DE112012006613B4 - Solarzellenmodul und Solarzellenmodul-Fertigungsverfahren - Google Patents
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Abstract
Solarzellenmodul (200), umfassend:
mehrere Solarzellen (202); und
ein rechteckiges sich in Längsrichtung der Solarzelle (202) erstreckendes Verbindungselement (204), das eine Verbindung zwischen zwei benachbarten Solarzellen (202) der mehreren Solarzellen (202) über eine Klebstoffschicht (206) schafft, wobei
jede der Solarzellen (202) einen Klebstoffabschnitt mit einer Kontaktlänge zwischen der Klebstoffschicht (206) und dem Verbindungselement (204) aufweist, wobei der Klebstoffabschnitt jeweils an einem Rand der Solarzelle (202) ein Ende und dazwischen einen Mittelbereich entlang der Längsrichtung des Verbindungselemente (204) aufweist,
wobei der Klebstoffabschnitt wenigstens an dem Ende an dem Rand der Solarzelle (202) auf der Seite, von der aus das Verbindungselement (204) aus der Solarzelle (202) herausgeführt ist, breiter ist als in dem Mittelbereich.
mehrere Solarzellen (202); und
ein rechteckiges sich in Längsrichtung der Solarzelle (202) erstreckendes Verbindungselement (204), das eine Verbindung zwischen zwei benachbarten Solarzellen (202) der mehreren Solarzellen (202) über eine Klebstoffschicht (206) schafft, wobei
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wobei der Klebstoffabschnitt wenigstens an dem Ende an dem Rand der Solarzelle (202) auf der Seite, von der aus das Verbindungselement (204) aus der Solarzelle (202) herausgeführt ist, breiter ist als in dem Mittelbereich.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul und ein Solarzellenmodul-Fertigungsverfahren.
- TECHNISCHER HINTERGRUND
- Wie in
7 gezeigt ist, besitzt ein Solarzellenmodul 100 eine Struktur, in der Sammelelektroden 12, die in mehreren Solarzellen 10 vorgesehen sind, untereinander mittels Verbindungselementen 14 verbunden sind. Verbindungselemente 14 sind leitend mit den Sammelelektroden 12 über eine leitende Klebstoffschicht verbunden, in der leitende Partikel dispergiert sind (sieheJP 2011-108985 A - US 2009 / 0 038 675 A1 zeigt die Verwendung eines leitfähigen Harzklebstoffs auf einer Oberseite der Oberfläche einer Verbindungselektrode. Der Klebeabschnitt weist eine konstante Breite über die gesamte Länge auf.
-
JP 2012 15 269 A -
JP 2009 141 264 A -
JP 2006 270 043 A - Bei dem in der
7 gezeigten Solarzellenmodul, wenn die Haftungskraft zwischen der Solarzelle 10 und dem Verbindungselement 14 abnimmt, besteht das Risiko des Abschälens des Verbindungselements 14. Wenn zu viel Klebstoff eingesetzt wird, um die Haftungskraft zu steigern, steht der Klebstoff von dem Verbindungselement 14 vor, und der vorstehende Klebstoff beschattet die Solarzelle 10, was zu einer Verschlechterung des Umwandlungswirkungsgrads führen kann. - OFFENBARUNG
- Die Erfindung stellt ein verbessertes Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bereit.
- Die Erfindung stellt weiter ein verbessertes Verfahren zum Fertigen eines Solarzellenmoduls bereit, wobei das Verfahren die Merkmalen des Patentanspruchs 3 aufweist.
- Vorteilhafte Wirkungsweise der Erfindung
- Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Kontakt zwischen der Solarzelle und dem Verbindungselement in dem Solarzellenmodul zu verstärken und einen Abschattungsverlust zu verringern.
- Figurenliste
-
-
1 zeigt eine Draufsicht, die ein Solarzellenmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. -
2 zeigt eine Querschnittansicht des Solarzellenmoduls der Ausführungsform der Erfindung. -
3 zeigt eine Querschnittansicht des Solarzellenmoduls der Ausführungsform der Erfindung. -
4 zeigt eine Querschnittansicht eines Verbindungselements mit einer Oberfläche, auf der eine unregelmäßige Form bei der Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. -
5 zeigt eine Draufsicht, die eine Klebstoffschicht in der Ausführungsform der Erfindung darstellt. -
6 zeigt eine Querschnittansicht, welche das Solarzellenmodul der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. -
7 zeigt eine Draufsicht eines herkömmlichen Solarzellenmoduls. - BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
- Ein Solarzellenmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, wie in dem Grundriss nach
1 und in den Querschnittansichten der2 und3 dargestellt ist, so konfiguriert, dass es Solarzellen 202, Verbindungselemente 204 und Klebstoffschichten 206 enthält.1 zeigt den Grundriss des Solarzellenmoduls 20 bei Betrachtung von der Lichtaufnahmefläche her.2 zeigt die Querschnittansicht entlang der Linie A-A in1 , und3 zeigt die Querschnittansicht entlang der Linie B-B in1 . - Die „Lichtaufnahmefläche“ ist eine der Hauptflächen der Solarzelle 202 und ist diejenige Fläche, die das von außen eintretende Licht vornehmlich aufnimmt. Beispielsweise gelangen 50% bis 100% des in die Solarzelle 202 einfallenden Lichts über die Lichtaufnahmefläche in die Solarzelle. Es gibt eine „Rückseitenfläche“, die eine der Hauptflächen der Solarzelle 202 ist, und es handelt sich dabei um die der Lichtaufnahmefläche abgewandte Seite.
- Die Solarzelle 202 enthält eine fotoelektrische Wandlereinheit 20a, die Ladungsträger (Elektronen und Löcher) durch Aufnahme von Licht, beispielsweise Sonnenlicht, erzeugt, eine erste Elektrode 20b auf der Lichtaufnahmefläche der fotoelektrischen Wandlereinheit 20a, und eine zweite Elektrode 20c auf der Rückseitenfläche der fotoelektrischen Wandlereinheit 20a. Die erste Elektrode 20b ist, wie
1 zeigt, eine Sammelelektrode mit Fingern, die kammförmig derart angeordnet sind, dass sie die Erstreckungsrichtung des Verbindungselements 204 kreuzen, und mit Sammelschienen zum Verbinden der Finger. Die Finger sind dünnlinige Elektroden zum Sammeln elektrischer Energie aus der fotoelektrischen Wandlereinheit 20a. Die Sammelschienen sind Elektroden zum Verbinden der mehreren Finger, und sie sind parallel zueinander mit einem vorbestimmten Zwischenabstand so angeordnet, dass sie von den Verbindungselementen 204 bedeckt sind. Die Finger und die Sammelschienen sind beispielsweise durch Siebdruck mit einer leitenden Paste gebildet. Die leitende Paste enthält leitende Füllstoffe wie beispielsweise Silber (Ag), das in einem Bindeharzmittel dispergiert ist, wobei die Paste in einem gewünschten Muster auf einer transparenten leitenden Schicht vorgesehen ist. Die zweite Elektrode 20c befindet sich auf der Rückseitenfläche der fotoelektrischen Wandlereinheit 20c in der gleichen Weise wie die erste Elektrode 20b. In der Solarzelle 202 werden von der fotoelektrischen Wandlereinheit 20a erzeugten Ladungsträger durch die erste Elektrode 20b und die zweite Elektrode 20c gesammelt. - Weil in der Solarzelle 202 über die Rückseitenfläche eintretendes Licht weniger ist als das über die Lichtaufnahmefläche eintretende Licht, kann die zweite Elektrode 20c auf der Rückseitenfläche eine größere Fläche einnehmen als die erste Elektrode 20b auf der Lichtaufnahmefläche. Beispielsweise kann die zweite Elektrode 20c eine größere Anzahl von Fingern aufweisen als die erste Elektrode 20b. Wenn weiterhin kein Licht über die Rückseitenfläche in die Solarzelle 202 gelangt, kann beispielsweise eine aus Silber (Ag) bestehende Metallschicht über nahezu der gesamten Oberfläche der Rückseitenfläche der fotoelektrischen Wandlereinheit 20a vorgesehen und als zweite Elektrode 20c verwendet werden.
- Die fotoelektrische Wandlereinheit 20a besitzt ein Substrat aus einem Halbleiterwerkstoff, beispielsweise kristallinem Silizium, Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumphosphid (InP). Obschon die Struktur der fotoelektrischen Wandlereinheit 20a keiner besonderen Beschränkung unterliegt, bezieht sich bei der vorliegenden Ausführungsform die Beschreibung auf die Annahme, dass die Struktur einen Hetero-Übergang zwischen einem n-leitenden monokristallinen Siliziumsubstrat und amorphem Silizium aufweist. In der fotoelektrischen Wandlereinheit 20a sind beispielsweise eigenleitendes amorphes Silizium, p-leitendes amorphes Silizium, das z.B. mit Bor (B) dotiert ist, und eine transparente leitende Schicht aus einem transparenten leitenden Oxid, z.B. Indiumoxid, in dieser Reihenfolge geschichtet. Außerdem sind auf der Rückseitenfläche des Substrats eine eigenleitende amorphe Siliziumschicht, eine n-leitende amorphe Siliziumschicht, die z.B. mit Phosphor (P) dotiert ist, und eine transparente leitende Schicht in dieser Reihenfolge aufgeschichtet.
- In dem Solarzellenmodul 200 sind die einander benachbarten Solarzellen 202 miteinander über die leitenden Verbindungselemente 204 verbunden. Als leitendes Element 204 kann beispielsweise eine aus Kupfer bestehende Metallfolie verwendet werden. Das Verbindungselement 204 verbindet die erste Elektrode 20b der Solarzelle 202 mit der zweiten Elektrode 20c der benachbarten Solarzelle 202. Die Verbindungselemente 204 sind an den Sammelschienen und den Fingern der ersten Elektrode 20b einer Solarzelle 202 angeklebt, und sind an den Sammelschienen und den Fingern der zweiten Elektrode 20c einer weiteren Solarzelle 202 angeklebt, wozu eine Klebstoffschicht 206 verwendet wird.
- Beispielsweise kann als Klebstoffschicht ein leitender Klebstofffilm oder eine leitende Klebstoffpaste, in der leitende Partikel in einem klebenden Hitze härtbaren Kunstharzmaterial dispergiert sind, beispielsweise in Epoxidharz, Acrylharz oder Urethanharz, verwendet werden. Der leitende Klebstofffilm kann ein anisotrop leitender Klebstoff sein, der in Richtung der Ebene der Solarzelle 202 hohe Leitfähigkeit besitzt und in Schichtdickenrichtung eine geringe Leitfähigkeit besitzt. Weiterhin kann auch eine nicht-leitende Paste verwendet werden, in der keine leitenden Partikel in einem Duroplast wie z.B. Epoxidharz, Acrylharz oder Urethanharz enthalten sind. In diesem Fall ist, wie
4 zeigt, eine von der ersten Elektrode 20b, der zweiten Elektrode 20c sowie das Verbindungselement 204 mit einer unregelmäßigen Form 204 versehen, so dass die erste Elektrode 20b und die zweite Elektrode 20c elektrisch mit dem Verbindungselement 204 über die unregelmäßige Form 204a verbunden sind. - Das Verbindungselement 204 besitzt einen gebogenen Abschnitt, an welchem eine Stufe der Dicke der Solarzelle 202 vorhanden ist. Der gebogene Abschnitt ist derart vorgesehen, dass eine Strukturlücke der Dicke der Solarzelle 202 gebildet wird, um die erste Elektrode 20b mit der zweiten Elektrode 20c derart zu verbinden, dass die einander benachbarten Solarzellen 202 innerhalb derselben Ebene liegen.
- Das Solarzellenmodul 200 kann von einer (nicht dargestellten) Schutzkomponente abgedichtet sein, um die Lichtaufnahmefläche und die Rückseitenfläche der Solarzelle 202 zu schützen. Beispielsweise kann als Schutzkomponente eine Komponente verwendet werden, die durchscheinend ist, beispielsweise eine Glasplatte, eine Harzmaterialplatte oder ein Harzfilm. Vorzugsweise ist die auf der Lichtaufnahmeseite der Solarzelle 202 vorhandene Schutzkomponente eine transparente Komponente, die Licht in einer Wellenlänge-Bandbreite durchlässt, die zur fotoelektrischen Umwandlung innerhalb der Solarzelle 202 genutzt wird. Gibt es auf der Rückseitenfläche der Solarzelle 202 kein einfallendes Licht, so kann als Schutzkomponente auf der Rückseitenfläche ein opaker plattenförmiger Körper oder Film verwendet werden. In diesem Fall kann als Schutzkomponente z.B. ein laminierter Film wie z.B. ein Kunstharzfilm mit darin befindlicher Aluminiumfolie verwendet werden. Die Schutzkomponente ist an sowohl der Lichtaufnahmefläche als auch der Rückseitenfläche der Solarzelle 202 mittels Füllstoffen befestigt.
- In dem Solarzellenmodul 200 dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Kontaktlängen zwischen der Klebstoffschicht 206 und dem Verbindungselement 204 zwischen dem Kanten- oder Randbereich einerseits und dem Mittelbereich der Solarzelle 202 andererseits, betrachtet in Längsrichtung des Verbindungselements 204. Insbesondere hat, wie in den
2 und3 gezeigt ist, das Solarzellenmodul 200 einen Klebstoffabschnitt mit einer größeren Kontaktlänge zwischen der Klebstoffschicht 206 und dem Verbindungselement 204 am Randbereich der Solarzelle 202 als an dem Mittelbereich entlang der Längsrichtung des Verbindungselements 204. - Die Kontaktlänge zwischen der Klebstoffschicht 206 und dem Verbindungselement 204 bedeutet, wie in
2 und3 dargestellt ist, eine Länge, über die die Klebstoffschicht 206 und das Verbindungselement 204 einander in einem Querschnitt berühren, der zu der Längsrichtung des Kontaktelements 204 vertikal verläuft. Darüber hinaus bedeuten der Randabschnitt und der zentrale oder Mittelabschnitt der Solarzelle 202 eine relative Lagerbeziehung zwischen sich, wobei der Rand- oder Kantenabschnitt ein Bereich bedeutet, der sich näher an einem Rand der Solarzelle 202 befindet als der mittlere Bereich. Genauer gesagt, wenn bei der vorliegenden Ausführungsform eine gewisse Zone des Verbindungselements 204 betrachtet wird, so ist die Kontaktlänge zwischen dem Verbindungselement 204 und der Klebstoffschicht 206 in einer Zone, die näher am Rand der Solarzelle 202 als die betrachtete Zone liegt, länger als in der betrachteten Zone. - Wie zum Beispiel in
5 gezeigt ist, kann die Klebstoffschicht 206 in Längsrichtung des Verbindungselements 204 (dargestellt durch eine gestrichelte Linie) derart aufgebracht werden, dass die Breite der Klebstoffschicht 206 am Kanten- oder Randbereich größer und im mittleren Bereich der Solarzelle 202 kleiner wird. Dabei ist es bevorzugt, den Klebstoffabschnitt mit einer größeren Kontaktlänge zwischen der Klebstoffschicht 206 und dem Verbindungselement 204 als im mittleren Bereich der Solarzelle 202 nicht nur am Randbereich des Verbindungselements 204 zu versehen, sondern auch am Randbereich der Solarzelle 202 auf der Seite, aus der das Verbindungselement 204 nach außen in Richtung der benachbarten Solarzelle 202 geführt ist. - Um die Kontaktlänge zwischen dem Verbindungselement 204 und der Klebstoffschicht 206 in Längsrichtung des Verbindungselements 204 zu ändern, kann die Aufbringmenge des Klebstoffs, der zu der Klebstoffschicht 206 entlang der Längsrichtung des Verbindungselements 204 wird, beim Aufbringen des Klebstoffs, der dann zu der Klebstoffschicht 206 wird, geändert werden. Beispielsweise kann eine größere Menge des Klebstoffs im Randbereich der Solarzelle 202 als in deren Mittelbereich aufgebracht werden, betrachtet in Längsrichtung des Verbindungselements 204, um anschließend das Verbindungselement 204 zu crimpen. Verfahren, die zum Ändern der Aufbringmenge des Klebstoffs verwendet werden können, enthalten ein Ändern der Bewegungsgeschwindigkeit eines Spenders entlang der Längsrichtung des Verbindungselements 204 und das Ändern des Ausstoßdrucks des Klebstoffs aus dem Spender entlang der Längsrichtung des Verbindungselements 204.
- Da im Allgemeinen eine Zone nahe dem Rand der Solarzelle 202 eine Zone ist, in der das Haften zwischen dem Verbindungselement 204 und der ersten Elektrode 20b zu einem Abtrennen neigt, ist es möglich, ein Abschälen wirksam zu unterdrücken, indem man die Kontaktlänge an den Randbereich der Solarzelle 202 größer als in dem Mittelbereich macht. Das Gleiche lässt sich über die Beziehung zwischen dem Verbindungselement 204 und der zweiten Elektrode 20c sagen. Da die Kontaktlänge im Mittelbereich kürzer als im Randbereich ist, kann man im Mittelbereich ein Herausragen der Klebstoffschicht 204 aus dem Verbindungselement 204 vermeiden, um dadurch einen durch die Klebstoffschicht 206 hervorgerufenen Abschattungsverlust zu beherrschen.
- Vorzugsweise wird, wie in der Querschnittansicht der
6 dargestellt ist, ein Steg 22 der Klebstoffschicht 204 in dem Kontaktbereich zwischen dem Verbindungselement 204 und der ersten Elektrode 20b am Rand der Solarzelle 202 gebildet. Der Steg 22 versteht sich als Bereich, an welchem ein Abschnitt der Klebstoffschicht 206 die Seitenfläche des Verbindungselements 204 berührt. Durch Schaffung des Stegs 22 wird der Kontakt zwischen dem Verbindungselement 204 und der ersten Elektrode 20b am Randbereich der Solarzelle 202 verstärkt, und der Effekt des Unterdrückens eines Abschälens des Verbindungselements 204 wird gesteigert. Das Gleiche lässt sich über die Beziehung zwischen dem Verbindungselement 204 und der zweiten Elektrode 20c sagen. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- SOLARZELLE,
- 12
- SAMMELELEKTRODE,
- 14
- VERBINDUNGSELEMENT,
- 20a
- FO-TOELEKTRISCHE WANDLEREINHEIT,
- 20b
- ERSTE ELEKTRODE,
- 20c
- ZWEITE ELEKTRODE,
- 22
- STEG,
- 100, 200
- SOLARZELLENMODUL,
- 202
- SOLARZELLE,
- 204
- VERBINDUNGSELEMENT,
- 206
- KLEBSTOFFSCHICHT
Claims (3)
- Solarzellenmodul (200), umfassend: mehrere Solarzellen (202); und ein rechteckiges sich in Längsrichtung der Solarzelle (202) erstreckendes Verbindungselement (204), das eine Verbindung zwischen zwei benachbarten Solarzellen (202) der mehreren Solarzellen (202) über eine Klebstoffschicht (206) schafft, wobei jede der Solarzellen (202) einen Klebstoffabschnitt mit einer Kontaktlänge zwischen der Klebstoffschicht (206) und dem Verbindungselement (204) aufweist, wobei der Klebstoffabschnitt jeweils an einem Rand der Solarzelle (202) ein Ende und dazwischen einen Mittelbereich entlang der Längsrichtung des Verbindungselemente (204) aufweist, wobei der Klebstoffabschnitt wenigstens an dem Ende an dem Rand der Solarzelle (202) auf der Seite, von der aus das Verbindungselement (204) aus der Solarzelle (202) herausgeführt ist, breiter ist als in dem Mittelbereich.
- Solarzellenmodul (200) nach
Anspruch 1 , bei dem das Solarzellenmodul (200) an dem Klebstoffabschnitt einen Steg (22) aufweist, wobei eine Seitenoberfläche des Verbindungselemente (204) und die Klebstoffschicht (206) miteinander an dem Steg (22) in Kontakt stehen. - Verfahren zum Fertigen eines Solarzellenmoduls (200), umfassend: einen ersten Schritt mit Aufbringen eines Klebstoffs auf eine Mehrzahl von Solarzellen (202), wobei der Klebstoff zu einer Klebstoffschicht (206) wird; und einen zweiten Schritt des Verbindens der mehreren Solarzellen (202) mit einem Verbindungselement (204) über die Klebstoffschicht (206), wobei ein Klebstoffabschnitt vorgesehen ist, der eine Kontaktfläche zwischen der Klebstoffschicht (206) und dem Verbindungselement (204) aufweist, wobei der Klebstoffabschnitt jeweils an einem Rand der Solarzelle (202) ein Ende und dazwischen einen Mittelbereich entlang der Längsrichtung des Verbindungselemente (204) aufweist; wobei im ersten Schritt eine größere Menge des Klebstoffs an wenigstens einem Ende des Klebstoffabschnitt, an der Seite, von der aus das Verbindungselement (204) aus der Solarzelle (202) herausgeführt ist, entlang der Längsrichtung des Verbindungselements (204) aufgebracht wird als in dem Mittelbereich.
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