DE202015103803U1

DE202015103803U1 - Bifaziale Solarzelle und Photovoltaikmodul

Info

Publication number: DE202015103803U1
Application number: DE202015103803.8U
Authority: DE
Original assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Current assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2015-08-07
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: DE102014118332A1; US20160172510A1

Abstract

Bifaziale Solarzelle (100), aufweisend ein erstes Kontaktgitter (150) mit ersten Kontaktelementen (151) auf einer ersten Seite und ein zweites Kontaktgitter (170) mit zweiten Kontaktelementen (171) auf einer der ersten Seite entgegen gesetzten zweiten Seite, wobei die ersten und zweiten Kontaktelemente (151, 171) mehrere Abschnitte aufweisen, welche abwechselnd in Form von Kontaktlinien (152, 172) und Kontaktflächen (153, 173) ausgebildet sind, wobei die zweite Seite eine Passivierungsschicht (120) mit Öffnungen (121) aufweist, wobei die zweiten Kontaktelemente (171) zumindest teilweise in den Öffnungen (121) der Passivierungsschicht (120) verlaufen, und wobei die ersten und zweiten Kontaktelemente (151, 171) derart ausgebildet sind, dass die Kontaktflächen (153) von verschiedenen ersten Kontaktelementen (151) und die Kontaktflächen (173) von verschiedenen zweiten Kontaktelementen (171) jeweils in mehreren Reihen angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine bifaziale Solarzelle und ein Photovoltaikmodul mit mehreren solchen Solarzellen.
Solarzellen werden dazu eingesetzt, um elektromagnetische Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenlicht, in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energieumwandlung basiert darauf, dass Strahlung in einer Solarzelle einer Absorption unterliegt, wodurch positive und negative Ladungsträger (Elektron-Loch-Paare) erzeugt werden. Die erzeugten freien Ladungsträger werden ferner voneinander getrennt, um zu getrennten Kontakten abgeleitet zu werden.
Gängige Solarzellen weisen ein quadratisches oder pseudoquadratisches Siliziumsubstrat auf, in welchem zwei Bereiche mit unterschiedlicher Leitfähigkeit bzw. Dotierung ausgebildet sind. Zwischen den beiden Bereichen, welche auch als Basis und Emitter bezeichnet werden, besteht ein p-n-Übergang. Hiermit verbunden ist das Vorliegen eines inneren elektrischen Feldes, welches die Trennung der durch Strahlung erzeugten Ladungsträger bewirkt.
Zum Abgreifen der Ladungsträger weisen Solarzellen an einer Vorderseite und an einer Rückseite Kontaktstrukturen auf. Üblicherweise befinden sich an der Vorderseite fingerförmige Kontaktelemente und streifenförmige Kontaktelemente, auch als Kontaktfinger und Busbars bezeichnet, und sind an der Rückseite ein flächiges Kontaktelement und Busbars ausgebildet.
Ein Photovoltaik- bzw. Solarmodul weist mehrere zusammengeschaltete Solarzellen auf. In der Regel sind die Solarzellen über Zellverbinder in Reihe zu mehreren Strings verschaltet, welche ihrerseits ebenfalls in Form einer Reihenschaltung verbunden sind. Übliche Zellverbinder liegen in Form von Bändern aus Kupfer vor, welche an die vorder- und rückseitigen Busbars der Solarzellen angeschlossen sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Solarzelle anzugeben sowie ein verbessertes Photovoltaikmodul bereitzustellen, welches sich durch eine hohe Effizienz auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine bifaziale Solarzelle vorgeschlagen. Die Solarzelle weist ein erstes Kontaktgitter mit ersten Kontaktelementen auf einer ersten Seite und ein zweites Kontaktgitter mit zweiten Kontaktelementen auf einer der ersten Seite entgegen gesetzten zweiten Seite auf. Die ersten und zweiten Kontaktelemente weisen mehrere Abschnitte auf, welche abwechselnd in Form von Kontaktlinien und Kontaktflächen ausgebildet sind. Die zweite Seite weist eine Passivierungsschicht mit Öffnungen auf. Die zweiten Kontaktelemente verlaufen zumindest teilweise in den Öffnungen der Passivierungsschicht. Die ersten und zweiten Kontaktelemente sind derart ausgebildet, dass die Kontaktflächen von verschiedenen ersten Kontaktelementen und die Kontaktflächen von verschiedenen zweiten Kontaktelementen jeweils in mehreren Reihen angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Photovoltaikmodul vorgeschlagen. Das Photovoltaikmodul weist mehrere der vorgenannten Solarzellen und eine elektrische Verbindungsstruktur auf, über welche die Solarzellen elektrisch verbunden sind. Die elektrische Verbindungsstruktur weist an die ersten und zweiten Kontaktelemente der Solarzellen angeschlossene Zellverbinder auf.
Im Folgenden werden mögliche Details und Ausführungsformen, welche für die vorgeschlagene Solarzelle und das vorgeschlagene Photovoltaikmodul in Betracht kommen können, näher beschrieben. In Bezug auf mehrere Solarzellen des Photovoltaikmoduls beschriebene Details können selbstverständlich auch bei der einzelnen Solarzelle zur Anwendung kommen.
In einer Ausführungsform des Photovoltaikmoduls sind die Solarzellen rechteckförmig mit einem Seitenverhältnis verschieden von eins ausgebildet. Eine solche rechteckförmige Gestalt der Solarzellen mit dem Seitenverhältnis verschieden von eins bezieht sich auf die bei einer Aufsichtsbetrachtung vorliegende Kontur der Solarzellen. Der in diesem Zusammenhang verwendete Begriff „rechteckförmig“ umfasst sowohl eine rein rechteckige Form als auch eine einem Rechteck entsprechende Form. Eine Solarzelle gemäß der ersten Variante weist eine rechteckige Kontur mit vier Ecken auf. Eine Solarzelle gemäß der zweiten Variante weist eine Kontur auf, welche einer rechteckigen Grundform entspricht, wobei abweichend von der rechteckigen Grundform wenigstens ein Eckbereich abgeschrägt und/oder rund bzw. abgerundet ausgebildet ist.
Für die zweite Variante wird im Folgenden auch, in Analogie zu dem Begriff „pseudoquadratisch“, mit welchem Solarzellen mit einer einem Quadrat entsprechenden Form mit vier abgeschrägten bzw. abgerundeten Eckbereichen charakterisiert werden, der Ausdruck „pseudorechteckig“ verwendet. Eine pseudorechteckige Solarzelle weist eine einem Rechteck entsprechende Form mit wenigstens einem abgeschrägten und/oder abgerundeten Eckbereich auf. Beispielsweise kann eine pseudorechteckige Solarzelle zwei abgeschrägte und/oder abgerundete Eckbereiche aufweisen.
Bei dem von eins verschiedenen Seitenverhältnis der rechteckförmigen Solarzellen handelt es sich um ein Längen-Breiten-Verhältnis. Im Hinblick auf eine rechteckige Solarzelle bezieht sich das Seitenverhältnis auf die langen und kurzen lateralen Seiten der rechteckigen Solarzellenform. Bei einer pseudorechteckigen Solarzelle bezieht sich das Seitenverhältnis auf die langen und kurzen lateralen Seiten der rechteckigen Grundform, mit welcher die Solarzellenform übereinstimmt bzw. von welcher die Solarzellenform abgeleitet werden kann.
Eine Verwendung von rechteckförmigen Solarzellen mit einem Seitenverhältnis verschieden von eins anstelle von herkömmlichen quadratischen oder pseudoquadratischen Solarzellen macht es möglich, dass das Photovoltaikmodul im Vergleich zu einem Modul mit (pseudo)quadratischen Zellen bei gleicher Modul- bzw. Zellfläche eine größere Anzahl an Solarzellen aufweisen kann. Hierbei können die Solarzellen über die Verbindungsstruktur des Photovoltaikmoduls derart miteinander verschaltet sein, dass sich ein Betrieb des Photovoltaikmoduls mit geringen ohmschen Widerstandsverlusten und einem hohen Wirkungsgrad erzielen lässt.
Das Photovoltaikmodul kann nicht nur mit rechteckförmigen Solarzellen mit einem Seitenverhältnis verschieden von eins verwirklicht sein. Möglich ist auch eine Ausführungsform des Photovoltaikmoduls mit Solarzellen mit einer anderen geometrischen Form, beispielsweise mit quadratischen oder pseudoquadratischen Solarzellen.
Wie oben in Bezug auf die vorgeschlagene bifaziale Solarzelle angegeben wurde, weisen die Solarzellen des Photovoltaikmoduls an der ersten und an der hierzu entgegen gesetzten zweiten Seite jeweils gitterförmige Kontaktstrukturen in Form des ersten bzw. zweiten Kontaktgitters auf. Dieser Aufbau ermöglicht eine beidseitige Einkopplung von Lichtstrahlung in die Solarzellen, also über die erste und zweite Seite der Solarzellen, wodurch die Solarzellen einen hohen Wirkungsgrad besitzen. Aufgrund dieser Eigenschaft werden die Solarzellen als bifaziale Solarzellen bezeichnet.
In einer möglichen Betriebsweise des Photovoltaikmoduls können die bifazialen Solarzellen mit der ersten Seite einer Lichtstrahlung (Sonnenlicht) zugewandt sein, so dass die Lichtstrahlung über die betreffende Seite in die Solarzellen eingekoppelt werden kann. Über die andere der beiden Seiten kann Streulicht aus der Umgebung in die Solarzellen eingekoppelt werden.
Die Ausgestaltung mit dem ersten und zweiten Kontaktgitter ermöglicht ferner eine geringe Abschattung der ersten und zweiten Seite der Solarzellen.
Eine geringe Abschattung der Solarzellen und dadurch ein hoher Wirkungsgrad lassen sich gemäß einer weiteren Ausführungsform ferner dadurch erzielen, dass die elektrische Verbindungsstruktur des Photovoltaikmoduls Zellverbinder in Form von Drahtleitern zur Verbindung der Solarzellen umfasst. Hierbei sind die Drahtleiter an die beidseitig ausgebildeten ersten bzw. zweiten Kontaktelemente der Kontaktgitter der Solarzellen angeschlossen.
Anstelle von Drahtleitern kann die elektrische Verbindungsstruktur des Photovoltaikmoduls auch andere Zellverbinder zur Verbindung der Solarzellen umfassen, welche an die beidseitig ausgebildeten ersten und zweiten Kontaktelemente der Kontaktgitter der Solarzellen angeschlossen sind. Möglich ist zum Beispiel eine Ausgestaltung mit bandförmigen Zellverbindern. Solche Zellverbinder können in Form von Bändern aus Kupfer ausgebildet sein.
Bei der ersten Seite der Solarzellen kann es sich um eine Vorderseite, und bei der zweiten Seite um eine Rückseite der Solarzellen handeln. Die Vorderseite kann diejenige Seite sein, welche im Betrieb des Photovoltaikmoduls einer Lichtstrahlung bzw. Sonnenlicht zugewandt sein kann.
Bei den ersten und zweiten Kontaktelementen, welche jeweils an der ersten und zweiten Seite der Solarzellen vorgesehen sind, kann es sich um separate Kontaktelemente handeln. Die ersten und zweiten Kontaktelemente können eine längliche Form aufweisen. Des Weiteren können die ersten und zweiten Kontaktelemente jeweils parallel zueinander verlaufend ausgebildet sein.
Wie oben in Bezug auf die vorgeschlagene bifaziale Solarzelle angegeben wurde, weisen die ersten und zweiten Kontaktelemente jeweils mehrere Abschnitte auf, welche abwechselnd in Form von Kontaktlinien und Kontaktflächen ausgebildet sind. Bei dem aus mehreren solchen Solarzellen aufgebauten Photovoltaikmodul können die Zellverbinder der elektrischen Verbindungsstruktur an die Kontaktflächen der ersten und zweiten Kontaktelemente angeschlossen sein. Eine solche Struktur der Kontaktelemente mit sich abwechselnden Kontaktlinien und Kontaktflächen, bei welcher die Kontaktlinien und Kontaktflächen in alternierender Weise aneinander grenzen bzw. ineinander übergehen können, begünstig das Vorliegen einer geringen Abschattung der ersten und zweiten Seite der Solarzellen, und ermöglicht eine zuverlässige Kontaktierung der Kontaktelemente über die Zellverbinder. Hierbei können die Kontaktlinien eine relativ kleine Breite, und können die Kontaktflächen eine gegenüber der Breite der Kontaktlinien größere und für eine zuverlässige Kontaktierung geeignete Breite aufweisen.
Die ersten und zweiten Kontaktelemente sind ferner, wie ebenfalls oben in Bezug auf die vorgeschlagene bifaziale Solarzelle angegeben wurde, derart ausgebildet, dass die Kontaktflächen von verschiedenen ersten Kontaktelementen und die Kontaktflächen von verschiedenen zweiten Kontaktelementen der zugehörigen Kontaktgitter jeweils in mehreren Reihen angeordnet sind, also in Reihen aus nebeneinander angeordneten Kontaktflächen zusammengefasst sind. Hierbei können die Kontaktflächen-Reihen, welche sich senkrecht zu den jeweiligen Kontaktelementen erstrecken können, mit nicht durchgehenden segmentierten Busbars, und damit die Kontaktflächen mit Busbar-Segmenten, gleichgesetzt werden. In dieser Ausgestaltung können Zellverbinder der elektrischen Verbindungsstruktur des Photovoltaikmoduls bei den dazugehörigen Solarzellen an die Reihen aus nebeneinander angeordneten Kontaktflächen verschiedener Kontaktelemente angeschlossen sein.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Kontaktlinien des zweiten Kontaktgitters bzw. der zweiten Kontaktelemente der Solarzellen Aluminium auf. In dieser Ausgestaltung, welche für eine Rückseite der Solarzellen vorgesehen sein kann, können die Solarzellen kostengünstig hergestellt sein. Die Kontaktflächen der dazugehörigen zweiten Kontaktelemente können ein lötfähiges Metall wie beispielsweise Silber aufweisen. Eine Ausgestaltung aus einem lötfähigen Metall bzw. Silber kann auch für das andere der beiden Kontaktgitter der Solarzellen, also für die Kontaktlinien und Kontaktflächen der ersten Kontaktelemente, vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform sind an die ersten und zweiten Kontaktelemente der Solarzellen jeweils wenigstens fünf Zellverbinder angeschlossen. In Bezug auf die vorstehend beschriebene Ausgestaltung der Kontaktelemente mit einer alternierenden Struktur aus Kontaktlinien und Kontaktflächen können die Kontaktelemente der Solarzellen hierzu korrespondierend jeweils wenigstens fünf Kontaktflächen aufweisen. Diese Ausführungsform ermöglicht eine zuverlässige elektrische Verbindung der Solarzellen mit einem geringen elektrischen Widerstand.
Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass an die Kontaktelemente der Solarzellen jeweils eine Anzahl an Zellverbindern in einem Bereich von zwanzig bis dreißig angeschlossen ist. Die Kontaktelemente können in diesem Zusammenhang eine entsprechende Anzahl an Kontaktflächen, also ebenfalls in einem Bereich von zwanzig bis dreißig, aufweisen.
Möglich ist auch eine Ausgestaltung, in welcher an die ersten und zweiten Kontaktelemente der Solarzellen jeweils fünf Zellverbinder angeschlossen sind. Hierzu korrespondierend können die Kontaktelemente der Solarzellen jeweils fünf Kontaktflächen aufweisen, und können bei jeder Solarzelle die Kontaktflächen von verschiedenen ersten Kontaktelementen und die Kontaktflächen von verschiedenen zweiten Kontaktelementen jeweils in fünf Reihen angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Zellverbinder der elektrischen Verbindungsstruktur jeweils über eine Lötverbindung an die ersten und zweiten Kontaktelemente der Solarzellen angeschlossen. Auf diese Weise liegt eine zuverlässige elektrische Verbindung dieser Bestandteile vor.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Solarzellen rechteckförmig mit einem Seitenverhältnis von 2:1 ausgebildet. Mit Hilfe von solchen Solarzellen ist bei einer geeigneten Anordnung und elektrischen Verbindung der Solarzellen ein Betrieb des Photovoltaikmoduls mit relativ geringen ohmschen Widerstandsverlusten möglich. Auch können rechteckförmige, also rechteckige oder pseudorechteckige Solarzellen mit einem Seitenverhältnis von 2:1 mittels Durchtrennen bzw. Halbieren von quadratischen oder pseudoquadratischen Ausgangssolarzellen bereitgestellt werden. Diese Vorgehensweise stellt eine einfache und fertigungstechnisch günstige Methode zum Bereitstellen von Solarzellen dar, mit deren Hilfe Widerstandsverluste klein gehalten werden können.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Solarzellen ein Substrat aus Silizium mit einer p-dotierten Basis und einem n-dotierten Emitter auf. Diese Ausgestaltung begünstigt eine einfache Herstellung der Solarzellen.
Die Solarzellen können ein Substrat aus polykristallinem Silizium aufweisen. Möglich ist es auch, dass die Solarzellen ein Siliziumsubstrat mit einer monokristallinen oder einer im Wesentlichen monokristallinen Struktur aufweisen. Hierdurch können die Solarzellen ebenfalls einen hohen Wirkungsgrad besitzen. Substrate mit einer überwiegend monokristallinen Siliziumstruktur können wie polykristalline Siliziumsubstrate aus einem Siliziumblock gewonnen werden, welcher mit Hilfe eines kostengünstigen Gießverfahrens herstellbar ist. Monokristalline Siliziumsubstrate können aus einem Block bzw. Stab aus Silizium gewonnen werden, welcher mit Hilfe eines Czochralski-Verfahrens oder eines Zonenschmelzverfahrens (Float-Zone-Verfahren) herstellbar ist.
Die Kontaktgitter der Solarzellen können mit dem zugehörigen Substrat verbunden sein, so dass sich im Strahlungsbetrieb erzeugte Ladungsträger mit Hilfe der Kontaktgitter abgreifen lassen. Hierbei können ferner im Folgenden beschriebene Ausgestaltungen für die Solarzellen vorgesehen sein.
Neben einem Solarzellensubstrat und den beidseitig an dem Substrat ausgebildeten Kontaktgittern können die Solarzellen weitere Bestandteile aufweisen. Beispielsweise können die Solarzellen eine Antireflexionsschicht aufweisen, welche an der ersten Seite bzw. an einer Vorderseite der Solarzellen angeordnet ist. Mit Hilfe der Antireflexionsschicht können eine Strahlungsreflexion und hiermit verbundene Ausbeuteverluste verringert bzw. unterdrückt werden. Die Kontaktelemente des an dieser Seite vorgesehenen ersten Kontaktgitters können sich durch die Antireflexionsschicht hindurch zu dem Solarzellensubstrat erstrecken und das Substrat kontaktieren.
Wie oben in Bezug auf die vorgeschlagene bifaziale Solarzelle angegeben wurde, ist ein weiterer Bestandteil der Solarzellen eine Passivierungsschicht mit Öffnungen an der zweiten Seite bzw. an einer Rückseite der Solarzellen. Hierbei verlaufen die zweiten Kontaktelemente zumindest teilweise in den Öffnungen der Passivierungsschicht. Die Öffnungen können in Form von durchgehenden Linienstrukturen oder in Form von Liniensegmenten oder Punkten ausgebildet sein. Es ist möglich, dass die zweiten Kontaktelemente gegenüber der Passivierungsschicht hervorstehen sowie gegebenenfalls die Passivierungsschicht auch außerhalb der Öffnungen bzw. seitlich hiervon bedecken. Sofern die Öffnungen der Passivierungsschicht in Form von durchgehenden Linien ausgebildet sind, kann eine solche Ausgestaltung sowohl auf die Kontaktlinien als auch auf die Kontaktflächen der zweiten Kontaktelemente zutreffen. Bei Öffnungen in Form von Liniensegmenten oder Punkten kann eine Ausgestaltung in Betracht kommen, in welcher sich die Kontaktflächen lediglich auf der Passivierungsschicht und nicht in den Öffnungen befinden.
Über die Öffnungen der Passivierungsschicht können somit wenigstens die Kontaktlinien des an der zweiten Seite vorgesehenen zweiten Kontaktgitters das Solarzellensubstrat kontaktieren. Sofern die Kontaktlinien Aluminium aufweisen, kann im Bereich der Kontaktstellen jeweils ein lokales Rückseitenfeld (BSF, Back Surface Field) vorliegen. Durch die Passivierungsschicht sowie das gegebenenfalls lokal vorliegende Rückseitenfeld ist es möglich, eine Rekombination von erzeugten Ladungsträgern und hiermit verbundene Ausbeuteverluste zu unterdrücken. Auch kann die Passivierungsschicht vergleichbar zu einer vorderseitigen Antireflexionsschicht ein Unterdrücken einer Strahlungsreflexion bewirken.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Solarzellen derart über die elektrische Verbindungsstruktur verbunden, dass das Photovoltaikmodul mehrere Strings aus in Reihe geschalteten Solarzellen aufweist. Ferner kommen rechteckförmige Solarzellen mit einem Seitenverhältnis verschieden von eins zum Einsatz, und sind die Solarzellen in den Strings mit ihren langen Randseiten einander gegenüberliegend angeordnet. Des Weiteren sind mehrere Strings parallel geschaltet.
Eine rechteckförmige Ausgestaltung der Solarzellen mit einem Seitenverhältnis verschieden von eins anstelle der gängigen Quadratform oder Pseudoquadratform macht eine Ausgestaltung eines Strings möglich, welcher eine größere Anzahl an Solarzellen als ein vergleichbarer String (pseudo)quadratischer Zellen umfasst. Im Betrieb kann ein solcher String aus rechteckförmigen Solarzellen eine größere elektrische Spannung bereitstellen. Der in dem String fließende elektrische Strom ist jedoch kleiner als bei einem String aus (pseudo)quadratischen Zellen, wodurch geringere ohmsche Widerstandsverluste vorliegen.
In der vorgenannten Ausführungsform des Photovoltaikmoduls können sämtliche Strings eine solche Eigenschaft besitzen. Die Parallelschaltung mehrerer Strings bietet die Möglichkeit, einer übermäßigen Vergrößerung der Spannung aufgrund der größeren Anzahl an Solarzellen pro String entgegenzuwirken. Es ist möglich, dass das Photovoltaikmodul mehrere Anordnungen aus parallel geschalteten Solarzellen-Strings aufweist, wobei derartige Stringanordnungen ihrerseits in Reihe verbunden sein können.
Bei Verwendung von Solarzellen bzw. Halbzellen mit einem Seitenverhältnis von 2:1, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sind, können zum Beispiel Strings aus Solarzellen verwirklicht werden, welche gegenüber Strings aus herkömmlichen (pseudo)quadratischen Zellen die doppelte Anzahl an Solarzellen besitzen. Im Vergleich zu Strings aus (pseudo)quadratischen Zellen können derartige Strings die doppelte Spannung bereitstellen, und kann lediglich der halbe elektrische Strom fließen. Hierbei kann eine Ausgestaltung des Photovoltaikmoduls in Betracht kommen, in welcher (jeweils) zwei Strings parallel geschaltet sind. Eine solche Stringanordnung bzw. ein solcher Doppelstring kann die gleiche Spannung erzeugen wie ein aus derselben Anzahl an (pseudo)quadratischen Zellen aufgebauter String.
In einer weiteren Ausführungsform sind nebeneinander angeordnete Solarzellen von parallel geschalteten Strings zusätzlich untereinander parallel geschaltet. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein Fließen von Ausgleichsströmen zwischen den parallel geschalteten Solarzellen der verschiedenen Strings, wodurch sich zum Beispiel Leistungsverluste infolge von Teilabschattungen reduzieren lassen. Hierunter fallen nicht nur direkte Abschattungen der Solarzellen selbst, sondern auch zum Beispiel Abschattungseffekte in der Umgebung des Photovoltaikmoduls. Dies führt zu einer entsprechenden Verringerung von mit Hilfe der bifazialen Solarzellen nutzbarem Streulicht.
Wie oben angedeutet wurde, kann das Photovoltaikmodul nicht nur mit rechteckförmigen Solarzellen mit einem Seitenverhältnis verschieden von eins verwirklicht sein. Möglich ist auch eine Ausführungsform mit Solarzellen mit einer anderen geometrischen Form, zum Beispiel mit quadratischen oder pseudoquadratischen Solarzellen. In diesem Sinne können Ausgestaltungen des Photovoltaikmoduls, welche vorstehend im Zusammenhang mit rechteckförmigen Solarzellen beschrieben wurden, in entsprechender Weise zur Anwendung kommen. Beispielsweise können die Solarzellen derart über die elektrische Verbindungsstruktur verbunden sein, dass das Photovoltaikmodul mehrere Strings aus in Reihe geschalteten Solarzellen aufweist.
Die elektrische Verbindungsstruktur des Photovoltaikmoduls kann neben den Zellverbindern weitere Bestandteile umfassen. Beispielsweise kann die Verbindungsstruktur Querverbinder aufweisen, welche am Rand des Photovoltaikmoduls bzw. am Rand der Solarzellen angeordnet sind. Mit Hilfe der Querverbinder können die oben erwähnte Parallelschaltung mehrerer Strings zu einer Stringanordnung und die Reihenschaltung von Stringanordnungen hergestellt sein. Die Querverbinder können über Zellverbinder an randseitige Solarzellen des Photovoltaikmoduls angeschlossen sein. Auch hierbei kann jeweils eine Lötverbindung zwischen den Zellverbindern und den Querverbindern vorgesehen sein.
Des Weiteren kann die elektrische Verbindungsstruktur Zwischenverbinder aufweisen, welche zwischen den Solarzellen angeordnet sind, und welche mit Zellverbindern verbunden sein können. Eine Reihenverbindung von Solarzellen eines Strings kann zum Beispiel wie im Folgenden angegeben verwirklicht sein, wobei Drahtleiter zur Zellverbindung eingesetzt werden. Hierbei können jeweils zwei benachbarte Solarzellen des Strings über mehrere erste Drahtleiter, einen sich zwischen den zwei Solarzellen befindenden Zwischenverbinder und mehrere zweite Drahtleiter in Reihe verbunden sein. Die ersten Drahtleiter können an die ersten Kontaktelemente von einer der zwei Solarzellen und an den Zwischenverbinder, beispielsweise jeweils über eine Lötverbindung, angeschlossen sein. Die zweiten Drahtleiter können an die zweiten Kontaktelemente der anderen der zwei Solarzellen und an den Zwischenverbinder, beispielsweise jeweils über eine Lötverbindung, angeschlossen sein. Der Zwischenverbinder kann senkrecht zu den ersten und zweiten Drahtleitern ausgerichtet sein. Des Weiteren kann der Zwischenverbinder gegebenenfalls ebenfalls in Form eines Drahtleiters verwirklicht sein.
Die vorgenannten Zwischenverbinder können des Weiteren dazu genutzt werden, um die oben beschriebene zusätzliche Parallelschaltung von nebeneinander angeordneten Solarzellen von verschiedenen und parallel geschalteten Strings zu verwirklichen. Hierbei erstrecken sich die Zwischenverbinder zwischen den Solarzellen der verschiedenen Strings und sind mit Zellverbindern der verschiedenen Strings verbunden.
Alternativ ist eine Ausgestaltung der elektrischen Verbindungsstruktur des Photovoltaikmoduls ohne Zwischenverbinder möglich. Hierzu können in einem String jeweils zwei benachbarte Solarzellen über mehrere Zellverbinder, zum Beispiel Drahtleiter oder bandförmige Zellverbinder, in Reihe verbunden sein, wobei die Zellverbinder an die ersten Kontaktelemente von einer der zwei Solarzellen und an die zweiten Kontaktelemente der anderen der zwei Solarzellen angeschlossen sind.
Die elektrische Verbindungsstruktur des Photovoltaikmoduls kann ferner wenigstens eine Überbrückungsstruktur aus einem Überbrückungsverbinder und einer oder mehreren Bypass-Dioden aufweisen. Die Überbrückungsstruktur kann derart ausgebildet sein, dass der in dem Photovoltaikmodul fließende Strom an Solarzellen bzw. an einer Stringanordnung vorbeigeleitet werden kann. Dies kann bei Vorliegen eines Störfalls wie zum Beispiel einer Teilabschattung erfolgen, um eine negative Beeinträchtigung des Stromflusses in dem Photovoltaikmodul zu verhindern. Der Überbrückungsverbinder kann zum Beispiel an einen an einer Randseite des Photovoltaikmoduls angeordneten Querverbinder angeschlossen sein, und über eine Bypass-Diode mit einem an einer entgegen gesetzten Randseite angeordneten Querverbinder verbunden sein. Des Weiteren kann der Überbrückungsverbinder an der betreffenden Randseite auch mit zwei Querverbindern verbunden sein, wobei die Verbindung jeweils über eine eigene Bypass-Diode verwirklicht ist.
Darüber hinaus kann das Photovoltaikmodul weitere Komponenten aufweisen. Beispielsweise können die Solarzellen einschließlich Komponenten der elektrischen Verbindungsstruktur in einer transparenten Einbettungsschicht zwischen einer ersten und zweiten strahlungsdurchlässigen Abdeckung angeordnet sein. Es ist möglich, dass die beiden Abdeckungen Glasscheiben sind. Alternativ kann wenigstens eine der Abdeckungen eine strahlungsdurchlässige Folie sein. Des Weiteren kann das Photovoltaikmodul einen Rahmen aufweisen.
Im Folgenden wird ergänzend ein Verfahren zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls beschrieben. Das Photovoltaikmodul weist den oben beschriebenen Aufbau bzw. einen Aufbau entsprechend einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsformen auf. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen von Solarzellen. Die Solarzellen können rechteckförmig mit einem Seitenverhältnis verschieden von eins ausgebildet sein. Die Solarzellen weisen ein erstes Kontaktgitter mit ersten Kontaktelementen an einer ersten Seite und ein zweites Kontaktgitter mit zweiten Kontaktelementen an einer der ersten Seite entgegen gesetzten zweiten Seite auf. Weiter vorgesehen ist ein Ausbilden einer elektrischen Verbindungsstruktur, über welche die Solarzellen elektrisch verbunden sind. Die elektrische Verbindungsstruktur weist Zellverbinder beispielsweise in Form von Drahtleitern auf, welche an die ersten und zweiten Kontaktelemente der Solarzellen angeschlossen werden. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Anordnen der über die elektrische Verbindungsstruktur elektrisch verbundenen Solarzellen in einer Einbettungsschicht zwischen einer ersten und zweiten strahlungsdurchlässigen Abdeckung.
Das gemäß dem Verfahren hergestellte Photovoltaikmodul kann sich durch eine hohe Effizienz auszeichnen. Eine rechteckförmige, also gemäß der obigen Definition rechteckige oder pseudorechteckige Geometrie bzw. Kontur der Solarzellen mit dem Seitenverhältnis verschieden von eins ermöglicht eine Verschaltung der Solarzellen, bei welcher geringe Widerstandsverluste auftreten. Aufgrund der Ausgestaltung der Solarzellen mit beidseitigen Kontaktgittern und der gegebenenfalls vorgesehenen Verwendung von Drahtleitern als Zellverbinder ist eine beidseitige Strahlungseinkopplung in die Solarzellen möglich, und kann eine geringe Abschattung der Solarzellen erzielt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass oben mit Bezug auf das Photovoltaikmodul genannte Ausführungsformen und Details in entsprechender Weise bei dem Herstellungsverfahren zur Anwendung kommen können.
In diesem Sinne ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Zellverbinder durch Löten an die ersten und zweiten Kontaktelemente der Solarzellen angeschlossen werden. Auch andere Komponenten, mit welchen das Photovoltaikmodul bzw. die elektrische Verbindungsstruktur aufgebaut werden kann, können durch Löten miteinander verbunden werden. Hierzu gehört zum Beispiel ein Verbinden von Zellverbindern und am Rand des Photovoltaikmoduls angeordneten Querverbindern sowie ein Verbinden von Zellverbindern und zwischen den Solarzellen angeordneten Zwischenverbindern (falls Zwischenverbinder verwendet werden).
In diesem Zusammenhang kann es ferner in Betracht kommen, zunächst Komponenten der elektrischen Verbindungsstruktur zusammen mit den Solarzellen des Photovoltaikmoduls anzuordnen. Nachfolgend kann ein Lötprozess durchgeführt werden, in welchem nacheinander oder gleichzeitig die entsprechenden Lötverbindungen ausgebildet werden. Im Hinblick auf den Lötprozess können Zellverbinder beispielsweise in Form von Drahtleitern mit einer Beschichtung aus einem Lotmittel bereitgestellt werden. Im Anschluss an den Lötprozess können gegebenenfalls vorhandene überschüssige elektrische Verbindungen bzw. Kurzschlussverbindungen getrennt werden. Dies kann zum Beispiel bei Einsatz von Drahtleitern zur Zellverbindung in Betracht kommen. Hierbei können Drahtleiter an entsprechenden Stellen zum Beispiel unter Verwendung eines Lasers oder auf mechanische Art und Weise mit Hilfe einer Schneidvorrichtung durchtrennt werden. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht eine einfache Herstellung des Photovoltaikmoduls.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bereitstellen der Solarzellen ein Bereitstellen von Ausgangssolarzellen und ein Teilen der Ausgangssolarzellen. Die Ausgangssolarzellen können zum Beispiel eine quadratische Form aufweisen, und zum Beispiel in rechteckige Solarzellen mit einem Seitenverhältnis von 2:1 geteilt werden. Des Weiteren können die Ausgangssolarzellen zum Beispiel eine pseudoquadratische Form mit vier abgeschrägten und/oder abgerundeten Eckbereichen aufweisen, und zum Beispiel in pseudorechteckige Solarzellen mit zwei abgeschrägten und/oder abgerundeten Eckbereichen und einem Seitenverhältnis von 2:1 geteilt werden. Diese Ausgestaltungen des Verfahrens sind fertigungstechnisch günstig und erfordern keine bzw. keine wesentliche Anpassung einer Solarzellenfertigung.
Die vorstehend erläuterten Merkmale und/oder die in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Photovoltaikmodul in einer seitlichen Schnittdarstellung;
2 eine Vorderseite einer rechteckigen Solarzelle;
3 eine Rückseite einer rechteckigen Solarzelle;
4 eine Ausschnittsdarstellung einer Solarzelle im Bereich von Kontaktflächen der Solarzelle;
5 eine Vorderseite einer quadratischen Ausgangssolarzelle;
6 eine Rückseite einer quadratischen Ausgangssolarzelle;
7 bis 10 einen Verfahrensablauf zur Herstellung einer Solarzelle;
11 eine Verschaltung von Solarzellen;
12 bis 15 einen Verfahrensablauf zum elektrischen Verbinden von Solarzellen mit Hilfe von Drahtleitern;
16 eine Schnittdarstellung eines Drahtleiters;
17 eine weitere Verschaltung von Solarzellen;
18 bis 20 einen weiteren Verfahrensablauf zum elektrischen Verbinden von Solarzellen mit Hilfe von Drahtleitern;
21 eine Kontur einer pseudoquadratischen Ausgangssolarzelle; und
22 eine Kontur einer pseudorechteckigen Solarzelle.
Anhand der folgenden schematischen Figuren werden mögliche Ausgestaltungen eines Photovoltaikmoduls 200 beschrieben. Das Photovoltaikmodul 200 zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad und ein hohes Leistungsvermögen aus. Einzelne Merkmale und Komponenten des Photovoltaikmoduls 200 werden zusätzlich anhand einer Herstellung des Photovoltaikmoduls 200 näher erläutert. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass das Photovoltaikmodul 200 bzw. Bestandteile desselben wie zum Beispiel Solarzellen 100 zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Komponenten mit weiteren Komponenten und Strukturen gefertigt werden können. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
1 zeigt eine schematische seitliche Schnittdarstellung eines Photovoltaikmoduls 200. Das Photovoltaikmodul 200, welches auch als Solarmodul 200 bezeichnet werden kann, weist mehrere elektrisch miteinander verbundene Solarzellen 100 auf. Hierbei handelt es sich um bifaziale und dadurch eine hohe Effizienz aufweisende Solarzellen 100, bei welchen eine Einkopplung von Lichtstrahlung zur elektrischen Energieerzeugung sowohl über eine Vorderseite als auch über eine hierzu entgegen gesetzte Rückseite der Solarzellen 100 erfolgen kann. Im Hinblick auf 1 ist die Vorderseite die nach oben gerichtete Zellseite, und ist die Rückseite die nach unten gerichtete Zellseite der Solarzellen 100.
Zum Ermöglichen der beidseitigen Strahlungseinkopplung weisen die Solarzellen 100 sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite ein Kontaktgitter 150, 170 zur elektrischen Kontaktierung auf (vgl. die 2, 3). Hierauf sowie auf weitere Merkmale wie eine Ausgestaltung der Solarzellen 100 mit einer rechteckförmigen lateralen Kontur mit einem Seitenverhältnis von 2:1 wird weiter unten noch näher eingegangen.
Das Photovoltaikmodul 200 weist des Weiteren, wie in 1 gezeigt ist, eine vorderseitige Abdeckung 211 und eine rückseitige Abdeckung 212 auf. Die Solarzellen 100, welche in einer Ebene angeordnet sind, befinden sich zwischen den beiden Abdeckungen 211, 212. Hierbei sind die Solarzellen 100 in einer ebenfalls zwischen den Abdeckungen 211, 212 angeordneten transparenten Einbettungsschicht 214 eingebettet. Die Einbettungsschicht 214 kann zum Beispiel aus Ethylenvinylacetat (EVA) oder Silikon ausgebildet sein.
Im Hinblick auf die Ausgestaltung der Solarzellen 100 als bifaziale Solarzellen 100 zur vorder- und rückseitigen Lichteinsammlung sind beide Abdeckungen 211, 212 transparent bzw. strahlungsdurchlässig ausgebildet. Beispielsweise können beide Abdeckungen 211, 212 in Form von Glasabdeckungen verwirklicht sein. In einer alternativen Ausgestaltung kann die vorderseitige Abdeckung 211 eine Glasabdeckung, und kann die rückseitige Abdeckung 212 eine transparente Folie sein.
Das Photovoltaikmodul 200 kann darüber hinaus am Rand einen die Abdeckungen 211, 212 und die Einbettungsschicht 214 umschließenden Rahmen 216 aufweisen, wie in 1 anhand von gestrichelten Linien angedeutet ist. Wie ebenfalls angedeutet ist, kann der Rahmen 216 im Querschnitt zum Beispiel ein L-förmiges Profil besitzen. Der Rahmen 216 kann dem Photovoltaikmodul 200 eine höhere Stabilität verleihen. Bei einer Ausgestaltung der beiden Abdeckungen 211, 212 in Form von Glasscheiben kann die Verwendung des Rahmens 216 entfallen.
Im Betrieb des Photovoltaikmoduls 200 können die vorderseitige Abdeckung 211 und damit die Vorderseiten der Solarzellen 100 einer Lichtstrahlung (Sonnenlicht) zugewandt sein. Auf diese Weise kann die Lichtstrahlung die Abdeckung 211 durchdringen und über die Vorderseiten der Solarzellen 100 in die Solarzellen 100 eingekoppelt werden. Die rückseitige Abdeckung 212 kann von Streulicht aus der Umgebung des Photovoltaikmoduls durchdrungen werden, welches auf diese Weise über die Rückseiten der Solarzellen 100 in die Solarzellen 100 eingekoppelt werden kann. Ein Teil der Strahlung kann von den Solarzellen 100 absorbiert und in elektrische Energie umgewandelt werden.
Zur Herstellung des Photovoltaikmoduls 200 werden die Solarzellen 100 bereitgestellt. Des Weiteren wird eine elektrische Verbindungsstruktur ausgebildet, wobei die Solarzellen 100 entsprechend eines vorgegebenen Verschaltungsschemas zueinander angeordnet und elektrisch miteinander verbunden werden. Hierbei kommen u.a. Drahtleiter 221, 222 zur Zellverbindung zum Einsatz. Details zur Solarzellenfertigung und zur Verschaltung der Solarzellen 100 werden weiter unten noch näher beschrieben. Die miteinander verbundenen Solarzellen 100 werden ferner, einschließlich Komponenten der elektrischen Verbindungsstruktur, in der transparenten Einbettungsschicht 214 zwischen den beiden Abdeckungen 211, 212 eingebettet. Zu diesem Zweck wird ein Laminierungsprozess durchgeführt, in welchem das beispielsweise in Form von einer oder mehreren Folien bereitgestellte Einbettungsmaterial 214 aufgeschmolzen wird. Der durch das Laminieren erzeugte Verbund kann nachfolgend mit dem umgebenden Rahmen 216 versehen werden. Möglich ist ferner die Montage von einer oder mehreren nicht gezeigten Anschlussdosen an dem Photovoltaikmodul 200.
Die Solarzellen 100 des Photovoltaikmoduls 200 sind reckteckförmig mit einem Seitenverhältnis (Längen-Breiten-Verhältnis) von 2:1 ausgebildet und weisen ein Kontaktgitter 150 an der Vorderseite und ein Kontaktgitter 170 an der Rückseite auf. Zur Veranschaulichung dieser Merkmale zeigen die 2, 3 eine mögliche Ausgestaltung einer entsprechenden Solarzelle 100, wobei in 2 eine Vorderseite und in 3 eine Rückseite der Solarzelle 100 gezeigt ist. Das rechteckförmige Aussehen ermöglicht eine solche Anordnung bzw. Verschaltung der Solarzellen 100, dass sich das Photovoltaikmodul 200 mit geringen ohmschen Widerstandsverlusten betreiben lässt. Die beidseitigen Kontaktgitter 150, 170 ermöglichen wie oben angegeben eine beidseitige Strahlungseinkopplung, wodurch die Solarzellen 100 einen hohen Wirkungsgrad besitzen. Die Kontaktgitter 150, 170 sind ferner derart ausgebildet, dass sich die Kontaktgitter 150, 170 zuverlässig mit Hilfe von Drahtleitern 221, 222 kontaktieren lassen und eine geringe Abschattung der Vorder- und Rückseite der Solarzellen 100 vorliegt.
Die in den 2 und 3 veranschaulichte Solarzelle 100 besitzt eine rechteckige Kontur und weist Randseiten mit unterschiedlicher Länge, d.h. zwei lange Randseiten und zwei kurze Randseiten auf. Hierbei bezieht sich das Seitenverhältnis von 2:1 auf die langen und kurzen Seiten. Demgemäß sind die langen Randseiten der Solarzelle 100 doppelt so groß wie die kurzen Randseiten.
Anstatt Solarzellen 100 mit der in den 2, 3 und auch in anderen Figuren gezeigten reinen Rechteckform zu verwenden, kann das Photovoltaikmodul 200 auch mit Solarzellen 100 mit einer pseudorechteckigen Form verwirklicht werden. Hierbei entspricht die Kontur einer Solarzelle 100 einer rechteckigen Grundform und ist abweichend von der rechteckigen Grundform wenigstens ein Eckbereich abgeschrägt und/oder abgerundet ausgebildet (vgl. 22). Bei einer pseudorechteckigen Solarzelle 100 bezieht sich das Seitenverhältnis von 2:1 auf die langen und kurzen Seiten der rechteckigen Grundform. Es wird darauf hingewiesen, dass Aspekte und Details wie zum Beispiel eine Ausgestaltung der Kontaktgitter 150, 170, ein Kontaktieren der Kontaktgitter 150, 170 mittels Drahtleitern 221, 222 usw., was im Folgenden anhand einer in den Figuren gezeigten rechteckigen Solarzelle 100 erläutert wird, auch für eine pseudorechteckige Solarzelle 100 zur Anwendung kommen kann. Anders ausgedrückt, kann eine pseudorechteckige Solarzelle 100 bis auf die laterale Kontur den gleichen Aufbau wie eine rechteckige Solarzelle 100 aufweisen.
An der Vorderseite der in 2 gezeigten Solarzelle 100 befindet sich das Kontaktgitter 150, einschließlich einer Antireflexionsschicht 130 (vgl. auch 10). Das Kontaktgitter 150 weist mehrere separate und beabstandet angeordnete längliche Kontaktelemente 151 auf. Die Kontaktelemente 151, welche aus einem lötfähigen Metall wie Silber ausgebildet sein können, verlaufen parallel zueinander und parallel zu den langen Randseiten der Solarzelle 100. In der Darstellung von 2 erstrecken sich die Kontaktelemente 151 in horizontaler Richtung. Jedes Kontaktelement 151 weist eine alternierende Struktur mit aneinandergrenzenden bzw. ineinander übergehenden Abschnitten in Form von Kontaktlinien 152 und Kontaktflächen 153 auf. Die Kontaktlinien 152 können auch als Kontaktfinger, und die Kontaktflächen 153 als Lötpads bezeichnet werden. Die zur Kontaktierung verwendeten Kontaktflächen 153 können, wie in 2 dargestellt ist, rechteckförmig ausgebildet sein. Die Kontaktlinien 152 besitzen eine geringe bzw. eine gegenüber den Kontaktflächen 153 (wesentlich) kleinere Breite.
Das Kontaktgitter 150 ist derart ausgebildet, dass die Kontaktflächen 153 verschiedener Kontaktelemente 151 in parallelen Reihen aus nebeneinander angeordneten Kontaktflächen 153 zusammengefasst sind. Die Kontaktflächen-Reihen, welche sich senkrecht zu den Kontaktelementen 151 erstrecken (gemäß 2 in vertikaler Richtung), können mit segmentierten Busbars gleichgesetzt werden.
Bei der in 2 gezeigten Ausgestaltung weisen die Kontaktelemente 151 jeweils fünf Kontaktflächen 153 auf. In entsprechender Weise liegen fünf Kontaktflächen-Reihen vor. Möglich sind auch nicht dargestellte Ausgestaltungen mit einer größeren Anzahl an Kontaktflächen 153 pro Kontaktelement 151 und damit einer entsprechenden Anzahl an Kontaktflächen-Reihen, zum Beispiel mit einer Anzahl im Bereich von zwanzig bis dreißig.
In 2 sind ergänzend Drahtleiter 222 einer elektrischen Verbindungsstruktur des Photovoltaikmoduls 200 angedeutet, welche zum Kontaktieren der Kontaktflächen 153 des Kontaktgitters 150 vorgesehen sind. Die Drahtleiter 222 werden an die Reihen aus nebeneinander angeordneten Kontaktflächen 153 der unterschiedlichen Kontaktelemente 151 angeschlossen, wodurch die Drahtleiter 222 senkrecht zu den Kontaktelementen 151 verlaufen. Zur Kontaktierung des Kontaktgitters 150 kommt eine der Anzahl der Kontaktflächen-Reihen entsprechende Anzahl an Drahtleitern 222 zur Anwendung, also fünf bei der Ausgestaltung von 2.
An der Rückseite der in 3 gezeigten Solarzelle 100 befindet sich das Kontaktgitter 170, einschließlich einer Passivierungsschicht 120 (vgl. auch 10). Das Kontaktgitter 170 besitzt ein zu dem vorderseitigen Kontaktgitter 150 entsprechendes Kontaktlayout, und weist mehrere separate und beabstandet angeordnete längliche Kontaktelemente 171 auf. Die Kontaktelemente 171 erstrecken sich parallel zueinander und parallel zu den langen Randseiten der Solarzelle 100 (gemäß 3 in horizontaler Richtung). Entsprechend den vorderseitigen Kontaktelementen 151 weist jedes rückseitige Kontaktelement 171 eine alternierende Struktur mit aneinandergrenzenden bzw. ineinander übergehenden Abschnitten in Form von Kontaktlinien 172 und Kontaktflächen 173 (Lötpads) auf. Die zur Kontaktierung verwendeten Kontaktflächen 173 können rechteckförmig ausgebildet sein. Die Kontaktfinger bzw. Kontaktlinien 172 besitzen eine geringe bzw. eine gegenüber den Kontaktflächen 173 (wesentlich) kleinere Breite.
Das Kontaktgitter 170 ist ebenfalls derart ausgebildet, dass die Kontaktflächen 173 verschiedener Kontaktelemente 171 in parallelen Reihen aus nebeneinander angeordneten Kontaktflächen 153 gruppiert sind. Die Kontaktflächen-Reihen, welche sich senkrecht zu den Kontaktelementen 171 erstrecken (gemäß 3 in vertikaler Richtung), können mit segmentierten Busbars gleichgesetzt werden.
Entsprechend dem Kontaktgitter 150 von 2 weisen die Kontaktelemente 171 des Kontaktgitters 170 von 3 jeweils fünf Kontaktflächen 173 auf, so dass erneut fünf Kontaktflächen-Reihen vorliegen. Möglich sind auch hier nicht dargestellte Ausgestaltungen mit einer größeren Anzahl an Kontaktflächen 173 pro Kontaktelement 171 und damit einer entsprechenden Anzahl an Kontaktflächen-Reihen, zum Beispiel mit einer Anzahl im Bereich von zwanzig bis dreißig.
Bei dem Kontaktgitter 170 können lediglich die Kontaktflächen 173 aus einem lötfähigen Metall bzw. Silber, und können die Kontaktlinien 172 aus dem kostengünstigeren Metall Aluminium ausgebildet sein. Hierbei können die rückseitigen Kontaktlinien 172 herstellungsbedingt eine größere Breite als die vorderseitigen Kontaktlinien 152 aufweisen (vgl. 10). Daher kann es in Betracht kommen, das rückseitige Kontaktgitter 170 mit einer gegenüber dem vorderseitigen Kontaktgitter 150 geringeren Anzahl an Kontaktelementen 171 auszubilden, wie es auch in den 2, 3 veranschaulicht ist.
In 3 sind ergänzend Drahtleiter 221 einer elektrischen Verbindungsstruktur des Photovoltaikmoduls 200 gezeigt, welche zum Kontaktieren der Kontaktflächen 173 des Kontaktgitters 170 vorgesehen sind. Die Drahtleiter 221 werden an die Reihen aus nebeneinander angeordneten Kontaktflächen 173 der unterschiedlichen Kontaktelemente 171 angeschlossen, wodurch die Drahtleiter 221 senkrecht zu den Kontaktelementen 171 verlaufen. Hierbei kommt eine der Anzahl der Kontaktflächen-Reihen entsprechende Anzahl an Drahtleitern 221 zur Anwendung, also fünf bei der Ausgestaltung von 3.
Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, erfolgt das Anschließen der Drahtleiter 221, 222 an die Kontaktflächen 153, 173 der Kontaktgitter 150, 170 der einzelnen Solarzellen 100 des Photovoltaikmoduls 200 mittels Löten. Auf diese Weise lässt sich eine zuverlässige elektrische Verbindung verwirklichen. Die Verwendung der Drahtleiter 221, 222 führt des Weiteren dazu, dass eine geringe vorder- und rückseitige Abschattung der Solarzellen 100 weiter begünstigt wird.
4 zeigt ausschnittsweise eine sich von den 2, 3 unterscheidende Ausgestaltung, welche für das vorder- und/oder rückseitige Kontaktgitter 150, 170 der Solarzellen 100 des Photovoltaikmoduls 200 vorgesehen sein kann. Hierbei besitzen die Kontaktflächen 153, 173 der Kontaktelemente 151, 171 eine streifenförmige rechteckige Geometrie, und ist eine auf die Erstreckungsrichtung der Kontaktelemente 151, 171 (horizontale Richtung in 4) bezogene Längsabmessung der Kontaktflächen 153, 173 größer als bei der Ausgestaltung der 2, 3. Auf diese Weise steht ein größerer Kontaktierungsbereich zum Anschließen der Drahtleiter 221, 222 an die Kontaktflächen-Reihen zur Verfügung, wie es auch in 4 anhand des außermittig auf den Kontaktflächen 153, 173 angeordneten Drahtleiters 221, 222 angedeutet ist. Eine Breitenabmessung der Kontaktflächen 153, 173 von 4 (senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Kontaktelemente 151, 171) ist hingegen wesentlich kleiner als die Längsabmessung bzw. kleiner als bei der in den 2, 3 gezeigten Ausgestaltung.
Weitere Details für einen möglichen Aufbau der Solarzellen 100 des Photovoltaikmoduls 200 werden im Folgenden anhand eines Verfahrensablaufs näher beschrieben, gemäß welchem eine Herstellung der Solarzellen 100 erfolgen kann. Hierbei werden Ausgangssolarzellen 101 gefertigt, welche in jeweils zwei halbe Solarzellen 100 mit dem Seitenverhältnis von 2:1 geteilt werden. Dies ist eine einfache und fertigungstechnisch günstige Methode, um die Solarzellen 100 bereitzustellen.
Zum Erzeugen von Solarzellen 100 mit der in den 2, 3 veranschaulichten rechteckigen Kontur werden in entsprechender Weise Ausgangssolarzellen 101 mit einer quadratischen Form hergestellt. Zur Veranschaulichung dieser Vorgehensweise ist in 5 eine Vorderseite, und ist in 6 eine Rückseite einer solchen quadratischen Ausgangssolarzelle 101 dargestellt. Anhand von Pfeilen und einer gestrichelten Linie ist ein Teilen der Ausgangssolarzelle 101 in zwei Halbzellen 100 angedeutet. Die Ausgangssolarzelle 101 weist die zuvor erläuterten Kontaktgitter 150 und 170 an der Vorder- und Rückseite auf, welche im Hinblick auf die zwei durch den Teilungsschritt gebildeten Halbzellen 100 die doppelte Anzahl an Kontaktelementen 151, 171 umfassen. Die in den 5, 6 gezeigte Struktur der Kontaktgitter 150, 170 entspricht derjenigen der 2, 3. Möglich ist auch eine Ausgestaltung entsprechend 4.
Das Teilen erfolgt, wie in den 5, 6 gezeigt ist, in der Mitte der Ausgangssolarzelle 101 zwischen zwei Kontaktelementen 151 bzw. 171. In diesem Zusammenhang kann gegebenenfalls eine nicht gezeigte Ausgestaltung in Betracht kommen, in welcher abweichend von den 5, 6 die sich an dem Teilungsbereich gegenüberliegenden Kontaktelemente 151 bzw. 171 einen größeren Abstand zueinander aufweisen.
Zum Erzeugen von Solarzellen 100 mit einer pseudorechteckigen Kontur können in entsprechender Weise Ausgangssolarzellen 101 mit einer pseudoquadratischen Form gefertigt und geteilt werden. Hierauf wird weiter unten mit Bezug auf die 21, 22 noch näher eingegangen.
Zur Herstellung von quadratischen oder pseudoquadratischen Ausgangssolarzellen 101 kann der im Folgenden beschriebene und in den 7 bis 10 dargestellte Prozessablauf zur Anwendung kommen. Hier gezeigt ist die Herstellung einer Ausgangssolarzelle 101 anhand von ausschnittsweisen seitlichen Schnittdarstellungen.
Bei dem Fertigungsverfahren wird ein in 7 gezeigtes Substrat 110 (Wafer) aus Silizium bereitgestellt. Das Substrat 110 ist p-leitend, was sich zum Beispiel mit einer Dotierung aus Bor verwirklichen lässt. Das Bereitstellen des Substrats 110 kann dadurch erfolgen, indem ein entsprechend dotierter Block aus Silizium erzeugt und durch Sägen zerteilt wird. Hierbei können mehrere Substrate 110 gewonnen werden.
Es ist möglich, dass das Substrat 110 mit einer polykristallinen, oder alternativ mit einer im Wesentlichen monokristallinen Kristallstruktur bereitgestellt wird. Bei letzterer Variante lässt sich ein hoher Solarzellen-Wirkungsgrad erzielen. Hierzu kann der zugehörige Siliziumblock mit Hilfe eines kostengünstigen Gießverfahrens gefertigt werden, was im Hinblick auf das Erzeugen einer im Wesentlichen monokristallinen Kristallstruktur unter zusätzlicher Verwendung von einem oder mehreren monokristallinen Keimen erfolgen kann.
Möglich ist es auch, das Substrat 110 mit einer monokristallinen Kristallstruktur bereitzustellen, wodurch sich ein hoher bzw. noch höherer Solarzellen-Wirkungsgrad erzielen lässt. Hierzu kann der zugehörige Siliziumblock mit Hilfe eines Czochralski-Verfahrens (CZ-Verfahren) oder eines Float-Zone-Verfahrens (FZ-Verfahren) gefertigt werden. Der auf diese Weise gefertigte Siliziumblock kann die Gestalt eines kreiszylinderförmigen Stabes aufweisen.
Nach dem Bereitstellen des p-dotierten Silizium-Substrats 110 wird ein Ätzprozess zum Entfernen eines Sägeschadens durchgeführt. Hierfür wird eine alkalische Ätzlösung wie zum Beispiel KOH oder NaOH eingesetzt.
Anschließend wird eine Passivierungsschicht 120 an einer rückseitigen Oberfläche des Siliziumsubstrats 110 ausgebildet, wie in 7 gezeigt ist. Die rückseitige Passivierungsschicht 120 dient dazu, im Solarzellenbetrieb eine Rekombination von in dem Substrat 110 durch Strahlungsabsorption erzeugten Ladungsträgern zu unterdrücken. Des Weiteren kann die Passivierungsschicht 120 als Antireflexionsschicht zum Unterdrücken einer Strahlungsreflexion an der Rückseite wirken. Die Passivierungsschicht 120 kann einen Schichtenstapel aus mehreren Schichten, zum Beispiel aus einer SiO2- und einer Si3N4-Schicht oder aus einer Al2O3- und einer Si3N4-Schicht umfassen. Möglich ist auch eine einschichtige Ausgestaltung aus zum Beispiel Si3N4. Derartige Materialien können jeweils durch einen CVD-Prozess (chemische Gasphasenabscheidung bzw. Chemical Vapour Deposition) abgeschieden werden. Bei einer (Teil-)Schicht aus SiO2 ist auch eine thermische Oxidation der rückseitigen Substratoberfläche möglich.
Im Anschluss hieran wird eine vorderseitige Oberfläche des Substrats 110 mit einer nicht gezeigten Oberflächentextur versehen. Dies dient dazu, eine vorderseitige Strahlungseinkopplung zu begünstigen. Hierzu wird ein weiterer alkalischer Ätzprozess mit zum Beispiel KOH durchgeführt.
Nach dem Erzeugen der Textur wird das p-leitende Substrat 110 einem Diffusionsprozess unterzogen, so dass ein vorderseitiger Substratbereich 112 mit einer n-Dotierung versehen wird. Dadurch weist das Substrat 110, wie in 7 gezeigt ist, zwei Bereiche 111, 112 mit unterschiedlicher Dotierung und folglich einen p-n-Übergang auf. Hiermit verbunden ist das Vorliegen eines inneren elektrischen Feldes, welches im Solarzellenbetrieb für eine Trennung der erzeugten Ladungsträger sorgt. Die unterschiedlich dotierten Bereiche werden als Basis 111 und Emitter 112 bezeichnet. Vorliegend wird das Silizium-Substrat 110 somit mit einer p-dotierten Basis 111 und einem n-dotierten Emitter 112 ausgebildet.
Die Herstellung des n-leitenden Emitters 112 kann ein Eindiffundieren von Phosphor in die vorderseitige Substratoberfläche umfassen. Dies kann durch eine Prozessierung des Substrats 110 in einem Ofen mit einer phosphorhaltigen Atmosphäre verwirklicht werden. Im Rahmen dieses Prozesses kann eine nicht dargestellte Schicht eines Phosphorsilikatglases (PSG) auf der vorderseitigen Substratoberfläche gebildet werden.
Nach der Emitterherstellung werden, wie in 8 gezeigt ist, Öffnungen 121 in der rückseitigen Passivierungsschicht 120 ausgebildet, so dass die rückseitige Oberfläche des Substrats 110 an diesen Stellen lokal freigelegt wird. Dieser zum Beispiel mit Hilfe eines Lasers durchgeführte Prozess erfolgt im Hinblick auf das spätere Herstellen des rückseitigen Kontaktgitters 170. Die Lasergräben bzw. Öffnungen 121 werden derart ausgebildet, dass wenigstens die Kontaktlinien 172 des Kontaktgitters 170 das Substrat 110 rückseitig kontaktieren können. Möglich ist auch eine rückseitige Kontaktierung des Substrats 110 durch die Kontaktflächen 173 des Kontaktgitters 170. Je nach Ausgestaltung werden die Öffnungen 121 in Form von Liniensegmenten oder Punkten (abgestimmt auf die Kontaktlinien 172), oder in Form von durchgehenden Linienstrukturen ausgebildet.
Nachfolgend wird ein weiterer Ätzprozess durchgeführt, um das bei der Emitterherstellung vorderseitig gebildete PSG-Glas zu entfernen.
Anschließend wird eine Antireflexionsschicht 130 an der vorderseitigen Oberfläche des Substrats 110 ausgebildet, wie in 8 dargestellt ist. Die vorderseitige Antireflexionsschicht 130 dient dazu, im Solarzellenbetrieb eine Strahlungsreflexion an der Vorderseite zu unterdrücken. Die Antireflexionsschicht 130 kann zum Beispiel aus Si3N4 ausgebildet und durch einen CVD-Prozess abgeschieden werden.
Nachfolgend werden die beidseitigen Kontaktgitter 150, 170 mit den Kontaktelementen 151, 171 erzeugt. Hierzu werden im Bereich der Rückseite des mit der Passivierungsschicht 120 versehenen Substrats 110 in aufeinanderfolgenden Druckprozessen, beispielsweise Siebdruckprozessen, eine Ag-haltige Paste in Form der Kontaktflächen 173 und anschließend eine Alhaltige Paste in Form der Kontaktlinien 172 aufgebracht (vgl. 6; bei der Herstellung einer pseudoquadratischen Ausgangssolarzelle 101 wird analog verfahren). Die gedruckten Kontaktlinien 172 können die gedruckten Kontaktflächen 173 am Rand geringfügig überlappen. In der Schnittdarstellung von 9 sind lediglich die Kontaktlinien 172 gezeigt.
Die Kontaktlinien 172 werden im Bereich der Öffnungen 121 der Passivierungsschicht 120 und damit an das Substrat 110 heranreichend gedruckt. Wie in 9 gezeigt ist, bedecken die gedruckten Kontaktlinien 172 die Passivierungsschicht 120 auch außerhalb der Öffnungen 121 bzw. seitlich hiervon. Sofern die Öffnungen 121 der Passivierungsschicht 120 in Form von durchgehenden Linien ausgebildet werden, trifft eine solche Ausgestaltung auch auf die gedruckten Kontaktflächen 173 zu. Bei Öffnungen 121 in Form von Liniensegmenten oder Punkten können sich die gedruckten Kontaktflächen 173 lediglich auf der Passivierungsschicht 120 befinden und nicht an das Substrat 110 angrenzen.
In einem weiteren bzw. nachfolgenden Druckprozess, beispielsweise einem Siebdruckprozess, wird im Bereich der Vorderseite des Substrats 110 bzw. auf der in diesem Bereich ausgebildeten Antireflexionsschicht 130 eine weitere Ag-haltige Paste in Form des vorderseitigen Kontaktgitters 150 aufgebracht (vgl. 5; bei der Herstellung einer pseudoquadratischen Ausgangssolarzelle 101 wird analog verfahren). Diese Paste weist ätzende Zusätze auf.
Anschließend wird ein als Feuern bezeichneter Hochtemperaturprozess durchgeführt, wodurch die in pastöser Form vorliegenden Kontaktgitter 150, 170 verfestigt und elektrisch mit dem Substrat 110 verbunden werden. Die ätzenden Zusätze in der Metallpaste des vorderseitigen Kontaktgitters 150 bewirken in diesem Prozess ein Durchätzen der Antireflexionsschicht 130, wodurch die Kontaktelemente 151 des Kontaktgitters 150 durch die Antireflexionsschicht 130 hindurch an das Substrat 110 angebunden wird. In der Schnittdarstellung von 10 ist dies lediglich für die Kontaktlinien 152 gezeigt.
Auch das rückseitige Kontaktgitter 170 bzw. wenigstens die Kontaktlinien 172 werden in dem Feuerschritt im Bereich der Öffnungen 121 der Passivierungsschicht 120 an das Substrat 110 angebunden. Hierbei kann, wie in 10 angedeutet ist, Material der Kontaktlinien 172 (Aluminium) im Bereich der Öffnungen 121 in das Substrat 110 eindiffundieren, so dass an diesen Stellen jeweils ein lokales Aluminium-Rückseitenfeld (BSF, Back Surface Field) erzeugt wird. Diese Ausgestaltung eines Aluminium-Silizium-Kontakts begünstigt das Unterdrücken der Rekombination von erzeugten Ladungsträgern. Eine mit diesem Aufbau gefertigte Solarzelle 101, 100 kann auch als PERC-Solarzelle (Passivated Emitter and Rear solar Cell) bezeichnet werden.
Nach dem Kontaktfeuern kann die gemäß dem vorstehend beschriebenen Prozessablauf gefertigte Ausgangssolarzelle 101 wie oben beschrieben halbiert bzw. in zwei Solarzellen 100 geteilt werden (vgl. die 5, 6, 21). Hierfür kann die Ausgangssolarzelle 101 mit Hilfe eines Lasers an der Rückseite angeritzt und nachfolgend mechanisch gebrochen werden.
Im Anschluss an das Bereitstellen der Solarzellen 100 erfolgt der weitere Zusammenbau des Photovoltaikmoduls 200. Hierbei wird eine Anordnung aus Solarzellen 100 gebildet, welche über eine elektrische Verbindungsstruktur elektrisch miteinander verbunden sind. Dies erfolgt entsprechend eines vorgegebenen Verschaltungsschemas.
Anhand der folgenden Figuren werden Aspekte und Details zur Verschaltung der Solarzellen 100 des Photovoltaikmoduls 200 näher erläutert. Die Solarzellen 100 können einen rechteckigen lateralen Umriss aufweisen, wie es auch in den Figuren veranschaulicht ist, oder alternativ einen pseudorechteckigen lateralen Umriss. Die folgende Beschreibung gilt sowohl für die gezeigten rechteckigen als auch für pseudorechteckige Solarzellen 100.
Eine mögliche Ausgestaltung für eine Anordnung und Verschaltung der Solarzellen 100 des Photovoltaikmoduls 200 ist in 11 gezeigt. Die Solarzellen 100 sind in einer Ebene in Form einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet. Die hier beispielhaft gezeigte Matrix umfasst einhundertzwanzig Solarzellen 100. Mehrere Solarzellen 100 sind jeweils elektrisch in Reihe zu einem String 250 verbunden. Es sind sechs derartige Strings 250 aus jeweils zwanzig Halbzellen 100 gebildet, welche nebeneinander angeordnet sind und parallel zueinander verlaufen (in 11 in horizontaler Richtung). In den einzelnen Strings 250 sind die Solarzellen 100 jeweils mit ihren langen Randseiten einander gegenüberliegend angeordnet. In 11 sind die Reihenverbindungen in den Strings 250 anhand von gestrichelten Linien bzw. Pfeilen angedeutet. Hierbei kommen Drahtleiter 221, 222 als dünne Zellverbinder zum Einsatz (vgl. die 14, 15 und 20).
Die Form der Solarzellen 100 mit dem Seitenverhältnis von 2:1 macht es möglich, dass ein String 250 jeweils die doppelte Zell-Anzahl als ein vergleichbarer String aus ungeteilten quadratischen bzw. pseudoquadratischen Zellen umfassen kann. Mit Hilfe des Strings 250 kann infolgedessen die doppelte elektrische Spannung erzeugt werden. Der in dem String 250 fließende elektrische Strom ist jedoch kleiner bzw. halbiert.
Auf diese Weise ist der Betrieb des Photovoltaikmoduls 200 mit geringe(re)n ohmschen Widerstandsverlusten verbunden.
In 11 ist angedeutet, dass jeweils zwei nebeneinander angeordnete Strings 250 parallel geschaltet sind, wodurch insgesamt drei Stringanordnungen 251, 252, 253 aus parallel geschalteten Strings 250 vorliegen (Doppelstrings). Durch die parallele Schaltung von jeweils zwei Strings 250 kann erzielt werden, dass die Stringanordnungen 251, 252, 253 trotz der größeren bzw. doppelten Anzahl an Solarzellen 100 pro String 250 jeweils die gleiche Spannung erzeugen wie ein aus ungeteilten quadratischen Zellen aufgebauter String. Die Stringanordnungen 251, 252, 253 sind ihrerseits zueinander in Reihe geschaltet. Die Parallelschaltung der Strings 250 und die Reihenschaltung der Stringanordnungen 251, 252, 253 ist mit Hilfe von Querverbindern 241, 242, 243, 244 hergestellt, welche an den Enden der Strings 250 bzw. an zwei entgegen gesetzten Randseiten der Solarzellenmatrix angeordnet sind. Die elektrische Verbindung zwischen den Querverbindern 241, 242, 243, 244 und den an dieser Stelle vorliegenden Solarzellen 100 ist ebenfalls mit Hilfe von Drahtleitern 221, 222 verwirklicht.
Ein bei dem Verschaltungsschema von 11 vorliegender Strompfad erstreckt sich zwischen den Querverbindern 241, 244, und weist eine (inverse) S-Form auf. Ausgehend von dem Querverbinder 241 verläuft die elektrische Verbindung über die Stringanordnung 251, den Querverbinder 242, die Stringanordnung 252, den Querverbinder 243 und die Stringanordnung 253 zu dem Querverbinder 244 (oder auch umgekehrt).
Die Anordnung von 11 kann ferner derart gestaltet sein, dass in den einzelnen Stringanordnungen 251, 252, 253 die jeweils nebeneinander angeordnete Solarzellen 100 der zwei verschiedenen Strings 250 (d.h. die in 11 in vertikaler Richtung nebeneinander angeordneten Solarzellen 100) zusätzlich untereinander parallel geschaltet sind. Dies kann mit Hilfe von in den Stringanordnungen 251, 252, 253 zwischen den Solarzellen 100 angeordneten Zwischenverbindern 223 verwirklicht werden, welche mit Drahtleitern 221, 222 der zugehörigen zwei Strings 250 verbunden sind (vgl. die 14, 15).
Die zusätzliche zellweise Parallelschaltung von Solarzellen 100 in den Stringanordnungen 251, 252, 253 ermöglicht ein Fließen von Ausgleichsströmen zwischen den untereinander parallel geschalteten Solarzellen 100. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Leistungsverluste infolge von Teilabschattungen reduzieren. Dies betrifft sowohl direkte Abschattungen der Solarzellen 100 im Bereich der Vorderseite, als auch Abschattungen in der Umgebung des Photovoltaikmoduls 200, was zu einer Verringerung des über die Rückseiten der bifazialen Solarzellen 100 einsammelbaren Streulichts führt.
Die zellweise Parallelschaltung kann sich auch im Hinblick auf das oben beschriebene Teilen von Ausgangssolarzellen 101 als vorteilhaft erweisen. Denn eine Ausgangssolarzelle 101 kann gegebenenfalls in zwei Solarzellen 100 mit unterschiedlichen Zellcharakteristiken und dadurch Wirkungsgraden geteilt werden. Um hiermit verbundene Leistungsverluste zu vermeiden, ist vorgesehen, dass die in den Stringanordnungen 251, 252, 253 (gemäß 11 vertikal) nebeneinander angeordneten und zusätzlich untereinander parallel geschalteten Solarzellen 100 jeweils von der gleichen Ausgangssolarzelle 101 stammen. Unterschiedlichen Zellcharakteristiken (sofern vorhanden) können durch das mögliche Fließen von Ausgleichsströmen kompensiert werden.
Bei dem Photovoltaikmodul 200 erfolgt die elektrische Verbindung der Solarzellen 100 in den Strings 250 mit Hilfe von Drahtleitern 221, 222. Details für einen in Betracht kommenden Aufbau, bei welchem zusätzlich Zwischenverbinder 223 zum Einsatz kommen, werden im Folgenden anhand der in den 11 bis 15 gezeigten möglichen Herstellung einer Stringanordnung bzw. eines Doppelstrings aus zwei Strings 250 beschrieben. Hierbei kann es sich um eine der Stringanordnungen 251, 252, 253 von 11 handeln.
Zu Beginn des Verfahrensablaufs werden, wie in 12 gezeigt ist, mehrere Drahtleiter 221 bereitgestellt. Hierzu können die Drahtleiter 221 von nicht gezeigten Spulen abgerollt werden. Die Drahtleiter 221, welche zum Anschließen an die Kontaktflächen 173 der rückseitigen Kontaktgitter 170 der Solarzellen 100 vorgesehen sind (vgl. 3; gilt analog bei pseudorechteckigen Solarzellen 100), werden im Folgenden auch als erste Drahtleiter 221 bezeichnet. Die ersten Drahtleiter 221 werden parallel zueinander verlaufend angeordnet, so dass ein entsprechendes Drahtfeld aus ersten Drahtleitern 221 gebildet wird. Die Anzahl der Drahtleiter 221 ist auf die Anzahl der Kontaktflächen 173 pro Kontaktelement 171 der Solarzellen 100 abgestimmt. In Bezug auf die oben beschriebene Ausgestaltung der Solarzellen 100 und die zu erzeugenden zwei Strings 250 umfasst das in 12 gezeigte Drahtfeld zehn erste Drahtleiter 221.
Anschließend werden, wie in 13 dargestellt ist, Solarzellen 100 und Zwischenverbinder 223 auf den ersten Drahtleitern 221 angeordnet. Die Solarzellen 100 werden mit den Rückseiten auf den ersten Drahtleitern 221 aufgelegt. Das Positionieren der Solarzellen 100 erfolgt derart, dass in den zu erzeugenden Strings 250 sich die Solarzellen 100 mit ihren langen Randseiten gegenüberliegen, und dass die Kontaktflächen 173 der Kontaktgitter 170 der Solarzellen 100 im Bereich der Drahtleiter 221 zu liegen kommen (vgl. die 3, 4; gilt analog bei pseudorechteckigen Solarzellen 100).
Die Zwischenverbinder 223 werden in Zwischenräumen zwischen den Solarzellen 100 auf den ersten Drahtleitern 221 angeordnet, und verlaufen hierbei senkrecht zu den Drahtleitern 221, wie in 13 gezeigt ist. Die Zwischenverbinder 223 weisen eine solche Länge auf, dass sich die Zwischenverbinder 223 zwischen den Solarzellen 100 der zu erzeugenden zwei Strings 250 erstrecken, und dadurch die Zwischenverbinder 223 mit den Drahtleitern 221 (und auch nachfolgend eingesetzten Drahtleitern 222) der verschiedenen Strings 250 verbunden werden können. Auf diese Weise kann die oben erläuterte zellweise Parallelschaltung von Solarzellen 100 in einem Doppelstring verwirklicht werden.
Die Zwischenverbinder 223 können, wie in 13 angedeutet ist, streifen- bzw. balkenförmige Elemente sein. Die Zwischenverbinder 223 können eine Dicke entsprechend der Dicke der Solarzellen 100 aufweisen, wodurch es möglich ist, nach Fertigstellen der Strings 250 eine Druckausübung auf Zellkanten zu vermeiden. Des Weiteren können die Zwischenverbinder 223 auch in Form von drahtförmigen Elementen bzw. Drahtleitern ausgebildet sein.
Nachfolgend wird, wie in 14 gezeigt ist, eine Anordnung bzw. ein Drahtfeld aus weiteren und parallel zueinander verlaufenden Drahtleitern 222 auf den Solarzellen 100 (bzw. deren Vorderseiten) positioniert. Auch die Drahtleiter 222 können von nicht gezeigten Spulen abgerollt werden. Die zum Anschließen an die Kontaktflächen 153 der vorderseitigen Kontaktgitter 150 der Solarzellen 100 vorgesehenen Drahtleiter 222 (vgl. 2; gilt analog bei pseudorechteckigen Solarzellen 100) werden im Folgenden auch als zweite Drahtleiter 222 bezeichnet. Bei einer entsprechenden Dicke der Zwischenverbinder 223 befinden sich die zweiten Drahtleiter 222 auch auf den Zwischenverbindern 223. Die Anzahl der zweiten Drahtleiter 222 korrespondiert zur vorderseitigen Kontaktflächen-Anzahl der Solarzellen 100 und den zu erzeugenden zwei Strings 250. Hinsichtlich der oben beschriebenen Ausgestaltung der Solarzellen 100 umfasst das in 14 gezeigte Drahtfeld zehn zweite Drahtleiter 222. Das Anordnen der zweiten Drahtleiter 222 erfolgt derart, dass sich die Drahtleiter 222 im Bereich der Kontaktflächen 153 der Solarzellen 100 befinden (vgl. die 2, 4; gilt analog bei pseudorechteckigen Solarzellen 100)
In 14 ist das Drahtfeld aus zweiten Drahtleitern 222 aus Gründen der Übersichtlichkeit versetzt zu dem Drahtfeld aus ersten Drahtleitern 221 dargestellt. Eine solche versetzte Anordnung, welche zum Beispiel durch eine Ausgestaltung der Solarzellen 100 entsprechend 4 begünstigt werden kann, kann auch in der Praxis umgesetzt werden. Alternativ ist auch ein Anordnen der zweiten Drahtleiter 222 deckungsgleich über den ersten Drahtleitern 221 möglich.
Hieran anschließend wird ein Lötprozess durchgeführt, in welchem die Kontaktflächen 173 der rückseitigen Kontaktgitter 170 der Solarzellen 100 und die ersten Drahtleiter 221, die Kontaktflächen 153 der vorderseitigen Kontaktgitter 150 der Solarzellen 100 und die zweiten Drahtleiter 222, sowie auch die Zwischenverbinder 223 und die Drahtleiter 221, 222 elektrisch miteinander verbunden werden. In dem Lötprozess können entsprechende Lötverbindungen nacheinander oder auch gleichzeitig ausgebildet werden.
Im Hinblick auf den Lötprozess werden für die zuvor durchgeführten Prozesse Drahtleiter 221, 222 mit einer Beschichtung aus einem Lotmittel 232 bereitgestellt. Zur Veranschaulichung ist in 16 eine entsprechende Schnittdarstellung einer möglichen Struktur der Drahtleiter 221, 222 gezeigt. Die Drahtleiter 221, 222 weisen einen Draht bzw. Basisdraht 231 aus zum Beispiel Kupfer auf, welcher mit dem Lotmittel 232 ummantelt ist.
Nach dem Herstellen von elektrischen Kontakten bzw. Lötverbindungen zwischen den Drahtleitern 221, 222 und den Solarzellen 100 und den Drahtleitern 221, 222 und den Zwischenverbindern 223 sind in dem in 14 veranschaulichten Zustand die Vorder- und Rückseiten der in den beiden Strings 250 angeordneten Solarzellen 100 noch über die Drahtleiter 221, 222 kurzgeschlossen. Um eine Reihenschaltung zu verwirklichen, werden daher, wie in 15 ausschnittsweise dargestellt ist, überschüssige elektrische Verbindungen unterbrochen. Hierbei werden die Drahtleiter 221, 222 an geeigneten Stellen 229 durchtrennt. Die Trennstellen 229 können zum Beispiel mit Hilfe eines Lasers oder auch mechanisch mit Hilfe einer Schneidvorrichtung ausgebildet werden.
Nach dem Trennen der Kurzschlussverbindungen sind die Solarzellen 100 eines Strings 250 elektrisch in Reihe verbunden. Zwischen benachbarten Solarzellen 100 eines Strings 250 erfolgt die serielle Verbindung jeweils über mehrere (vorliegend fünf) Drahtleiter 221, welche an der Rückseite angeordnet und an das Kontaktgitter 170 von einer der Solarzellen 100 angeschlossen sind, einen Zwischenverbinder 223 und mehrere (vorliegend fünf) Drahtleiter 222, welche an der Vorderseite angeordnet und an das Kontaktgitter 150 einer hierzu benachbarten Solarzelle 100 angeschlossen sind. Mit Hilfe der Zwischenverbinder 223, an welche Drahtleiter 221, 222 der zwei verschiedenen Strings 250 angeschlossen sind, ist des Weiteren die zellweise Parallelschaltung von nebeneinander angeordneten Solarzellen 100 der unterschiedlichen Strings 250 hergestellt.
Der vorstehend beschriebene Verfahrensablauf bietet die Möglichkeit, Solarzellen 100 des Photovoltaikmoduls 200 auf kostengünstige und zuverlässige Art und Weise elektrisch miteinander zu verbinden. Auch begünstigt die Verwendung der Drahtleiter 221, 222 eine geringe vorder- und rückseitige Abschattung der Solarzellen 100.
In diesem Zusammenhang ist es ferner möglich, den beschriebenen Verfahrensablauf zum Verwirklichen eines vorgegebenen Verschaltungsschemas, beispielsweise dem Schema von 11, anzuwenden. Hierbei kann zunächst eine 14 entsprechende Anordnung mit sämtlichen zu erzeugenden Strings 250 bzw. Stringanordnungen bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck kommen Drahtfelder mit einer entsprechenden (bzw. größeren) Anzahl an Drahtleitern 221, 222 zum Einsatz. Auch Querverbinder wie die in 11 gezeigten Querverbinder 241, 242, 243, 244 können mit einbezogen werden, indem zusätzlich am Rand der Solarzellenmatrix, vergleichbar zu den Solarzellen 100 und Zwischenverbindern 223, die Querverbinder 241, 242, 243, 244 zwischen den Drahtleitern 221, 222 vorgesehen werden. In dem anschließenden Lötprozess können Lötverbindungen zwischen den Drahtleitern 221, 222 und den Solarzellen 100 und den Drahtleitern 221, 222 und den Zwischenverbindern 223 innerhalb der Strings 250, und auch zwischen den Drahtleitern 221, 222 und den Querverbindern 241, 242, 243, 244 am Ende der Strings 250 erzeugt werden. In dem nachfolgenden Trennschritt können neben Kurzschlussverbindungen innerhalb der Strings 250 auch Verbindungen am Rand der Solarzellenmatrix unterbrochen werden, so dass die Querverbinder 241, 242, 243, 244 lediglich über die Drahtleiter 221 oder die Drahtleiter 222 mit den hierzu benachbarten Solarzellen 100 elektrisch verbunden sind.
Nach dem Verschalten der Solarzellen 100 bzw. dem Ausbilden der elektrischen Verbindungsstruktur erfolgen die weiteren der oben erläuterten Schritte, um das Photovoltaikmodul 200 fertigzustellen. Hierzu gehört das Einbetten der elektrisch verbundenen Solarzellen 100 in der Einbettungsschicht 214 zwischen den Abdeckungen 211, 212, und das gegebenenfalls durchgeführte Anbringen des Rahmens 216 (vgl. 1).
Im Folgenden werden weitere mögliche Ausgestaltungen beschrieben, welche für das Photovoltaikmodul 200 in Betracht kommen können. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass gleiche und gleich wirkende Komponenten und Strukturen im Folgenden nicht erneut detailliert beschrieben werden. Für Details hierzu wird stattdessen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Auch wird auf die Möglichkeit hingewiesen, Merkmale von verschiedenen Ausgestaltungen miteinander zu kombinieren.
Es ist zum Beispiel möglich, den anhand der 12 bis 15 erläuterten Verfahrensablauf derart abzuwandeln, dass Solarzellen 100 zuerst mit ihren Vorderseiten auf einem Drahtfeld aufgelegt werden, und nachfolgend ein weiteres Drahtfeld rückseitig auf den Solarzellen 100 positioniert wird, bevor die weiteren Schritte (Lötprozess, Trennen überschüssiger Verbindungen) durchgeführt werden.
In Bezug auf die elektrische Verbindungsstruktur kann des Weiteren eine Ausgestaltung mit einer oder mehreren elektrischen Überbrückungsstrukturen vorgesehen sein, um bei einem Störfall wie beispielsweise einer Teilabschattung eine negative Beeinträchtigung des Stromflusses in dem Photovoltaikmodul 200 zu verhindern. Zur Veranschaulichung eines solchen Aufbaus zeigt 17 ein weiteres Verschaltungsschema, welches für das Photovoltaikmodul 200 vorgesehen sein kann. Der Aufbau von 17, welcher auf dem Aufbau von 11 basiert, umfasst zusätzliche Überbrückungsstrukturen. Hierbei kommen zwei parallel zu den Stringanordnungen 251, 252, 253 verlaufende Überbrückungsverbinder 261, 262 zum Einsatz, welche mit den am Rand der Solarzellenmatrix angeordneten Querverbindern 241, 242, 243, 244 verbunden sind. Der Überbrückungsverbinder 261 ist an einer Randseite mit dem Querverbinder 242 und an der entgegen gesetzten Randseite über Bypass-Dioden 270 mit den Querverbindern 241, 243 verbunden. Der andere Überbrückungsverbinder 262 ist an einer Randseite mit dem Querverbinder 243 und an der entgegen gesetzten Randseite über eine Bypass-Diode 270 mit dem Querverbinder 244 verbunden.
Die in 17 gezeigte Verschaltung bietet die Möglichkeit, in einem Störfall eine Stringanordnung 251, 252, 253 zu überbrücken. Dies erfolgt durch Ansprechen bzw. Schalten einer entsprechenden Bypass-Diode 270, wodurch der elektrische Strom über den mit der Bypass-Diode 270 verbundenen Überbrückungsverbinder 261, 262 umgeleitet werden kann. Auch können zwei oder sämtliche drei Stringanordnungen 251, 252, 253 überbrückt werden.
In Bezug auf den Aufbau von 17 ist es möglich, die Solarzellen 100 zusammen mit den Überbrückungsverbindern 261, 262, den Bypass-Dioden 270 und den übrigen Bestandteilen der elektrischen Verbindungsstruktur (wie den Drahtleitern 221, 222) zueinander anzuordnen, diese Komponenten in einem Lötprozess zu verbinden, Kurzschlussverbindungen zu trennen, und nachfolgend in der Einbettungsschicht 214 zwischen den Abdeckungen 211, 212 anzuordnen. Alternativ ist es denkbar, die Bypass-Dioden 270 bei diesen Prozessen wegzulassen, und die Bypass-Dioden 270 erst später bzw. nach dem Laminieren entsprechend des Verschaltungsschemas von 17 zu verbauen. Hierbei können die Bypass-Dioden 270 zum Beispiel in an dem Photovoltaikmodul 200 vorgesehenen Anschlussdosen untergebracht werden (nicht dargestellt).
Die Verbindung von Solarzellen 100 des Photovoltaikmoduls 200 mit Hilfe von Drahtleitern 221, 222 kann nicht nur mit dem Verfahrensablauf der 12 bis 15, sondern auch auf andere Art und Weise verwirklicht werden. Eine mögliche Variante wird im Folgenden anhand der in den 18 bis 20 gezeigten Herstellung eines einzelnen Solarzellen-Strings 250 beschrieben.
Bei diesem Verfahrensablauf wird die in 18 in der Aufsicht und in 19 von der Seite gezeigte Anordnung aus Solarzellen 100 und ersten und zweiten Drahtleitern 221, 222 bereitgestellt. Die Solarzellen 100 liegen mit ihren langen Randseiten einander gegenüber. Ein Drahtfeld aus parallelen ersten Drahtleitern 221 verläuft alternierend an der Vorderund Rückseite der Solarzellen 100. Ein Drahtfeld aus parallelen zweiten Drahtleitern 222 verläuft hierzu umgekehrt alternierend an der Vorder- und Rückseite der Solarzellen 100. Bei beiden Drahtfeldern sind die Drahtleiter 221, 222 sowohl zum Anschließen an die vorder- als auch an die rückseitigen Kontaktgitter 150, 170 der Solarzellen 100 vorgesehen. Bei den in 18 (und auch 20) in der Aufsicht gezeigten Seiten der Solarzellen 100 kann es sich um deren Vorderseiten handeln.
Die Anzahl der Drahtleiter 221, 222 korrespondiert zu der Kontaktflächen-Anzahl der Solarzellen 100, so dass in 18 hinsichtlich des einen Strings 250 und der oben beschriebene Ausgestaltung der Solarzellen 100 fünf erste Drahtleiter 221 und fünf zweite Drahtleiter 222 dargestellt sind. Die Drahtleiter 221, 222 sind derart positioniert, dass sich die Drahtleiter 221, 222 im Bereich der vorder- und rückseitigen Kontaktflächen 153, 173 der Solarzellen 100 befinden (vgl. die 2, 3, 4; gilt analog bei pseudorechteckigen Solarzellen 100).
Die Drahtfelder der ersten und zweiten Drahtleiter 221, 222 sind lateral (gemäß 18 in vertikaler Richtung) zueinander versetzt, so dass die Drahtleiter 221, 222 in den Zwischenräumen zwischen den Solarzellen 100 zueinander beabstandet sind. Eine solche Anordnung kann durch die in 4 gezeigte Ausgestaltung der Solarzellen 100 begünstigt werden.
Die in den 18, 19 gezeigte webartige Struktur kann verwirklicht werden, indem in sequentieller Weise Solarzellen 100 zwischen den Drahtfeldern aus ersten und zweiten Drahtleitern 221, 222 positioniert werden, und vor dem Positionieren der jeweils nächsten Solarzelle 100 die Drahtleiter 221, 221 bezüglich der Vorder- und Rückseite der Solarzellen 100 seitenvertauscht angeordnet werden.
Nach dem Erzeugen der in den 18, 19 gezeigten Anordnung wird ein Lötprozess durchgeführt, in welchem die ersten und zweiten Drahtleiter 221, 222 an die Solarzellen angeschlossen werden. Das Anschließen erfolgt, je nach Anordnung der Drahtleiter 221, 222 an der Vorder- oder Rückseite der Solarzellen 100, an die vorder- oder rückseitigen Kontaktflächen 153, 173 der Kontaktgitter 150, 170 der Solarzellen 100.
Nach dem Herstellen der Lötverbindungen zwischen den Drahtleitern 221, 222 und den Solarzellen 100 liegt in dem in 18 veranschaulichten Zustand noch eine Kurzschlussschaltung vor. Daher werden, wie in 20 dargestellt ist, überschüssige elektrische Verbindungen unterbrochen, indem die Drahtleiter 221, 222 an geeigneten Stellen 229 durchtrennt werden. Auf diese Weise sind die Solarzellen 100 des Strings 250 elektrisch in Reihe verbunden. Zwischen benachbarten Solarzellen 100 erfolgt die serielle Verbindung in abwechselnder Weiser entweder jeweils über mehrere (vorliegend fünf) durchtrennte erste Drahtleiter 221 oder mehrere (vorliegend fünf) durchtrennte zweite Drahtleiter 222, welche an die vorder- und rückseitigen Kontaktgitter 150, 170 der betreffenden Solarzellen 100 angeschlossen sind.
Im Hinblick auf das Verwirklichen eines vorgegebenen Verschaltungsschemas, beispielsweise dem Schema von 11, kann zunächst eine den 18, 19 entsprechende Anordnung mit sämtlichen zu erzeugenden Strings 250 bzw. Stringanordnungen bereitgestellt werden. Auch Querverbinder wie die in 11 gezeigten Querverbinder 241, 242, 243, 244 können mit einbezogen werden, indem zusätzlich am Rand der Solarzellenmatrix, vergleichbar zu den Solarzellen 100, die Querverbinder 241, 242, 243, 244 zwischen den Drahtleitern 221, 222 vorgesehen werden. In dem anschließenden Lötprozess können Lötverbindungen zwischen den Drahtleitern 221, 223 und den Kontaktgittern 150, 170 der Solarzellen 100 innerhalb der Strings 250, und auch zwischen den Drahtleitern 221, 222 und den Querverbindern 241, 242, 243, 244 erzeugt werden. In dem nachfolgenden Trennschritt können neben überschüssigen Verbindungen innerhalb der Strings 250 auch Verbindungen am Rand der Solarzellenmatrix unterbrochen werden, so dass die Querverbinder 241, 242, 243, 244 lediglich über die Drahtleiter 221 oder die Drahtleiter 222 mit den hierzu benachbarten Solarzellen 100 elektrisch verbunden sind.
Wie oben erläutert wurde, kann das Photovoltaikmodul 200 nicht nur mit rechteckigen, sondern auch mit pseudorechteckigen Solarzellen 100 verwirklicht werden. Hierfür können pseudoquadratische Ausgangssolarzellen 101 gemäß dem Verfahrensablauf der 7 bis 10 gefertigt und in jeweils zwei pseudorechteckige Solarzellen 100 halbiert werden. Zur Veranschaulichung dieser Vorgehensweise ist in 21 eine solche pseudoquadratische Ausgangssolarzelle 101 bzw. deren Kontur dargestellt. Anhand von Pfeilen und einer gestrichelten Linie ist ein Teilen der Ausgangssolarzelle 101 in zwei Halbzellen 100 angedeutet. Die pseudoquadratische Ausgangssolarzelle 101 weist eine einem Quadrat entsprechende Form mit vier abgeschrägten Eckbereichen auf. Die Ausgestaltung mit einer solchen lateralen Form kann beispielsweise gewählt sein aufgrund eines im Rahmen der Herstellung durchgeführten Czochralski oder Float-Zone-Verfahrens und eines hiermit verbundenen Erzeugens eines kreiszylinderförmigen Siliziumstabes.
Abgesehen von der unterschiedlichen Kontur besitzt die pseudoquadratische Ausgangssolarzelle 101 denselben Aufbau wie eine quadratische Ausgangssolarzelle 101, also zum Beispiel die Kontaktgitter 150 und 170 an der Vorder- und Rückseite, welche im Hinblick auf die zwei durch den Teilungsschritt gebildeten Halbzellen 100 die doppelte Anzahl an Kontaktelementen 151, 171 umfassen. Auch in dieser Ausgestaltung erfolgt das Teilen in der Mitte der Ausgangssolarzelle 101 zwischen zwei Kontaktelementen 151 bzw. 171 (jeweils nicht dargestellt in 21, vgl. hierzu die analog anwendbaren 5, 6).
Eine durch das Teilen der pseudoquadratischen Ausgangssolarzelle 101 gebildete pseudorechteckige Solarzelle 100 bzw. deren Kontur ist in 22 gezeigt. Die Form der Solarzelle 100 entspricht einer in 22 anhand von gestrichelten Linien angedeuteten rechteckigen Grundform, wobei abweichend von der rechteckigen Grundform zwei Eckbereiche abgeschrägt sind. In dieser Ausgestaltung weist die Solarzelle 100 zwei lange Randseiten mit unterschiedlicher Länge sowie zwei kurze Randseiten auf, welche kürzer sind als die entsprechenden kurzen Seiten der rechteckigen Grundform. Aufgrund des Teilens einer zugrundliegenden pseudoquadratischen Ausgangssolarzelle 101 weist auch die pseudorechteckige Solarzelle 100 ein Seitenverhältnis von 2:1 auf. Dieses bezieht sich hierbei auf die langen und kurzen Seiten der rechteckigen Grundform.
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Dies wird im Folgenden näher erläutert.
Beispielsweise ist es möglich, anstelle der oben angegebenen Materialien andere Materialien zu verwenden. Gleiches trifft auf Zahlenangaben sowie in den Figuren gezeigte Anzahlen von Komponenten und Elementen zu, welche durch andere Angaben und Anzahlen ersetzt werden können. In dieser Hinsicht ist es zum Beispiel möglich, eine Solarzellenmatrix auszubilden, welche andere Anzahlen an Solarzellen, an Strings, an Stringanordnungen und/oder an parallel geschalteten Strings pro Stringanordnung umfasst. Des Weiteren können Solarzellen mit anderen Anzahlen an Kontaktelementen sowie anderen Anzahlen an Kontaktflächen pro Kontaktelement zum Einsatz kommen.
Darüber hinaus können Solarzellen mit einem von der obigen Beschreibung abweichenden Aufbau hergestellt und verwendet werden. Es können ferner Solarzellen mit einem anderen Seitenverhältnis, zum Beispiel mit einem Verhältnis von 3:1, eingesetzt werden. Derartige Solarzellen können ebenfalls durch Teilen von quadratischen oder pseudoquadratischen Ausgangssolarzellen erzeugt werden.
In Bezug auf pseudoquadratische und pseudorechteckige Solarzellen sind ferner Ausgestaltungen möglich, welche anstelle von abgeschrägten Eckbereichen runde bzw. abgerundete Eckbereiche oder auch Eckbereiche mit abgeschrägten und runden Teilbereichen aufweisen. Ferner können solche Solarzellen eine andere Anzahl an abgeschrägten und/oder abgerundeten Eckbereichen aufweisen. Die Anzahl an abgeschrägten und/oder abgerundeten Eckbereichen kann zwischen eins und vier liegen.
Des Weiteren kann ein Photovoltaikmodul nicht nur mit rechteckigen bzw. pseudorechteckigen Solarzellen mit einem Seitenverhältnis verschieden von eins verwirklicht werden. Stattdessen können Solarzellen mit einer anderen geometrischen Aufsichtsform zur Anwendung kommen. Solche Solarzellen können, abgesehen von der unterschiedlichen Kontur, einen Aufbau besitzen, welcher mit dem Aufbau der oben beschriebenen und in den Figuren gezeigten Solarzellen übereinstimmt.
Es ist zum Beispiel möglich, ein Photovoltaikmodul mit den in den 5, 6, 21 gezeigten Solarzellen 101 aufzubauen, und diese Solarzellen 101 somit nicht als Ausgangssolarzellen einzusetzen und zu teilen.
Bei Verwendung solcher Solarzellen kann es ferner in Bezug auf eine Verschaltung in Betracht kommen, mehrere Strings aus in Reihe geschalteten Solarzellen zu bilden, sowie die Strings ihrerseits in Reihe zu schalten. Die Reihenschaltung der Strings kann mit Hilfe von Querverbindern hergestellt sein, welche an den Enden der Strings bzw. an zwei entgegen gesetzten Randseiten einer entsprechenden Solarzellenmatrix angeordnet sind. Ferner können Drahtleiter eingesetzt werden, über welche die Solarzellen innerhalb der Strings elektrisch in Reihe verbunden und mit welchen die Querverbinder mit benachbarten Solarzellen elektrisch verbunden sein können.
Darüber hinaus wird auf die Möglichkeit hingewiesen, anstelle von Drahtleitern andere Zellverbinder bei einem Photovoltaikmodul zu verwenden. Möglich sind zum Beispiel bandförmige Zellverbinder, welche in Form von Bändern aus Kupfer ausgebildet sein können. Solche Zellverbinder können in entsprechender Weise an Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen von Solarzellen sowie auch an Querverbinder angeschlossen werden, beispielsweise mittels Löten.
Bei Einsatz von bandförmigen Zellverbindern kann eine Reihenverbindung von Solarzellen zum Beispiel eine Struktur entsprechend 20 besitzen. Die mit den Bezugszeichen 221, 222 versehenen Elemente können bei dieser Betrachtung solche bandförmigen Zellverbinder darstellen. Hierbei sind zwei benachbarte Solarzellen 100 jeweils über mehrere Zellverbinder 221 oder 222 in Reihe verbunden, wobei die Zellverbinder 221 bzw. 222 an das vorderseitige Kontaktgitter 150 von einer der zwei Solarzellen 100 und an das rückseitige Kontaktgitter 170 der anderen der zwei Solarzellen 100 angeschlossen sind. Abweichend von der Darstellung in 20 kann ferner eine Ausgestaltung vorgesehen sein, in welcher die Enden der Zellverbinder 221, 222 nicht über die Ränder der Solarzellen 100 hervorstehen.
Bezugszeichenliste

100: Solarzelle
101: Ausgangssolarzelle
110: Substrat
111: Basis
112: Emitter
120: Passivierungsschicht
121: Öffnung
130: Antireflexionsschicht
150: Kontaktgitter
151: Kontaktelement
152: Kontaktlinie
153: Kontaktfläche
170: Kontaktgitter
171: Kontaktelement
172: Kontaktlinie
173: Kontaktfläche
200: Photovoltaikmodul
211, 212: Abdeckung
214: Einbettungsschicht
216: Rahmen
221, 222: Drahtleiter
223: Zwischenverbinder
229: Trennstelle
231: Draht
232: Lotmittel
241, 242: Querverbinder
243, 244: Querverbinder
250: String
251, 252: Stringanordnung
253: Stringanordnung
261, 262: Überbrückungsverbinder
270: Bypass-Diode

Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft eine bifaziale Solarzelle, aufweisend ein erstes Kontaktgitter mit ersten Kontaktelementen auf einer ersten Seite und ein zweites Kontaktgitter mit zweiten Kontaktelementen auf einer der ersten Seite entgegen gesetzten zweiten Seite. Die ersten und zweiten Kontaktelemente weisen mehrere Abschnitte auf, welche abwechselnd in Form von Kontaktlinien und Kontaktflächen ausgebildet sind. Die zweite Seite weist eine Passivierungsschicht mit Öffnungen auf. Die zweiten Kontaktelemente verlaufen zumindest teilweise in den Öffnungen der Passivierungsschicht. Die ersten und zweiten Kontaktelemente sind derart ausgebildet, dass die Kontaktflächen von verschiedenen ersten Kontaktelementen und die Kontaktflächen von verschiedenen zweiten Kontaktelementen jeweils in mehreren Reihen angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Photovoltaikmodul mit mehreren solchen Solarzellen.

Claims

Bifaziale Solarzelle (100), aufweisend ein erstes Kontaktgitter (150) mit ersten Kontaktelementen (151) auf einer ersten Seite und ein zweites Kontaktgitter (170) mit zweiten Kontaktelementen (171) auf einer der ersten Seite entgegen gesetzten zweiten Seite, wobei die ersten und zweiten Kontaktelemente (151, 171) mehrere Abschnitte aufweisen, welche abwechselnd in Form von Kontaktlinien (152, 172) und Kontaktflächen (153, 173) ausgebildet sind, wobei die zweite Seite eine Passivierungsschicht (120) mit Öffnungen (121) aufweist, wobei die zweiten Kontaktelemente (171) zumindest teilweise in den Öffnungen (121) der Passivierungsschicht (120) verlaufen, und wobei die ersten und zweiten Kontaktelemente (151, 171) derart ausgebildet sind, dass die Kontaktflächen (153) von verschiedenen ersten Kontaktelementen (151) und die Kontaktflächen (173) von verschiedenen zweiten Kontaktelementen (171) jeweils in mehreren Reihen angeordnet sind.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Kontaktelemente (151, 171) derart ausgebildet sind, dass die Kontaktflächen (153) von verschiedenen ersten Kontaktelementen (151) und die Kontaktflächen (173) von verschiedenen zweiten Kontaktelementen (171) jeweils in fünf Reihen angeordnet sind.
Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Solarzelle (100) ein Substrat (110) aus Silizium mit einer p-dotierten Basis (111) und einem n-dotierten Emitter (112) aufweist, und wobei die Kontaktlinien (172) der zweiten Kontaktelemente (171) Aluminium aufweisen.
Photovoltaikmodul (200), aufweisend mehrere Solarzellen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine elektrische Verbindungsstruktur, über welche die Solarzellen (100) elektrisch verbunden sind, wobei die elektrische Verbindungsstruktur an die ersten und zweiten Kontaktelemente (151, 171) der Solarzellen (100) angeschlossene Zellverbinder (221, 222) aufweist.
Photovoltaikmodul nach Anspruch 4, wobei an die ersten und zweiten Kontaktelemente (151, 171) der Solarzellen (100) jeweils fünf Zellverbinder (221, 222) angeschlossen sind.
Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Zellverbinder (221, 222) über eine Lötverbindung an die ersten und zweiten Kontaktelemente (151, 171) der Solarzellen (100) angeschlossen sind.
Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Solarzellen (100) rechteckförmig mit einem Seitenverhältnis verschieden von eins, insbesondere mit einem Seitenverhältnis von 2:1 ausgebildet sind.
Photovoltaikmodul nach Anspruch 7, wobei die Solarzellen (100) derart über die elektrische Verbindungsstruktur verbunden sind, dass das Photovoltaikmodul (200) mehrere Strings (250) aus in Reihe geschalteten Solarzellen (100) aufweist, wobei in den Strings (250) die Solarzellen (100) mit ihren langen Randseiten einander gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei mehrere Strings (250) parallel geschaltet sind.
Photovoltaikmodul nach Anspruch 8, wobei nebeneinander angeordnete Solarzellen (100) von parallel geschalteten Strings (250) zusätzlich untereinander parallel geschaltet sind.