DE19529306A1 - Verfahren zur Herstellung einer Bedrahtung für Solarzellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Drahtformen für die Bedrahtung von Solarzellen, wobei die Drähte mit dem aktiven Halbleiterkörper der Solarzelle in ohmschem Kontakt stehen. Es wird insbesondere die Vordersei­ tenkontaktierung einer Solarzelle mit der Problematik des ausreichenden Lichteinfalles in den Halbleiterkörper be­ schrieben.

Im Stand der Technik sind kristalline Solarzellen bekannt, die über zwei Millimeter breite Kupferbänder elektrisch mit­ einander verbunden sind. Dabei wird die Oberseite bzw. die lichtzugewandte Seite mit der Unterseite der nächsten Solar­ zelle in Serie geschaltet. So entstehen sogenannte "strings" mit meist neun bis zwölf Einzelzellen. Diese werden ihrer­ seits wieder zu einem Modul mit meist drei bis vier "strings" miteinander verbunden. Durch das Verlegen der Kupferbänder auf der Vorder- oder Oberseite der Solarzellen entstehen Ab­ schattungsverluste. Die allgemeine Bestrebung geht dahin, diese Abschattungsverluste so gering wie möglich zu halten. Es sind Solarzellen bekannt, die mit 1,5 mm breiten Bändern verschaltet werden. Damit sich die Leitungsverluste nicht er­ höhen, müssen jedoch die Bänder den gleichen Querschnitt auf­ weisen, wie die 2 mm breiten, müssen also dicker bzw. höher sein. Dabei ist denkbar, daß ein quadratischer Querschnitt entsteht. In der Praxis werden Drähte mit rundem Querschnitt verwendet.

Um den Wirkungsgrad der Solarzelle insgesamt weiter zu erhö­ hen, muß der Leitungswiderstand auf der Oberfläche der Zelle verringert werden. Dies läßt sich durch die Verringerung des Abstandes der Drähte untereinander erreichen, wodurch die An­ zahl der Drähte erhöht wird. Die richtige Bemessung der Drahtdurchmesser, wodurch der Anteil der Abschattung bestimmt wird, und die richtige Bemessung der Drahtanzahl, wodurch der Oberflächenwiderstand festgelegt wird, können optimiert wer­ den. Auf Grund der Leistungsdaten einer Solarzelle sind für deren Verschaltung vier bis zehn Kupferdrähte mit einem Durchmesser von 0,2 bis 0,5 mm Durchmesser notwendig.

Die Handhabung dieser Mehrzahl von Drähten mit sehr kleinem Durchmesser bereitet jedoch in der Praxis Schwierigkeiten. Die Handhabung beinhaltet die Verlegung, das Schneiden auf Länge, einen oder mehrere Biegevorgänge und die Positionie­ rung der Drähte auf einer Solarzelle entsprechend einem dar­ auf befindlichen vorgegebenen Muster von Leiterbahnen. Wei­ terhin muß die Positionierung und Fixierung der Drähte bis zum Abschluß der Verbindungsvorgänge hinaus aufrechterhalten werden. Bei der Positionierung ist eine hohe Genauigkeit ein­ zuhalten, um eine einwandfreie Kontaktierung, in der Regel eine Lötverbindung, zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Bedrahtung für Solarzellen bereitzustellen, mit dem verschiedene Drahtformen ausgebildet werden können und mehrere Drähte entsprechend einem Muster von Leiterbahn­ strukturen auf der Solarzelle positioniert und mit diesem Mu­ ster verbunden werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 oder 2.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Bedrah­ tung der Vorderseite einer Solarzelle mittelbar über ein Mu­ ster von auf der Solarzelle aufgebrachten Leiterbahnstruktu­ ren durch eine Vielzahl von elektrischen Leitern geschieht, die an das Muster angepaßt sind und damit elektrisch verbun­ den werden. Die elektrischen Leiter stehen einseitig über die laterale Fläche der Solarzelle hinaus. Die geringen Dimensio­ nierungen der Drähte erfordern ein exaktes Handling bezüglich der Ausformung und der Positionierung. Hierzu sind Greifer von Handhabungsgeräten bzw. Verlegevorrichtungen vorgesehen.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht die geometri­ sche Ausbildung der elektrischen Drähte in Form von Mäandern vor. In diesem Fall wird die Ausformung der Drahtmäander auf einer Verlegevorrichtung vorgenommen, wobei anschließend die gesamte Vorrichtung mit dem Drahmäander voraus auf eine Posi­ tioniervorrichtung mit einer darin befindlichen Solarzelle aufgesetzt wird.

Im folgenden werden anhand von schematischen Figuren Ausfüh­ rungsbeispiele beschrieben.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Greiferplatte für dünne Drähte zum einen von unten und als Schnittdarstellung,

Fig. 3 zeigt eine Verlegevorrichtung,

Fig. 4 und 5 zeigen eine Positioniervorrichtung in Vorder­ ansicht und als Draufsicht,

Fig. 6 bis 9 zeigen verschiedene Ausformungen von elektri­ schen Leitern, die der Reihe nach folgendes darstel­ len:

Fig. 6 Harfenform;

Fig. 7 Spazierstockform;

Fig. 8 Haarnadelform;

Fig. 9 Mäanderform.

Die Fig. 1 und 2 stellen das Prinzip einer Greiferplatte für dünne elektrische Leiter 1 dar. Fig. 1 zeigt die Ansicht von unten und Fig. 2 eine seitliche Schnittdarstellung. Der Drahtabstand ist hier stark verkürzt dargestellt. Die Grei­ ferplatte hat mindestens die Ausdehnung einer zu handhabenden Drahtform (elektrischer Leiter) und besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 2, einer Deckplatte 3, einer Vielzahl von Schiebern 4, 5 mit Greiferbacken und aus Traversen 6, 7, die die Schieber 4, 5 auf jeder Seite untereinander verbin­ den. Die Schieber sind in der Nähe von in der Grundplatte 2 und/oder in der Deckplatte 3 befindlichen durchgehenden Lö­ chern 8 derart angeordnet, daß durch die Löcher 8 eine späte­ re Kontaktierung der elektrischen Leiter 1 mit der Leiter­ bahnstruktur der Solarzelle möglich ist. Diese Kontaktierung kann beispielsweise mittels Laserlöten geschehen. Die Grei­ ferbacken stehen gegenüber einer Fläche 9 der Greiferplatte um ca. 2/3 des Drahtdurchmessers entsprechend Fig. 2 nach unten vor. Dabei liegt der obere Rand eines Leiters 1 an der Fläche 9 an.

Die Greiferplatte ist an einem zweiachsigen Handhabungsgerät (X-, Z-Achse) befestigt, wobei zum eventuellen Biegen von Drahtenden eine Zwischenposition in der X-Achse einnehmbar ist. Nachdem das Handhabungsgerät die Greiferplatte mit ge­ öffneten Greiferbacken parallel und positionsgenau mit der Fläche 9 auf die bereits lateralentsprechend positionierten Drähte aufgesetzt hat, werden alle Schieber 4 durch einen Hub über die Traverse 6 so weit bewegt, bis die Traverse 6 an der Anschlagfläche 10 anliegt. In einem weiteren Schritt werden alle Schieber 5 über die Traverse 7 auf die Drähte zubewegt, so daß die gesamten Drähte gegriffen werden. Dabei sind die Kräfte F1, F2 derart ausgelegt, daß F1 größer ist als F2. So­ mit ist eine sichere Anlage der Traverse 6 an der Anschlag­ fläche 10 gewährleistet. Als nächstes werden die verschiede­ nen Drähte auf vorbestimmte Längen geschnitten und mittels des Greifers und der Greiferplatte von der Verlegevorrich­ tung, auf der sie positioniert waren, abgehoben.

Die Drahtformen entsprechend der Fig. 6 können durch das Handhabungsgerät und die Greiferplatte direkt auf die ent­ sprechend positionierte Solarzelle und ein darauf befindli­ ches Querband (ohmic bar) aufgesetzt und kontaktiert werden. Die Drahtformen nach den Fig. 7 und 8 benötigen jedoch ei­ ne Zwischenposition des Handhabungsgerätes, um einen weiteren Biege- bzw. Schneidevorgang zwischen Aufnehmen der Drähte und Absetzen auf der Solarzelle durchführen zu können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht den kom­ binierten Einsatz einer Verlegevorrichtung entsprechend Fig. 3 mit einer Positioniervorrichtung entsprechend der Fig. 4 oder 5 vor. Die Verlegevorrichtung nach Fig. 3 besteht im wesentlichen aus einer Aufnahmeplatte 20 mit mindestens zwei Paßstiften 21, einer Stifteplatte 22 mit einer Anzahl von Um­ lenkstiften 23 und zwei Drahtklemmvorrichtungen 24. In der Stifteplatte 22 sind eine Vielzahl von Bohrungen 25 einge­ bracht, die einen freien Zugang für das spätere Kontaktieren bzw. Verbinden der Drähte ermöglichen. Die Umlenkstifte 23 sind in der Stifteplatte 22 leichtgängig geführt.

Ein elektrischer Leiter 1 (ein Draht) wird wie in der Wickel­ technik üblich "über Kopf" von einer Vorratsspule abgezogen und durch eine Drahtabzugseinheit geführt. Der Verlegevorgang beginnt, indem der aus einem Drahtverlegeröhrchen herausste­ hende Drahtanfang in einer der Drahtklemmvorrichtungen 24 be­ festigt wird. Danach wird durch eine Relativbewegung zwischen der Verlegevorrichtung und dem Drahtverlegeröhrchen der Draht um die aus der Stifteplatte 22 herausragenden Umlenkstifte 23 gelegt. Dies kann durch Bewegung eines Koordinatentisches, auf dem die Verlegevorrichtung befestigt ist, oder durch ent­ sprechende Relativbewegung des Drahtverlegeröhrchens gesche­ hen. Abschließend wird der Draht in einer zweiten Drahtklemm­ vorrichtung 24 (Fig. 3) befestigt und unmittelbar an dem Drahtlegeröhrchen abgeschnitten.

Die Positioniervorrichtung nach Fig. 4 und 5 besteht ledig­ lich aus einer Aufnahmeplatte mit zwei Paßstiften 31. Diese weisen eine identische Dimensionierung und Positionierung wie die Paßstifte 21 in Fig. 3 auf, sind jedoch spiegelbildlich angeordnet. Die Positioniervorrichtung entsprechend der Fig. 4 und 5 wird zusammen mit der Stifteplatte 22 und dem zu einem Mäander gelegten Draht, sowie der eingelegten Solar­ zelle 33 zum Kontaktieren der ausgeformten Drähte verwendet.

In dem Verfahren ist vorgesehen, daß zunächst eine Saugplatte 32 mit der darauf bereits positionierten Solarzelle 33 auf die Paßstifte 31 aufgesetzt wird. Als nächstes wird die Posi­ tioniervorrichtung teilweise, das heißt, ohne die Aufnahme­ platte 20, mit dem darauf verlegten Draht voraus auf die Positioniervorrichtung nach Fig. 4 oder 5 aufgesetzt. Hierzu ist eine Drehung der Verlegevorrichtung um 180° notwendig. Dabei werden die Umlenkstifte 23 soweit nach oben gedrückt, bis der Mäander fest zwischen Solarzelle 33 und Stifteplatte 22 eingespannt ist. Die in Fig. 5 auf der linken Seite dar­ gestellten vier Umlenkstifte 23 haben mit der Solarzelle 33 Kontakt und die sechs auf der rechten Seite dargestellten Um­ lenkstifte 23 haben mit der Saugplatte 32 Kontakt. Nach dem Laserlöten der ausgeformten elektrischen Leiter 1 durch die Bohrungen 25 hindurch, werden Drahtanfang und Drahtende in den Aussparungen 34 abgeschnitten. Die Stifteplatte 22 kann abgehoben werden.

Bei einer automtisierten Montage wird die Stifteplatte 22 an einem zweiachsigen Handhabungsgerät (X-, Z-Achse) befestigt und der Mäander wird so verlegt, daß die Stifteplatte nicht um 180° gedreht werden muß.

Die Fig. 6 zeigt mehrere elektrische Leiter 1 in Harfenform nebeneinander liegend. Die über den Rand der Solarzelle 33 hinaus ragenden elektrischen Leiter 1 können mit einem Quer­ band kontaktiert werden, was zu einer Verkettung auf der Rückseite der Nachbarzelle führt und insbesondere für die Endzelle eines "strings" geeignet ist.

Fig. 7 zeigt die Drähte in Form von Spazierstöcken ausge­ formt. Dies ermöglicht eine Verkettung auf der Rückseite der Nachbarzelle einer Solarzelle 33 und ebenfalls auch für eine Endzelle.

In Fig. 8 sind die elektrischen Leiter in Form von Haarna­ deln ausgebildet, was ebenfalls eine besonders vorteilhafte Verkettung zwischen den Zellen ermöglicht.

Die Fig. 9 zeigt mäanderförmige Drahtbahnen eines elektri­ schen Leiters 1. Diese Ausbildung von einem Draht läßt sich in einfacher Weise in einer Verlegevorrichtung mit anschlie­ ßender Positionierung in einer Positioniervorrichtung erzeu­ gen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer Bedrahtung für Solarzel­ len, wobei die Solarzelle (33) auf ihrer Vorderseite ein vor­ gegebenes Muster von Leiterbahnstrukturen aufweist und massi­ ve quer zu diesem Muster verlaufende elektrische Leiter (1) vorhanden sind, die mit dem Muster elektrisch leitend verbun­ den werden, und die die Solarzelle (33) an einem Rand überra­ gen, bestehend aus folgenden Schritten:

• - Verlegen einer dem Muster angepaßten Vielzahl von elektri­ schen Leitern (1) in einer Verlegevorrichtung, wobei ein Biegen der elektrischen Leiter (1) in eine gewünschte Form vorgesehen sein kann,
• - Schneiden der elektrischen Leiter (1) auf jeweils vorgege­ bene Längen,
• - Biegen der den Rand der Solarzelle (33) überragenden Teile der elektrischen Leiter (1) in eine gewünschte Form, nach­ dem die elektrischen Leiter (1) mittels eines Handhabungs­ gerätes unter Beibehaltung der musterbezogenen Anordnung aufgenommen worden sind,
• - Aufsetzen der elektrischen Leiter (1) auf dem Muster von Leiterbahnstrukturen, und
• - Verbinden der elektrischen Leiter (1) mit den Leiterbahn­ strukturen, wobei Aussparungen (8) in dem Handhabungssystem den Zugang zu den Verbindungsstellen ermöglichen.

2. Verfahren zur Herstellung einer Bedrahtung für Solarzel­ len, wobei die Solarzelle (33) auf ihrer Vorderseite ein vor­ gegebenes Muster von Leiterbahnstrukturen aufweist und massi­ ve quer zu diesem Muster verlaufende elektrische Leiter (1) vorhanden sind, die mit dem Muster elektrisch leitend verbun­ den werden, und die die Solarzelle (33) an einem Rand überra­ gen, bestehend aus folgenden Schritten:

• - Verlegen einer dem Muster angepaßten Vielzahl von elektri­ schen Leitern (1) in einer Verlegevorrichtung, wobei die elektrischen Leiter in eine mäanderförmige Struktur gebogen werden,
• - Fixieren der Enden der Leiter (1) durch Drahtklemmvorrich­ tungen (24),
• - Positionieren und Aufsetzen der elektrischen Leiter (1) re­ lativ zu der in einer Positioniervorrichtung vorhandenen Solarzelle (33), wobei elektrische Leiter (1) zumindest bis zum Verbindungsvorgang mit den elektrischen Leiterbahn­ strukturen in der Verlegevorrichtung gehalten werden, und
• - Verbinden der elektrischen Leiter (1) mit den Leiterbahn­ strukturen, wobei Aussparungen (25) in der Verlegevorrich­ tung den Zugang zu den Verbindungsstellen ermöglichen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Positioniervorrich­ tung eine Saugplatte (32) enthält, mittels der die Solarzelle (33) positioniert und vorübergehend fixiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, worin die relative Aus­ richtung zwischen Verlegevorrichtung und Positioniervorrich­ tung durch sich entsprechende Paßstifte (21,31) und damit zu­ sammenwirkende Bohrungen geschieht.