft sich der Abstand d vorzugsweise zwischen 10 µm und 500 µm, so kann auch ein geringerer Abstand gewählt werden. Wesentlich ist, dass die Kontaktstelle beabstandet zu den Fingern 1, 10, 12 verläuft, in dem diese die mittlere Breite f aufweisen.
Die Erweiterung der Kontaktfinger 10, 12 bzw. des Kontaktfingers 1 kann unterschiedliche Geometrien aufweisen, wie die 4 und 5 verdeutlichen. So können die Kontaktbereiche 4 in Draufsicht, also betrachtet entlang der Frontfläche der Solarzelle eine Ellipsenform (4), eine Rechteck-, Kreis-, Linsenform oder Rechteckform mit abgerundeten Kanten (5) aufweisen, um nur beispielhaft einige Geometrien zu bezeichnen. Aus Gründen der Vereinfachung kann ganz allgemein von einer Geometrie aus der Gruppe Rechteckform, Ovalform und Kreisform gesprochen werden, unter die auch andere geeignete Geometrien subsummierbar sind. Insoweit handelt es sich um Synonyme.
Die Verbindung mit den entsprechenden Erweiterungen 4 mit dem Serienverbinder 3 ist der 6 zu entnehmen. Man erkennt die Beabstandung der Längskanten 16, 20 des Serienverbinders 3 zu den Kontaktfingern 10, 12 bzw. den Abschnitten des Kontaktfingers, in denen die Breite f im Mittel vorliegt.
Unabhängig von der geometrischen Variation des Busbars oder der Kontaktfinger, wie dies anhand der 2–6 erläutert worden ist, besteht auch die Möglichkeit, dass durch gezieltes Aufbringen eines Flussmittels entweder auf den Serienverbinder oder den Busbar 2 die Kontaktstelle gleichfalls im erforderlichen Abstand d zu den Kontaktfingern 10, 12 bzw. den Abschnitten des Kontaktfingers 1 verläuft, ungeachtet der Breite des Serienverbinders. Mit anderen Worten kann der Serienverbinder die Breite des Busbars 2 oder sogar eine größere Breite aufweisen, ohne dass bei thermischen Belastungen die Kontaktfinger 10, 12 bzw. die Abschnitte des Kontaktfingers 1 mechanisch beansprucht werden, dass eine Beschädigung erfolgen kann. Die entsprechende Kontaktstelle, die gemäß der 7 als Streifen ausgebildet ist, ist mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet.
Die 9a), b), c) entsprechen prinzipiell den Ausführungsbeispielen, wie diese den 2a und 2b zu entnehmen sind. Dabei werden Abschnitte 32, 34 eines Busbars, die jeweils einen Kontaktbereich bilden, punktuell mit dem nicht dargestellten Serienverbinder 30 stoffschlüssig verbunden werden. Es ergeben sich entsprechend der zeichnerischen Darstellung kreisförmige Kontaktstellen 36, 38, 40, die den erforderlichen Abstand zu den Kontaktfingern 10, 12 bzw. den Abschnitten des Kontaktfingers 1 aufweisen. Der minimale Abstand zwischen Kontaktstellen 36, 38, 40 und den Kontaktfingern 10, 12 bzw. den Abschnitten des Kontaktfingers 1 ist dabei derart gewählt, dass dieser vorzugsweise zwischen 10 µm und 500 µm, vorzugsweise zwischen 50 µm und 100 µm liegt, also dem Abstand d entspricht, wie dieser zuvor erläutert worden ist.
Um Kontaktstellen 42 betrachtet in Längsrichtung des Kontaktfingers 1 bzw. der Kontaktfinger 10, 12 relativ breit auszubilden, besteht entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 8 die Möglichkeit, die Kontaktstellen 42 nicht im Schnittbereich einer entlang des Kontaktfingers 1 bzw. der Kontaktfinger 10, 12 verlaufenden Gerade auszubilden, sondern zwischen aufeinander folgenden Kontaktfingern 10, 44 bzw. 12, 46, wie dies anhand der 8 verdeutlicht wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass der geringste Abstand zwischen der Kontaktstelle 42 und dem nächstliegenden Kontaktfinger 10, 12, 44, 46 zu dem gewünschten Abstand d mit insbesondere 10 µm ≤ d ≤ 500 µm, vorzugsweise 50 µm ≤ d ≤ 100 µm beträgt. Somit wird ein Abstand eingehalten, der sicherstellt, dass bei thermischen Belastungen ungeachtet der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine mechanische Beanspruchung der Kontaktfinger 10, 12, 44, 46 bzw. der Abschnitte des Kontaktfingers 1 unterbleibt.
Bezugszeichenliste

1, 10, 12, 44, 46: Kontaktfinger
2: Busbar
3, 14: Serienverbinder
4: Kontaktbereich
16, 18, 20, 22: Längskanten
24, 26, 28, 30: Einzelabschnitte
32, 34: Abschnitte eines Busbars
36, 38, 40, 42: Kontaktstellen

Claims

Frontseitenkontaktanordnung einer Solarzelle umfassend einen Frontkontakt und zumindest einen mit diesem elektrisch leitend verbundenen Serienverbinder (3, 14), wobei der Frontkontakt stromsammelnde Kontaktfinger (1, 10, 12, 44, 46), die im Mittel jeweils eine Breite f aufweisen und vorzugsweise parallel oder in etwa parallel zueinander verlaufen, und zumindest einen mit den Kontaktfingern elektrisch leitend verbundenen entlang einer Geraden verlaufenden Busbar (2) aufweist, der aus einer Leiterbahn oder Abschnitten (32, 34) dieser als Kontaktbereich (4) besteht oder diese dessen Funktion ausüben, wobei die Gerade vorzugsweise quer, insbesondere senkrecht zu den Kontaktfingern verläuft, und wobei der Serienverbinder stoffschlüssig in zumindest einer Kontaktstelle (36, 38, 40, 42) mit dem Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle (36, 38, 40, 42) außerhalb des Bereichs der Kontaktfinger (1, 10, 12, 44, 46) verläuft, in dem die Kontaktfinger die Breite f aufweisen.
Frontseitenkontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass geringster Abstand d zwischen einer Kontaktstelle (36, 38, 40, 42) und dem über die Kontaktstelle elektrisch leitend verbundenen Kontaktfinger (1, 10, 12, 44, 46) beträgt d ≤ 10 µm, vorzugsweise 10 µm ≤ d ≤ 500 µm, insbesondere 50 µm ≤ d ≤ 100 µm.
Frontseitenkontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich durch eine flächige Erweiterung des Kontaktfingers (1, 10, 12, 44, 46) oder durch eine flächige Erweiterung von zwei ineinander übergehenden Kontaktfingern gebildet ist, wobei der Kontaktfinger außerhalb der Erweiterung im Mittel die Breite f aufweist.
Frontseitenkontaktanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (24, 26, 28, 30) entlang der Geraden ineinander übergehen.
Frontseitenkontaktanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle im Mittenbereich des Kontaktbereichs verläuft.
Frontseitenkontaktanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Serienverbinder (3, 14) eine Breite B_S und der Kontaktbereich eine Breite B_KB betrachtet in Längsrichtung des in den Kontaktbereich übergehenden Kontaktfingers (1) oder der entlang einer gemeinsamen Geraden in diesen übergehenden Kontaktfinger (10, 12) mit B_KB ≥ B_S + 2f aufweisen.
Frontseitenkontaktanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle eine Breite B_KS und der Kontaktbereich die Breite B_KB betrachtet in Längsrichtung des in den Kontaktbereich übergehenden Kontaktfingers (1) oder der entlang einer gemeinsamen Geraden in diesen übergehenden Kontaktfinger (10, 12) mit B_KB ≥ B_KS + x mit ½ f ≤ x ≤ 3f aufweist.
Frontseitenkontaktanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (24, 26, 28, 30) der Leiterbahn oder der geometrisch variierte Kontaktfinger (1, 10, 12, 44, 46) betrachtet in der Ebene des Frontkontakts eine Geometrie aus zumindest einem Element aus der Gruppe Rechteckform, Ovalform, Kreisform aufweist.
Frontseitenkontaktanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kontaktstelle (42) im Bereich der Leiterbahn (2) befindet, der zwischen aufeinander folgenden Kontaktfingern (10, 44; 12, 46) verläuft.
Frontseitenkontaktanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle (36, 38, 40, 42) senkrecht zur Längsrichtung des Serienverbinders (3, 14) betrachtet eine Erstreckung aufweist, die kleiner als die Breite B_S des Serienverbinders ist.