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Die Erfindung betrifft eine Kontaktiervorrichtung für Solarzellen, die zur elektrischen Charakterisierung genutzt werden kann. Die Erfindung betrifft ferner einen Messplatz mit einer solchen Kontaktiervorrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Messverfahren zum Bestimmen einer IV-Kennlinie bzw. zum Überprüfen von Produktionsfehlern bei einer Solarzelle, auf deren Vorderseite parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktstreifen aufgebracht sind.
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Eine Solarzelle besteht aus einem Trägermaterial, in dem ein pn-Übergang ausgebildet ist. Die beiden Pole des pn-Übergangs werden üblicherweise über die Vorder- und Rückseite des Trägermaterials ankontaktiert. Dazu werden in der Regel auf die Vorder- und Rückseite Metallkontakte aufgedruckt. Die Metallkontakte werden dabei auf der Rückseite großflächig aufgebracht, während hingegen auf der Vorderseite üblicherweise gitternetzförmige Kontaktstrukturen ausgebildet sind, bei der parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktstreifen über senkrecht dazu verlaufende Sammelschienen verbunden sind.
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Die Sammelschienen der Vorderseitenkontaktstruktur werden als externe Kontakte der Solarzelle genutzt. Bei der Verschaltung von Solarzellen zu Solarmodulen wird die Vorderseitenkontaktstruktur einer Solarzelle mit den Rückseitenkontakten der nächsten Solarzelle mittels Kontaktbänder verbunden, wobei die Kontaktbänder an die Sammelschienen angelötet werden.
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Bei der Ausgestaltung der Vorderseitenkontaktstruktur sind grundsätzlich zwei Punkte zu beachten. Die durch die Kontaktstruktur bzw. durch die Kontaktbänder zum Verschalten der Solarmodule hervorgerufene Abschattung führt zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades, weshalb die abgedeckte Fläche so klein wie möglich ausfallen soll. Gleichzeitig sollen jedoch auch die Widerstandsverluste in der Vorderseitenkontaktstruktur bzw. den Kontaktbändern so gering wie möglich gehalten werden, was dazu führt, dass sowohl die Sammelschienen als auch die Kontaktbänder mit einer Mindestbreite ausgeführt werden müssen. Um diese beiden Anforderungen, die Abschattung zu verringern und gleichzeitig die Widerstandsverluste zu reduzieren, zu erfüllen, wurden optimierte Kontaktstrukturen für die Vorderseite der Solarzelle entwickelt.
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So werden in der
DE 10 239 854 C1 und in der
US 2009/0159114 A1 Vorderseitenkontaktstrukturen für eine Solarzelle vorgeschlagen, bei der die Kontaktbänder zum Verschalten einer Solarzellenvorderseite mit der Rückseite einer weiteren Solarzelle direkt mit den parallel verlaufenden linienförmigen elektrisch leitenden Kontaktstreifen auf der Vorderseite verlötet werden, wodurch auf quer verlaufende Sammelschienen verzichtet werden kann, was zu einer reduzierten Abschattung und damit zu einem erhöhten Wirkungsgrad führt. Durch den Verzicht auf die quer verlaufenden Sammelschienen wird ferner auch eine Senkung der Herstellungskosten der Solarzelle erreicht, da die Kontaktstrukturen der Solarzelle und damit die Sammelschienen aus dem teuren Material Silber bestehen.
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Vor der Verschaltung der Solarzellen zu Solarmodulen müssen die Solarzellen vermessen und nach ihren Kenndaten klassifiziert werden. Dabei werden insbesondere Strom(I)-Spannungs(V)-Messungen unter vorgegebenen Standardtestbedingungen ausgeführt, um die Solarzellenkenndaten zu ermitteln. So wird insbesondere die IV-Kennlinie bei einer Beleuchtung von 1000 W/m2 erfasst. Aus der beleuchteten IV-Kennlinie lassen sich dann wesentliche Kenndaten der Solarzelle, wie Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom, Füllfaktor, Leistung und Wirkungsgrad ermitteln. Die Erfassung dieser so genannten Hellkennlinie ist insbesondere deshalb wichtig, da die Solarzellen im Solarmodul seriell verschalten werden. Die Solarzellen im Solarmodul müssen deshalb im Wesentlichen die gleichen Kennwerte haben und den gleichen Solarstrom liefern, um so genannte Miss-Match-Verluste im Solarmodul zu verhindern.
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Neben der Erfassung der Hellkennlinie der Solarzelle wird vor allem auch die Dunkelkennlinie, also die IV-Kennlinie bei unbeleuchteter Solarzelle aufgenommen. Aus dieser Dunkelkennlinie lassen sich dann weitere wichtige Kenndaten der Solarzelle, wie der Serienwiderstand und das Sperrverhalten ermitteln. Insbesondere der das Sperrverhalten der Solarzelle kennzeichnende Wert ist dann von großer Bedeutung, wenn die Solarzelle im Solarmodul abgeschattet wird. Die abgeschattete Solarzelle wird in diesem Fall im Solarmodul als Verbraucher in Rückwärtsrichtung betrieben, was bei einer unzureichenden Sperrwirkung zu einem hohen Strom und damit verbundener großer Wärmeentwicklung führen kann und schlussendlich zu einer Zerstörung der Solarzelle und damit des Solarmoduls.
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Um Produktionsfehler bei der Solarzellenherstellung feststellen zu können, besteht ferner die Möglichkeit, die Solarzelle durch Bestromen zu einer Lichtemission anzuregen und diese Lichtemission ortsaufgelöst zu erfassen. Diese Messmethode wird in der
EP 1 758 178 A2 beschrieben.
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Die vorstehend erläuterten Messungen werden in der Regel an einem automatisierten Messplatz durchgeführt. Der Messplatz weist dabei eine Kontaktiereinrichtung zum temporären elektrischen Ankontaktieren der Solarzelle auf. Zum Anschließen der Rückseitenkontaktstrukturen wird im Allgemeinen eine elektrisch leitende Platte verwendet, auf der die Solarzelle aufgelegt wird. Das Anschließen der Vorderseitenkontaktstruktur erfolgt üblicherweise über bewegliche Kontaktleisten, die gefederte Kontaktstifte tragen. Da diese Kontaktstifte einen Durchmesser von 1 bis 2 mm aufweisen, werden auf der Vorderseite der Solarzelle relativ breite Kontaktbereiche benötigt, auf die sich die Kontaktstifte anpressen lassen. Bei der herkömmlichen Solarzellenauslegung mit einer Gitternetz-Kontaktstruktur auf der Vorderseite, bei der die 50 und 100 µm breite Rasterlinien über quer verlaufende ca. 2 mm breite Sammelschienen verbunden sind, eignen sich die breiten Sammelschienen zum Anpressen der Kontaktstifte, nicht dagegen die schmalen Rasterlinien.
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Für die Ankontaktierung der Rückseite ist weiterhin auch eine der Kontaktiervorrichtung spiegelbildlich angeordnete Kontaktiervorrichtung möglich. Auf diese Weise wird die Zelle zwischen den Kontaktstiften der Vorder- und Rückseitenkontaktleisten gehalten.
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Bei den vorstehend erläuterten optimierten Layout-Konzepten für Solarzellen, bei denen auf quer verlaufende, die Abschattung erhöhende Sammelschienen bei der Vorderseitenkontaktstruktur verzichtet wird, kann deshalb die herkömmlich eingesetzte temporäre elektrische Ankontaktierung über federnde Kontaktstifte nicht eingesetzt werden. Um eine Vermessung solcher sammelschienenloser Solarzellen durchführen zu können, schlägt A. Schneider et al. [„Solar Cell Efficiency Improvement by New Metallization Techniques – the Day4 Electrode Concept" IEEE 4th WCPEC, 2006, S. 1095] eine Möglichkeit vor, vor der Messung bereits die in einem Heißkleber eingebetteten Kontaktbänder zur Reihenschaltung der Solarzellen im Solarmodul anzulöten, um die Solarzelle dann über die Kontaktbänder temporär elektrisch anzukontaktieren. Die auflaminierten Kontaktbänder können jedoch nach dem Vermessen der Solarzelle nicht mehr abgelöst werden, so dass dann, wenn aufgrund der Prüfung festgestellt wird, dass Kenndaten der Solarzelle nicht geeignet sind, um diese in einem Solarmodul zu verbauen bzw. die Solarzelle als schadhaft erkannt wird, zu den Herstellungskosten der defekten Solarzelle auch noch die Kosten der Kontaktbänder kommen.
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Zielsetzung der Erfindung ist es für eine Solarzelle, auf deren Vorderseite parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktstreifen aufgebracht sind, eine Kontaktiervorrichtung, einen Messplatz und ein Verfahren zum Bestimmen einer IV-Kennlinie bzw. zum Überprüfen von Produktfehlern bereitzustellen, mit denen sich auf einfache und zuverlässige Weise die Kenndaten der Solarzelle ermitteln lassen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Kontaktiervorrichtung gemäß Anspruch 1, einem Messplatz gemäß Anspruch 8, einem Messverfahren gemäß Anspruch 9 und einem Messverfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß weist eine Kontaktiervorrichtung für Solarzellen ein flexibles linienförmiges Kontaktelement auf, das einen Träger und eine auf den Träger aufgebrachte linienförmige elektrisch leitende Kontaktbahn aufweist.
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Mit einer solchen Kontaktiervorrichtung lassen sich insbesondere Solarzellen, deren Vorderseitenkontaktstruktur parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktstreifen aufweist, bei denen keine Sammelschienen vorhanden sind, auf einfache Weise temporär elektrisch anschließen. Die Kontaktvorrichtung wird dann einfach quer zu dem Kontaktstreifenraster auf die Solarzelle aufgesetzt und schließt so die elektrischen Kontaktstreifen der Solarzelle, ähnlich wie die Sammelschiene bei herkömmlich aufgebauten Solarzellen, an. Aufgrund der flexiblen Auslegung des Kontaktelements kann dabei ein gleichmäßiger Anpressdruck der linienförmig elektrisch leitenden Kontaktbahn auf den elektrisch leitenden Kontaktstreifen der Solarzelle erreicht werden, was einen guten elektrischen Anschluss gewährleistet. Gleichzeitig kann durch die linienförmige Ausgestaltung das Kontaktelement deren Breite an die Breite der später an das Kontaktstreifenraster angelöteten Kontaktbänder zum Anschluss der Solarzelle im Rahmen eines Solarmoduls angepasst werden, so dass bei der Hellmessung, bei der eine beleuchtete IV-Kennlinie aufgenommen wird, um die Kenndaten der Solarzelle erfassen, die sich beim späteren Solarmodul durch die Kontaktbänder ergebende Abschattung realistisch nachgebildet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind auf dem Träger des flexiblen linienförmigen Kontaktelements wenigstens zwei parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktbahnen aufgebracht, die voneinander elektrisch isoliert sind. Diese Auslegung ermöglicht eine zuverlässige Vierleitermessung, bei der die erste Kontaktbahn zusammen mit der Rückseitenkontaktierung zur Einprägung bzw. Messung des Stromes verwendet wird, die zweite Kontaktbahn zum Erfassen der Spannung. Das flexible linienförmige Kontaktelement lässt sich dabei wiederum so ausführen, dass seine Breite der Breite der anschließend angebrachten Kontaktbänder zum Verschalten der Solarzelle im Solarmodul entspricht, so dass auch bei der Vierleitermessung realistisch die Abschattung auf der Solarzelle im Solarmodul nachgestellt werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die linienförmige elektrisch leitende Kontaktbahn des flexiblen linienförmigen Kontaktelements ein Metalldraht. Die drahtförmige Ausgestaltung der Kontaktbahn ermöglicht es, schmale Kontaktbahnen einfach und kostengünstig herzustellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die linienförmig elektrisch leitende Kontaktbahn zweischichtig ausgebildet, mit einer inneren Kupferbahn, die mit einem weiteren besonders leitfähigen Material, insbesondere dem Material, das auch für das Kontaktstreifenraster auf der Solarzelle verwendet wird, beschichtet ist. Da als Kontaktstreifenmaterial in der Regel Silber eingesetzt wird, wird durch den Zweischichtenaufbau einerseits ein guter elektrischer Kontakt und andererseits eine kostengünstige Kontaktelementherstellung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Träger eine steife Kontaktleiste eingesetzt, die mit einer Schicht aus nachgiebigem Material versehen ist, auf der wiederum die linienförmig elektrisch leitende Kontaktbahn aufgebracht ist. Mit dieser Trägerauslegung kann einerseits eine ausreichende Steifigkeit der Kontaktiervorrichtung erreicht werden. Gleichzeitig kann durch die zusätzliche Schicht aus nachgiebigem Material, auf der die linienförmig elektrisch leitende Kontaktbahn angeordnet ist, die in Kontakt mit den Kontaktstreifen der Solarzelle gebracht wird, Unebenheiten auf der Solarzelle, die zu einem schlechten elektrischen Ankontaktieren führen würden, ausgeglichen werden. Bevorzugt wird dabei so vorgegangen, dass das nachgiebige Material eine Klebeschicht ist, so dass gleichzeitig eine einfache Herstellung des Kontaktelements gewährleistet wird, in dem die linienförmige elektrisch leitende Kontaktbahn mit der Klebeschicht einfach auf die darunterliegende steife Kontaktleiste aufgeklebt werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Träger ein transparentes Material, insbesondere Glas, eingesetzt. Der Einsatz des transparenten Materials ermöglicht eine stabilere Trägerauslegung. Vorzugsweise werden die flexiblen linienförmigen Kontaktelemente auf eine transparente Trägerplatte aufgebracht. Die transparente Trägerplatte ist dabei großflächig ausgelegt, so dass sie die Solarzelle komplett überdeckt.
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Die Kontaktiervorrichtung ist weiterhin bevorzugt so ausgebildet, dass mehrere linienförmige Kontaktelemente in einem Kontaktrahmen angeordnet sind, wobei die elektrisch leitende Kontaktbahn in den seitlichen Anschlussbereichen des Kontaktelements an den Kontaktrahmen verbreitert ist. An den verbreiterten seitlichen Strukturen, die bei der Messung vorzugsweise nicht mit den Kontaktstreifen auf der Solarzelle in Kontakt kommen und dann auch bei der Hellmessung zu keiner Abschattung führen, lassen sich dann extern relativ einfach anschließen. Die Kontaktrahmenausführung gibt ferner der Kontaktvorrichtung einer hohe Steifigkeit und Stabilität.
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Im Rahmen eines Messplatzes zum elektrischen Charakterisieren einer Solarzelle, auf deren Vorderseite parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktstreifen aufgebracht sind, wird erfindungsgemäß vorzugsweise eine solche Kontaktiervorrichtung mit Kontaktrahmen und seitlich verbreiterten Anschlussbereichen für die Kontaktbahnen eingesetzt, wobei die Kontaktvorrichtung so auf die Solarzelle aufgesetzt wird, dass die Kontaktelemente im Kontaktrahmen quer zu den Kontaktstreifen zu liegen kommen. Diese Messplatzauslegung sorgt für einen einfachen Aufbau, bei dem die auf einer Grundplatte rückseitig ankontaktierte Solarzelle durch Absenken des Kontaktrahmens der Kontaktiervorrichtung schnell und zuverlässig temporär ankontaktiert werden kann. Der Messplatz eignet sich insbesondere für ein automatisiertes Prüfverfahren, bei dem die Solarzelle im Durchlauf getestet wird.
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In einer weiteren Ausführung des Messplatzes werden die Solarzellen auf einem Transportband zur Messposition tranportiert und anschließend vorder- und rückseitig mittels der beschriebenen Kontaktiervorrichtung elektrisch ankontaktiert.
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Die erfindungsgemäße Kontaktiervorrichtung lässt sich insbesondere im Rahmen eines Messverfahrens zum Bestimmen einer IV-Kennlinie einer Solarzelle, auf deren Vorderseite parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktstreifen aufgebracht sind, einsetzen, in dem die Kontaktelemente im Kontaktrahmen quer zu den Kontaktstreifen der Solarzelle aufgesetzt werden und dann über die elektrischen Kontaktbahnen auf den Kontaktelementen eine IV-Kennlinie erfasst wird. Mit dieser Vorgehensweise kann bei einer zusätzlichen Beleuchtung einfach und zuverlässig die so genannte Hellkennlinie der Solarzelle erfasst werden, wobei der Kontaktrahmen die Abschattung der später zusätzlich angebrachten Kontaktbänder zur Verschaltung der Solarzellen im Rahmen des Solarmoduls nachbildet und so für realistische Testbedingungen sorgt.
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Erfindungsgemäß kann die Kontaktiervorrichtung auch im Rahmen eines Messverfahrens zum Überprüfen von Produktfehler bei einer Solarzelle, auf deren Vorderseite parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktstreifen aufgebracht sind, eingesetzt werden, wobei nach dem Aufsetzen der Kontaktiervorrichtung in der Weise, dass die Kontaktelement im Kontaktrahmen quer zu den Kontaktstreifen der Solarzelle zu liegen kommen, die Solarzelle bestromt und eine ortsaufgelöste Erfassung der Lichtemission durchgeführt wird. Die Lichtemission kann dann Hinweise auf Produktionsfehler der Solarzelle geben.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 die Vorderseiten- und die Rückseitenkontaktstruktur einer sammelschienenfreien Solarzelle;
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2 schematisch im Querschnitt und in der Unteransicht eine erste Ausführungsform eines flexiblen linienförmigen Kontaktelements einer erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung;
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3 schematisch im Längsschnitt durch eine Kontaktbahn einen Ausschnitt des in 2 dargestellten flexiblen linienförmigen Kontaktelements bei ankontaktierter Solarzelle, auf deren Vorderseite parallel verlaufende elektrisch leitende Kontaktstreifen aufgebracht sind;
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4 schematisch im Querschnitt eine zweite Ausführungsform eines flexiblen linienförmigen Kontaktelements einer erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung;
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5 eine Unteransicht einer erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung mit Kontaktrahmen in dem sechs linienförmige Kontaktelemente mit verbreitertem Anschlussbereich angeordnet sind; und
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6 in der Aufsicht den in 5 gezeigten Kontaktrahmen beim Kontaktieren einer Solarzelle, auf deren Vorderseite parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktstreifen aufgebracht sind.
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Zu der im Folgenden beschriebenen Kontaktvorrichtung, dem Messplatz mit einer solchen Kontaktvorrichtung bzw. dem Verfahren zum Einsatz der Kontaktvorrichtung können Solarzellen mit verschiedenen Kontaktstrukturen-Layouts, insbesondere Vorderseitenkontaktstrukturen-Layouts ankontaktiert werden. Die Kontaktvorrichtung, der Messplatz bzw. das Verfahren zum Charakterisieren eignen sich jedoch insbesondere für eine Solarzelle 1 mit einer sammelschienenfreien Kontaktstruktur, insbesondere auf der Solarzellenvorderseite, wie sie in 1 gezeigt ist.
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Solarzellen bestehen aus einem Trägermaterial, in der Regel einem p-dotierten Siliziumwafer, in den durch Dotierung eine n-Schicht eingebracht wird, so dass ein pn-Übergang entsteht. Nach einem Aufbringen einer Antireflexionsschicht 11 auf der n-Schicht im Trägermaterial werden dann von der Rückseite her die p-Schicht und von der Vorderseite die n-Schicht ankontaktiert.
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Für den Rückseitenanschluss wird auf dem Trägermaterial der Solarzelle üblicherweise im Siebdruckverfahren eine Aluminiumschicht 15 aufgebracht. Da Aluminium nicht direkt lötbar ist, werden dann in die Aluminiumschicht 15 zusätzlich Streifen 16 aus Silber eingedruckt, wie im unteren Bild in 1 gezeigt ist. Weiterhin ist es möglich, dass die Rückseite der Solarzelle mittels einer Gasphasenabscheidung oder eines Sputter-Verfahrens hergestellt wird. Zur Vorderseitenkontaktierung wird auf der Antireflexionsschicht 11 vorzugsweise im Siebdruckverfahren oder mittels eines Koextrusionsverfahren ein dünnes Linienraster aus elektrisch leitenden Kontaktstreifen 12 aufgebracht. Diese Kontaktstreifen 12 bestehen in der Regel aus Silber und sind 3 bis 50 µm dick und 15 bis 150 µm breit. Die Anordnung und Breite des Kontaktstreifenrasters ist dabei so gewählt, dass einerseits der Lichteinfall auf die Oberfläche der Solarzelle so wenig wie möglich behindert wird, um einen hohen Wirkungsgrad der Solarzelle zu erzielen, und dass andererseits die Widerstandsverluste so gering wie möglich gehalten werden, um eine hohe Stromausgabe der Solarzelle zu erreichen.
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Um eine technisch nutzbare Leistung zu erzielen, werden die Solarzellen seriell zu Solarzellenstrings in einem Solarmodul verschaltet. Hierzu wird die Vorderseitenkontaktstruktur der Solarzelle mit der Rückseitenkontaktstruktur der nächsten Solarzelle mittels Kontaktbändern, in der Regel Kupferbändern elektrisch verbunden. Die Kupferbänder werden auf die Kontaktstruktur der Solarzelle aufgelötet, wobei im Rahmen der modernen Löttechnik die Möglichkeit besteht, die Kontaktbänder direkt mit dem Kontaktstreifenraster auf der Vorderseite der Solarzelle, wie es in 1 gezeigt ist, zu verbinden. Durch die Möglichkeit, die Kontaktbänder direkt mit dem Kontaktstreifenraster anzubringen, kann auf die bei herkömmlichen Solarzellen vorgesehenen Sammelschienen, die quer zum Kontaktstreifenraster, verlaufen, verzichtet werden. Solche zusätzlichen Sammelschienen, die in der Regel bis 2 mm breit sind, würden zwar ein vereinfachtes Anlöten der Kontaktbänder ermöglichen. Sie sorgen jedoch auch für eine vergrößerte Abschattung und für zusätzliche Herstellungskosten, da die Sammelschienen ähnlich dem Kontaktstreifenraster in der Regel aus Silber hergestellt werden.
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Der Verzicht auf Sammelschienen bei der Vorderseitenkontaktstruktur macht jedoch die temporäre elektrische Kontaktierung der Solarzelle, wie sie zur Vermessung der Solarzelle nach der Herstellung, um die Solarzellenkenndaten zu ermitteln und gegebenenfalls die Herstellungsqualität zu prüfen, erforderlich ist, schwierig. Nach der Herstellung werden die Solarzellen in der Regel einem Leistungstest unterzogen, um die Solarzellen klassifizieren zu können. Die Klassifizierung der Solarzellen ist insbesondere wichtig, um die Solarzellen im Rahmen eines Solarmoduls seriell verschaltet zu können, da die Solarzellen bei einer solchen Verschaltung ähnliche Stromstärken erzielen müssen, um Miss-Match-Verluste zu verhindern. Zum Charakterisieren wird die Solarzelle auf einem Messplatz vermessen, der eine Kontaktiervorrichtung aufweist, die die Solarzelle temporär elektrisch anschließt, um unter vorgegebenen Standardbedingungen Stromspannungsmessungen durchzuführen. So wird bei einer Beleuchtung von 1000 W/m2 über die Kontaktiervorrichtung an die Solarzelle eine variable Last angelegt, um eine IV-Kennlinie aufzunehmen. Aus dieser sogenannten Hellkennlinie können dann wesentliche Kenndaten der Solarzelle, wie Wirkungsgrad, Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom und Füllfaktor ermittelt werden.
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Neben der beleuchteten IV-Kennlinie wird auch eine IV-Kennlinie bei unbeleuchteter Solarzelle erfasst. Aus dieser sogenannten Dunkel-IV-Kennlinie werden dann Kenndaten zum Serienwiderstand und zum Sperrverhalten der Solarzelle ermittelt. Insbesondere die Kenndaten der Solarzelle sind bei einer seriellen Verschaltung der Solarzelle von Bedeutung, da bei einer verschatteten Solarzelle diese bei einer Serienschaltung als Verbraucher in Rückwärtsrichtung betrieben wird. Bei einer unzureichenden Sperrwirkung der Solarzelle würde dies zu einem hohen Strom und damit zu einer starken Wärmeentwicklung führen. Solche so genannten Hotspots im Solarmodul können dann eine Zerstörung des Solarmoduls nach sich ziehen.
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Neben der Erfassung der Solarzellenkenndaten kann auf dem Messplatz mithilfe einer temporären elektrischen Ankontaktierung der Solarzelle auch eine Untersuchung der Solarzelle nach Produktionsfehlern durchgeführt werden. In die Solarzelle wird hierzu über die Kontaktiervorrichtung Strom eingespeist, was zu einer Lichtemission führt. Durch eine ortsaufgelöste Erfassung des emittierten Lichts abhängig von der anliegenden Spannung und der Stromstärke mithilfe einer Kamera z. B. einer CCD- oder Matrixkamera können dann Produktionsfehler auf der Solarzelle festgestellt werden.
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Der Messplatz zum elektrischen Charakterisieren von Solarzellen weist in der Regel eine Kontaktierplatte auf, über die die Kontaktstreifen 16 auf der Solarzellenrückseite angeschlossen werden und die vorzugsweise gleichzeitig als Träger der Solarzelle während der Messung dient. Zum Anschluss der auf der Solarzellenvorderseite parallel verlaufenden linienförmigen elektrisch leitenden Kontaktstreifen 12 dient dagegen eine absenkbare Kontaktiervorrichtung, deren Bewegung mithilfe einer Steuereinrichtung gesteuert wird. Die Kontaktiervorrichtung weist ein flexibles linienförmiges Kontaktelement auf, das einen Träger und eine auf einem Träger aufgebrachte linienförmige elektrisch leitende Kontaktbahn umfasst. Dabei sind in der Regel mehrere solche Kontaktelemente parallel zueinander in einem Kontaktrahmen angeordnet. Der Träger weist vorzugsweise drei parallel verlaufende linienförmige elektrisch leitende Kontaktbahnen auf, die voneinander elektrisch isoliert sind. Das flexible linienförmige Kontaktelement der Kontaktiervorrichtung wird zum temporären elektrischen Anschließen des Kontaktstreifenrasters quer zu den Kontaktstreifen durch die Steuereinrichtung mechanisch angepresst.
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Die Anordnung des Kontaktierelements entspricht dabei vorzugsweise der späteren Anordnung der Kontaktbänder zum Verschalten der Solarzellen im Rahmen des Solarmoduls. Die Kontaktstreifen werden deshalb in einer Breite von 1 bis 2 mm ausgeführt, was der Breite der Kontaktbänder entspricht, so dass die Kontaktstreifen beim Leistungstest der Solarzelle dieselbe Abschattung hervorrufen, wie die Kontaktbänder im Solarmodul, wodurch im Test der spätere Einsatz realistisch nachgebildet wird. In der Kontaktiervorrichtung werden deshalb auch vorzugsweise so viele Kontaktelemente verwendet, wie später Kontaktbänder im Rahmen der Verschaltung im Solarmodul aufgelötet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform, wie sie in 2 gezeigt ist, ist ein Träger 21 eines Kontaktelements 26 eine steife Kontaktleiste aus Kunststoff, Metall oder einem transparenten Material, auf der eine dünne flexible Schicht 22 aus nachgiebigem Material angeordnet ist. Dieses nachgiebige Material kann z. B Schaumstoff oder Filz oder auch eine elastische Kleberschicht sein. Auf der flexiblen Zwischenschicht 22 ist vorzugsweise eine dünne flexible Trägerfolie 23 aus Kunststoff, z.B. Polyimid angeordnet, die für eine elektrische Isolierung der auf der Trägerfolie angeordneten elektrisch leitenden Kontaktbahnen sorgt. Die Kontaktbahnen 24 bestehen vorzugsweise aus Kupfer. Die Kontaktbahnen können auch alternativ einen Kupferkern und eine zusätzlich Metallbeschichtung, vorzugsweise aus hochleitendem Material wie Silber, Gold, Berilium, Nickel, aufweisen. Durch die Anordnung von mindestens zwei parallel verlaufender Kontaktbahnen kann zusammen mit der Rückseitenkontaktierung eine Vierleitermessung durchgeführt werden, wobei eine Kontaktbahn zum Stromerfassen bzw. Stromeinprägen und zwei Kontaktbahnen zum Erfassen der Spannungsdifferenz dienen.
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Durch das Vorsehen einer flexiblen Zwischenschicht besteht die Möglichkeit, Unebenheiten auf der Solarzellenoberfläche, die beim Anpressen des Kontaktelements bei einer steifen Auslegung des Kontaktelements zu einer schlechten elektrischen Ankontaktierung führen würden, auszugleichen. 3 zeigt das Kontaktelement 2 im Längsschnitt längs einer Kontaktbahn 24, bei der die flexible Zwischenschicht 22 für einen Ausgleich des Höhenunterschiedes der Kontaktstreifen 12 auf der Solarzellenoberfläche sorgt. Alternativ zu einer Ausführungsform mit eigenständiger Zwischenschicht und Trägerfolie kann auch die elastische Zwischenschicht selbst als Träger der Kontaktbahnen dienen, wobei die Zwischenschicht bei geeigneter Materialwahl die Kontaktbahnen voneinander isoliert.
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Alternativ zu einer Ausführungsform bei der die Kontaktbahnen im Querschnitt rechteckig ausgeführt sind, besteht auch die Möglichkeit, wie in 4 gezeigt, die Kontaktbahnen 124 als Drähte auszuführen, mit einem runden Querschnitt, wobei die Drähte aus Kupfer bzw. aus Kupfer mit einer hochleitenden Metallumhüllung gefertigt sind. Die drahtförmigen Kontaktbahnen 214 sind vorzugsweise, wie 4 zeigt, direkt in die Zwischenschicht 22 aus nachgiebigem Material eingebettet, die vorzugsweise Klebereigenschaften hat, um die Kontaktdrähte an der Kontaktleiste festzuhalten.
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Eine Kontaktvorrichtung 2 weist, wie bereits erläutert und in 5 gezeigt, einen Kontaktrahmen 30 auf, in dem parallel verlaufend mehrere linienförmige Kontaktelemente 20 angeordnet sind. Die Kontaktelemente 20 sind dabei im Bereich der beiden seitlichen Anschlussbereiche des Kontaktelements an dem Kontaktrahmen 30 verbreitert ausgeführt. Entsprechend sind auch, wie die Unteransicht in 5 zeigt, die Kontaktbahnen 24 in diesen seitlichen Anschlussbereichen des Kontaktelements an dem Kontaktrahmen verbreitert ausgeführt. Im verbreiterten Bereich der Kontaktelemente werden dann die Kontaktbahnen an externe Messleitungen angeschlossen, wodurch sich die Messleitungen relativ einfach anschließen bzw. anlöten lassen.
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6 zeigt die mit dem Kontaktrahmen 30 ausgeführte Kontaktvorrichtung 2 in der Aufsicht beim temporären elektrischen Ankontaktieren der Solarzelle 1. Der Kontaktrahmen 30 mit den im Anschlussbereich verbreiterten Kontaktelementen 20 ist dabei so ausgeführt, dass die verbreiterten Anschlussbereiche der Kontaktelemente nicht mehr über der Solarzelle zu liegen kommen, um so keine ungewünschten zusätzlichen Abschattungen bei der Hellmessung hervorzurufen.
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Beim Ermitteln der elektrischen Kenndaten der Solarzelle mithilfe von IV-Kennlinien wird die Solarzelle nach Abschluss des Herstellungsprozesses automatisch, z. B. über ein getaktetes Transportband, in den Messplatz eingefahren und auf die Trägerplatte, die gleichzeitig zum Anschließen der Rückseitenkontakte der Solarzelle dient, aufgebracht oder mittels einer spiegelbildlichen Anordnung eine zweiten Kontaktleistenanordnung auf der Rückseite rückseitig kontaktiert. Dann wird die Kontaktvorrichtung 2 mithilfe der Steuervorrichtung auf die Solarzelle abgesenkt und die im Kontaktrahmen 30 angeordneten Kontaktelemente 20 quer zu den Kontaktstreifen der Solarzelle angepresst. Anschließend wird dann die IV-Kennlinie, gegebenenfalls unter Beleuchtung der Solarzelle, aufgenommen. Zur Überprüfung von Produktionsfehlern dagegen wird nach Aufsetzen der Kontaktvorrichtung auf der Solarzelle die Solarzelle über die Kontaktbahnen bestromt und ortsaufgelöst dann die durch die Bestromung hervorgerufene Lichtemission erfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10239854 C1 [0005]
- US 20090159114 A1 [0005]
- EP 1758178 A2 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- A. Schneider et al. [„Solar Cell Efficiency Improvement by New Metallization Techniques – the Day4 Electrode Concept” IEEE 4th WCPEC, 2006, S. 1095 [0011]
