DE102011081674A1

DE102011081674A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung von Solarzellenwafern

Info

Publication number: DE102011081674A1
Application number: DE201110081674
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Schmid Technology Systems GmbH
Current assignee: Schmid Technology Systems GmbH
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Zur elektrischen Kontaktierung von Solarzellenwafern werden gleichzeitig alle den Solarzellenwafer überquerende Drähte aufgebracht, wobei in einer Aufnahmevorrichtung für mehrere Solarzellenwafer hintereinander in Verlaufsrichtung der Drähte auf einer ersten Auflage für einen ersten Solarzellenwafer die Drähte vor dessen Einlegen von einer Drahtführung an einen zweiten Drahtgreifer geführt werden, der zwischen der ersten Auflage und einer benachbarten zweiten Auflage angeordnet ist. Dort werden sie von dem zweiten Drahtgreifer festgehalten werden und dann weg von der zweiten Auflage längs über die erste Auflage gespannt, hinter der ersten Auflage von einem ersten Drahtgreifer gehalten und dann abgeschnitten. Anschließend wird ein erster Solarzellenwafer auf die erste Auflage und somit auf die Drähte aufgelegt.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Solarzellenwafern sowie eine zu dessen Durchführung ausgebildete Vorrichtung, wobei gleichzeitig mehrere, insbesondere alle, Drähte aufgebracht werden, die den Solarzellenwafer überqueren und vorteilhaft di elektrische Verbindung an die Front- und Rückseitenkontakte herstellen.
Verfahren zum Verbinden mehrerer Solarzellenwafer zueinander zu einem sogenannten Solarzellenstring sind beispielsweise aus der DE 10 2008 030 262 A1 und der DE 10 2008 046 330 A1 bekannt. Dabei werden die nebeneinander liegenden Solarzellenwafer des Solarzellenstrings mit Drähten miteinander verbunden und elektrisch kontaktiert, die von einer Oberseite eines Solarzellenwafers auf die Unterseite des benachbarten Solarzellenwafers geführt sind, was sich bei sämtlichen Solarzellenwafern eines Solarzellenstrings wiederholt. Des Weiteren sind gemäß der erstgenannten DE 10 2008 030 262 A1 auch Front- und Rückseitenkontakte bzw. elektrische Kontaktierungen über die gesamten Oberseiten und Unterseiten eines Solarzellenwafers bekannt zum Sammeln des von einer Solarzelle erzeugten Stroms.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik beseitigt werden können und es insbesondere möglich ist, automatisiert mit einem großserientauglichen Verfahren einzelne Solarzellenwafer zu kontaktieren und vorteilhaft daraus einen Solarzellenstring herzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für das Verfahren oder nur für die Vorrichtung beschrieben. Sie sollten jedoch unabhängig davon sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Es ist vorgesehen, dass eben gleichzeitig mehrere, vorteilhaft alle, den Solarzellenwafer überquerenden Drähte gleichzeitig aufgebracht werden. In einem ersten Schritt werden in einer Aufnahmevorrichtung für mehrere Solarzellenwafer, die darin in Verlaufsrichtung der Drähte hintereinander angeordnet sein können, für eine erste Auflage für einen ersten Solarzellenwafer vor dessen Auflegen die Drähte von einer Drahtführung an einen zweiten Drahtgreifer herangeführt, insbesondere mit ihren freien Enden herangeführt. Der zweite Drahtgreifer befindet sich zwischen der ersten Auflage und einer benachbarten zweiten Auflage, auf die ein zweiter nächster Solarzellenwafer aufgelegt werden kann. Dort werden die Drähte bzw. ihre freien Enden von dem zweiten Drahtgreifer gegriffen und festgehalten. Dann werden die Drähte in einer Richtung weg von der zweiten Auflage längs über die erste Auflage gespannt und in einem weiteren Schritt hinter der ersten Auflage von einem ersten Drahtgreifer gegriffen und gehalten. In einem weiteren Schritt werden die Drähte hinter dem ersten Drahtgreifer abgeschnitten, wozu vorteilhaft Schneidmittel verwendet werden können, die auch an der Drahtführung vorgesehen sein können. Dann wird ein erster Solarzellenwafer auf die erste Auflage und somit auf die darin verlaufenden Drähte aufgelegt. Die unter dem ersten Solarzellenwafer befindlichen, vorteilhaft herausstehenden Drähte dienen nachher als der eine elektrische Anschluss des fertigen Solarzellenstrings.
Somit ist es möglich, viele und vorteilhaft sämtliche Drähte für eine Seite eines Solarzellenwafers, insbesondere des ersten Solarzellenwafers eines gesamten Solarzellenstrings, in einem Verfahrensschritt aufzubringen. Dabei steigt hierbei nur der konstruktive Aufwand für die Aufnahmevorrichtung bzw. die Auflage, die Drahtgreifer und die Drahtführung mit Anzahl der Drähte etwas, ansonsten aber der bleibt reine verfahrenstechnische Aufwand der gleiche.
Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass in einem nächsten Schritt die Drähte mit der Drahtführung an die zweite Auflage für den zweiten Solarzellenwafer gebracht werden, und zwar an einen dritten Drahtgreifer an einem von der ersten Auflage entfernten Ende der zweite Auflage. Die Drähte werden also von dem dritten Drahtgreifer gehalten und dann über die leere zweite Auflage hinweg in Richtung zur ersten Auflage geführt. Dabei werden sie über den ersten Solarzellenwafer geführt und auf diesen aufgelegt. In dieser Position werden sie fixiert bzw. gehalten durch entsprechend geeignete Haltemittel bzw. Andrückgitter und dann hinter der ersten Auflage bzw. dem ersten Solarzellenwafer abgeschnitten, vorteilhaft wiederum von den Schneidmitteln an der Drahtführung. Somit werden hier also in diesem Schritt die Drähte geführt, wobei dieser Schritt dem vorgenannten Überlappen von einer Unterseite eines Solarzellenwafers an die Oberseite eines nächsten Solarzellenwafers entspricht.
In einem vorteilhaft durchgeführten nächsten Schritt wird der vorbeschriebene Vorgang derart wiederholt, dass ein zweiter Solarzellenwafer auf die zweite Auflage und somit auf die darauf verlaufenden Drähte aufgelegt wird. Dann werden die Drähte mittels der Drahtführung mit ihren freien Enden bis zu jenem Ende einer dritten Auflage gebracht, das von der zweiten Auflage entfernt angeordnet ist. Dort werden die Drähte von einem vierten Drahtgreifer gehalten und dann über die leere dritte Auflage hinweg in Richtung zur zweiten Auflage geführt. Dabei werden sie auf den auf der zweiten Auflage befindlichen zweiten Solarzellenwafer aufgelegt und über ihn hinweggeführt, in dieser Position wiederum fixiert bzw. gehalten und dann abgeschnitten. Vorteilhaft erfolgt dieses Abschneiden so, dass die Drähte vor dem ersten Solarzellenwafer abgeschnitten werden, also am besten zwischen den beiden Solarzellenwafern oder sogar noch über bzw. auf dem zweiten Solarzellenwafer. Dann wird auch auf die dritte Auflage der dritte Solarzellenwafer aufgelegt. So kann also die Verschaltung des dritten Solarzellenwafers mit dem zweiten Solarzellenwafer genauso erfolgen wie diejenige des zweiten Solarzellenwafers mit dem ersten Solarzellenwafer.
Das vorgenannte Fixieren bzw. Halten der Drähte auf den Solarzellenwafern kann vorteilhaft dadurch erfolgen, dass ein Halterrahmen auf sie aufgelegt wird, der sie besonders vorteilhaft von der Seite her übergreift. Dabei kann ein solcher Halterahmen an der Aufnahmevorrichtung befestigt und gelagert werden. Er weist den Vorteil auf, dass in einem einzigen Vorgang sämtliche Drähte auf einem Solarzellenwafer gehalten werden. Der Halterahmen sollte so ausgebildet sein bzw. allgemein sollte das Halten der Drähte auf dem Solarzellenwafer so erfolgen, dass die Drähte direkt auf der Oberfläche des Solarzellenwafers aufliegen und aufgedrückt werden.
Alternativ zu den vorbeschriebenen, separat vorzusehenden Halterahmen können die Drähte auf den Solarzellenwafern auch gehalten werden durch Ergreifen und Halten mittels eines Drahtgreifers, wie er ja auch zuvor beschrieben worden ist. Dabei ist es vorteilhaft möglich, dass die oberen Drähte auf den Solarzellenwafern durch genau den Drahtgreifer gegriffen und gehalten werden, der jeweils die Drähte unter diesen Solarzellenwafern hält. Dazu kann der Drahtgreifer öffnen und nach dem Einbringen der oberen Drähte wieder schließen. Dabei kann durch einen entsprechend ausgebildeten Drahtgreifer erreicht werden, dass er sowohl die oberen Drähte als auch die unteren Drähte sicher greift und hält. Zwar könnte auch nochmals ein weiterer Drahtgreifer vorgesehen sein. Dies erhöhte aber zum Einen den konstruktiven Aufwand erheblich und zum Anderen wird dann mehr Zwischenraum zwischen den einzelnen Solarzellenwafern benötigt, was bei einer vorgegebenen Anzahl von Solarzellenwafern die Länge des gesamten Solarzellenstrings unnötig vergrößert und die Flächenausnutzung verschlechtert.
Die vorgenannten Verfahrensschritte des Heranführens der Drähte mit freien Enden an einen Drahtgreifer und Auflegen der Drähte auf eine leere Auflage samt Überqueren des Solarzellenwafers in der vorigen Auflage wird so oft wiederholt, bis ein Solarzellenstring aus mehreren Solarzellenwafern, der vorteilhaft bis zu acht bis zwölf Solarzellenwafer aufweist, fertiggestellt bzw. vollendet ist. Dabei liegen dann unter und über jedem Solarzellenwafer auf den Auflagen der Aufnahmevorrichtung Drähte auf. Für den letzten Solarzellenwafer ist vorgesehen, dass gemäß dem sonstigen Schema die unter ihm verlaufenden Drähte auf dem vorletzten Solarzellenwafer aufliegen. Auf seiner Oberseite liegen Drähte auf, die von der Drahtführung an einen dahinter angeordneten Drahtgreifer geführt worden sind und von diesem gehalten werden, so dass sie ein Stück aus dem fertigen Solarzellenstring herausstehen und nicht an der Unterseite eines Solarzellenwafers verlaufen. Diese herausstehenden Drahtenden können als die andere elektrische Kontaktierung des gesamten Solarzellenstrings dienen.
In einem weiteren Schritt werden nach dem Halten bzw. Fixieren der Drähte auf mindestens einem Solarzellenwafer, vorzugsweise aller Drähte auf allen Solarzellenwafern eines Solarzellenstrings, diese Drähte mit dem Solarzellenwafer bzw. seiner Oberfläche verlötet. Dies wird mindestens für die Oberseiten der Solarzellenwafer durchgeführt, vorteilhaft im selben Schritt auch für die Unterseiten, so dass in einem Schritt sämtliche Drähte mit den Solarzellenwafern verlötet werden. Dazu kann eine Wärmequelle in Form eines IR-Strahlers vorgesehen sein, die also zumindest teilweise flächig wirkt und nicht nur auf die Drähte alleine. Alternativ könnte auch beispielsweise induktiv ein Erwärmen zum Löten erfolgen, vorteilhaft sowohl der Drähte an sich als auch davon ausgehend des Solarzellenwafers an seiner Oberfläche zu den Drähten hin, insbesondere an den zum Auflöten der Drähte vorgesehenen Kontaktfingern. Dabei wird der Solarzellenwafer aber nur zum Teil erwärmt bzw. heiß, im Gegensatz zu dem Verlöten mittels IR-Strahlers. Eine vorgenannte Wärmequelle als IR-Strahler oder Strahlungsheizkörper ist vorteilhaft länglich bzw. linienartig. Sie kann relativ zu dem Solarzellenwafer bzw. dem gesamten Solarzellenstring und etwas oberhalb davon bewegt werden, quasi um so eine kontinuierliche Verlötung durchzuführen. Ähnlich würde auch eine Vorrichtung zum induktiven Löten bewegt werden.
Nach dem Festlöten der Drähte auf dem Solarzellenstring wird dieser aus der Aufnahmevorrichtung entnommen und abtransportiert. Dann kann eine weitere Verarbeitung bzw. Prüfung odgl. erfolgen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Aufnahmevorrichtung mit den einzelnen Auflagen für die Solarzellenwafer verfahrbar ausgebildet ist und auch verfahren wird, insbesondere in Längsrichtung bzw. in Verlaufsrichtung der Drähte. Die Drahtführung mit dem vorgenannten Drahtschneider kann in dieser Richtung im Wesentlichen feststehen und lediglich etwas absenkbar ausgebildet sein, beispielsweise als Verschwenkung der Drahtführung. Das vorbeschriebene Führen der Drähte über die Auflage oder über einen Solarzellenwafer erfolgt dann bei feststehender Drahtführung durch Bewegen der Aufnahmevorrichtung. Dadurch ist es möglich, dass eine Drahtführung mit Drähten und den entsprechenden Drahtvorräten, beispielsweise in Form von Drahttrommeln, nicht bewegt werden muss sondern stets gleich bleibende Spannungsverhältnisse an den Drähten vorherrschen.
Zum Halten der Drähte sind eben die vorgenannten Drahtgreifer vorgesehen, die durch Durchbrüche in der Aufnahmevorrichtung greifen. Die Durchbrüche sind in der Aufnahmevorrichtung jeweils zwischen den Auflagen für die Solarzellenwafer vorgesehen und sind beispielsweise als durchgängige Schlitze für sämtliche Drahtgreifer ausgebildet. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Drahtgreifer mit der Aufnahmevorrichtung verbunden bzw. daran gelagert sind und gemeinsam verfahren werden können. Eine solche Integration der Drahtgreifer in die Aufnahmevorrichtung erleichtert eben deren Verfahrbarkeit aus den zuvor beschriebenen Erwägungen. Es sind also Drahtgreifer jeweils zwischen den Auflagen vorgesehen und ein Drahtgreifer am einen und einer am anderen Ende der gesamten Aufnahmevorrichtung bzw. des Solarzellenstrings.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung könnten auch nur zwei oder drei Drahtgreifer vorgesehen werden, die von unten in die Aufnahmevorrichtung einfahren und dazu separat vorgesehen sind. Nach dem Auflegen der Solarzellenwafer auf die Drähte in einer Auflage kann dieser für eine Fixierung der Drähte sorgen, was noch dadurch verbessert werden kann, dass ganz allgemein die Solarzellenwafer mit Kraft an der Aufnahmevorrichtung bzw. auf einer Auflage gehalten werden, beispielsweise durch Vakuum angesaugt werden. Dann könnten die entsprechenden Drahtgreifer auch entfernt werden und in einem nächsten Durchbruch zum Ergreifen der nächsten Drähte verwendet werden. Die auf einem Solarzellenwafer verlaufenden Drähte könnten durch die vorgenannten Haltemittel bzw. Andrückgitter, welche erheblich einfacher ausgebildet sein können, gehalten werden bis zu einem Verlöten der Drähte nach dem insgesamt erfolgten Aufbau des Solarzellenstrings.
Vorteilhaft werden die Drähte auf der Oberseite eines Solarzellenwafers sehr knapp hinter dessen Außenkante oder am Bereich der Außenkante abgeschnitten, so dass sie nicht weit überstehen können. So kann eine Kurzschlussgefahr mit den darunter verlaufenden Drähten vermieden werden.
Ein Drahtschneider ist vorteilhaft nahe an den Führungsmitteln der Drahtführung vorgesehen. Die Führungsmittel weisen vorteilhaft für jeden Draht eine Öffnung auf, aus der der Draht herausschaut bzw. durch die er verläuft, wobei er auch nahe dieser Öffnung gegriffen werden kann für eine sichere und genau plazierbare Führung. Die Schneidmittel bzw. ein Drahtschneider sind dann vorteilhaft zum freien Ende der Drähte hin und nahe an der Öffnung vorgesehen, um die Drähte vorteilhaft mit möglichst wenig Überstand über die Öffnung abschneiden zu können, was ein präziseres Arbeiten ermöglicht.
Gerade wegen des vorbeschrieben flächigen Erwärmens des Solarzellenstrings zum Verlöten der Drähte mit den Solarzellenwafern sind die beschriebenen Haltemittel, beispielsweise als Andrückgitter, gitterartig und vorteilhaft so ausgebildet, dass sie eine möglichst geringe Abschattung der darunter liegenden Drähte und Oberseite der Solarzellenwafer aufweisen. Ebenso sollte eine Kontaktfläche möglichst gering sein, damit die aufgebrachte Wärme nicht von den Haltemitteln abgeführt wird, sondern eben für den Lötvorgang zur Verfügung steht.
Ein Drahtgreifer kann so ausgebildet sein, dass die Drähte in etwa in der Ebene der Auflage oder ihrer Oberseite gegriffen werden. Hier können die Drähte von der Drahtführung sehr leicht herangeführt werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Drahtgreifer die Drähte bzw. deren freie Enden etwas unterhalb dieser Ebene greift, wodurch noch besser erreicht werden kann, dass diese abstehenden freien Enden nicht mit den darüber verlaufenden weiteren Drähten einen Kurzschluss bilden. Unter Umständen können hierzu die Drahtführung und daran vorgesehene Schneidmittel so ausgebildet sein, dass sich die freien Drahtenden, beispielsweise auf einer Länge von 0,5 mm bis 3 mm, nach unten etwas abbiegen und dann der nach unten abgebogene Endbereich der Drähte von dem Drahtgreifer gegriffen wird.
Des Weiteren können die Drahtgreifer so ausgebildet sein, dass sie eine Drahtgreifzange mit zwei Greifbacken aufweisen. Diese können vorteilhaft gleichmäßig auf einen Punkt in ihrer Mitte zufahren zum Ergreifen eines herangeführten Drahtes. So ist der Bereich, in den zum Greifen ein freies Drahtende gebracht werden muss, möglichst breit und es erfolgt dennoch eine vorherbestimmte, punktgenaue Halterung der Drähte.
Zum Erzeugen des vorgenannten Vakuums zum Festhalten der Solarzellenwafer auf einer Auflage bzw. an der Aufnahmevorrichtung können nach unten offene Durchbrüche bzw. Schlitze mit Ansaugöffnungen an der Auflage vorgesehen sein. Die genannten Schlitze sind vorteilhaft als Vertiefungen in der Oberfläche ausgebildet und weisen ein bis drei durchgehende Ansauglöcher nach unten auf zum Anlegen des Vakuums bzw. Unterdrucks. Diese Schlitze können besonders vorteilhaft in einer Richtung parallel zur Längsrichtung des Solarzellenstrings verlaufen. Dadurch ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung möglich, dass die Drähte zwischen den Schlitzen verlaufen, insbesondere zwischen jedem Schlitz ein Draht. So stört der Verlauf der Drähte das Ansaugen mittels Vakuum nicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können in der Aufnahmevorrichtung bzw. den Auflagen schmale Aufnahmeschlitze für die Drähte vorgesehen sein. Diese Aufnahmeschlitze können sich über mindestens die Länge einer Auflage erstrecken, vorteilhaft durchgehend über die gesamte Länge der Aufnahmevorrichtung. Sie weisen den Vorteil auf, dass die Drähte darin quasi eingelegt werden und selbst in dem Fall, dass sie von den Drahtgreifern nicht mehr festgehalten werden, einen definierten Verlauf haben, weil sie von dem von oben aufgelegten Solarzellenwafer in den Aufnahmeschlitzen festgehalten werden. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Aufnahmeschlitze zumindest im Bereich der Auflagen eine Tiefe aufweisen, die geringer ist als der Durchmesser der einzulegenden Drähte. Somit ist sichergestellt, dass die Drähte etwas über die Oberfläche der Auflage überstehen und definitiv an der Unterseite eines aufgelegten Solarzellenwafers anliegen, was für die spätere Verlötung notwendig ist. Ein weiterer Vorteil dieser Aufnahmeschlitze besteht auch darin, dass dann die freien Drahtenden noch etwas tiefer von den Drahtgreifern gegriffen und gehalten werden können zur Vermeidung eines zuvor genannten Kurzschlusses mit den oben verlaufenden Drähten.
Die einzelnen Auflagen für die Solarzellenwafer sind vorteilhaft als Vertiefung in der Aufnahmevorrichtung ausgebildet und weisen etwa die Größe eines Solarzellenwafers auf bzw. sind am Rand unter Umständen 1 mm bis 2 mm größer. Eine Vertiefung sollte maximal so tief sein wie die Dicke eines Solarzellenwafers, so dass er mit seiner Oberseite herausstehen kann.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Drähte noch an der Drahtführung festhängen bzw. festgehalten werden nach dem Auflegen auf die Oberseite eines Solarzellenwafers, bis die Haltemittel positioniert sind und dann diese Haltefunktion übernehmen. Dann können die Drähte abgeschnitten werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schräge Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Aufnahmevorrichtung und Drahtführung ohne Solarzellenwafer,
2, 3 zwei Darstellungen von Drahtgreifern mit offenen und geschlossenen Greifbacken in starker Vergrößerung,
4 eine vergrößerte Darstellung des Anfangsbereichs der Aufnahmevorrichtung mit dem Ergreifen von freien Drahtenden durch die Greifbacken an einer ersten Auflage,
5 die Darstellung entsprechend 4 mit bewegter Aufnahmevorrichtung und dadurch auf die erste Auflage aufgebrachten Drähten,
6 die Darstellung entsprechend 5, bei der ein erster Solarzellenwafer auf die erste Auflage aufgelegt worden ist,
7 eine weitere Darstellung entsprechend 6, bei der freie Drahtenden mittels der Drahtführung an Drahtgreifer hinter einer zweiten Auflage angesetzt sind,
8 die Darstellung entsprechend 7, in der Drähte mittels der Drahtführung über die leere zweite Auflage und den ersten Solarzellenwafer auf der ersten Auflage geführt sind,
9 ausgehend von der Darstellung gemäß 8 ist ein seitlich angeordnetes Andrückgitter auf die Drähte auf dem ersten Solarzellenwafer aufgelegt und hält diese nach dem Abschneiden fest,
10 in der Darstellung gemäß 9 ist auch auf die zweite Auflage ein Solarzellenwafer aufgelegt und die freien Drahtenden werden wieder über die Aufnahmevorrichtung bewegt,
11 in einem weiteren Verfahrensstadium sind auch an den hintersten Drahtgreifern Drähte befestigt und über einen in der letzten Auflage aufgelegten letzten Solarzellenwafer geführt und darauf von einem letzten Andrückgitter festgehalten und
12 eine vereinfachte Darstellung der Aufnahmevorrichtung von der Seite mit einem darüber angeordneten IR-Strahler zum Festlöten der Drähte an den Solarzellenwafern.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 11 dargestellt, mit der mehrere Solarzellenwafer zu einem Solarzellenwaferstring mittels Drähten verbunden und dabei elektrisch kontaktiert werden können. Die Vorrichtung 11 weist eine Aufnahmevorrichtung 13 auf mit einem länglichen plattenförmigen Grundkörper 14. Die Aufnahmevorrichtung 13 ist dabei gemäß dem Pfeil in ihrer Längsrichtung bewegbar bzw. wird während des im Folgenden beschriebenen Verfahrens entlang dieser Längsrichtung bewegt.
In dem Grundkörper 14 sind mehrere Auflagen 16a bis 16e hintereinander vorgesehen, insgesamt zehn Stück. Es könnten aber auch weniger oder mehr sein, üblich sind derzeit bis zu zwölf Stück. Die Auflagen 16 werden dabei durch rechteckige bzw. quadratische Vertiefungen 17 gebildet, was auch aus den Vergrößerungen in den 2 und 3 ersichtlich ist. Eine Vertiefung 17 weist dabei vorteilhaft eine Tiefe von maximal 1 mm oder 2 mm auf. In den Vertiefungen 17 sind Auflageflächen 18 gebildet, in diesem Fall rechts für die erste Auflage 16a mit der Vertiefung 17a Auflageflächen 18a. Des Weiteren sind an den Auflagen 16a und b bzw. den Auflageflächen 18a und b noch Längsvertiefungen 20a bzw. 20b vorgesehen. Sie erstrecken sich nahezu über die gesamte Länge der Auflage 16a und weisen drei Ansauglöcher 21 nach unten auf. Diese sind mit einer Ansaugung, beispielsweise einer Unterdruckeinrichtung bzw. einer Vakuumpumpe, verbunden. Dadurch kann ein auf die Auflage 16a aufgelegter Solarzellenwafer mittels Unterdruck gehalten werden.
In der Auflagefläche 16a bzw. der Auflagefläche 18a sind schmale Aufnahmeschlitze 23a vorgesehen. Sie erstrecken sich über die gesamte Auflage 16a bzw. Auflagefläche 18a und auch über einen Rand des Grundkörpers 14 nach außen hinweg. Diese Aufnahmeschlitze 23a dienen zum später dargestellten Einlegen von Drähten 36a, wie es in der 3 schon dargestellt ist. Die Tiefe der Aufnahmeschlitze 23a ist dabei so bemessen, dass ein eingelegter Draht 36 darin nicht vollständig verschwindet, sondern ein Stück, beispielsweise 10% bis 50%, mit seinem Durchmesser über die Auflage 16 bzw. die Auflagefläche 18a nach oben übersteht. So kann er gut an einer Unterseite eines aufgelegten Solarzellenwafers anliegen.
In 2 ist in Vergrößerung auch die Ausbildung eines Drahtgreifers 27b hinter der ersten Auflage 16a dargestellt. Der Drahtgreifer 27b ist in einem Durchbruch 26 nach Art eines Querschlitzes angeordnet und greift von unten in diesen Querschlitz ein bzw. somit durch den Grundkörper 14. Der Drahtgreifer 27b ist als Greifzange mit zwei Greifbacken 28a und 28b ausgebildet, die in 2 in auseinander gefahrener Stellung dargestellt sind. Es ist gut zu erkennen, dass die beiden Greifbacken 28a und 28b gleichen Abstand zu der strichliert dargestellten gedachten Verlängerung des Aufnahmeschlitzes 23a hin zum Aufnahmeschlitz 23b der zweiten Auflage 16b aufweisen. Werden sie also gleichmäßig aufeinander zu verfahren, greifen sie einen zwischen sich befindlichen Draht sicher.
Des Weiteren sind in 1 noch seitlich an der Aufnahmevorrichtung 13 neben den Auflagen 16a bis 16e angeordnete Andrückgitter 30a bis 30d dargestellt. Diese können in Längsrichtung der Aufnahmevorrichtung 13 mittels im unteren Bereich 1 verlaufender Drehachsen auf die Aufnahmevorrichtung 13 bzw. über die Auflage 16a bis 16e geschwenkt werden. Dies wird später noch näher erläutert.
Vor der Aufnahmevorrichtung 13 ist eine Drahtführung 33 mit einem vorne angeordneten, nur schematisch dargestellten Drahtschneider 34 vorgesehen. Die Drahtführung 33 samt Drahtschneider 34 ist in Längsrichtung der Aufnahmevorrichtung 13 nicht oder nur kaum bewegbar, kann aber angehoben bzw. nach oben und nach unten bewegt oder geschwenkt werden, siehe den Pfeil. Die Drahtführung 33 weist eine Vielzahl von Drähten 36 auf, die von rechts von Drahttrommeln odgl. zugeführt werden. Sie stehen nach links unten mit freien Drahtenden 37 heraus. Da die Drahtführung 33 kaum oder vorteilhaft nicht entlang der Längsrichtung der Aufnahmevorrichtung 13 bewegt wird, ist das Aufrechterhalten einer Spannung der Drähte 36 zu den Drahttrommeln hin auch kein Problem.
In der Drahtführung 33 sind nicht dargestellte Führungsrollen für jeden einzelnen Draht 36 samt Klemmeinrichtungen vorgesehen. Sie können die Drähte 36 jeweils gesamtheitlich klemmen oder frei geben, je nach Bedarf. Auch die Ausbildung des Drahtschneiders 34 ist dem Fachmann bekannt.
In 3 ist in der Vergrößerung dargestellt, wie die Drähte 36 von der Drahtführung 33 mit ihren freien Drahtenden 37 an die Drahtgreifer 27b herangeführt sind. Darin werden zwischen den jeweiligen Greifbacken 28a und 28b die Drahtenden 37 gehalten, was in 4 auch dargestellt ist, wobei dort allerdings noch die Drahtgreifer 27 geöffnet sind. Dann wird die Aufnahmevorrichtung 13 nach links bewegt bei feststehender Drahtführung 33. Dabei werden die Drähte 36 von den Drahttrommeln abgewickelt und kommen entsprechend der 3 und 5 in den Aufnahmeschlitzen 23a zu liegen bzw. werden darin eingelegt. Die Drahtführung 33 legt die Drähte 36 dann zwischen Drahtgreifer 27a am vordersten Ende der Aufnahmevorrichtung 13, die hier auch im offenen Zustand dargestellt sind. Die Greifbacken 28a und 28b der Drahtgreifer 27a rücken zusammen und greifen die Drähte 36, sodass diese als erste Drähte 36a in den Aufnahmeschlitzen 23a der Auflage 16a gespannt liegen.
Als nächster Schritt wird entsprechend 6 ein erster Solarzellenwafer 38a auf die erste Auflage 16a und die darin verlaufenen Drähte 36a aufgelegt. Dieser erste Solarzellenwafer 38a weist wie häufig üblich schmale Frontseiten- oder Rückseitenkontakte auf, die quer zur Längsrichtung der Aufnahmevorrichtung 13 bzw. der Drähte 36a verlaufen. Sie sind der Übersichtlichkeit halber hier jedoch nicht dargestellt.
Im nächsten Schritt werden die Drähte 36a vom Drahtschneider 34 abgeschnitten, die Drahtführung 33 bewegt sich ein Stück nach oben und die Aufnahmevorrichtung 13 wird soweit nach rechts verfahren gegenüber der Drahtführung 33, dass die von dieser gehaltenen freien Drahtenden 37 von dritten Drahtgreifern 27c hinter einer zweiten Auflage 16a gegriffen werden können. Dann wird die Aufnahmevorrichtung 13 wieder nach links bewegt und die Drahtführung 33 legt die Drähte 36 sowohl in Aufnahmeschlitze 23b der Auflage 16b als auch auf die nach oben weisende Seite des ersten Solarzellenwafers 38a auf, und zwar bis in etwa an das Ende der Auflage 16a bzw. des Solarzellenwafers 38a. Dann wird, wie 9 zeigt, das erste Andrückgitter 30a auf die Oberseite des Solarzellenwafers 38a bzw. die dort vorgesehenen Drähte 36b geschwenkt und drückt diese aufeinander. Gleichzeitig werden die Drähte 36b vom Drahtschneider 34 abgeschnitten.
Im nächsten Schritt gemäß 10 ist auch auf die zweite Auflage 16b ein zweiter Solarzellenwafer 38b aufgelegt, und die Aufnahmevorrichtung 13 wird wieder nach rechts bewegt. Diese Bewegung geht so weit, bis von links Drahtgreifer 27, die am linken Rand der dritten Auflage 16b vorgesehen sind, so herangeführt sind, dass bei Absenken der Drahtführung 33 die freien Drahtenden 37 der Drähte 36 von diesen Drahtgreifern gegriffen werden können entsprechend 7. Dann wird die Aufnahmevorrichtung wieder nach links bewegt und die Drähte 36 von der Drahtführung 33 in Aufnahmeschlitze 23c der dritten Auflage 16c eingelegt und auch auf die Oberseite des zweiten Solarzellenwafers 38 aufgelegt, was der Darstellung in 8 entspricht.
Als nächster Schritt wird wiederum entsprechend 9 ein seitlich neben der zweiten Auflage 16b angeordnetes Andrückgitter 30b umgeklappt und drückt so die Drähte 36c auf die Oberseite des zweiten Solarzellenwafer 38b. Entsprechend 9 werden die Drähte 36 dann abgeschnitten. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis entsprechend 11 in eine letzte Auflage 16j Drähte 36j eingelegt worden sind, der letzte Solarzellenwafer 38j aufgelegt worden ist und auf seine Oberseite mit Hilfe der Drahtgreifer 27k Drähte 36k aufgebracht und festgehalten sind. Diese Drähte 36k sind, ähnlich wie die Drähte 36a gemäß der 4 bis 6, nur an einem einzelnen Solarzellenwafer vorgesehen. Ihre nach links weisenden freien Enden in den Drahtgreifern 37k bilden später eine elektrische Kontaktierung. Somit sind alle notwendigen Drähte 36 verlegt bzw. aufgebracht. Die Gesamtheit der mittels der Drähte 36a bis k verbundenen Solarzellenwafer 38a bis j als eine Art Kette bildet dann einen an sich bekannten Solarzellenstring.
Gemäß 12 wird nun ein IR-Strahler 40 beispielsweise aus der Zeichenebene heraus über die Aufnahmevorrichtung 13 und somit die darauf aufgelegten Solarzellenwafer 38a bis 38j geführt und steht vorteilhaft seitlich quer etwas über beide hinaus. Dann wird die Aufnahmevorrichtung 13 entsprechend dem Pfeil nach links unter dem IR-Strahler 40 hindurch bewegt. Dadurch kann, wie eingangs erläutert worden ist, eine Verlötung der Drähte 36a bis 36k mit den Solarzellenwafern 38a bis 38j erfolgen. Dabei sind die Drähte bereits mit Lötzinn, gegebenenfalls auch mit Flussmittel, überzogen. Dieses muss also nicht mehr zugeführt werden. Bei dem Lötvorgang werden sowohl die oberen Drähte als auch die unteren Drähte 36 mit den Solarzellenwafern 38a bis 38j verlötet.
Die Verlötung der Drähte findet statt mit den vorgenannten Querkontakten auf den Oberflächen, also Frontseite und Rückseite der Solarzellenwafer 38. Durch die jeweils zwei Solarzellenwafer von unten nach oben überlappenden Drähte 36 wird ein insgesamt entstehender Solarzellenstring auch mechanisch zusammengehalten. Nach dem Lötvorgang kann dieser nach Aufklappen der Andrückgitter 30a bis 30j entnommen und weiter bearbeitet werden. Dieses Entnehmen kann, wie im Übrigen auch ein sonstiges Heranführen der Solarzellenwafer 38, durch geeignete bekannte Vakuum- bzw. Sauggreifer erfolgen. Es ist aus 12 auch zu ersehen, dass ein fertiger Solarzellenstring aus zehn Solarzellenwafern 38a bis 38j besteht bzw. diese aufweist.
Durch das den 8 und 9 dargestellte Abschneiden der Drähte 36 noch oberhalb des Solarzellenwafers 38a kann ein zu langer Überstand freier Drahtenden 37 vermieden werden. Dieser könnte ansonsten die Gefahr eines Kurzschlusses mit den die Solarzellenwafer von unten nach oben überlappenden Drähten bewirken.
Die Drahtgreifer 27 greifen zwar von unten durch die Durchbrüche 26 in den Grundkörper 14 bzw. durch diesen hindurch. Sie sind aber vorteilhaft an dem Grundkörper 14 bzw. der Aufnahmevorrichtung 13 fest angeordnet und so werden sie auch zwingend mit diesem mitbewegt. Ihre Ansteuerung kann über an sich bekannte Schieber gemeinsam erfolgen, beispielsweise durch kleine Servomotoren oder durch einen Druckluftantrieb.
Die Andrückgitter 30 sind so ausgebildet, dass sie die auf der Oberseite der Solarzellenwafer 38 aufliegenden Drähte 36 auf alle Fälle möglichst großflächig bzw. vollständig auf diesen Solarzellenwafer aufdrücken für eine nachfolgende, zuverlässige Verlötung. Entsprechend der 8 und 9 ist es zwar auch vorstellbar, dass beispielsweise auch die oberen Drähte 36b von der Drahtführung 33 in die dann wieder zu öffnenden Drahtgreifer 27a am Anfang der Aufnahmevorrichtung eingebracht werden, welche dann wieder schließen und somit sowohl die unteren Drähte 36a als auch die oberen Drähte 36b spannen und diese somit an dem Solarzellenwafer 38 anliegen. Die unteren Drähte 36a werden ja ohnehin durch den Solarzellenwafer 38a angedrückt, könnten unter Umständen also sogar von den Drahtgreifern 27a losgelassen werden. Wichtig ist eben nur die Spannung der oberen Drähte 36b, denn diese müssen möglichst gut aufliegen, damit sie dann beim nachfolgenden Lötvorgang entsprechend 12 auch tatsächlich mit der Oberfläche des Solarzellenwafers 38a bzw. den darauf verlaufenden Querkontakten verbunden bzw. verlötet werden. Andererseits ist die Abschattung des IR-Strahlers 40 durch die Andrückgitter 30 bei geeigneter Dimensionierung und Materialwahl im wesentlichen vernachlässigbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008030262 A1 [0002, 0002]
DE 102008046330 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Solarzellenwafern mit mehreren Drähten, wobei gleichzeitig mehrere, insbesondere alle, den Solarzellenwafer überquerenden Drähte aufgebracht werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – in einer Aufnahmevorrichtung für mehrere Solarzellenwafer hintereinander in Verlaufsrichtung der Drähte werden für eine erste Auflage für einen ersten Solarzellenwafer vor dem Auflegen dieses ersten Solarzellenwafers die Drähte von einer Drahtführung an einen zweiten Drahtgreifer geführt, der zwischen der ersten Auflage und einer benachbarten zweiten Auflage für einen zweiten nächsten Solarzellenwafer angeordnet ist, – dort werden die Drähte von dem zweiten Drahtgreifer festgehalten, – dann werden die Drähte in Richtung weg von der zweiten Auflage längs über die erste Auflage gespannt und hinter der ersten Auflage von einem ersten Drahtgreifer gehalten, – dann werden die Drähte abgeschnitten werden und – anschließend wird ein erster Solarzellenwafer auf die erste Auflage und somit auf die Drähte darauf aufgelegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nächsten Schritt die Drähte mit der Drahtführung an die zweite Auflage für den zweiten Solarzellenwafer gebracht werden und dort an einem von der ersten Auflage entfernten Ende von einem dritten Drahtgreifer festgehalten werden, dann über die leere zweite Auflage hinweg in Richtung zur ersten Auflage und aufliegend über den ersten Solarzellenwafer in der ersten Auflage hinweg geführt werden, in dieser Position fixiert bzw. gehalten werden und insbesondere abgeschnitten werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich dann der Vorgang wiederholt mit einem Auflegen eines zweiten Solarzellenwafers auf die zweite Auflage und somit auf die Drähte darauf und mit einem Bringen der Drähte mittels der Drahtführung bis zu einem Ende einer dritten Auflage, das von der zweiten Auflage entfernt angeordnet ist, wobei die Drähte dort von einem vierten Drahtgreifer gehalten werden und über die leere dritte Auflage in Richtung zur zweiten Auflage und aufliegend über den zweiten Solarzellenwafer hinweg geführt werden, in dieser Position fixiert bzw. gehalten werden und insbesondere abgeschnitten werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte auf den Solarzellenwafern gehalten werden durch ein von der Seite her übergreifendes Andrückgitter um sie nach dem Abschneiden in Position zu halten, wobei vorzugsweise das Andrückgitter an der Aufnahmevorrichtung befestigt und gelagert ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte auf den Solarzellenwafern gehalten werden durch Ergreifen und Halten mittels des Drahtgreifers, der jeweils die Drähte unter den Solarzellenwafern hält, wobei vorzugsweise dazu der Drahtgreifer öffnet und nach dem Einbringen der oberen Drähte wieder schließt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Verfahrensschritte so oft wiederholt werden bis ein Solarzellenstring aus mehreren Solarzellenwafern, insbesondere bis zu zwölf Solarzellenwafern, vollendet ist derart, dass unter und über jedem Solarzellenwafer auf den Auflagen der Aufnahmevorrichtung Drähte geführt sind derart, dass die Drähte darunter auf dem vorherigen Solarzellenwafer alleine aufliegen und vorzugsweise beim letzten Solarzellenwafer die aufliegenden Drähte freie abstehende Enden aufweisen zum elektrischen Kontaktieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Halten bzw. Fixieren der Drähte auf mindestens einem Solarzellenwafer, vorzugsweise auf allen Solarzellenwafern eines Solarzellenstrings, die Drähte darauf bzw. damit festgelötet werden, vorzugsweise mittels einer Wärmequelle in Form eines IR-Strahlers, die insbesondere länglich bzw. linienartig ausgebildet ist, wobei die Wärmequelle relativ zu dem Solarzellenwafer und darüber bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahmevorrichtung mit den einzelnen Auflagen für die Solarzellenwafer verfahrbar ist und die Drahtführung mit Drahtschneider in dieser Richtung im wesentlichen feststeht und gegebenenfalls etwas absenkbar ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Halten der Drähte Drahtgreifer durch Durchbrüche in der Aufnahmevorrichtung greifen, wobei die Durchbrüche jeweils zwischen den Auflagen für die Solarzellenwafer vorgesehen sind, wobei vorzugsweise die Drahtgreifer mit der Aufnahmevorrichtung gemeinsam verfahren werden, wobei insbesondere die Drahtgreifer in die Aufnahmevorrichtung integriert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellenwafer nach dem Auflegen auf die Aufnahmevorrichtung bzw. auf die Auflagen festgehalten werden, vorzugsweise durch Unterdruck bzw. Vakuum.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Aufnahmevorrichtung mit mehreren in einer Reihe angeordneten Auflagen für jeweils einen Solarzellenwafer aufweist und insgesamt Auflagen für einen gesamten Solarzellenstring bildet, wobei zwischen den einzelnen Auflagen Durchbrüche vorgesehen sind zum Einfahren von Drahtgreifern von unten für einzelne Drähte, wobei die Vorrichtung eine Drahtführung für mehrere, insbesondere alle, Drähte zur Herstellung eines Solarzellenstrings aufweist mit Führungsmitteln für die einzelnen Drähte.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Drahtschneider nahe an den Führungsmitteln vorgesehen sind, vorzugsweise ebenfalls an der Drahtführung.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung in Längsrichtung der Auflagen bewegbar ist und insbesondere die Drahtführung mit Drahtschneider in dieser Richtung im Wesentlichen feststeht und gegebenenfalls etwas absenkbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Andrückmittel für Drähte aufweist, die auf Solarzellenwafer aufgebracht sind bzw. darüber hinweg verlaufen und aufliegen, wobei insbesondere die Andrückmittel Andrückrahmen oder Andrückgitter sind, die vorzugsweise seitlich an der Aufnahmevorrichtung und schwenkbar angebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Aufnahmevorrichtung Drahtgreifer vorgesehen sind, insbesondere an der Aufnahmevorrichtung selbst befestigt sind, die von unten in die Durchbrüche zwischen den einzelnen Auflagen eingreifen zum Ergreifen der Drähte, die mittels der Drahtführung von oben herangeführt werden, wobei vorzugsweise die Drahtgreifer in etwa in der Ebene der Auflage die Drähte greifen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgreifer pro Draht eine Greifzange mit zwei Greifbacken aufweisen, die vorzugsweise gleichmäßig auf einen Punkt in ihrer Mitte zufahren zum Ergreifen eines herangeführten Drahtes.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung für ein Festhalten bzw. Fixieren aufgelegter Solarzellenwafer mittels Vakuum ausgebildet ist, insbesondere mit nach unten offenen Schlitzen als Ansaugöffnungen, wobei vorzugsweise die Schlitze als Vertiefungen in der Oberfläche der Auflage ausgebildet sind mit mindestens einem Ansaugloch nach unten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahmevorrichtung schmale Aufnahmeschlitze für die Drähte vorgesehen sind, die sich über mindestens die Länge einer Auflage erstrecken, vorzugsweise durchgehend sind, wobei insbesondere diese Aufnahmeschlitze zumindest im Bereich der Auflagen eine Tiefe aufweisen, die geringer ist als der Durchmesser der einzulegenden Drähte.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Auflagen für die Solarzellenwafer in der Aufnahmevorrichtung als Vertiefungen mit etwa der Größe eines Solarzellenwafers ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die Vertiefung maximal so tief ist wie die Dicke eines Solarzellenwafers.