DE19711319C1 - Solarmodul und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Solarmoduls.

Bei wissenschaftlichen Satelliten wird oft, bei Anwendungssatelliten manchmal gefordert, daß die Potentialdifferenzen auf der Satellitenoberfläche unterhalb gewisser Grenzen liegen müssen, um Störfelder bei Messungen usw. auszu­ schalten. Dieses kann nur erreicht werden, wenn die Satellitenoberfläche elek­ trisch leitend ist.

Bei Solargeneratoren wird die Oberfläche leitend gemacht, indem eine transpa­ rente, leitende Beschichtung, beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid, auf die Deckgläser der Solarzellen aufgebracht wird. Die einzelnen Deckgläser müs­ sen untereinander und zur Struktur, d. h. ihrem Träger, elektrisch leitend ver­ bunden sein.

Ein Solarmodul der eingangs genannten Art ist aus der DE 36 17 675 C2 be­ kannt, wo es ebenfalls um die Verhinderung von statischen Aufladungen durch elektrisch verbundene, leitfähige Schichten auf den Glasoberflächen von Solar­ zellen geht. Im Zusammenhang mit der dortigen Fig. 1 ist beschrieben, daß die auf einem Träger aufgebrachten einzelnen Solarzellen jeweils Deckgläser mit einer leitfähigen Beschichtung auf der Oberfläche tragen. An jeder Ecke eines solchen viereckigen Deckglases ist demnach eine Metallisierung aufzubringen, die zum Anbringen eines aus Silber bestehenden Verbinders beispielsweise durch Kleben dient.

Ein solcher Kleber muß, um den vorgesehenen Zweck zu erfüllen, leitfähig sein. Werden aus Gründen möglichst hoher Flächenausnutzung für die Ener­ giegewinnung die Solarzellen auf dem Träger möglichst dicht aneinanderge­ rückt, und werden außerdem, anders als in der erwähnten Fig. 1 dargestellt, aus denselben Gründen die Deckgläser so gestaltet, daß sie den fotoaktiven Teil der Solarzelle seitlich nicht überragen, so besteht beim Aufbringen des leitfähi­ gen Klebers stets die Gefahr, daß dieser an den Rändern der Deckgläser und Solarzellen herunterläuft und somit zu Kurzschlüssen führt.

Weiterhin besteht bei Verbindern, die wie in der erwähnten Fig. 1 dargestellt, lediglich an den Ecken der Deckgläser aufgeklebt sind und dazwischen, mit oder ohne zusätzlicher Schlaufe, sozusagen freischwebend verlaufen, stets die Gefahr, daß sie infolge von Erschütterungen, Biegungen oder Vibrationen des Trägers einreißen oder sogar abreißen, wodurch die erwünschte elektrische Verbindung zwischen den Oberflächen der Deckgläser partiell verlorengeht. Ein solches Abreißen kann ebenfalls zu Kurzschlüssen führen, wenn die frei­ werdenden Enden in den Spalt zwischen den Solarzellen hineingelangen. Die­ ser nachteilige Effekt kann auch auftreten, wenn die Schlaufenwölbung eines solchen Verbinders sich aufgrund der erwähnten Erschütterungen sozusagen umkehrt, wodurch der Verbinder ebenfalls zwischen die Solarzellen gerät und dort unerwünschte Kontakte herstellen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Solarmodul der eingangs ge­ nannten Art bereitzustellen, bei dem die elektrisch leitende Verbindung zwi­ schen den Deckgläsern auf möglichst stabile und dauerhafte Art und unter Vermeidung des Risikos von Kurzschlüssen zwischen den Solarzellen be­ werkstelligt ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Demnach ist in den Bereichen einander benachbarter Ecken zwischen den Deckgläsern ein elektrisch isolierendes Material einzubringen, sind die Ver­ binder als Plättchen auszubilden und mittels leitfähigem Kleber auf die Ecken und die Oberfläche des dazwischen befindlichen isolierenden Materials aufzu­ kleben.

Das somit nunmehr zwischen den Deckgläsern befindliche elektrisch isolieren­ de Material verhindert, daß der elektrisch leitfähige Kleber zwischen die Solar­ zellen gerät und dort Kurzschlüsse verursacht. Er bildet gleichzeitig, vorzugs­ weise in gleicher Höhe mit der Oberfläche der Deckgläser bzw. der darauf be­ findlichen transparenten, leitfähigen Beschichtung eine durchgehende Unterla­ ge für den leitfähigen Kleber und das jeweils mit dessen Hilfe angeklebten Plättchens. Der Verbund aus durchgehender Kleberschicht und Plättchen auf der durchgehenden, stabilisierenden Unterlage, die durch Vermittlung des iso­ lierenden Materials hergestellt wird, bildet eine widerstandsfähige und dauer­ hafte elektrische Verbindung zwischen den Deckgläsern. Es besteht viel weni­ ger die Gefahr, daß diese Verbindung durch Reißen des Verbinders vollständig unterbrochen wird, als dies bei der oben geschilderten Ausführung nach dem Stand der Technik der Fall ist. Insbesondere die Kleberschicht weist eine ge­ wisse Elastizität auf, so daß auch dann noch eine elektrische Verbindung be­ stehen bleibt, wenn sich kleine Risse in den Plättchen bilden sollten.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das elektrisch isolierende Material in kreuzförmiger Anordnung zwischen je vier benachbarten Deckglas-Ecken eingebracht ist. In einem solchen Falle empfiehlt es sich, die Plättchen kreisförmig oder quadratisch auszubilden. Damit sind alle vier einander benachbarten Deckgläser sozusagen miteinander parallel geschaltet.

Es ist aber auch möglich, das elektrisch isolierende Material jeweils nur zwi­ schen zwei einander benachbarten Deckglas-Ecken einzubringen. Die Plätt­ chen können dann als rechteckige Streifen ausgebildet sein. Natürlich sind für die Plättchen auch andere zweckmäßige Formen denkbar und zugelassen.

Eine besonders stabile und dauerhafte Gestaltung ist dadurch gegeben, daß das elektrisch isolierende Material jeweils bis auf den Träger herabreicht. Auch die Herstellungsweise eines Solarmoduls gemäß der Erfindung kann dadurch er­ leichtert werden, daß als elektrisch isolierendes Material derselbe Kleber ver­ wendet wird, mit dem auch die Solarzellen auf den Träger geklebt sind.

Hinsichtlich dieser Ausführungsform kann bei der Herstellung des Solarmoduls auf folgende Weise vorgegangen werden:
Zunächst werden die Solarzellen in der beabsichtigten Anordnung jeweils so­ zusagen verkehrt herum, d. h. mit ihren Deckgläsern, auf einem großflächigen Hilfsträger leicht lösbar befestigt. Als ein solcher Hilfsträger kann beispiels­ weise ein Klebeband oder eine selbstklebende Folie verwendet werden. An­ schließend wird mit Hilfe einer Maskierungstechnik dafür gesorgt, daß die Rückseiten der einzelnen Solarzellen sowie gleichzeitig die für die Verbinder vorgesehenen Bereiche benachbarter Solarzellen- bzw. Deckglas-Ecken für den nunmehr aufzutragenden Kleber freibleiben. Dieser verteilt sich gleichmä­ ßig auf den Rückseiten der Solarzellen und dringt in den genannten Bereichen zwischen den Ecken der Solarzellen und Deckgläser ein, und zwar herab bis auf den Hilfsträger. Nach dem Entfernen der Maske wird der Träger großflä­ chig mit den Rückseiten der Solarzellen verklebt. Danach wird der Hilfsträger von der anderen Seite abgelöst, so daß nunmehr nach Aushärtung des Klebers die einzelnen Plättchen mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Klebers aufgeklebt werden können.

Im folgenden ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Weise:

Fig. 1 ein Solarmodul gemäß der Erfindung in Draufsicht,

Fig. 2 ein Detail des Solarmoduls gemäß Fig. 1 in Draufsicht, sowie

Fig. 3 einen diagonalen Querschnitt durch den in Fig. 2 gezeigten Bereich.

In Fig. 1 ist ein Solarmodul 1 in Draufsicht dargestellt, auf dem insgesamt zwanzig Solarzellen aufgebracht sind, von denen eine mit 3 bezeichnet ist. Je fünf Solarzellen sind in Serie geschaltet, und vier dieser Serienanordnungen sind mit Hilfe zweier Kontaktschienen 4 und 5 zueinander parallel geschaltet. Dem Betrachter zugekehrt sind die Oberflächen der Solarzellen 3, welche je­ weils ein Deckglas tragen, das wiederum mit einer transparenten, leitfähigen Beschichtung versehen ist. In Bereichen A sind die Deckgläser durch vier kreisförmig dargestellte Verbinder miteinander und insgesamt über weitere Kontaktschienen 7 und 8 mit der Struktur, d. h. dem Träger 2, elektrisch ver­ bunden.

Fig. 2 zeigt vergrößert den bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Be­ reich A, nämlich einen Bereich benachbarter Ecken von vier Deckgläsern. Dem Betrachter zugekehrt sind wiederum die vier Deckglas-Oberflächen mit ihren transparenten, elektrisch leitenden Beschichtungen. Zwischen den vier Ecken der einander benachbarten Deckgläser ist in kreuzförmiger Anordnung ein elektrisch isolierendes Material 13 eingebracht. Schließlich ist ein als elektri­ scher Verbinder fungierendes, kreisförmiges Plättchen 6 derart aufgeklebt, daß es die vier benachbarten Ecken der Deckgläser leitend miteinander verbindet.

Fig. 3 zeigt zum besseren Verständnis einen entlang der Linie B in Fig. 2 dia­ gonal geführten Querschnitt durch den entsprechenden Teil des Solarmoduls. Zunächst ist ein Träger 2 vorhanden, auf dem sämtliche Solarzellen aufge­ bracht sind, und der im Ausführungsbeispiel aus einer starren Wabenstruktur auf der Basis faserverstärkten Kunststoffes besteht. Im Schnitt dargestellt sind benachbarte Teile zweier Solarzellen 3, die jeweils aus einem fotoaktiven Kör­ per 12 einschließlich der erforderlichen Vorder- und Rückseitenkontakte, einer transparenten, isolierenden Kleberschicht 11, einem Deckglas 10 sowie einer transparenten, leitfähigen Beschichtung 14 bestehen. Diese Solarzellen 3 sind auf dem Träger 2 mit Hilfe eines Klebers aufgebracht, der ein elektrisch isolie­ rendes Material 13 darstellt und zwischen den einzelnen Solarzellen in dem Bereich einander benachbarter Ecken bis auf das Niveau der transparenten, elektrisch leitenden Beschichtung 14 eingebracht ist. Das elektrisch isolierende Material 13 befindet sich in dem genannten Bereich also nicht nur zwischen den Deckgläsern 10, sondern es reicht bis auf die Oberfläche des Trägers 2 herab und geht dort in die Kleberschicht über, welche Träger 2 und Solarzellen 3 miteinander verbindet. Somit hat das gemäß Fig. 2 in dem genannten Bereich kreuzförmig ausgebildeten elektrisch isolierende Material 13 eine widerstands­ fähige und dauerhafte Verankerung auf dem Träger 2. Das Niveau des elek­ trisch isolierenden Materials 13 muß nicht zwingend mit der Beschichtung 14 abschließen, es muß aber zweckmäßig höher sein als das der Klebeschicht 11.

Die bisher geschilderte Anordnung kann gemäß dem weiter oben geschilderten Verfahren hergestellt werden. Dabei sind die einzelnen Solarzellen 3 in der gewünschten Anordnung mit den Deckgläsern 10 sowie den darauf jeweils be­ findlichen, transparenten leitenden Beschichtungen 14 auf einem durchgehen­ den Hilfsträger zu befestigen. Anschließend ist mit Hilfe einer Maskierungs­ technik dafür zu sorgen, daß das elektrisch isolierende Material 13 in Form eines Klebers auf den den Deckgläsern 10 abgewandten Rückseiten der Solar­ zellen 3 aufgebracht wird und zusätzlich in den Eckbereichen auch zwischen die Solarzellen 3 einschließlich der Deckgläser 10 gelangen kann, so daß sich eine Verteilung des elektrisch isolierenden Materials 13 ergibt, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. In dieser Hinsicht ist der Fig. 2 zu entnehmen, daß mit Hilfe der Maskierungstechnik zu verhindern ist, daß der Kleber auch zu weit außerhalb der für die Verbinder vorgesehenen Eckbereiche zwischen den Solarzellen eindringt, da dort Raum für die elektrische Verschaltung der Solar­ zellen verbleiben muß. Nach Ablösen des Hilfsträgers von der Deckglas-Seite und großflächigem Ankleben des Trägers 2 auf der anderen Seite können dann die Verbinder in den Eckbereichen aufgeklebt werden. Das elektrisch isolie­ rende Material 13 kann natürlich auch noch nach dem Aufbringen der Solarzel­ len 3 auf den Träger 2 von Hand aufgebracht werden, z. B. mit einem Dosierge­ rät. Dies ist aber ungünstig für die Serienfertigung.

In der Version gemäß den Fig. 2 und 3 hat der Verbinder die Form eines kreis­ runden Plättchens 6, welches mit Hilfe einer Schicht 9 eines elektrisch leitfähi­ gen Klebers so aufgeklebt ist, daß eine durchgehende elektrische Verbindung vorliegt, welche sich zwischen den Deckgläsern 10 auf dem elektrisch isolie­ renden Material 13 abstützt. Hierdurch wird ersichtlich verhindert, daß der elektrisch leitfähige Kleber 9 zwischen die Deckgläser 10 bzw. Solarzellen 3 eindringt und dort zu Kurzschlüssen führt. Voraussetzung hierfür ist natürlich auch, daß das elektrisch isolierende Material 13 in den Eckbereichen zwischen den Deckgläsern über die Ränder des Plättchens 6 zumindest so weit hinaus­ ragt, daß ein Herablaufen des zunächst noch fließfähigen, elektrisch leitfähigen Klebers an den Deckglas- bzw. Solarzellenrändern nicht möglich ist.

Als Plättchen 6 können entsprechend ausgestanzte Folien verwendet werden, die aus Silber, aber auch aus anderen gut leitfähigen Materiali­ en, wie Gold, Molybdän, Aluminium oder Kupfer, bestehen. Als elektrisch leitfähige Kleber können durch Einlagerung von Metallpartikeln leitfähig gemachte Silikonkleber, aber auch Epoxidharzsysteme verwendet werben. Es ist zweckmäßig, zunächst eine großflächige Silber­ folie und ebenso die Ecken der leitfähig beschichteten Deckgläser 10 mit ei­ nem für Silikonkleber geeigneten Grundierungsmittel zu versehen, anschlie­ ßend die Plättchen aus der Silberfolie auszustanzen oder zu ätzen, mit der grundierten Seite nach oben auf einer sauberen Unterlage aus­ zubreiten, den leitfähigen Silikonkleber mittels Siebtechnik auf die Plättchen aufzubringen und letztere schließlich auf die grundierten Ecken der Deckgläser sowie das dazwischen befindliche elektrisch isolierende Material 13 aufzu­ drücken und ggf. mit schwach haftendem Klebeband zu fixieren, bis die Ver­ klebung beendet ist.

Als elektrisch isolierendes Material 13 kann ein elektrisch nicht leitender Silikonkleber verwendet werden, es kommen aber auch andere Mate­ rialien in Frage, beispielsweise ausgasarme Kunststoffe.

Sinnvoll und mit Vorteil anwendbar ist die vorgestellte Technik insbesondere bei Dünnschicht-Solarzellen einer Dicke von beispielsweise einigen 0,1 mm inclusive der Deckgläser, wobei die als Verbinder zu verwendenden Plättchen dann aus Folien einer Dicke von beispielsweise 12,5 µm bestehen können.

Claims (6)

1. Solarmodul mit einer Anzahl in regelmäßiger Anordnung auf einem großflächigen Träger (2) befestigter einzelner Solarzellen (3), welche jeweils auf ihrer dem Träger (2) abgewandten Seite ein mit einer transparenten, leiten­ den Beschichtung (14) versehenes Deckglas (10) aufweisen, wobei die Deck­ gläser durch elektrisch leitende, jeweils an ihren Ecken auf die Beschichtung (14) aufgeklebte Verbinder miteinander in Kontakt stehen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Bereichen einander benachbarter Ecken zwischen den Deckgläsern (10) ein elektrisch isolierendes Material (13) eingebracht ist, die Verbinder als Plättchen (6) ausgebildet sind und mittels leitfähigem Kleber (9) auf die Ecken und die Oberfläche des dazwischen befindlichen isolierenden Materials (13) aufgeklebt sind.

2. Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elek­ trisch isolierende Material (13) in kreuzförmiger Anordnung zwischen je vier benachbarten Ecken angebracht ist.

3. Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elek­ trisch isolierende Material (13) jeweils nur zwischen zwei einander benachbar­ ten Ecken eingebracht ist.

4. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material (13) jeweils bis auf den Träger (2) herabreicht.

5. Solarmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als elek­ trisch isolierendes Material (13) ein Kleber verwendet ist und mit diesem auch die Solarzellen (3) auf den Träger (2) geklebt sind.

6. Verfahren zum Herstellen eines Solarmoduls gemäß Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Solarzellen (3) zunächst mit ihren Deckgläsern (10) in der beabsichtigten Anordnung auf einem großflächigen Hilfsträger leicht lösbar befestigt werden, der Kleber mittels einer Maskierungstechnik auf die freiliegenden Rückseiten der Solarzellen (3) auf- und gleichzeitig in den für die Verbinder vorgesehenen Bereichen zwischen die Solarzellen (3) und Deck­ gläser (10) eingebracht wird, der Träger (2) mit den Rückseiten verklebt und nach Aushärtung des Klebers der Hilfsträger abgelöst wird und schließlich die Verbinder aufgeklebt werden.