DE102011104159A1 - Verfahren zum elektrischen verbinden mehrerer solarzellen und photovoltaikmodul - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Metallisieren und Verbinden von Solarzellensubstraten (1) sowie ein Photovoltaikmodul (100) aus mehreren metallisierten und miteinander elektrisch verbundenen Solarzellen (20) beschrieben. Ein Solarzellensubstrat (1), in dem optional elektrische Metallkontakte bildende zweite Metallschichten (2a, 2b) vorgesehen sind, wird an ein Trägersubstrat (4) angelagert, an dessen Oberfläche wenigstens eine erste Metallschicht (3) in einem geeigneten Muster ausgebildet ist. Durch lokales Bestrahlen der Metallschicht (2, 3) mit Laserstrahlung (5, 6) durch das Solarzellensubstrat (1) oder das Trägersubstrat (4) hindurch wird Energie derart eingebracht, dass die Metallschicht (2, 3) durch absorbierte Laserstrahlung (5, 6) für ein irreversibles Verbinden mit der angrenzenden Oberfläche des Solarzellensubstrates (1) erhitzt wird. Durch das Laserbonden der an dem Trägersubstrat (4) vorgesehenen Metallschicht (3) an das Solarzellensubstrat (1) können Solarzellen zu einem Photovoltaikmodul verschaltet werden, wobei auf die herkömmliche Verlötung benachbarter Solarzellen über Metallbändchen verzichtet werden kann. Es können somit nicht-lötbare, kostengünstige, insbesondere Silber-freie Metallschichten (2a, 2b) für die Kontaktierung der Solarzellensubstrate (1) der Solarzellen (20) verwendet werden.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Metallisieren und elektrischen Verbinden mehrerer Solarzellen. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechend ausgebildetes Photovoltaikmodul.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Substrate für Solarzellen müssen häufig an ihrer Oberfläche metallisiert werden, beispielsweise, um einen elektrischen Kontakt mit der Solarzelle zu ermöglichen, und insbesondere, um verschiedene Solarzellen elektrisch miteinander verbinden zu können. Dabei soll eine Metallisierung von Solarzellen einerseits mechanisch widerstandsfähig und somit z. B. über eine typische Lebensdauer von Solarzellenmodulen von beispielsweise 30 Jahren stabil sein, um Degradationseffekte so gering wie möglich zu halten. Andererseits soll mit Hilfe der Metallisierung eine gute elektrische Kontaktierung der Solarzellensubstrate bei möglichst geringem elektrischem Widerstand erzielt werden können. Außerdem sollte die Metallisierung im industriellen Maßstab zuverlässig und kostengünstig durchgeführt werden können.
  • Zur Herstellung von Photovoltaikmodulen werden mehrere Solarzellen bisher in einem industriellen Standardprozess meist thermisch durch Metallbändchen miteinander verbunden und zu einem Modul verschaltet. Eine elektrische Kontaktierung der Solarzellen untereinander, seriell oder parallel über die Metallbändchen, erfolgt dabei in der Regel durch Infrarotlöten oder konventionelles Löten.
  • Während des Lötvorgangs können thermische Belastungen im Schichtverbund der Solarzelle oder in der Metallisierung zur Verschaltung mehrerer Solarzellen zu einer Schädigung oder Zerstörung führen. Dies kann insbesondere bei Wafer-basierten Solarzellen kritisch sein, deren Dicke im Zuge von Kostenreduzierungen von aktuell etwa 200 μm auf in Zukunft unter 50 μm bei gleichbleibender Effizienz sinken soll. Bei derart dünnen Solarzellen können aufgrund der Empfindlichkeit der Wafer beim Löten erhöhte Bruchraten auftreten, was die Entwicklung alternativer Metallisierungsverfahren nötig machen kann.
  • Auch neuartige Zellkonzepte, die beispielsweise beide Kontakttypen an der selben Oberfläche der Solarzelle aufweisen, können neue schädigungsarme und kosteneffiziente Verfahren zur Metallisierung und damit zur elektrischen Kontaktierung und Verschaltung nötig machen.
  • Hinzu kommt, dass die Verschaltung von Solarzellen unter Verwendung von zu verlötenden Metallbändchen aufgrund eines hohen Arbeitsaufwandes sowie aufgrund von zu verwendender Materialien für die Metallisierung einen erheblichen Kostenbeitrag bei der Fertigung von Photovoltaikmodulen bewirken kann. Um die einzelnen Solarzellen beispielsweise mit den Metallbändchen verlöten zu können, müssen an den Solarzellen lötbare Kontakte vorgesehen sein. Standardmäßig werden hierzu industrielle Solarzellen im Allgemeinen mit Siebdruckpasten auf Basis von Silber metallisiert. Aufgrund stark gestiegener Rohstoffpreise für Silber wird nach alternativen Materialien für die Metallisierung von Solarzellen gesucht. Sofern diese jedoch nicht selbst lötbar sind, war bisher ein aufwändiges und kostenintensives Aufbringen weiterer metallischer, lötfähiger Schichten notwendig.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es kann daher ein Bedürfnis an einem Verfahren zum Metallisieren und elektrischen Verbinden von Solarzellen, beispielsweise einem Verfahren zum Verschalten von Solarzellen zu einem Photovoltaikmodul, bestehen, bei denen insbesondere oben genannte Defizite herkömmlicher Metallisierungsverfahren überwunden oder reduziert werden. Insbesondere kann ein Bedürfnis an einem zuverlässigen, kostengünstigen und/oder einfach im industriellen Maßstab zu realisierenden Metallisierungsverfahren für Solarzellen bestehen. Ferner kann ein Bedürfnis an einem Photovoltaikmodul bestehen, das insbesondere aufgrund seiner herstellungsbedingten Struktur eine verbesserte Zuverlässigkeit bei hoher Effizienz und geringen Herstellungskosten ermöglicht.
  • Solche Bedürfnisse können mit dem Verfahren und Photovoltaikmodul gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Metallisieren und elektrischen Verbinden mehrerer Solarzellen vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf: Bereitstellen mehrerer Solarzellensubstrate; Bereitstellen eines Trägersubstrates, welches an einer Oberfläche wenigstens eine fest mit dem Trägersubstrat verbundene erste Metallschicht trägt; Anlagern der Solarzellensubstrate jeweils mit einer Oberfläche eines Solarzellensubstrates angrenzend an die erste Metallschicht an dem Trägersubstrat; Einbringen von Energie in die Metallschicht durch lokales Bestrahlen mit Laserstrahlung derart, dass die Laserstrahlung durch wenigstens eines der Solarzellensubstrate und/oder des Trägersubstrates hindurch in einer Richtung bin zu der Metallschicht transmittiert wird, und dass die erste Metallschicht aufgrund von Erhitzung durch absorbierte Laserstrahlung mit dem angrenzenden Solarzellensubstrat irreversibel verbunden wird.
  • Dieser Aspekt der Erfindung kann unter anderem als auf der folgenden Idee basierend angesehen werden: Es wurde erkannt, dass Solarzellen dadurch metallisiert und somit elektrisch kontaktiert werden können, dass eine Oberfläche eines Solarzellensubstrates an eine Metallschicht angelegt und mit dieser mechanisch in Kontakt gebracht wird, und die Metallschicht dann mit Hilfe eines Lasers derart bestrahlt wird, dass sie sich lokal stark erhitzt. Die derart erhitzte Metallschicht kann dabei mit der Oberfläche des Solarzellensubstrates zusammenbonden, das heißt, eine mechanisch haftende und elektrisch leitende irreversible Verbindung mit dieser eingehen. Wie weiter unten genauer beschrieben, kann es bei einem solchen Banden oder Verbinden zu einem temporären Verflüssigen von Metall aus der Metallschicht kommen, was einem Laserschweißen entsprechen kann. Alternativ kann die Laserstrahlung für den Bondvorgang derart eingestellt sein, dass es zu einem Zusammensintern der Metallschicht und der Oberfläche des Solarzellensubstrates oder zur Bildung einer flüssigen eutektischen Phase zwischen der Metallschicht und der Oberfläche des Solarzellensubstrates kommt. Die Laserstrahlung kann dabei derart eingestrahlt werden, dass sie durch das Solarzellensubstrat und/oder durch das Trägersubstrat hindurchstrahlt, wobei die Eigenschaften der verwendeten Laserstrahlung derart gewählt sein sollten, dass das Material des jeweiligen Substrates weitgehend transparent für die Laserstrahlung ist und es somit erst an der Metallschicht zu einer wesentlichen Absorption der Laserstrahlung kommt.
  • Das vorgeschlagene Metallisierungsverfahren ermöglicht eine zuverlässige, kostengünstige, schnelle und einfache Metallisierung und elektrische Kontaktierung von Solarzellensubstraten.
  • Nachfolgend werden mögliche Details und Vorteile von Ausführungsformen des vorgeschlagenen Metallisierungs- und Verbindungsverfahrens beschrieben.
  • Das bereitgestellte Solarzellensubstrat kann aus einem beliebigen Halbleitermaterial bestehen. Das Metallisierungsverfahren ist insbesondere zur Metallisierung von dünnen Siliziumwafern mit einer Dicke von beispielsweise weniger als 200 μm, vorzugsweise weniger als 100 μm geeignet, da hohe mechanische Beanspruchungen des Solarzellensubstrates vermieden werden.
  • Die Begriffe „Solarzelle” und „Solarzellensubstrat” werden hierin ähnlich verwendet. Ein Solarzellensubstrat kann dabei ein teilprozessiertes Halbleitersubstrat sein, bei dem unter anderem ein pn-Übergang, dielektrische Schichten und gegebenenfalls auch bereits Teile der Metallisierung ausgebildet sind. Eine Solarzelle soll als fertig prozessiert verstanden werden und kann als solche in ein Photovoltaikmodul integriert sein.
  • Das bereitgestellte Trägersubstrat kann aus verschiedenen Materialien bestehen. Insbesondere kann es bevorzugt sein, das Trägersubstrat aus einem elektrisch nicht leitenden, das heißt isolierenden Material auszubilden. Beispielsweise können für das Trägersubstrat Glas, flexible Polymere oder andere nicht-leitende Schichten verwendet werden. Das Trägersubstrat kann dabei aus einer dünnen Folie bestehen und somit mechanisch flexibel sein, oder beispielsweise in Form einer Glasplatte bereitgestellt werden und somit mechanisch steif sein. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, für das Trägersubstrat Materialien zu verwenden, wie sie beispielsweise beim Herstellen von Photovoltaikmodulen bereits verwendet werden. Insbesondere können für das Trägersubstrat Folien aus Ethylenvinylazethat (EVA) oder Silikon verwendet werden.
  • Das Trägersubstrat kann insbesondere flächig ausgebildet sein und eine größere Fläche aufweisen als daran angelegte Solarzellensubstrate, so dass mit einem einzelnen Trägersubstrat mehrere Solarzellensubstrate metallisiert und diese untereinander elektrisch verbunden werden können.
  • An einer Oberfläche des Trägersubstrates ist eine Metallschicht vorgesehen, die hierin im Folgenden als erste Metallschicht bezeichnet wird. Diese erste Metallschicht kann auf das Trägersubstrat aufgebracht werden, bevor dieses mit dem Solarzellensubstrat in Kontakt gebracht wird. Die erste Metallschicht wird dabei derart an dem Trägersubstrat abgeschieden oder auf dieses aufgebracht, dass sie fest mit dem Trägersubstrat verbunden ist, d. h. nicht schädigungsfrei von dem Trägersubstrat gelöst werden kann. Prinzipiell kann das Trägersubstrat ganzflächig mit der ersten Metallschicht beschichtet sein. Es kann jedoch bevorzugt sein, das Trägersubstrat nur lokal mit Metall zu beschichten, beispielsweise durch eine Maske hindurch, oder Teile einer zunächst ganzflächig abgeschiedenen Metallschicht lokal zu entfernen, so dass die erste Metallschicht als ein Muster aus mehreren Metallschichtbereichen zusammengesetzt ist. Das Muster der ersten Metallschicht kann dabei dazu angepasst sein, mit Hilfe der ersten Metallschicht nicht nur beispielsweise verschiedene Solarzellensubstrate zu metallisieren, sondern diese auch über die erste Metallschicht miteinander elektrisch zu verbinden. Die erste Metallschicht kann hierbei eine Schichtdicke im Bereich von 30 nm bis 300 μm, vorzugsweise im Bereich von 100 nm bis 100 μm aufweisen. Die verwendete Schichtdicke der ersten Metallschicht kann dabei abhängig von einem über die Metallschicht zu erzielenden elektrischen Widerstand ausgewählt werden.
  • Prinzipiell kann jedes Metall für die erste Metallschicht verwendet werden. Es kann jedoch bevorzugt sein, ein kostengünstiges und/oder bei niedrigen Temperaturen verflüssigbares Metall einzusetzen. Ferner sollte das Metall einfach, beispielsweise mit herkömmlichen Aufdapfverfahren oder Druckverfahren, auf das Trägersubstrat aufgebracht werden können. Weiterhin sollte das Metall für die Verschaltung von mehreren Solarzellensubstraten eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Das Metall für die erste Metallschicht braucht nicht lötfähig zu sein. Als vorteilhaft für die erste Metallschicht hat sich Aluminium herausgestellt. Aluminium ist zwar nicht lötfähig, kann aber kostengünstig zu Verfügung gestellt und verarbeitet werden und hat sich insbesondere bei der Kontaktierung von Siliziumsolarzellensubstraten bereits seit langem bewährt.
  • Das mit der ersten Metallschicht versehene Trägersubstrat und das zu metallisierende Solarzellensubstrat werden im Rahmen des Metallisierungsvorganges derart aneinander angelagert, dass die zu metallisierende Oberfläche des Solarzellensubstrates an die erste Metallschicht des Trägersubstrates angrenzt, das heißt, mit dieser in mechanischem Kontakt steht, bzw. zu dieser eng benachbart angeordnet wird.
  • Anschließend wird ein Laserstrahl derart auf das Solarzellensubstrat oder auf das Trägersubstrat gerichtet, dass Laserstrahlung die Grenzfläche zwischen dem Solarzellensubstrat und dem Trägersubstrat erreicht und dort von der ersten Metallschicht oder einer weiter unten beschriebenen zweiten Metallschicht so stark absorbiert wird, dass die erste Metallschicht aufgrund der durch die Absorption der Laserstrahlung bewirkten Erhitzung direkt mit dem angrenzenden Solarzellensubstrat irreversibel verbunden wird, d. h. die erste Metallschicht eine Verbindung mit dem Halbleitermaterial des Solarzellensubstrates oder mit dem Metall einer daran vorgesehenen zweiten Metallschicht eingeht, wobei die Verbindung nicht schädigungsfrei wieder gelöst werden kann. Eine solche Verbindung wird nachfolgend teilweise auch als „Bondverbindung” bezeichnet und der Vorgang des Erhitzens und Verbindens mittels Laserstrahlung wird auch als „Bonden” bezeichnet.
  • Hierzu sollten Eigenschaften der Laserstrahlung, wie z. B. deren Wellenlänge, deren Leistungsdichte und eventuell deren Pulsdauer derart gewählt sein, dass es in dem Material des Solarzellensubstrates bzw. des Trägersubstrates, durch das die Laserstrahlung zunächst transmittiert werden soll, nicht zu einer wesentlichen, d. h. beispielsweise das Material signifikant erhitzenden, Absorption der Laserstrahlung kommt. Insbesondere können die Eigenschaften der verwendeten Laserstrahlung derart gewählt sein, dass es beim Bestrahlen der Metallschicht zu keiner schädigenden Erhitzung des Solarzellensubstrates kommt, die eine Reduzierung des Wirkungsgrades der fertig metallisierten Solarzelle bewirken würde.
  • Die Verwendung eines gepulsten Lasers hat sich für ein schädigungsarmes Banden als vorteilhaft erwiesen.
  • Ferner kann es vorteilhaft sein, die Eigenschaften der Laserstrahlung derart zu wählen, dass es durch Absorption der Laserstrahlung in der Metallschicht temporär zu einer lokalen Verflüssigung der Metallschicht kommt.
  • Insbesondere können die Intensität und eine Pulsdauer der verwendeten Laserstrahlung so gewählt sein, dass in der Metallschicht ausreichend viel Laserstrahlung absorbiert wird, um diese zumindest zeitweise über die Schmelztemperatur oder die Liqiudustemperatur der Metallschicht zu erhitzen. Die Metallschicht verflüssigt sich dann kurzzeitig lokal und kann beim anschließenden Erstarren einen mechanisch und elektrisch zuverlässigen Bondkontakt mit der angrenzenden Oberfläche des Solarzellensubstrates oder einer zuvor darauf abgeschiedenen zweiten Metallschicht eingehen.
  • Alternativ können Eigenschaften der Laserstrahlung so gewählt sein, dass die Metallschicht durch die Absorption zwar nicht bis zur Schmelz- oder Liquidustemperatur erhitzt wird, jedoch eine Eutektikumtemperatur, bei der die Metallschicht mit dem Halbleitermaterial des angrenzenden Solarzellensubstrates eine flüssige eutektische Phase bildet, überschritten wird. Während beispielsweise die Schmelztemperatur von Aluminium bei 660°C liegt, ist die eutektische Temperatur, bei der Aluminium mit Silizium eine flüssige Phase bildet, bereits bei 577°C erreicht, so dass für diese spezielle Materialkombination eine geringere Laserstrahlungsabsorption bzw. Laserstrahlintensität genügen kann.
  • Als weitere Alternative kann es bei bestimmten Materialkombinationen genügen, die Metallschicht durch Laserstrahlabsorption nur soweit zu erhitzen, dass es zu einem Sintervorgang kommt, bei dem eine Bondverbindung durch Diffusion von Atomen zwischen der ersten Metallschicht und dem Solarzellensubstrat bzw. einer weiteren, auf dem Solarzellensubstrat abgeschiedenen zweiten Metallschicht bewirkt wird.
  • Bei dem Vorgang des Laserbondens, insbesondere des Laserschweißens oder Lasersinterns, bei dem die zuvor auf das Trägersubstrat abgeschiedene erste Metallschicht an das Solarzellensubstrat gebondet wird und auf diese Weise einen elektrischen Kontakt herstellt, kann vorgesehen sein, dass die erste Metallschicht in direkten Kontakt mit der Oberfläche des angrenzen Solarzellensubstrates kommt und mit dessen Material eine irreversibel Verbindung eingeht.
  • Wie bereits angemerkt, kann alternativ an einer Oberfläche des Solarzellensubstrates eine zweite Metallschicht ausgebildet sein. Diese zweite Metallschicht kann die Oberfläche des Solarzellensubstrates ganzflächig oder lokal mit einem Muster überdecken. Bei Solarzellen ist z. B. vorgesehen, dass an Kontaktbereichen zu Basis- oder Emitterbereichen des Solarzellensubstrates lokal metallisierte Bereiche vorgesehen sind. Herkömmlich wird hierzu Metall meist lokal aufgedampft oder aufgedruckt. Für den Bondvorgang kann dann die Laserstrahlung durch das Solarzellensubstrat oder das Trägersubstrat hindurch derart gerichtet werden, dass es zur Absorption in der ersten Metallschicht und/oder in der zweiten Metallschicht kommt und zumindest eine dieser beiden Metallschichten ausreichend für ein irreversibles Verbinden erhitzt wird.
  • Ein wichtiger möglicher Vorteil des beschriebenen Metallisierungsverfahrens kann darin gesehen werden, dass für den Bondvorgang zwischen der Oberfläche des Solarzellensubstrates und der daran angrenzenden ersten Metallschicht bzw. für den Fall, dass an dem Solarzellensubstrat eine zweite Metallschicht vorgesehen ist, zwischen der ersten Metallschicht und der daran angrenzenden zweiten Metallschicht kein Zusatzmaterial mit einer Verflüssigungstemperatur, d. h. einer Schmelz- oder Liquidustemperatur, die wesentliche geringer ist als die Verflüssigungstemperatur der Metalle der ersten Metallschicht bzw. der ersten und zweiten Metallschicht, zwischengelagert zu werden braucht. Mit anderen Worten ist es aufgrund der durch Absorption von Laserstrahlung möglichen Erzeugung hoher Temperaturen in einer der Metallschichten möglich, diese beispielsweise durch Verflüssigen direkt, d. h. einstückig, mit einer angrenzenden Oberfläche des Solarzellensubstrates bzw. der angrenzenden anderen Metallschicht stoffschlüssig zu verbinden, ohne dass es eines niedrigschmelzenden Zusatzmaterials bedarf, wie dies bei herkömmlichen Lötvorgängen nötig ist.
  • Sofern sowohl an dem Trägersubstrat eine erste Metallschicht als auch an dem Solarzellensubstrat eine zweite Metallschicht vorgesehen sind, können diese beiden Metallschichten aus dem gleichen Metall bestehen. Beispielsweise können beide Metallschichten aus Aluminium bestehen. Dabei kann genutzt werden, dass Aluminium zwar nicht herkömmlich verlötet werden kann, der hier vorgeschlagene Laserbondprozess jedoch in der Lage ist, die beiden Aluminiumschichten mechanisch haftend und elektrisch leitend miteinander zu verbinden.
  • Der Begriff „Metall” soll hierin breit verstanden werden und sowohl reine Metalle als auch Metallmischungen, Metalllegierungen und Stapel aus unterschiedlichen Metallschichten umfassen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Photovoltaikmodul aus mehreren metallisierten und miteinander elektrisch verbundenen Solarzellen vorgeschlagen. Das Photovoltaikmodul weist mehrere Solarzellen und ein einzelnes Trägersubstrat auf. An einer Oberfläche des Trägersubstrates ist eine mit diesem fest verbundene erste Metallschicht vorgesehen. Jede der Solarzellen ist dabei mit einer Oberfläche an der Metallschicht des Trägersubstrats angelagert angeordnet und zumindest lokal einstückig mit der Metallschicht elektrisch verbunden.
  • Ein solches Photovoltaikmodul kann vorteilhaft mit dem oben beschriebenen Metallisierungsverfahren erzeugt werden.
  • Unter ”lokal einstückig verbunden” kann hierbei verstanden werden, dass die an dem Trägersubstrat vorgesehene Metallschicht direkt mit einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats der Solarzelle oder einer an einer solchen Oberfläche zuvor angebrachte Metallkontaktschicht stoffschlüssig verbunden ist, d. h. ohne Zwischenlagerung weiterer Zusatzmaterialien, wie z. B. niedrigschmelzender Lotmaterialien.
  • Das hierin beschriebene Metallisierungsverfahren sowie das entsprechend herstellbare Photovoltaikmodul gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ermöglicht eine Vielzahl von Vorteilen:
    Das Verfahren ermöglicht, mehrere Solarzellen quasi gleichzeitig, d. h. in einem einzigen Verfahrensschritt, zu metallisieren, elektrisch zu kontaktieren und miteinander zu verschalten. Anstatt jede Solarzelle einzeln zu metallisieren, wie dies bei herkömmlichen, zu verlötenden Metallbändchen zur Verschaltung mehrerer Solarzellen nötig war, kann ein großflächiges Trägersubstrat mit einer zuvor in einem passenden Muster darauf abgeschiedenen ersten Metallschicht vorbereitet werden, um eine Vielzahl von Solarzellen im Rahmen eines gemeinsamen Verarbeitungsschrittes durch das beschriebene Laserbondverfahren zu metallisieren und durch elektrisches Kontaktieren miteinander zu verschalten. Dadurch kann eine Prozessierung, wie beispielsweise ein Verschalten mehrerer Solarzellen zu einem Photovoltaikmodul, vereinfacht und kosteneffizienter gestaltet werden.
  • Auf dem Trägersubstrat kann eine ganzflächige Metallisierung oder zumindest eine großflächige Metallisierung vorgesehen werden, wodurch bessere Querleitfähigkeiten und damit eine Einsparung von Metall für die Metallisierung der Solarzellen ermöglicht werden.
  • Die Verwendung der Laserbondtechnologie ermöglicht eine Metallisierung und Verschaltung von Solarzellen mit Hilfe des metallisierten Trägersubstrates, ohne die Solarzellen übermäßigen thermischen Belastungen aussetzen zu müssen.
  • Ferner ermöglicht die Laserbondtechnologie eine direkte Verbindung einer Vielzahl von Metallen, wobei unter anderem auch nicht-lötbare Metalle auf diese Weise elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden können. Somit kann klassisch nicht lötfähiges Aluminium zur Metallisierung und Verschaltung von Solarzellen eingesetzt werden. Eine direkte Verbindung der auf dem Trägersubstrat vorgesehenen ersten Metallschicht mit dem Solarzellensubstrat oder einer an der Oberfläche dieses Solarzellensubstrates zuvor abgeschiedenen zweiten Metallschicht ist dabei ohne zusätzliche Klebemittel oder Lötpasten möglich, wodurch sowohl Prozessschritte als auch Prozessierungsmaterial eingespart werden können. Auf die herkömmlich für die Metallisierung von Solarzellensubstraten verwendeten, lötfähigen Silbermetallisierungen auf dem Solarzellensubstrat oder andere ähnliche Metallisierungen kann verzichtet werden, da eine Lötfähigkeit dieser Metallisierungen nicht mehr vorausgesetzt wird. Hierdurch können erheblich Kosten eingespart werden.
  • Dadurch, dass bei Verwendung von Laserbondverfahren eine einzige Metallart zur Metallisierung des Solarzellensubstrates genügt, können Korrosionserscheinungen durch Kontakt von verschiedenen Metallen, die unterschiedlich edel sind, vermieden werden.
  • Dadurch, dass ein flächiges Trägersubstrat mit einer ebenfalls flächigen Metallschicht zur Metallisierung des Solarzellensubstrates verwendet wird und die Metallschicht verteilt über eine große Fläche an das Solarzellensubstrat gebondet wird, können lokale Belastungen auf das Solarzellensubstrat gering gehalten werden. Dies ist insbesondere für sehr dünne und somit mechanisch empfindliche Solarzellensubstrate vorteilhaft.
  • Insbesondere bei der Einkapselung von Solarzellen zu Photovoltaikmodulen können die bei der Bestrahlung mit dem Laser in der ersten Metallschicht generierten Löcher durch ein Eindringen von Laminationsmaterial in diese Löcher zu einer verbesserten Haftung des Laminationsmaterials beitragen.
  • Durch eine geeignete Wahl des Trägersubstrates kann eine flexible Bauweise erreicht werden. Hierdurch kann zum Beispiel das Photovoltaikmodul an verschiedenste Formen oder Untergründe angepasst werden.
  • In dem bei der vorgeschlagenen Metallisierung ein selbsttragendes, mechanisch stabiles Trägersubstrat verwendet wird, kann zum Beispiel auf dünnen Wafern basierenden Solarzellen eine mechanische Unterstützung durch das Trägersubstrat gewährt werden, was Bruchraten bei der Herstellung von Phototvoltaikmodulen verringern kann.
  • Es wird angemerkt, dass hierin Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung teilweise in Bezug auf das Verfahren zum Metallisieren und elektrische Verbinden mehrerer Solarzellen und teilweise in Bezug auf ein derart herstellbares Photovoltaikmodul beschrieben werden. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass, sofern dies nicht anders angegeben ist, die Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung auch jeweils analog auf die jeweiligen anderen Erfindungsgegenstände übertragen werden können. Insbesondere wird ein Fachmann erkennen, dass Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen in beliebiger Weise untereinander kombiniert werden können.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • 1 zeigt eine Anordnung von Solarzellen während einer Metallisierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine alternative Anordnung von Solarzellen während einer Metallisierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine weitere alternative Anordnung von Solarzellen während einer Metallisierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt eine Draufsicht auf ein mit einem Muster metallisiertes Trägersubstrat.
  • 5 zeigt eine Draufsicht auf zuvor lokal metallisierte Solarzellensubstrate.
  • 6 zeigt eine Draufsicht auf Solarzellensubstrate, die mit Hilfe eines Trägersubstrates metallisiert und miteinander elektrisch verbunden sind gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die in den Figuren dargestellten Details sind jeweils nur schematisch veranschaulicht und nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in den verschiedenen Figuren auf gleiche oder entsprechende Merkmale.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt eine als Photovoltaikmodul 100 ausgebildete Anordnung aus mehreren metallisierten und miteinander elektrisch verbundenen Solarzellen 20. In dem gezeigten Beispiel sind die Solarzellen 20 waferbasierte Siliziumsolarzellen, bei denen beide Kontakttypen an einer Rückseite eines Solarzellensubstrates 1 angeordnet sind. Dabei sind Emitterbereiche der Solarzelle mit einer einen ersten Kontakttyp bildenden Aluminium-Metallschicht 2a beschichtet, wohingegen Basisbereiche mit einer einen zweiten Kontakttyp bildenden Aluminium-Metallschicht 2b beschichtet sind.
  • In 5 ist eine Draufsicht auf das Solarzellenssubtrat 1 mit den die unterschiedlichen Kontakttypen bildenden Metallschichten 2a, 2b dargestellt.
  • Aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung sind in den Figuren keine weiteren Details der Solarzelle 20 wie zum Beispiel verschiedenartig dotierte Emitter- und Basisbereiche, Oberflächenpassivierungsschichten, etc. dargestellt.
  • Vorbereitend für einen Metallisierungsvorgang wird ein Trägersubstrat 4 mit einer Metallschicht 3, die ebenfalls aus Aluminium besteht, beschichtet. Wie in 4 in Draufsicht schematisch dargestellt, bedeckt die Metallschicht 3 das Trägersubstrat 4 nicht ganzflächig, sondern wird als spezielles Muster mit sammelnden Busbars 3a und längsverbindenden Finger 3b ausgebildet. Das Trägersubstrat 4 kann dabei eine dünne flexible Folie, beispielsweise aus EVA sein, wie es herkömmlich zur Verkapselung von Solarzellen eingesetzt wird. Alternativ kann das Trägersubstrat 4 eine starre Glasscheibe sein. Auf das Trägersubstrat 4 kann die Metallschicht 3 beispielsweise mit Hilfe von Aufdampftechnologien unter Verwendung geeigneter Masken oder durch Drucktechnologien aufgebracht werden.
  • Um die Solarzellensubstrate 1 zu metallisieren und ergänzend die Solarzellen 20 untereinander zu verschalten, werden diese in Anlage mit dem Trägersubstrat 4 gebracht. Dabei werden die Solarzellensubstrate 1 so auf dem Trägersubstrat 4 positioniert, dass die die verschiedenen Kontakttypen bildenden Metallschichten 2a, 2b an vorgesehenen Positionen an das passend dazu ausgebildete Muster der auf dem Trägersubstrat 4 abgeschiedenen Metallschicht 3 angrenzen.
  • Nachfolgend wird mit einem Laserstrahl 6 ein Verbindungsbereich 7, an dem eine Metallschicht 3 des Trägersubstrats 4 an eine Metallschicht 2a, 2b des Solarzellensubstrats 1 angrenzt, bestrahlt. Hierzu kann beispielsweise ein gepulster Nd-YAG-Laser, der zum Beispiel in einem Wellenfängenbereich von 1064 nm, 532 nm oder 355 nm emittiert, verwendet werden. Laserpulsdauern im Bereich weniger Nanosekunden bis hin zu mehrere Mikrosekunden wurden als geeignet erkannt. Außerdem wurde erkannt, dass Leistungsdichten im Bereich von 0.1 J/cm2 bis 10 kJ/cm2, vorzugsweise 0.5 J/cm2 bis 5 kJ/cm2 vorteilhafte Metallisierungsergebnisse liefern. Eigenschaften der verwendeten Laserstrahlen werden dabei derart angepasst an das Material des Trägersubstrats 4 gewählt, dass die Laserstrahlung 6 weitestgehend ungehindert durch das Trägersubstrat 4 hin zu der Metallschicht 3 transmittiert wird.
  • In der Metallschicht 3 wird ein Teil der eingestrahlten Laserstrahlungsleistung absorbiert und führt somit zu einer thermischen Erhitzung. Das Metall der Schicht 3 wird dabei kurzzeitig derart stark erhitzt, dass es mit den Metallschichten 2a, 2b auf dem Solarzellensubstrat 1 eine irreversible Bondverbindung eingeht.
  • Hierzu kann das Metall der ersten Metallschicht 3 beispielsweise über seinen Schmelzpunkt hinaus erhitzt werden, so dass es sich in seiner flüssigen Phase einstückig und stoffschlüssig mit der angrenzenden zweiten Metallschicht 2a, 2b auf dem Solarzellensubstrat 1 verbinden kann. In diesem Fall wirkt die angestrahlte Laserstrahlung 6 wie beim Laserschweißen.
  • Alternativ können die Eigenschaften der eingestrahlten Laserstrahlung 6 so gewählt werden, dass die erste Metallschicht 3 weniger stark erhitzt wird, wobei es zu einer Bondverbindung durch eine Art Zusammensintern der ersten Metallschicht 3 mit einer angrenzenden Metallschicht 2a, 2b an dem Solarzellensubstrat 1 kommen kann.
  • Wie in 1 dargestellt, kann die durch das Trägersubstrat 4 transmittierte Laserstrahlung 6 durch eine beispielsweise in entgegengesetzter Richtung durch das Solarzellensubstrat 1 transmittierte Laserstrahlung 5 ergänzt oder durch diese ersetzt werden. Da das Solarzellensubstrat 1 in der Regel andere Absorptionseigenschaften aufweist wie das Trägersubstrat 4, müssen hierbei die Eigenschaften der verwendeten Laserstrahlung 5 entsprechend angepasst werden, um sicherzustellen, dass die Laserstrahlung 5 weitgehend durch das Solarzellensubstrat 1 transmittiert und dann in der darauf abgeschiedenen Metallschicht 2a, 2b absorbiert wird.
  • In 6 ist eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Anordnung aus mehreren Solarzellen 20 schematisch dargestellt. Solarzellen 20, bei denen, wie in 5 dargestellt, Metallisierungen 2a, 2b für die verschiedenen Kontakttypen ausgebildet sind, sind dabei auf einem Trägersubstrat 4 angeordnet. Die Solarzellen 20 sind dabei derart positioniert, dass die Metallschichtbereiche 2a, 2b über entsprechend metallisierten Bereichen 3b des Trägersubstrats 4, wie in 4 dargestellt, angeordnet sind. Beide Metallschichten 2, 3 bestehen hierbei aus Aluminium. An einer Vielzahl von Verbindungsbereichen 7 sind durch das oben beschriebene Laserbondverfahren Verbindungspunkte ausgebildet, durch die jede der Solarzellen 20 einstückig mit der auf dem Trägersubstrat 4 vorgesehenen Metallschicht 3 verbunden ist. Externe Anschlüsse 8 dienen dazu, die von den Solarzellen zur Verfügung gestellte elektrische Leistung Verbrauchern zugänglich zu machen.
  • In den 2 und 3 sind alternative Ausführungsformen von Photovoltaikmodule 100 dargestellt, wie sie mit dem beschriebenen Metallisierungsverfahren unter Verwendung eines Laserbondens gefertigt werden können.
  • In 2 wird dabei an beiden Seiten eines Solarzellensubstrates 1 ein passend metallisiertes Trägersubstrat 4 angeordnet. Beispielsweise können Solarzellen 20, bei denen die verschiedenen Kontakttypen an gegenüberliegenden Oberflächen ausgebildet sind, zwischen zwei Trägersubstrate 4 zwischengelagert werden. Metallschichten 2 an der Vorder- und Rückseite des Solarzellensubstrates 1 können dann mit Hilfe von Laserstrahlung 6 mit Metallschichten 3 an den Trägersubstraten 4 durch einen Laserbondvorgang mechanisch und elektrisch verbunden werden. Zur seriellen Verschaltung der Solarzellen können interne Metallverbindungen 9 zwischen den Metallschichten 3, die benachbarte Solarzellen kontaktieren, vorgesehen sein. Hierzu kann beispielsweise eine an dem oberen Trägersubstrat 4 vorgesehene Metallschicht 3 in einem Bereich zwischen zwei benachbarten Solarzellen 20 direkt mit einer an dem unteren Trägersubstrat 4 vorgesehene Metallschicht 3 verbunden werden.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Photovoltaikmoduls 100. Ähnlich wie in der Ausführungsform aus 2 werden Solarzellen 20 beidseitig von Trägersubstraten 4 kontaktiert. An einer Rückseite der Solarzellensubstrate 1 ist jedoch zusätzlich zu den Metallschichten 2 eine Dielektrikumschicht 10 vorgesehen. Diese kann beispielsweise zur Passivierung der Oberfläche des Solarzellensubstrates 1 dienen.
  • Es hat sich herausgestellt, dass während des Laserbondvorgangs eine solche, beispielsweise etwa 100 nm dünne Dielektrikumsschicht 10 durchdrungen werden kann und eine elektrische und mechanische Verbindung der Metallschicht 2 an dem Solarzellensubstrat 1 mit der Metallschicht 3 an dem Trägersubstrat 4 bewirkt werden kann.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen, wie erste und zweite Metallschichten 2, 3 an dem Solarzellensubstrat 1 bzw. am Trägersubstrat 4 ausgebildet sein können, möglich sind. Ferner können weitere Dielektrikumsschichten 10 an verschiedenen Positionen an dem Solarzellensubstrat 1, beispielsweise über der Metallschicht 2, zwischen der Metallschicht 2 und dem Solarzellensubstrat 1, etc. an den verschiedenen Oberflächen des Solarzellensubstrates 1 vorgesehen sein. Diese Dielektrikumsschichten 10 können zur Passivierung der Oberfläche des Solarzellensubstrates 1 oder als Antireflexschicht oder als elektrisch isolierende Schicht dienen und sollen den Laserbondvorgang zwischen dem Solarzellensubstrat 1 und der Metallschicht 3 an dem Trägersubstrat 4 nicht behindern.
  • Abschließend wird darauf hingewiesen, dass in den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen jeweils bereits an dem Solarzellensubstrat 1 Metallschichten 2 vorgesehen sind, mit denen dann im Rahmen des Metallisierungsvorgangs die an dem Trägersubstrat 4 vorgesehenen Metallschichten 3 eine einstückige Verbindung eingehen können. Da das eingesetzte Laserbondverfahren hierbei eine Verwendung von Aluminium für die Metallschichten 2 an dem Solarzellensubstrat 1 ermöglicht, kann dies eine für den industriellen Einsatz bevorzugte Ausführungsform sein.
  • Allerdings müssen an dem Solarzellensubstrat 1 nicht zwingend bereits Metallschichten 2 vorgesehen sein. In (nicht graphisch dargestellten) Ausführungsformen können die an dem Trägersubstrat 4 vorgesehenen Metallschichten 3 während des Laserbondvorganges auch direkt eine Bondverbindung mit einer Oberfläche des Halbleitermaterials des Solarzellensubstrates 1 eingehen. Dabei kann bei Verwendung von Aluminium für die Metallschicht 3 insbesondere vorteilhaft genutzt werden, dass Aluminium bereits unterhalb seiner Schmelztemperatur, d. h. oberhalb einer Eutektikumtemperatur, eine flüssige eutektische Phase mit Silizium eines Solarzellensubstrates 1 bilden kann und es somit bereits bei niedrigeren Temperaturen zu einer einstückigen elektrischen Verbindung der an dem Trägersubstrat 4 vorgesehenen Metallschicht 3 mit dem Solarzellensubstrat 1 kommen kann.
  • Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassen”, „aufweisen” etc. das Vorhandensein weiterer Elemente nicht ausschließen. Der Begriff „ein” schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Gegenständen nicht aus. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Solarzellensubstrat
    2
    zweite Metallschicht
    3
    erste Metallschicht
    4
    Trägersubstrat
    5
    Laserstrahlung
    6
    Laserstrahlung
    7
    Verbindungsbereich
    8
    externe Anschlüsse
    9
    interne Metallverbindung
    10
    Dielektrikumschicht
    20
    Solarzelle
    100
    Photovoltaikmodul

Claims (13)

  1. Verfahren zum Metallisieren und elektrischen Verbinden mehrerer Solarzellen (20), wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen mehrerer Solarzellensubstrate (1); Bereitstellen eines Trägersubstrates (4), welches an einer Oberfläche wenigstens eine fest mit dem Trägersubstrat (4) verbundene erste Metallschicht (3) trägt; Anlagern der Solarzellensubstrate (1) jeweils mit einer Oberfläche eines Solarzellensubstrates (1) angrenzend an die erste Metallschicht (3) an dem Trägersubstrat (4); Einbringen von Energie in die Metallschicht (3) durch lokales Bestrahlen der Metallschicht (3) mit Laserstrahlung (5, 6) derart, dass die Laserstrahlung (5, 6) durch wenigstens eines des Solarzellensubstrates (1) und des Trägersubstrates (4) hindurch in einer Richtung hin zu der ersten Metallschicht (3) transmittiert wird und dass die erste Metallschicht (3) aufgrund von Erhitzung durch absorbierte Laserstrahlung (5, 6) direkt mit dem angrenzenden Solarzellensubstrat (1) irreversibel verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen die Oberfläche der Solarzellensubstrate (1) und die daran angrenzende erste Metallschicht (3) kein Zusatzmaterial mit einer Verflüssigungstemperatur, die wesentlich geringer ist als die Verflüssigungstemperatur des Metalls der ersten Metallschicht (3), zwischengelagert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei an einer Oberfläche zumindest eines Solarzellensubstrates (1) eine fest mit dem Solarzellensubstrat verbundene zweite Metallschicht (2) ausgebildet ist, und wobei durch das lokale Bestrahlen mit Laserstrahlung (5, 6) zumindest eine der ersten und der zweiten Metallschicht (3, 2) für das irreversible Verbinden erhitzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zwischen die erste Metallschicht (3) und die daran angrenzende zweite Metallschicht (1) kein Zusatzmaterial mit einer Verflüssigungstemperatur, die wesentlich geringer ist als die Verflüssigungstemperatur der Metalle der ersten und zweiten Metallschicht, (3, 2) zwischengelagert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die erste und die zweite Metallschicht (3, 2) aus dem gleichen Metall bestehen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste und/oder die zweite Metallschicht (3, 2) eine Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 300 μm aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Eigenschaften der Laserstrahlung (5, 6) derart gewählt sind, dass es durch Absorption der Laserstrahlung (5, 6) in einer Metallschicht (2, 3) temporär zu einem lokalen Verflüssigen der Metallschicht (2, 3) kommt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Eigenschaften der Laserstrahlung (5, 6) derart gewählt sind, dass es beim Bestrahlen der Metallschicht (2, 3) zu keiner einen Wirkungsgrad der jeweiligen Solarzelle reduzierenden schädigenden Erhitzung des Solarzellensubstrates (1) kommt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Metallschicht (2, 3) mit einem gepulsten Laser bestrahlt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Trägersubstrat (4) aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Trägersubstrat (4) aus einer Folie besteht.
  12. Photovoltaikmodul aus mehreren metallisierten und miteinander elektrisch verbundenen Solarzellen (20), aufweisend: mehrere Solarzellen (20); ein einzelnes Trägersubstrat (4), welches an einer Oberfläche wenigstens eine fest mit dem Trägersubstrat verbundene erste Metallschicht (3) trägt; wobei jede der Solarzellen (20) mit einer Oberfläche an der ersten Metallschicht (3) des Trägersubstrates (1) angelagert angeordnet ist; und wobei jede der Solarzellen (20) zumindest lokal einstückig mit der Metallschicht (3) elektrisch verbunden ist.
  13. Photovoltaikmodul nach Anspruch 12, wobei zwischen die Solarzellen (20) und die daran angrenzende erste Metallschicht (3) kein Zusatzmaterial mit einer Verflüssigungstemperatur, die wesentlich geringer ist als die Verflüssigungstemperatur des Metalls der ersten Metallschicht (3), zwischengelagert ist.
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KR1020137033241A KR20140048884A (ko) 2011-06-14 2012-06-13 다수의 솔라셀 및 태양광 모듈을 전기적으로 연결하기 위한 방법
JP2014515177A JP2014519713A (ja) 2011-06-14 2012-06-13 複数の太陽電池を電気的に接続する方法および光発電モジュール
CN201280029695.5A CN103748691A (zh) 2011-06-14 2012-06-13 电连接多个太阳能电池的方法及光伏组件

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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6141223B2 (ja) 2013-06-14 2017-06-07 三菱電機株式会社 受光素子モジュールおよびその製造方法
US9437756B2 (en) * 2013-09-27 2016-09-06 Sunpower Corporation Metallization of solar cells using metal foils
KR101661948B1 (ko) * 2014-04-08 2016-10-04 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
CN105609584B (zh) * 2014-11-19 2023-10-24 苏州易益新能源科技有限公司 一种太阳能电池组件生产方法
KR101780564B1 (ko) * 2015-12-14 2017-09-21 한화첨단소재 주식회사 전극 부착형 태양전지 보호시트, 태양전지 모듈 및 이들의 제조방법
US10411152B2 (en) * 2016-06-27 2019-09-10 Merlin Solar Technologies, Inc. Solar cell bonding
WO2020109696A1 (fr) * 2018-11-29 2020-06-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Cellule solaire photovoltaique presentant des fonctions de stockage d'information et d'affichage
KR102583826B1 (ko) * 2019-05-24 2023-10-06 한국전자통신연구원 레이저 접합 방법
WO2023031916A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-09 Solarpaint Ltd. Enhanced flexible solar panels and photovoltaic devices, and methods and systems for producing them
CN115172494A (zh) * 2022-07-01 2022-10-11 浙江爱旭太阳能科技有限公司 一种ibc电池组件封装工艺及ibc电池组件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3423172C2 (de) * 1983-06-22 1995-08-24 Hitachi Ltd Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie
DE102006044936B4 (de) * 2006-09-22 2008-08-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen und dessen Verwendung
WO2010027265A2 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Solland Solar Energy Holding B.V. Method of monolithic photo-voltaic module assembly

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3411952A (en) * 1962-04-02 1968-11-19 Globe Union Inc Photovoltaic cell and solar cell panel
DE2139850A1 (de) * 1971-08-09 1973-02-15 Licentia Gmbh Verfahren und einrichtung zur verbindung von kontakten an solargeneratoren
JPS60128647A (ja) * 1983-12-16 1985-07-09 Hitachi Ltd 可撓性フィルム導体リードおよびこれを用いた太陽電池装置ならびにその製造方法
GB2247564B (en) * 1990-08-16 1995-01-04 Eev Ltd A solar cell arrangement
DE19751487A1 (de) * 1997-11-20 1999-06-02 Pac Tech Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Verbindung von Anschlußflächen zweier Substrate
KR100638824B1 (ko) * 2005-05-20 2006-10-27 삼성전기주식회사 발광 다이오드 칩의 접합 방법
JP2008277438A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Ricoh Microelectronics Co Ltd 電子部品、基板、並びに、電子部品及び基板の製造方法
CN101312219A (zh) * 2007-05-21 2008-11-26 国硕科技工业股份有限公司 太阳能电池
DE102007052972A1 (de) * 2007-11-07 2009-05-14 Solarion Ag Verfahren und Mittel zum Verbinden dünner Metallschichten
JP2009152249A (ja) * 2007-12-18 2009-07-09 Seiko Epson Corp 接合方法、接合体、半導体装置および光電変換素子
EP2329530A4 (de) * 2008-08-27 2013-03-20 Applied Materials Inc Rückseitenkontakt-solarzellmodule

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3423172C2 (de) * 1983-06-22 1995-08-24 Hitachi Ltd Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie
DE102006044936B4 (de) * 2006-09-22 2008-08-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen und dessen Verwendung
WO2010027265A2 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Solland Solar Energy Holding B.V. Method of monolithic photo-voltaic module assembly

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