DE10348542A1 - Cell contacting and attachment process for photovoltaic module, involves using conductive adhesive layer to attach cell to a carrier - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kontaktierungs- und Befestigungsverfahren von Zellen auf einem Träger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a contact and cell attachment methods on a support the preamble of claim 1.
Zur Kontaktierung und Verschaltung von Siliziumzellen in Photovoitaikmodulen und ähnlichen Vorrichtungen zur Gewinnung von Elektroenergie aus solarer Strahlung werden nach dem Stand der Technik dünne Metallbänder, die beidseitig verzinnt sind, verwendet. Die zu kontaktierenden Zellen werden an dafür vorgesehenen Kontaktierungsstellen mit einem Flussmittel benetzt und mit den Metallbändern verlötet. Die so verbundenen Zellen bilden Verbände, die als „Strings" bezeichnet werden. Diese Strings werden auf Trägerflächen, insbesondere Glasflächen oder Vorrichtungen aus einem vergleichbaren isolierenden Material aufgelegt, nochmals untereinander verschaltet und mittels Vergießen oder Beschichtung durch Folien und dergleichen Materialien mit dem Trägermaterial verbunden.For contacting and interconnection of silicon cells in photovoltaic modules and similar devices for Extraction of electrical energy from solar radiation will be carried out after the State of the art thin Metal bands, which are tinned on both sides. The to be contacted Cells are on for this provided contact points provided with a flux and with the metal bands soldered. The cells connected in this way form associations which are referred to as “strings”. These strings are on carrier surfaces, in particular glass surfaces or Devices made of a comparable insulating material, again interconnected and by means of casting or coating through foils and the like materials with the carrier material connected.
Ein derartiges Kontaktierungs- und Befestigungsverfahren weist eine Reihe von gravierenden Nachteilen auf. Die Kontaktierung der Zellen und deren Befestigung im Träger stellen kostenintensive Prozesse dar, deren Ausführung die Qualität des hergestellten Moduls stark beeinflusst. Durch den Lötvorgang werden die Zellen thermisch zum Teil extrem stark belastet. Entsprechend hoch ist die Bruch- und Ausschussquote bei den kontaktierten und verbundenen Zellen. Zudem ist eine Automatisierung des Kontaktierungs- und Befestigungsvorgangs wegen des komplizierten technologischen Ablaufs der Fertigung nach dem bekannten Stand der Technik bislang nicht oder nur unbefriedigend möglich.Such contacting and Fastening methods have a number of serious disadvantages on. Place the contacting of the cells and their fastening in the carrier cost-intensive processes, the execution of which the quality of the manufactured Module strongly influenced. The cells become through the soldering process partially extremely thermally stressed. Is correspondingly high the breakage and reject rate of the contacted and connected Cells. There is also an automation of the contacting and fastening process because of the complicated technological process of manufacturing the known prior art so far not or only unsatisfactorily possible.
Es ergibt sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe, ein Kontaktierungs- und Befestigungsverfahren für Zellen auf einem Träger, insbesondere von Siliziumzellen oder dergleichen Photovoltaikzellen in einem Photovoltaikmodul anzugeben, das die genannten Nachteile und Probleme weitgehend vermeidet und eine einfache, kostengünstige und schnelle Befestigung und Kontaktierung der Zellen auf dem Träger ermöglicht, wobei die Arbeitsabläufe eine Grundlage für eine Automatisierung des Herstellungsprozesses bilden können. Ebenfalls besteht die Aufgabe, ein Photovoltaikmodul anzugeben, das einfach und automatisiert zu fertigen ist und dessen Zellen in unterschiedlichster Weise kostengünstig und aufwandsarm verschaltet sind.It follows from this background the task of a contacting and fastening method for cells on a carrier, in particular of silicon cells or the like photovoltaic cells specify in a photovoltaic module that the disadvantages mentioned and largely avoids problems and a simple, inexpensive and enables fast attachment and contacting of the cells on the carrier, taking the work flow a basis for can automate the manufacturing process. Likewise the task is to specify a photovoltaic module that is simple and can be manufactured automatically and its cells in a wide variety of ways Way inexpensive and are connected with little effort.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrensaspektes mit einem Kontaktierungs- und Befestigungsverfahren nach Anspruch 1 und hinsichtlich des Vorrichtungsaspektes mit einem Photovoltaikmodul nach Anspruch 10 gelöst, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen der Hauptansprüche beinhalten.The task is with regard to Process aspect with a contacting and fastening method according to claim 1 and in terms of the device aspect with a Solved photovoltaic module according to claim 10, wherein the subclaims useful embodiments of the main claims include.
Grundidee des erfindungsgemäßen Kontaktierungs- und Befestigungsverfahrens für die Zellen ist es, die Kontaktierung und Befestigung der Zellen mittels einer leitfähigen und klebenden Beschichtung auszuführen, wobei in einem ersten Verfahrensschritt der Träger und/oder eine erste zu befestigende Zelle auf deren Rückseite mit einer ersten leitfähigen und klebenden Beschichtung versehen wird, die erste Zelle danach auf den Träger aufgelegt, positioniert und unter leichtem Druck unter Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit der leitfähigen klebenden Beschichtung eingefügt wird. Im Anschluss daran wird die erste Zelle auf deren Vorderseite und/oder der Träger mit einer weiteren klebenden leitfähigen Beschichtung versehen und eine weitere Zelle auf den Träger aufgelegt, positioniert und unter leichtem Druck auf dem Träger eingefügt, wobei durch die leitfähige klebende Beschichtung ein elektrischer Kontakt mit der ersten Zelle erreicht wird.Basic idea of the contacting according to the invention and fastening method for the cells is the means of contacting and attaching the cells a conductive and adhesive coating, in a first Process step of the carrier and / or a first cell to be attached on the back with a first conductive and adhesive coating, the first cell after on the carrier applied, positioned and under slight pressure under manufacture an electrical contact with the conductive adhesive coating added becomes. Following this, the first cell is on its front and / or the carrier provided with another adhesive conductive coating and another cell placed on the carrier, positioned and inserted under light pressure on the carrier, being through the conductive adhesive Coating reached an electrical contact with the first cell becomes.
Die genannten Schritte werden wiederholt, wobei entsprechend neue Zellen eingefügt werden. Im Anschluss daran wird eine Abdeckung und/oder eine Laminierung und/oder ein Vergießen der verklebten und leitfähigen Anordnung aus Zellen und Träger ausgeführt, wobei in einem durch die erhöhte Temperatur beim Laminieren / Vergießen verbundenen Trockungsvorgang der Kontaktstellen die verklebten und kontaktierten Verbindungen aushärten.The above steps are repeated, whereby new cells added accordingly become. This is followed by a cover and / or a lamination and / or a potting the glued and conductive Arrangement of cells and carrier executed being in one by the elevated temperature when laminating / potting associated drying process of the contact points glued and harden the contacted connections.
Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit, die Kontaktierung der Zellen in dem Modul mittels eines Klebeverfahrens auszuführen, wobei durch eine leitfähige klebende Beschichtung gleichzeitig eine Befestigung der Zellen auf dem Träger erfolgt. Bei Ausführung eines solchen Verfahrens entfällt von vornherein eine extreme thermische Belastung, wie sie bei der bisher verwendeten Lötkontaktierung der Fall ist. Das Verkleben der Zellen kann bei Raumtemperaturen erfolgen, während der nachfolgende Vorgang des Aushärtens der verklebten und kontaktierten Verbindungen bei weitaus geringeren Temperaturen als bei einem Lötverfahren erfolgt, die zudem nicht lokal auf einzelne Zellen oder Teilbereiche von Zellen, sondern gleichmäßig auf die verklebte Zellenanordnung einwirken. Dadurch werden mechanische Spannungen infolge ungleichmäßiger thermischer Ausdehnungen des Zellenmaterials weitgehend vermieden. Das Aushärten der klebenden Beschichtungen erfolgt in Verbindung und zeitgleich mit nachfolgenden technologischen Fertigungsschritten, wodurch Fertigungszeit eingespart wird.Basis of the method according to the invention It is thus by means of contacting the cells in the module perform an adhesive process, wherein through a conductive adhesive coating also attaches the cells the carrier he follows. When running no such procedure an extreme thermal load from the outset, as is the case with the previously used solder contact the case is. The cells can stick together at room temperature done while the subsequent process of curing the bonded and contacted Connections at much lower temperatures than with a soldering process takes place, which is also not local to individual cells or sub-areas of cells, but evenly on act on the glued cell arrangement. This will make mechanical Stresses due to uneven thermal Extensions of the cell material largely avoided. The curing of the adhesive coatings are carried out in conjunction with and at the same time as subsequent technological manufacturing steps, reducing manufacturing time is saved.
In einer ersten Verfahrensvariante erfolgt die klebende Beschichtung unter Verwendung von mit leitfähigem Kleber beschichteten Streifen öder Streifen aus einem anderen, leitfähigen Material, insbesondere leitfähigen Kunststoffen oder leitfähigen Geweben. Dabei werden die Streifen unmittelbar auf den Träger und die vorgesehenen Kontaktierungsstellen der Zellen wie ein Klebeband aufgeklebt.In a first process variant, the adhesive coating is carried out using strips or strips made of another, conductive material, in particular conductive plastics or conductive fabrics, coated with conductive adhesive. The stripes are immediately on the carrier and the intended contact points of the cells are glued on like an adhesive tape.
In einer weiteren Verfahrensvariante wird die leitfähige und klebende Beschichtung in Form eines leitfähigen Klebstoffs und/oder eines leitfähigen Lackes oder eines anderen fließfähigen leitfähigen Materials aufgebracht, wobei der leitfähige Klebstoff bzw. der leitfähige Lack mittels eines Druckverfahrens auf den Träger und die vorgesehenen Kontaktierungsstellen der Zellen aufgetragen wird. Anschließend erfolgt eine Trocknung des Lackes in Verbindung mit dem Laminieren, dem Abdecken und/oder dem Vergießen der verklebten Anordnung aus Zellen und Träger. Eine Verwendung leitfähiger Klebstoffe oder Lacke ist insbesondere dann in Verbindung mit einem Druckverfahren vorteilhaft, weil mit Hilfe eines solchen Verfahrens Leiterbahnstrukturen komplett und in einem Arbeitsgang in Verbindung mit einem automatisierungsfähigen Druckverfahren aufgetragen werden können.In a further process variant becomes the conductive and adhesive coating in the form of a conductive adhesive and / or conductive Paint or other flowable conductive material applied, the conductive Adhesive or the conductive Paint using a printing process on the support and the intended contact points the cells are applied. Then drying takes place of the lacquer in connection with the lamination, covering and / or the Shed the glued arrangement of cells and carrier. Use of conductive adhesives or Varnish is especially in connection with a printing process advantageous because with the help of such a method, conductor track structures complete and in one operation in connection with an automatable printing process can be applied.
Bei einer Verwendung einer Abdeckung und/oder einer Laminierung des Photovoltaikmoduls insbesondere aus transparentem Kunststoff, aus Glas und/oder Folienmaterial kann ein Verkleben der Zellen in einer weiteren Verfahrensvariante auch dadurch erfolgen, dass zunächst die Zellen auf dem Abdeckungs-/Laminiermaterial verklebt werden, wobei im Anschluss daran rückseitig ein Aufkleben des Trägers mit einer weiteren klebenden und kontaktierenden Verbindung und daran anschließend eines Vergusses auf die Zellenanordnung erfolgt.When using a cover and / or a lamination of the photovoltaic module in particular from transparent Plastic, glass and / or foil material can be glued in a further method variant, the cells are also made that first the cells are glued to the cover / laminating material, afterwards on the back sticking the carrier with another adhesive and contacting connection and after that a potting on the cell arrangement.
Das Aufbringen der klebenden leitfähigen Streifen kann mittels eines Aufwalzverfahrens erfolgen, bei dem eine kontrollierte und automatisierte Abgabe der klebenden Streifen in Verbindung mit einem Andrücken der Streifen auf Zelle bzw. Träger erfolgt.The application of the adhesive conductive strips can be carried out by means of a rolling process in which a controlled and automated dispensing of the adhesive strips in connection with a press the stripe on cell or carrier he follows.
Der leitfähige klebende Lack bzw. der Klebstoff können mit einem Siebdruck- oder einem Offsetdruckverfahren auf Zellen, Abdeckung, Laminierung oder Träger aufgebracht werden. Die jeweilige Auswahl des betreffenden Druckverfahrens oder der klebenden Mittel und deren Kombination wird dabei den jeweils vorhandenen Material- und Oberflächeneigenschaften der Zellen, Träger, Abdeckungen, Laminierungen und dergleichen Komponenten angepasst.The conductive adhesive paint or the Can glue with a screen printing or offset printing process on cells, Cover, lamination or carrier be applied. The respective selection of the printing process concerned or the adhesive and their combination is the respective existing material and surface properties of cells, carriers, Covers, laminations and the like components adjusted.
Im einzelnen umfasst eine erste Version eines Herstellungsprozesses eines Photovoltaikmoduls mit Zellen und einem rückseitigen Träger folgende Schritte:Specifically, a first version includes a manufacturing process of a photovoltaic module with cells and a back carrier following steps:
In einem ersten Herstellungsschritt erfolgt ein Aufbringen einer ersten Gesamtheit trägerseitiger Kontaktierungsbahnen aus leitfähigen klebstoffbeschichteten Streifen auf die Oberfläche des Trägers mit einer im wesentlichen periodischen, zukünftigen Zellenplätzen entsprechenden Anordnung einer trägerseitigen Kontaktierung der Zellen in Form von Querstreifen. In einem zweiten Herstellungsschritt schließt sich ein Einfügen, Andrücken und ein klebendes trägerseitiges Kontaktieren und Befestigen aller Zellen des Photovoltaikmoduls an. In einem dritten Herstellungsschritt wird eine vorderseitige Kontaktierung der Zellen ebenfalls als eine leitfähige klebende Beschichtung entweder auf die Abdeckung oder die aufgeklebte Zellenanordnung aufgebracht und optional Anordnungen von Bypassdioden zwischen träger- und vorderseitiger Kontaktierung eingefügt.In a first manufacturing step the first set of carrier-side contacting webs is applied from conductive adhesive coated strips on the surface of the backing with a substantially periodic future cell locations Arrangement of a carrier side Contacting the cells in the form of horizontal stripes. In a second Manufacturing step closes an insertion, press and an adhesive backing Contact and fix all cells of the photovoltaic module on. In a third manufacturing step, a front Contacting the cells also as a conductive adhesive Coating on either the cover or the glued cell arrangement applied and optional arrangements of bypass diodes between carrier and front contacting inserted.
Eine zweite Version eines Herstellungsprozesses eines Photovoltaikmoduls umfasst folgende Schritte:A second version of a manufacturing process of a photovoltaic module comprises the following steps:
In einem ersten Herstellungsschritt werden trägerseitige Kontaktflächen der Zellen aus leitfähigem Lack auf die Trägeroberfläche aufgedruckt. Im wesentlichen zeitgleich dazu erfolgt ein Aufdrucken der abdeckungsseitigen Kontaktierungen aus leitfähigem Lack auf eine den Zellen zugewandte Innenseite der Abdeckung.In a first manufacturing step become carrier-side contact surfaces of cells made of conductive Lacquer printed on the carrier surface. Essentially at the same time, the cover-side is printed Contacts made of conductive Paint on an inside of the cover facing the cells.
Die Zellen werden danach entweder auf dem Träger oder auf der Abdeckung entsprechend der Position der Kontaktierungen aufgelegt, positioniert und leicht zum Realisieren der klebenden Verbindung angedrückt. Danach wird die Abdeckung bzw. der Träger auf die geklebte Zellenanordnung aufgelegt, positioniert und unter einem leichten Andruck leitfähig verklebt.The cells are then either on the carrier or on the cover according to the position of the contacts applied, positioned and easy to implement the adhesive Connection pressed. Then the cover or the carrier is placed on the glued cell arrangement applied, positioned and conductively glued under a slight pressure.
Ein solches Herstellungsverfahren vereinfacht den Herstellungsprozess von Photovoltaikmodulen beträchtlich und ermöglicht es zum Teil, auf ein Vergießen der Zellenanordnung zu verzichten, indem die klebenden Kontaktierungen in ihren Abmessungen und ihrer Gestaltung so ausgeführt werden, dass diese in Verbindung mit Zellen, Abdeckungen, Laminierungen und Träger einen festen Verband eines Photovoltaikmoduls ergeben, der ohne weitere Verbundwerkstoffe und Verbundverfahren auskommt und eine erforderliche mechanische Stabilität aufweist.Such a manufacturing process Simplifies the manufacturing process of photovoltaic modules considerably and enables it in part, on a shedding dispense with the cell arrangement by the adhesive contacts in terms of their dimensions and their design, that this in conjunction with cells, covers, laminations and carrier result in a fixed association of a photovoltaic module that without other composite materials and composite processes and one has the required mechanical stability.
Ein Photovoltaikmodul, das entsprechend den oben genannten Verfahrensschritten und Verfahrensmitteln gefertigt ist, besteht aus einem geschlossenen Verbund einer Anordnung aus elektrisch leitfähig und klebend auf einem Träger, und/oder mit einer Abdeckung und untereinander verbundener Zellen.A photovoltaic module that corresponds to the above-mentioned process steps and process means is composed of a closed composite of an arrangement electrically conductive and stick on a carrier, and / or with a cover and interconnected cells.
Dabei besteht die klebende und leitfähige Verbindung der Zellen mit Träger und/oder Abdeckung in einer ersten Ausführungsform aus einer elektrisch leitfähig verklebten Anordnung von mit einem leitfähigem Klebstoff beschichteten, aus einem leitfähigen Material bestehenden Streifen.There is an adhesive and conductive connection of cells with carrier and / or cover in a first embodiment from an electrical conductive glued arrangement of coated with a conductive adhesive, from a conductive Material existing strips.
In einer zweiten Ausführungsform eines solchen Photovoltaikmoduls ist die verklebte Anordnung mit elektrisch leitfähigem Lack verklebter Zellen, Träger und Abdeckungen bzw. Laminierungen realisiert. In a second embodiment such a photovoltaic module is the glued arrangement with electrically conductive Lacquer of glued cells, carrier and covers or laminations realized.
Das Photovoltaikmodul weist in einer ersten Ausführungsform eine auf dem Träger angeordnete erste klebefähige Elektrodenanordnung aus mindestens einer periodischen im wesentlichen in Längsrichtung des Trägers verlaufenden Anordnung von Verbindern und im wesentlichen quer zur Längsrichtung des Trägers verlaufenden trägerseitigen Querstreifen auf, auf die eine Anordnung von Zellen aufgeklebt ist. Weiterhin befindet sich eine auf der Oberseite der Zellen aufgeklebte und im wesentlichen quer zur Längsrichtung des Moduls orientierte Anordnung von kontaktierenden Querelektroden.In a first embodiment, the photovoltaic module has a first adhesive electrode arrangement which is arranged on the carrier and comprises at least one periodic arrangement of connectors which runs essentially in the longitudinal direction of the carrier and a cross on the carrier side which runs essentially transversely to the longitudinal direction of the carrier strips on which an arrangement of cells is glued. Furthermore, there is an arrangement of contacting transverse electrodes glued to the top of the cells and oriented essentially transversely to the longitudinal direction of the module.
In einer zweiten Ausführungsform weist ein Photovoltaikmodul eine mit leitfähigen Verklebungen kontaktierte Anordnung aus einer streifenförmig auf den Träger gedruckten trägerseitigen Elektrodenanordnung aus leitfähigem Lack, einer streifenförmig auf eine transparente Abdeckung gedruckte oberflächenseitige Elektrodenanordnung aus leitfähigem Lack und eine Anordnung von durch die Elektrodenanordnung mit Abdeckung und Träger verklebter Zellen auf. Die Anordnungen werden durch periodisch angeordnete Bypassdioden zwischen träger- und oberflächenseitiger Elektrodenanordnung ergänzt.In a second embodiment has a photovoltaic module contacted with conductive bonds Arrangement from a stripe-shaped on the carrier printed carrier side Electrode arrangement made of conductive Lacquer, one in stripes a transparent cover printed surface-side electrode assembly made of conductive paint and an arrangement of through the electrode arrangement with cover and carrier cells stuck together. The arrangements are arranged by periodic ones Bypass diodes between carrier and more surface Electrode arrangement supplemented.
Weiterhin ist es möglich, aufgedruckte leitfähige Elektroden mit aufgeklebten leitfähigen Elektroden in einem Photovoltaikmodul im Rahmen fachmännischen Handelns zu kombinieren.It is also possible to print conductive Electrodes with glued conductive electrodes in a photovoltaic module within the framework of professional To combine action.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Zur Verdeutlichung dienen die
Während
in
Je nach einem gestellten Anspruch
an eine mechanische Stabilität,
die von den kontaktierenden Verklebungen maßgeblich mit beeinflusst wird,
können
somit Reihen- bzw. Parallelschaltungen von Zellen
Die folgenden Figuren
In
Eine vollflächige klebende Lackkontaktierung
kann sowohl auf der Trägerseite
der Zellen, als auch auf deren Vorderseite vorgenommen werden. Auf
der Vorderseite der Zellen ist dafür eine leitende klebende Lackkontaktierung
mittels eines leitenden lichtdurchlässigen Klarlackes möglich.
Die Darstellungen in den
Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele können im Rahmen fachmännischen Handelns zweckmäßig erweitert werden. So ist es denkbar, mehrere Zellen parallel zu verschalten, andere Zellenformen und -anordnungen auf beliebig anders geformten Trägern anzuordnen oder leitfähige klebende Streifen in zweckmäßiger Weise mit leitfähigen Lackbeschichtungen zu kombinieren, wo dies eine Konstruktion und Herstellung der Photovoltaikmodule erfordert.The embodiments shown here can in Framework professional Action expediently expanded become. So it is conceivable to connect several cells in parallel, other cell shapes and arrangements on any other shape carriers arrange or conductive adhesive strips in a convenient manner with conductive To combine paint coatings where this is a construction and Manufacture of the photovoltaic modules required.
Ebenfalls können die zum Auftragen der Lackbeschichtungen verwendeten Offset- und Siebdruckverfahren mit nachfolgend oder vorhergehend in einem Herstellungsprozess erfolgenden Aufwalzverfahren für leitfähige klebende Streifen kombiniert werden, ohne den Grundgedanken der hier dargestellten Erfindung zu verlassen.Likewise, the offset and screen printing processes used to apply the lacquer coatings can be combined with subsequent or previous roll-on processes for conductive adhesive strips, which are carried out in a manufacturing process, without the basic idea of what is presented here made invention to leave.
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |