DE19529306A1 - Verfahren zur Herstellung einer Bedrahtung für Solarzellen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Bedrahtung für SolarzellenInfo
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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.
Priority Applications (1)
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