DE202015104876U1

DE202015104876U1 - Substratträger für Solarzellen

Info

Publication number: DE202015104876U1
Application number: DE202015104876.9U
Authority: DE
Original assignee: CHUNG KING ENTERPRISE Co Ltd; Chung King Entpr Co
Current assignee: CHUNG KING ENTERPRISE Co Ltd; Chung King Entpr Co
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2015-10-19
Anticipated expiration: 2025-09-15

Abstract

Substratträger für Solarzellen, der für den Einsatz in nasschemischen Ätzverfahren vorgesehen ist und Folgendes aufweist: zwei Seitenplatten (11), wenigstens eine Seitenstange (12), die zwischen den beiden Seitenplatten (11) vorgesehen ist, wenigstens eine Bodenstange (13), die unten zwischen den beiden Seitenplatten (11) angebracht ist, und wenigstens eine Druckstange (14), die oben zwischen den beiden Seitenplatten (11) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Seitenplatten (11), die Seitenstangen (12) und die Bodenstange (13) gemeinsam einen Aufnahmeraum (15) zur Aufnahme von Solarzellensubstraten (5) begrenzen, dass axial entlang der Seitenstange (12) und der Druckstange (14) mehrere erste Zähne (16) in regelmäßigen Abständen so angeordnet sind, dass ein jeweiliger Punkt-zu-Punkt-Kontakt zwischen den ersten Zähnen (16) und den Solarzellensubstraten (5) gehalten werden kann, dass die beiden Seitenplatten (11) oben mit je einer Einkerbung (111) versehen sind, in die ein wassertropfenförmiger Fortsatz (141) der Druckstange (14) eingreift, wobei sich eine Schrägöffnung (1111) ausgehend von der Einkerbung (111) nach außen erstreckt, und dass der Substratträger (1) aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Vinylethercopolymer (PFA) hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Substratträger für Solarzellen, insbesondere einen Substratträger, der die Solarzellen im Nassätzverfahren so trägt, dass eine ausgezeichnete Pyramidenstruktur an der Oberfläche des Substratträgers entsteht und somit die photoelektrische Umwandlungseffizienz verbessert wird.
Bei der Herstellung von Solarzellen wird ein Nass- oder Trockenätzverfahren eingesetzt, wobei an der Oberfläche des Solarzellensubstrats Pyramidenstrukturen entstehen, wodurch eine Photovoltaik-Umwandlungsschicht entsteht.
Außerdem wird bei der Herstellung von Solarzellen ein Träger zum Tragen des Solarzellensubstrats verwendet, wobei ein Roboterarm den Träger so hält, dass die Verfahrensschritte, wie Säure-Basen-Ätzen, Reinigen und Trocknen, durchgeführt werden können. Bei der eingesetzten Säure-Basen-Lösung handelt es sich um eine Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Schwefelsäure, Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure, Ammoniak enthaltende Ätzlösung. Bei der Reinigungsflüssigkeit handelt es sich um eine Flüssigkeit mit hoher Reinheit, beispielsweise entionisiertes Wasser, usw., mit dem die auf dem Substrat verbleibende Ätzflüssigkeit entfernt wird. Abschließend wird der Trocknungsvorgang durchgeführt.
Das Material und die Struktur des herkömmlichen Trägers sind nicht gegen die durch Alkali und Säure im Herstellverfahren erzeugten hohen Temperaturen beständig. Mit anderen Worten liegt die für den herkömmlichen Träger vorgesehene Temperatur im Bereich von 60 bis 80°C. Außerdem kann dieser der ätzenden Lauge bzw. Säure schlecht standhalten. Das heißt, dass er nur einer Ätzlösung mit geringer Säure-Basen-Konzentration (< 20 %) standhalten kann. Im normalen Gebrauch kann die Standzeit des herkömmlichen Trägers verringert werden. Nach dem 100- bis 500-maligen Gebrauch wird er beschädigt und muss dann ersetzt werden. Außerdem weist der herkömmliche Träger schlecht wasserabweisende (hydrophob) Eigenschaften auf, sodass die Ätz- oder Reinigungsflüssigkeit leicht an dem Solarzellensubstrat verbleiben kann. Daher kann der ineffektive Bereich am Rand des Solarzellensubstrats vergrößert werden, was zur Erhöhung der Produktdefektrate führen kann. Die nach dem vorhergehenden Alkaliätzschritt an dem schlecht hydrophoben Träger verbleibende Restflüssigkeit kann sogar nach dem Reinigungsschritt mit in den nächsten Säureätzschritt gelangen, wodurch eine nachteilige Säure-Base-Neutralisierung in der Ätzlösung geschehen kann. Dies kann die Ätzwirkung an dem Substrat beeinträchtigen. In schlimmsten Fall kann das Leben der Bedienpersonen gefährdet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für Solarzellen vorgesehenen Substratträger zu schaffen, der unter Verwendung eines bestimmten Materials und durch Verbesserung seiner wasserabweisenden Eigenschaften eine hohe Temperatur-, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit aufweist sowie die Anforderungen an eine geringe Umweltbelastung und hohe Reinheit erfüllen kann, wodurch die Standzeit in erheblichem Maße erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Substratträger für Solarzellen, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Substratträgers zum Tragen von Solarzellensubstraten beim Nassätzen kann die Restmenge der verbleibenden Flüssigkeit durch die Verbesserung der wasserabweisenden Eigenschaften des Substratträgers um 20 bis 80 % effektiv reduziert werden. Außerdem kann die Oberfläche des Solarzellensubstrats eine ausgezeichnete Pyramidenstruktur aufweisen. Damit ist gemeint, dass der spitze Winkel zwischen der reflektierenden Oberfläche der Pyramidenstruktur und der Horizontalebene des Solarzellensubstrats größer als 20 Grad ist. Dadurch kann die photoelektrische Umwandlungseffizienz erhöht werden. Im Vergleich zu im herkömmlichen Verfahren hergestellten Solarzellen kann der spitze Winkel der entstehenden Pyramidenstruktur nur unter 20 Grad sein, sodass die maximale photoelektrische Umwandlungseffizienz 16 % nicht übersteigt. Bei den durch den erfindungsgemäßen Substratträger hergestellten Solarzellen kann der spitze Winkel zwischen der reflektierenden Oberfläche der Pyramidenstruktur und der Horizontalebene des Solarzellensubstrats größer als 20 Grad sein. Dadurch kann die photoelektrische Umwandlungseffizienz auf 17 bis 25 % erhöht werden.
Gemäß der Erfindung ist das Solarzellensubstrat aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Vinylethercopolymer (PFA) hergestellt. Der erfindungsgemäße Substratträger ist für den Einsatz in nasschemischen Ätzverfahren vorgesehen und weist Folgendes auf: zwei Seitenplatten, wenigstens eine Seitenstange, die zwischen den beiden Seitenplatten vorgesehen ist, wenigstens eine Bodenstange, die unten zwischen den beiden Seitenplatten angebracht ist, und wenigstens eine entriegelbare Druckstange, die oben zwischen den beiden Seitenplatten angebracht ist. Die beiden Seitenplatten, die Seitenstangen und die Bodenstange begrenzen gemeinsam einen Aufnahmeraum zur Aufnahme von Solarzellensubstraten. Axial entlang der Seitenstange und der Druckstange sind mehrere Zähne so angeordnet, dass ein jeweiliger Punkt-zu-Punkt-Kontakt zwischen den Zähnen und den Solarzellensubstraten gehalten werden kann. Die beiden Seitenplatten sind oben mit je einer Einkerbung versehen, in die ein wassertropfenförmiger Fortsatz der Druckstange drehend eingreift. Unterhalb der Einkerbung befindet sich eine schräge Öffnung. Der Substratträger ist aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Vinylethercopolymer (PFA) hergestellt. Durch die Verwendung des PFA-Materials für den Substratträger sind beim Einsatz im chemischen Nassätzverfahren eine hohe Temperatur-, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit gewährleistet sowie die Anforderungen an eine geringe Umweltbelastung und hohe Reinheit erfüllt, wodurch die Standzeit in erheblichem Maße erhöht wird. Durch die Führungsschräge weist der erfindungsgemäße Substratträger bessere wasserabweisende Eigenschaften auf. Dadurch wird vermieden, dass die Ätz- oder Reinigungsflüssigkeit leicht an dem Rand des Solarzellensubstrats verbleibt. Daher kann der ineffektive Bereich am Rand des Solarzellensubstrats auf kleiner als 1 mm² beschränkt werden. Gleichzeitig kann eine ausgezeichnete Pyramidenstruktur an der Oberfläche des Substratträgers erhalten werden. Das heißt, die Reflexionsschräge weist einen Winkel größer als 20 Grad auf, wodurch die photoelektrische Umwandlungseffizienz verbessert wird.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Substratträgers,
2A eine Seitenansicht eines ersten Zahns gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2B eine Draufsicht auf den ersten Zahn gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2C eine Vorderansicht des ersten Zahns gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3A eine Seitenansicht des ersten Zahns und eines zweiten Zahns gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3B eine Vorderansicht des ersten Zahns und des zweiten Zahns gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3C eine Draufsicht auf den ersten Zahn und den zweiten Zahn gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3D eine Seitenansicht des ersten Zahns und des zweiten Zahns gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4A eine Seitenansicht eines ersten Zahns gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4B eine Vorderansicht des ersten Zahns gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
5A eine Seitenansicht eines ersten Zahns gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
5B eine Draufsicht auf den ersten Zahn gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
5C eine Vorderansicht des ersten Zahns gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6A eine Seitenansicht eines ersten Zahns gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6B eine Vorderansicht des ersten Zahns gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
7 eine vergrößerte Ansicht der erfindungsgemäßen Druckstange,
8A eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen wassertropfenförmigen Fortsatzes,
8B eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen U-förmigen Nut,
9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen L-förmigen Nut,
10A eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Seitenplatte, und
10B eine schematische Darstellung eines Aufhängehakens der erfindungsgemäßen Seitenplatte.
Zunächst ist darauf hingewiesen, dass "radial" in Richtung eines Radius verlaufend bedeutet, während "axial" längs der Achse verlaufend bedeutet, wobei die beiden Richtungen senkrecht zueinander sind. Der erfindungsgemäße Substratträger 1 für Solarzellen ist für den Einsatz in nasschemischen Ätzverfahren vorgesehen und dient zum Tragen eines Solarzellensubstrats 5, sodass das Solarzellensubstrat 5 in die Hochtemperatur-Ätzflüssigkeit sowie in die hochreine Flüssigkeit oder in das reine, z.B. entionisierte Wasser eingetaucht werden kann, um abwechselnd ein nasschemisches Ätzen und Reinigen durchzuführen. Dabei enthält die Ätzflüssigkeit Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Schwefelsäure, Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure, Ammoniak usw.
Der Substratträger 1 ist aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Vinylethercopolymer [PFA] hergestellt und weist zwei Seitenplatten 11, wenigstens eine Seitenstange 12, wenigstens eine Bodenstange 13 und wenigstens eine Druckstange 14 auf. Die Stangen 12 bis 14 sind zylindrisch ausgebildet.
Die beiden Seitenplatten 11 sind an den beiden Seiten des Substratträgers 1 angeordnet.
Die Seitenstangen 12 sind zwischen den beiden Seitenplatten 11 vorgesehen (siehe 1).
Die Bodenstange 13 ist unten zwischen den beiden Seitenplatten 11 so angebracht, dass die beiden Seitenplatten 11, die Seitenstangen 12 und die Bodenstange 13 gemeinsam einen Aufnahmeraum 15 zur Aufnahme von Solarzellensubstraten 5 begrenzen. Dadurch können die im Substratträger 1 aufgenommenen Solarzellensubstrate 5 einem nasschemischen Ätzverfahren unterzogen werden.
Die Druckstange 14 ist oben zwischen den beiden Seitenplatten 11 angebracht.
Axial entlang der Seitenstange 12 und der Druckstange 14 sind mehrere erste Zähne 16 in regelmäßigen Abständen angeordnet, sodass die in den Substratträger 1 eingebrachten Solarzellensubstrate 5 im Spalt zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten ersten Zähnen 16 im Aufnahmeraum 15 liegen. In einer oberen Schnittansicht kann ein jeweiliger Punkt-zu-Punkt-Kontakt zwischen den ersten Zähnen 16 und den Solarzellensubstraten 5 erzielt werden, wodurch eine abgedeckte Fläche verringert wird, wenn die im Substratträger 1 aufgenommenen Solarzellensubstrate 5 dem nasschemischen Ätzverfahren und einer Reinigung unterzogen werden. Das bedeutet, dass die Solarzellensubstrate 5 vollständig geätzt und gereinigt werden können, was einen elektrischen Durchfluss gewährleistet und die Produktfehlerrate reduziert.
Die beiden Seitenplatten 11 sind oben mit je einer Einkerbung 111 versehen, in die ein wassertropfenförmiger Fortsatz 141 einer Druckstange 14 eingreift. Ausgehend von der Einkerbung 111 erstreckt sich eine schräge Öffnung 1111 nach außen, durch die die zwischen dem Träger und dem Substrat verbleibende Ätz- oder Reinigungsflüssigkeit effektiv abfließen kann, wodurch die wasserabweisenden Eigenschaften des Substratträgers 1 verbessert sind.
Da der Substratträger 1 aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Vinylethercopolymer (PFA) hergestellt ist, kann der Substratträger 1 eine hohe Temperatur-, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit aufweisen sowie die Anforderungen an eine geringe Umweltbelastung und hohe Reinheit erfüllen, wenn der Substratträger 1 im nasschemischen Ätzverfahren eingesetzt wird. Dadurch wird die Standzeit in erheblichem Maße erhöht. Durch die schräge Öffnung 1111 werden die wasserabweisenden Eigenschaften des Substratträgers 1 verbessert. Dadurch wird vermieden, dass die Ätz- oder Reinigungsflüssigkeit leicht an dem Solarzellensubstrat verbleibt und der ineffektive Bereich am Rand des Solarzellensubstrats vergrößert wird. Hierdurch ergibt sich eine gute Pyramidenstruktur bei einer Photovoltaik-Umwandlungsschicht des Solarzellensubstrats. Damit ist gemeint, dass der spitze Winkel zwischen der reflektierenden Oberfläche der Pyramidenstruktur und der Horizontalebene des Solarzellensubstrats 5 größer als 20 Grad ist. Damit kann die Antireflexionseffizienz der Photovoltaik-Umwandlungsschicht für die Solarzelle erhöht werden, was dazu führen kann, dass die photoelektrische Umwandlungseffizienz 17 % übersteigt.
Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2A weist der erste Zahn 16 eine Bogenkante R, einen Linienrand L, ein Paar von symmetrisch zueinander angeordneten Seitenkanten S und einen Scheitelpunkt P auf. Der Scheitelpunkt P stellt den höchsten Punkt des ersten Zahns 16 bzw. den bezüglich der Stange am weitesten entfernten Punkt dar. Die vier Seiten des ersten Zahns 16 sind mit den Seitenstangen 12 und der Druckstange 14 an vier Schnittpunkten J verbunden. Durch das Paar von Seitenkanten S werden die Solarzellensubstrate 5 von den jeweiligen ersten Zähnen 16 mittels von Punktkontakten gestützt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Zahn 16 in der Seitenansicht eine asymmetrische Flossenform auf. Der Krümmungsradius der Bogenkante R liegt im Bereich von 3 mm bis 500 mm. Eine durch den Scheitelpunkt P bis zum Schnittpunkt J hin verlaufende, erste Gerade L1 schließt mit einer durch den Scheitelpunkt P und den Kreismittelpunkt O der Stange hindurchgehenden, zweiten Gerade L2 einen Winkel θ1 von 10 bis 85 Grad ein. Der Linienrand L schließt mit der zweiten Gerade L2 einen Winkel θ2 von –18 bis 45 Grad ein. Durch die Größe und den Winkel kann bei der oben genannten Konstruktion die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Gemäß 2A und 2B weist der erste Zahn 16 in der Draufsicht eine erste Radiallänge L1a, eine zweite Radiallänge L2a und eine Axiallänge Ld auf. Die erste Radiallänge L1a stellt eine Länge dar, die sich ausgehend vom Scheitelpunkt P in Richtung der Bogenkante R zum Schnittpunkt J hin erstreckt. Die zweite Radiallänge L2a stellt eine Länge dar, die sich ausgehend vom Scheitelpunkt P entlang dem Linienrand L zum Schnittpunkt J hin erstreckt. Die zweite Radiallänge L2a ist etwa 0,1- bis 0,9-mal so groß wie die erste Radiallänge L1a. Die Axiallänge Ld stellt die größte Axiallänge des ersten Zahns 16 dar und ist etwa 0,2- bis 0,8-mal so groß wie die erste Radiallänge L1a. Mit der Größe und dem Winkel kann bei der oben beschriebenen Konstruktion die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Gemäß 2C sieht man bei dem ersten Zahn 16 in der Vorderansicht das Paar von Seitenkanten S und den Linienrand L. Die Seitenkante S schließt mit dem Linienrand L einen Winkel θ3 von 1 bis 45 Grad, vorzugsweise zwischen 8 und 20 Grad, ein. Mit der Größe und dem Winkel kann bei der oben beschriebenen Konstruktion die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Gemäß 1 ist der Substratträger 1 axial entlang der Bodenstange 13 mit einer Mehrzahl von axial verlaufenden, in regelmäßigen Abständen angeordneten, ersten Zähnen 16 versehen.
Gemäß 3A ist der Substratträger 1 axial entlang einer der Stangen 12, 13, 14 mit einer Mehrzahl von axial verlaufenden, in regelmäßigen Abständen angeordneten, zweiten Zähnen 17 versehen.
Die zweiten Zähnen 17 und die ersten Zähne 16 sind versetzt zueinander angeordnet und in der gleichen Form ausgebildet. Durch die versetzte Anordnung der ersten und der zweiten Zähne 16, 17 können die Solarzellensubstrate 5 einfacher in den Aufnahmeraum 15 des Substratträgers 1 eingebaut werden. Dadurch wird vermieden, dass die Solarzellensubstrate 5 aneinander geklebt sind. Außerdem kann die Anordnung an die Richtung, die Geschwindigkeit des Fluids in verschiedenen Säuretanks oder an den Säuretyp, die Konzentration und die Temperatur der verschiedenen Säuretanks angepasst werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen der erste und der zweite Zahn 16, 17 in der Seitenansicht eine symmetrische Flossenform auf. Wie in 3D gezeigt, wird die symmetrische Flossenform durch eine Bogenkante R’ des ersten Zahns und eine Bogenkante R” des zweiten Zahns gebildet. Der jeweilige Krümmungsradius der Bogenkanten R’, R” liegt im Bereich von 3 mm bis 500 mm. Eine durch den Scheitelpunkt der jeweiligen Zähne bis zum Schnittpunkt hin verlaufende, erste Gerade L1 schließt mit einer durch den Scheitelpunkt und den Kreismittelpunkt der Stange hindurchgehenden, zweiten Gerade L2 einen Winkel θ11 zwischen 10 und 60 Grad ein. Der Linienrand L’, L” der jeweiligen Zähne schließt mit der zweiten Gerade L2 einen Winkel θ12 zwischen –18 und 15 Grad ein. Mittels der Größe und dem Winkel kann bei der oben beschriebenen Konstruktion die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Mittels der Größe und dem Winkel kann bei der oben beschriebenen Konstruktion die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Gemäß 3C sind die ersten und zweiten Zähne 16, 17 in der Draufsicht oben und unten an der jeweiligen Stange ausgebildet.
Gemäß 3B weist die jeweilige Seitenkante S der Zähne 16, 17 in der Vorderansicht einen Radialabstand Sd auf, der etwa 0,8- bis 5-mal so groß ist wie die Axiallänge d. Die Seitenkante S schließt mit der Bogenkante R einen Winkel θ4 zwischen 1 und 45 Grad ein. Mittels der Größe und dem Winkel kann bei der oben beschriebenen Konstruktion die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 4A ist der erste Zahn 16 in der Seitenansicht im Wesentlichen als gleichschenkliges Trapez ausgebildet, das eine obere Seite Ut, zwei paarweise ausgebildete Fasen Ct, zwei Schenkel St und eine Bodenseite aufweist. Die Fasen Ct weisen jeweils einen Krümmungsradius zwischen 1 und 30 mm auf. Der Schenkel St schließt mit einer durch den Mittelpunkt der oberen Seite Ut und den Kreismittelpunkt der Stange durchgehenden Gerade Lt1 einen Winkel θ5 zwischen 1 und 60 Grad ein. Mittels der Größe und dem Winkel kann bei der oben beschriebenen Konstruktion die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 4B weist der erste Zahn 16 in der Vorderansicht eine obere Seite Ut, eine Fase Ct, einen Schenkel St und zwei schräge Seiten Bt auf. Eine durch den Mittelpunkt der oberen Seite Ut und den Kreismittelpunkt der Stange durchgehende Gerade Lt2 schließt mit der schrägen Seite Bt einen Winkel θ6 zwischen 1 und 45 Grad ein. Die obere Seite Ut weist eine größte Axiallänge Le1 auf, wobei die schrägen Seiten Bt eine größte Radiallänge Le2 besitzen. Die größte Radiallänge Le2 ist etwa 0,5- bis 10-mal so groß wie die größte Axiallänge Le1. Mittels der Größe und dem Winkel kann bei der oben beschriebenen Konstruktion die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß 5A ist der erste Zahn 16 in der Seitenansicht als ein mit einem Scheitelpunkt P versehenes, gleichschenkliges Dreieck ausgebildet, das zwei gleiche Schenkel Si aufweist, wobei der jeweilige Schenkel Si mit einer durch den Scheitelpunkt P und den Kreismittelpunkt O durchgehenden Gerade L einen Winkel θ7 zwischen 3 und 60 Grad einschließt. Mit der Größe und dem Winkel bei der oben erwähnten Konstruktion kann die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß 5B ist der erste Zahn 16 in der Draufsicht im Wesentlichen als Rhombus ausgebildet, der eine größte, diagonale Radialseite F und eine kleinste, diagonale Axialseite D aufweist. Die kleinste Axialseite D ist etwa 0,2- bis 5-mal so groß wie die größte Radialseite F. Mit der Größe und dem Winkel bei der oben erwähnten Konstruktion kann die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß 5C weist der Zahn 16 in einer Vorderansicht einen Scheitelpunkt P, zwei Schenkel Si und zwei Schrägseiten S1 auf. Der jeweilige Schenkel Si schließt mit der entsprechenden Schrägseite S1 einen Winkel θ8 zwischen 1 und 45 Grad ein. Mit der Größe und dem Winkel bei der oben erwähnten Konstruktion kann die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Im vierten Ausführungsbeispiel gemäß 6A ist der Zahn 16 im Wesentlichen als variabel elliptischer Zylinder ausgebildet, der in der Seitenansicht oben eine Hauptachse bei einer kleinsten Ellipse, unten eine Hauptachse bei einer größten Ellipse und eine Hauptachsen-Schrägseite Sl zwischen den beiden Hauptachsen aufweist. Die Hauptachsen-Schrägseite Sl schließt mit einer durch einen Kreismittelpunkt des elliptischen Zylinders und einen Kreismittelpunkt der Stange durchgehenden Gerade Le einen Winkel θ9 zwischen 1 und 45 Grad ein. Mit der Größe und dem Winkel bei der oben erwähnten Konstruktion kann die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Im vierten Ausführungsbeispiel gemäß 6B weist der erste Zahn 16 in der Vorderansicht eine Nebenachse an der kleinsten Ellipse auf. Die Nebenachse der größten Ellipse besitzt eine Nebenachsen-Schrägfläche Ss zwischen den beiden Nebenachsen. Die Nebenachsen-Schrägfläche Ss schließt mit der durch den Kreismittelpunkt des elliptischen Zylinders und den Kreismittelpunkt der Stange durchgehenden Gerade Le einen Winkel θ10 zwischen 1 und 45 Grad ein. Die Nebenachsen-Schrägfläche Ss ist etwa 0,5- bis 5-mal so groß wie die Länge G der Nebenachse der kleinsten Ellipse. Mit der Größe und dem Winkel bei der oben erwähnten Konstruktion kann die wasserabweisende Eigenschaft des Solarzellensubstrats 5 in erheblichem Maße verbessert werden, wodurch die hergestellten Solarzellen eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen.
Das in 1 gezeigte, für den Substratträger 1 vorgesehene PFA-Material weist eine Dichte von 2 bis 2,5 g/ cm³, einen Schmelzpunkt von 280 bis 350 °C, eine Zugfestigkeit von 20 bis 38 MPa, ein Elastizitätsmodul (bei der Raumtemperatur) von 445 bis 730 MPa und einen Grenzsauerstoffindex, der größer als 95 % ist, auf. Der Substratträger 1 kann eine hohe Temperatur-, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit bereitstellen sowie die Anforderungen an eine geringe Umweltbelastung und hohe Reinheit erfüllen, wenn der Substratträger 1 im nasschemischen Ätzverfahren eingesetzt wird. Hierdurch wird die Standzeit des Substratträgers 1 in erheblichem Maße erhöht.
Wie aus 7 ersichtlich, ist die Druckstange 14 am Ende des Fortsatzes 141 mit einem sich nach außen erstreckenden Vorsprung 142 versehen, der flach ausgebildet ist, sodass der Benutzer den Vorsprung 142 leicht halten kann, um die Druckstange 14 in der Einkerbung 111 der Seitenplatte 11 zu positionieren.
Außerdem ist die Druckstange 14 am Ende des Fortsatzes 141 mit einem sich nach innen erstreckenden runden Bundabschnitt 143 versehen, der dicht an dem Innenrand der Seitenplatte 11 anliegt, wenn die Druckstange 14 in der Einkerbung 111 der Seitenplatte 11 positioniert ist. Dadurch wird vermieden, dass sich die Druckstange 14 nach links/rechts bewegt und somit von der richtigen Lage abweicht, wenn diese von den Solarzellensubstraten 5 gedrückt wird.
Beim Positionieren der Druckstange 14 in der Einkerbung 111 der Seitenplatte 11 sind die auf der Druckstange 14 angeordneten Zähne 16 auf den oberen Rand der Solarzellensubstrate 5 ausgerichtet und stützen sich somit am oberen Rand der Solarzellensubstrate 5 ab.
Wie in 8A und 8B gezeigt, ist der Fortsatz 141 der Druckstange 14 mit einer Hauptachse und einer Nebenachse versehen. Die Länge A der Hauptachse ist etwa 1,1- bis 1,5-mal so groß wie die Länge B der Nebenachse. In der Einkerbung 111 der Seitenplatte 11 ist eine U-förmige Nut 1115 ausgebildet, die an die Haupt- und Nebenachse angepasst ist. Die Einkerbung 111 ist eingangsseitig beidseitig mit je einer für das Einsetzen und das Ausrichten der Druckstange 14 vorgesehenen Führungsschräge 1110 versehen. Die Krümmung der U-förmigen Nut 1115 ist an die Hauptachse angepasst, sodass sich die Hauptachse problemlos in der U-förmigen Nut 1115 bewegen lässt und die Nebenachse an einer Bewegung in der U-förmigen Nut 1115 gehindert wird. Damit ist die Drehung der Druckstange 14 in einer gewissen Richtung um einen gewissen Winkel gesichert. Gleichzeitig wird die Druckstange 14 drehbar in der Einkerbung 111 der Seitenplatte 11 positioniert. Ferner ist die Einkerbung 111 der Seitenplatte 11 mit einer an die Haupt-/Nebenachse angepassten, U-förmigen Nut 1115 versehen. Die U-förmige Nut 1115 ist eingangsseitig beidseitig mit je einer für das Einsetzen und das Ausrichten der Druckstange 14 vorgesehenen Führungsschräge 1110 versehen. Die U-förmige Nut 1115 weist unten einerseits einen ersten Krümmungsabschnitt 1116 und andererseits einen zweiten Krümmungsabschnitt 1117 auf, um die Haupt-/Nebenachse des Fortsatzes 141 zu steuern. Wenn sich der Durchmesser des ersten Krümmungsabschnitts 1116 von demjenigen des zweiten Krümmungsabschnitts 1117 unterscheidet, kann die Druckstange 14 nur in einer bestimmten Richtung (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) um einen bestimmten Winkel gedreht werden. Ist der jeweilige Durchmesser des ersten Krümmungsabschnitts 1116 gleich dem Durchmesser des zweiten Krümmungsabschnitts 1117, kann die Druckstange 14 sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn um einen bestimmten Winkel gedreht werden. Ganz egal, ob die jeweiligen Durchmesser der Krümmungsabschnitte gleich oder unterschiedlich sind, kann die Druckstange schließlich in der Einkerbung 111 der Seitenplatte 11 drehbar positioniert werden.
Im weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 9 ist die Einkerbung 111 der Seitenplatte 11 mit einer L-förmigen Nut 1112 versehen, die eingangsseitig beidseitig mit je einer für das Einsetzen und das Ausrichten der Druckstange 14 vorgesehenen Führungsschräge 1110 versehen ist. Die L-förmige Nut 1112 weist unten seitlich eine Innenöffnung 1118 und einen sich ausgehend von der Innenöffnung 1118 erstreckenden, an das obere Ende des Fortsatzes 141 angepassten Kreisbogen R5 auf. Der Durchmesser des Kreisbogens R5 ist größer als die Innenöffnung 1118, sodass die Druckstange 14 in die Einkerbung 111 der Seitenplatte 11 eingreift und an einer weiteren Bewegung gehindert ist, nachdem sich diese in einer vorgegebenen Richtung über einen vorgegebenen Abstand bewegt hat. Die L-förmige Nut 1112 weist einen unteren Rand 1113 auf, der beidseitig mit je einer Führungsschräge 1114 versehen ist. Dadurch ist die wasserabweisende Eigenschaft des Substratträgers 1 verbessert, wodurch die verbleibende chemische Ätzflüssigkeit effektiv abgelassen werden kann.
Die Seitenplatten 11 sind jeweils an der entsprechenden Stelle zur Verbindung der Seitenstangen 12 und der Bodenstange 13 mit einer Schweißstelle (nicht gezeigt) versehen, an der ein Schweißabschnitt (nicht gezeigt) vorgesehen ist. Durch den Schweißabschnitt werden die Seitenstangen 12 und die Bodenstange 13 endseitig an der jeweiligen Schweißstelle der Seitenplatte 11 angeschweißt.
Wie in 10A gezeigt, ist die Seitenplatte 11 an einer den beiden Seiten der Einkerbung 111 benachbarten jeweiligen Stelle mit einem Aufhängehaken 113 versehen, mit dem ein Roboterarm (nicht gezeigt) den Substratträger 1 einfach halten kann. Außerdem ist die Seitenplatte 11 mittig mit einer Mehrzahl von Positionierlöchern 114 versehen, mit denen die Bedienperson den Substratträger 1 einfach greifen oder diesen auf einem Maschinentisch positionieren kann.
Wie in 10B gezeigt, ist eine jeweilige Führungsschräge 1131 im Inneren des Aufhängehakens 113, an der dem Aufhängehaken 113 benachbarten Ecke der Seitenplatte 11 und im Inneren der Positionierlöcher 114 ausgebildet. Die Führungsschräge 1131 weist einen Führungswinkel θ zwischen 10 und 80 Grad und somit eine gut wasserabweisende Eigenschaft auf. Durch die schräge Öffnung 1111 der Einkerbung 111 wird die Flüssigkeit schnell abgelassen, wenn der Substratträger 1 im Nassätzverfahren eingesetzt wird. Das bedeutet, dass die Restmenge an Wassertröpfchen im Vergleich zum Stand der Technik um 20 bis 80 % verringert werden kann. Außerdem kann die Trocknungszeit beim Einsatz im Trocknungsverfahren um 12,5 % reduziert werden.
In Bezug auf die wasserabweisenden Eigenschaften wird der erfindungsgemäße Substratträger mit einem herkömmlichen Substratträger 1 verglichen.
In dem Versuch wird ein Solarzellensubstrat (siliziumbasiertes Wafersubstrat für Solarzellen) mit der Tragegröße von 156 × 156 mm in die Ätzmaschine eingesetzt, wobei die Versuchstemperatur bei 85 bis 95°C liegt, wobei als Ätzlösung Fluorwasserstoff HF, Salzsäure HCl, Kaliumhydroxid KOH eingesetzt werden.
Wie in 1 gezeigt, weist die Seitenplatte 11 seitlich einen vertieften Abschnitt 115 auf, der in einem entsprechend ausgebildeten, vorspringenden Abschnitt (nicht gezeigt) positioniert wird, wenn der Substratträger 1 im Nassätzverfahren in ein Nassätzbad (nicht gezeigt) eingesetzt wird.
Die Seitenplatte 11 ist oberhalb des vertieften Abschnitts 115 mit einem RFID-Tag (nicht gezeigt) versehen, in dem die relevanten Informationen über das Solarzellensubstrat 5, wie zum Beispiel der Substrattyp, der Kundenname, die Produktionsmethode, usw., enthalten sind. Dadurch kann die Behandlung des Trägers 1 einfach verfolgt werden.
Das Verfahren zur Herstellung von Solarzellen weist die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen eines Substratträgers 1 zur Aufnahme von mehreren Solarzellensubstraten 5,
Transport des Substratträgers 1 zu einer Stelle zur Durchführung des Nassätzverfahrens, um die Solarzellensubstrate 5 zu ätzen,
Transport des Substratträgers 1 zu einer Stelle zur Durchführung des Reinigungsverfahrens, um das Solarzellensubstrat 5 zu reinigen, wodurch die Herstellung der fertigen Solarzellensubstrate 5 abgeschlossen ist, und
Transport des Substratträgers zu einer Stelle zur Durchführung des Trocknungsverfahrens, um das Solarzellensubstrat 5 zu trocknen. Die Struktur des Substratträgers 1 ist wie oben dargestellt.
Die Betriebstemperatur im Nassätzverfahren liegt im Bereich zwischen 85 und 95°C. Die Ätzlösung ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Fluorwasserstoff HF, Salzsäure HCl und Kaliumhydroxid KOH umfasst. Die Größe des Solarzellensubstrats 5 ist 156 × 156 mm.
Gemäß 2A weist die aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Vinylethercopolymer [PFA] hergestellte Stange des Substratträgers 1 einen aus Kohlefasern hergestellten Verstärkungsabschnitt 18 auf. Dadurch wird die Spannungsrissbeständigkeit erhöht, wenn sich das Solarzellensubstrat an der Stange abstützt. Es handelt sich bei der Stange um die Seitenstange 12, die Druckstange 14 und die Bodenstange 13.

In der folgenden Tabelle 1 werden das im Substratträger 1 eingesetzte Material und seine Eigenschaften angegeben. Der im Nassätzverfahren eingesetzte Substratträger 1 kann eine hohe Temperatur-, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit bereitstellen sowie die Anforderungen einer geringen Umweltbelastung und hohen Reinheit erfüllen (siehe Tabelle 2). Dadurch wird die Standzeit in erheblichem Maße erhöht. Tabelle 1: Werkstoffeigenschaften des erfindungsgemäßen Solarzellensubstrats aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Vinylethercopolymer (PFA)

Eigenschaft	ASTM American Standard Test Method	Kennwerte
Dichte	D792	2 bis 2,5 g/cm³
Schmelzpunkt	D4591	280 bis 350 °C
Zugfestigkeit	D638	20 bis 38 MPa bei 23 °C
Elastizitätsmodul	D790	445 bis 730MPa bei 23 °C
Grenzsauerstoffindex	D2863	> 95 %

Tabelle 2: Wirkungsvergleich zwischen dem erfindungsgemäßen und einem herkömmlichen Substratträger

Wirkung	vorliegende Erfindung	Stand der Technik
Temperaturbeständigkeit	120 bis 160 °C	60 bis 80 °C
Säure-Base-Beständigkeit	Ätzlösung mit einer Konzentration > 20 %	Ätzlösung mit einer Konzentration > 20 %
Wasserabweisende Wirkung	um 20 bis 80 % erhöht	schlecht
photoelektrische Umwandlungseffizienz von Solarzellen	16 bis 25 %	10 bis 16 %
spitzer Winkel der Pyramiden- Reflexionsfläche bei der Herstellung von Solarzellen	> 20 Grad	< 20 Grad
Verwendungsanzahl	> 1000	100 bis 500

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Substratträgers zum Tragen von Solarzellensubstraten für das Nassätzen kann die Restmenge der verbleibenden Flüssigkeit um 20 bis 80 % effektiv reduziert werden. Außerdem kann die Oberfläche des Solarzellensubstrats eine ausgezeichnete Pyramidenstruktur aufweisen. Damit ist gemeint, dass der spitze Winkel zwischen der reflektierenden Oberfläche der Pyramidenstruktur und der Horizontalebene des Solarzellensubstrats 5 größer als 20 Grad ist. Damit kann die photoelektrische Umwandlungseffizienz auf 17 bis 25 % erhöht werden.
Die Größe des Solarzellensubstrats (z. B. Silizium-Wafer) ist 156 × 156 mm, wobei die Temperatur des Ätzbads auf 85 bis 95°C eingestellt ist. Als Ätzlösung werden Fluorwasserstoff HF, Salzsäure HCl oder Kaliumhydroxid KOH eingesetzt. Dadurch, dass die wasserabweisende Struktur des Trägers verbessert wird, weisen die hergestellten Solarzellen gemäß dem Versuchsergebnis einen geringen ineffektiven Bereich auf, der kleiner als 1 mm² ist.
Dadurch, dass die Ecken der Seitenplatte und das Innere der Positionierlöcher jeweils eine Führungsschräge mit einem Führungswinkel zwischen 10 und 80 Grad aufweisen, weist der erfindungsgemäße Substratträger bessere wasserabweisende Eigenschaften auf. Dadurch wird vermieden, dass die Ätz- oder Reinigungsflüssigkeit leicht an dem Rand des Solarzellensubstrats verbleibt. Dadurch kann der ineffektive Bereich am Rand des Solarzellensubstrats auf kleiner 1 mm² beschränkt werden.
Wegen der Struktur und des Materials des herkömmlichen Substratträgers kann die Ätzflüssigkeit hingegen leicht an dem herkömmlichen Substratträger verbleiben. Daher kann der ineffektive Bereich am Rand des herkömmlichen Solarzellensubstrats zwischen 1 und 10 mm² betragen, was zur Erhöhung der Produktdefektrate führen kann. Außerdem beträgt die photoelektrische Umwandlungseffizienz nicht mehr als 16 %.
Aufgrund der verbesserten wasserabweisenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen Substratträgers kann die Restmenge der an dem Substratträger verbleibenden Flüssigkeit unter Steuerung der Parameter des eingesetzten Materials (siehe Tabelle 1) um 20 bis 80 %, d.h. effektiv, reduziert werden. Es handelt sich bei der verbleibenden Flüssigkeit um die Ätz- oder Reinigungsflüssigkeit. Bei der Herstellung von Solarzellen kann der Trocknungswirkungsgrad im dabei eingesetzten Trocknungsverfahren um mehr als 12,5 % erhöht werden. Das bedeutet, dass die Trocknungszeit im Vergleich zum Stand der Technik um mehr als 12,5 % reduziert wird.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Substratträger für Solarzellen, der für den Einsatz in nasschemischen Ätzverfahren vorgesehen ist und Folgendes aufweist: zwei Seitenplatten 11, wenigstens eine Seitenstange 12, die zwischen den beiden Seitenplatten 11 vorgesehen ist, wenigstens eine Bodenstange 13, die unten zwischen den beiden Seitenplatten 11 angebracht ist, und wenigstens eine Druckstange 14, die oben zwischen den beiden Seitenplatten 11 angebracht ist. Die beiden Seitenplatten 11, die Seitenstangen 12 und die Bodenstange 13 begrenzen gemeinsam einen Aufnahmeraum 15 zur Aufnahme von Solarzellensubstraten 5. Axial entlang der Seitenstange 12 und der Druckstange 14 sind mehrere Zähne 16 so angeordnet, dass ein jeweiliger Punkt-zu-Punkt-Kontakt zwischen den Zähnen 16 und den Solarzellensubstraten 5 erhalten werden kann. Die beiden Seitenplatten 11 sind oben jeweils mit einer Einkerbung 111 versehen, in die ein wassertropfenförmiger Fortsatz 141 der Druckstange 14 drehend eingreift. Unterhalb der Einkerbung 111 befindet sich eine schräge Öffnung 1111. Der Substratträger 1 ist aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Vinylethercopolymer (PFA) hergestellt.
Bei der erfindungsgemäßen Struktur, die zur Verbesserung der wasserabweisenden Eigenschaften beiträgt, handelt es sich um Strukturmerkmale, wie z. B. Punktkontakte zwischen den Zähnen und dem Solarzellensubstrat sowie Winkel, die radialen/axialen Abmessungen und Formen des Zahnes sowie die jeweiligen Führungsschrägen der Seitenplatte und der Positionierlöcher usw., ohne allerdings hierauf beschränkt zu sein. Dadurch wird eine der in der Tabelle 2 angegebenen Wirkungen oder eine Kombination der genannten Wirkungen erreicht. Die bei dem in 1 gezeigten Substratträger 1 eingesetzten Stangen, nämlich die Seitenstange 12, die Bodenstange 13 und die Druckstange 14, weisen axial entlang der Stange verlaufende, erste Zähne 16 auf. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Substratträger 1 an der Bodenstange 13 keine ersten Zähne 16 auf.
Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

1: Substratträger
5: Solarzellensubstrat
11: Seitenplatte
12: Seitenstange
13: Bodenstange
14: Druckstange
15: Aufnahmeraum
16: erster Zahn
111: Einkerbung
141: Fortsatz
1111: schräge Öffnung
R: Bogenkante
L: Linienrand
S: Seitenkante
P: Scheitelpunkt
J: Schnittpunkt
L1: erste Gerade
O: Kreismittelpunkt
L2: zweite Gerade
θ2: Winkel
θ1: Winkel
L1a: erste Radiallänge
L2a: zweite Radiallänge
Ld: Axiallänge
17: zweiter Zahn
d: Axiallänge
Sd: Radialabstand
θ4: Winkel
Ut: obere Seite
Ct: Fase
St: Schenkel
Lt1: Gerade
θ5: Winkel
Bt: schräge Seite
Lt2: Gerade
θ6: Winkel
Le1: Axiallänge
Le2: größte Radiallänge
Si: Schenkel
L: Linienrand
θ7: Winkel
D: Axiallänge
F: größte Radialseite
S1: Schrägseite
θ8: Winkel
θ9: Winkel
Le: Gerade
Sl: Hauptachsen-Schrägseite
Ss: Seitenkante
θ10: Winkel
G: Länge
142: Vorsprung
143: Bundabschnitt
1115: U-förmige Nut
A, B: Länge
1110: Führungsschräge
1112: L-förmige Nut
R5: Kreisbogen
1113: unterer Rand
1114: Führungsschräge
113: Aufhängehaken
114: Positionierloch
1131: Führungsschräge
θ: Führungswinkel
115: vertiefter Abschnitt
R’: Bogenkante des ersten Zahns
18: Verstärkungsabschnitt
R”: Bogenkante des zweiten Zahns
L1: erste Gerade
L2: zweite Gerade
θ11: Winkel
θ12: Winkel
L’, L”: Linienrand

Claims

Substratträger für Solarzellen, der für den Einsatz in nasschemischen Ätzverfahren vorgesehen ist und Folgendes aufweist: zwei Seitenplatten (11), wenigstens eine Seitenstange (12), die zwischen den beiden Seitenplatten (11) vorgesehen ist, wenigstens eine Bodenstange (13), die unten zwischen den beiden Seitenplatten (11) angebracht ist, und wenigstens eine Druckstange (14), die oben zwischen den beiden Seitenplatten (11) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Seitenplatten (11), die Seitenstangen (12) und die Bodenstange (13) gemeinsam einen Aufnahmeraum (15) zur Aufnahme von Solarzellensubstraten (5) begrenzen, dass axial entlang der Seitenstange (12) und der Druckstange (14) mehrere erste Zähne (16) in regelmäßigen Abständen so angeordnet sind, dass ein jeweiliger Punkt-zu-Punkt-Kontakt zwischen den ersten Zähnen (16) und den Solarzellensubstraten (5) gehalten werden kann, dass die beiden Seitenplatten (11) oben mit je einer Einkerbung (111) versehen sind, in die ein wassertropfenförmiger Fortsatz (141) der Druckstange (14) eingreift, wobei sich eine Schrägöffnung (1111) ausgehend von der Einkerbung (111) nach außen erstreckt, und dass der Substratträger (1) aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxy-Vinylethercopolymer (PFA) hergestellt ist.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahn (16) eine Bogenkante (R), einen Linienrand (L), ein Paar von symmetrisch zueinander angeordneten Seitenkanten (S) und einen Scheitelpunkt (P) aufweist, wobei der Scheitelpunkt (P) den höchsten Punkt des ersten Zahns (16) darstellt, und wobei die vier Seiten des ersten Zahns (16) mit den Seitenstangen (12) und der Druckstange (14) an vier Schnittpunkten (J) in Kontakt stehen, und wobei die Solarzellensubstrate (5) durch das Paar von Seitenkanten (S) von den jeweiligen ersten Zähnen (16) mittels eines Punktkontakts gestützt werden.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahn (16) in der Seitenansicht eine asymmetrische Flossenform aufweist, wobei der Krümmungsradius der Bogenkante (R) zwischen 3 und 500 mm liegt, und wobei eine durch den Scheitelpunkt (P) bis zum Schnittpunkt (J) hin verlaufende, erste Gerade (L1) mit einer durch den Scheitelpunkt (P) und den Kreismittelpunkt (O) der Stange hindurchgehenden, zweiten Gerade (L2) einen Winkel (θ1) zwischen 10 und 85 Grad einschließt, und wobei der Linienrand (L) mit der zweiten Gerade (L2) einen Winkel (θ2) zwischen –18 und 45 Grad einschließt, dass der erste Zahn (16) in der Draufsicht eine erste Radiallänge (L1a), eine zweite Radiallänge (L2a) und eine Axiallänge (Ld) aufweist, wobei die erste Radiallänge (L1a) eine Länge darstellt, die sich ausgehend vom Scheitelpunkt (P) in Richtung der Bogenkante (R) zum Schnittpunkt (J) hin erstreckt, und wobei die zweite Radiallänge (L2a) eine Länge darstellt, die sich ausgehend vom Scheitelpunkt (P) entlang dem Linienrand (L) zum Schnittpunkt (J) hin erstreckt, und wobei die zweite Radiallänge (L2a) 0,1- bis 0,9-mal so groß ist wie die erste Radiallänge (L1a), und wobei die Axiallänge (Ld) die größte Axiallänge des ersten Zahns (16) darstellt und 0,2- bis 0,8-mal so groß ist wie die erste Radiallänge (L1a), und dass das Paar von Seitenkanten (S) und der Linienrand (L) bei dem ersten Zahn (16) in der Vorderansicht sichtbar sind, wobei die Seitenkante (S) mit dem Linienrand (L) einen Winkel (θ3) zwischen 1 und 45 Grad einschließt.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass axial entlang der Bodenstange (13) mehrere erste Zähne (16) in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratträger (1) axial entlang einer der Stangen (12, 13, 14) mit einer Mehrzahl von axial verlaufenden, in regelmäßigen Abständen angeordneten, zweiten Zähnen (17) versehen ist, wobei die zweiten Zähne (17) und die ersten Zähne (16) versetzt zueinander angeordnet und in der gleichen Form ausgebildet sind, dass die ersten und die zweiten Zähne (16, 17) in einer Seitenansicht eine symmetrische Flossenform aufweisen, dass die ersten und die zweiten Zähne (16, 17) in einer Draufsicht oben und unten angeordnet sind, dass die jeweilige Seitenkante (S) der Zähne (16, 17) in einer Vorderansicht einen Radialabstand (Sd) aufweist, der etwa 0,8- bis 5-mal so groß ist wie die Axiallänge (d), und dass die Seitenkante (S) mit der Bogenkante (R) einen Winkel (θ4) zwischen 1 und 45 Grad einschließt.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Zähne (16) in einer Seitenansicht im Wesentlichen als gleichschenkliges Trapez ausgebildet sind, das eine obere Seite (Ut), zwei paarweise ausgebildete Fasen (Ct), zwei paarweise ausgebildete Schenkel (St) und eine Bodenseite aufweist, wobei die jeweilige Fase (Ct) einen Krümmungsradius von 1 bis 30 mm aufweist, und wobei der Schenkel (St) mit einer durch den Mittelpunkt der oberen Seite (Ut) und den Kreismittelpunkt der Stange durchgehenden Gerade (Lt1) einen Winkel (θ5) zwischen 1 und 60 Grad einschließt, und dass der erste Zahn (16) in einer Vorderansicht eine obere Seite (Ut), eine Fase (Ct), einen Schenkel (St) und zwei schräge Seiten (Bt) aufweist, wobei eine durch den Mittelpunkt der oberen Seite (Ut) und den Kreismittelpunkt der Stange durchgehende Gerade (Lt2) mit der schrägen Seite (Bt) einen Winkel (θ6) zwischen 1 und 45 Grad einschließt, und wobei die obere Seite (Ut) eine größte Axiallänge (Le1) aufweist, wobei die schrägen Seiten (Bt) eine größte Radiallänge (Le2) besitzen, und wobei die größte Radiallänge (Le2) etwa 0,5- bis 10-mal so groß ist wie die größte Axiallänge (Le1).
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahn (16) in einer Seitenansicht als ein mit einem Scheitelpunkt (P) versehenes, gleichschenkliges Dreieck ausgebildet ist, das zwei gleiche Schenkel (Si) aufweist, wobei der jeweilige Schenkel (Si) mit einer durch den Scheitelpunkt (P) und den Kreismittelpunkt (O) durchgehenden Gerade (L) einen Winkel (θ7) zwischen 3 und 60 Grad einschließt, dass der erste Zahn (16) in einer Draufsicht im Wesentlichen als Rhombus ausgebildet ist, der eine größte, diagonale Radialseite (F) und eine kleinste, diagonale Axialseite (D) aufweist, wobei die kleinste Axialseite (D) etwa 0,2- bis 5-mal so groß ist wie die größte Radialseite (F), und dass der Zahn (16) in einer Vorderansicht einen Scheitelpunkt (P), zwei Schenkel (Si) und zwei Schrägseiten (S1) aufweist, wobei der jeweilige Schenkel (Si) mit der entsprechenden Schrägseite (S1) einen Winkel (θ8) zwischen 1 und 45 Grad einschließt.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahn (16) im Wesentlichen als variabel elliptischer Zylinder ausgebildet ist, der in der Seitenansicht oben eine Hauptachse bei einer kleinsten Ellipse, unten eine Hauptachse bei einer größten Ellipse und eine Hauptachsen-Schrägseite (Sl) zwischen den beiden Hauptachsen aufweist, wobei die Hauptachsen-Schrägseite (Sl) mit einer durch einen Kreismittelpunkt des elliptischen Zylinders und einen Kreismittelpunkt der Stange durchgehenden Gerade (Le) einen Winkel (θ9) zwischen 1 und 45 Grad einschließt.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahn (16) in der Vorderansicht eine Nebenachse bei der kleinsten Ellipse aufweist, wobei die Nebenachse der größten Ellipse eine Nebenachsen-Schrägfläche (Ss) zwischen den beiden Nebenachsen besitzt, und wobei die Nebenachsen-Schrägfläche (Ss) mit der durch den Kreismittelpunkt des elliptischen Zylinders und den Kreismittelpunkt der Stange durchgehenden Gerade (Le) einen Winkel (θ10) zwischen 1 und 45 Grad einschließt, und wobei die Nebenachsen-Schrägfläche (Ss) etwa 0,5- bis 5-mal so groß ist wie die Länge (G) der Nebenachse der kleinsten Ellipse.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das für den Substratträger (1) vorgesehene PFA-Material eine Dichte von 2 bis 2,5 g/cm³, einen Schmelzpunkt von 280 bis 350 °C, eine Zugfestigkeit von 20 bis 38 MPa, ein Elastizitätsmodul (bei Raumtemperatur) von 445 bis 730 MPa und einen Grenzsauerstoffindex, der größer als 95 % ist, aufweist.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstange (14) am Ende des Fortsatzes (141) mit einem sich nach außen erstreckenden Vorsprung (142) versehen ist, den der Benutzer hält, um die Druckstange (14) in der Einkerbung (111) der Seitenplatte (11) zu positionieren.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein runder Bundabschnitt (143) ausgehend vom Fortsatz (141) nach innen erstreckt, der dicht an dem Innenrand der Seitenplatte (11) anliegt, wenn die Druckstange (14) in der Einkerbung (111) der Seitenplatte (11) positioniert ist.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Druckstange (14) angeordneten Zähne (16) beim Positionieren der Druckstange (14) in der Einkerbung (111) der Seitenplatte (11) auf einen oberen Rand der Solarzellensubstrate (5) ausgerichtet sind.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (141) der Druckstange (14) mit einer Hauptachse und einer Nebenachse versehen ist, wobei die Länge (A) der Hauptachse etwa 1,1- bis 1,5-mal so groß ist wie die Länge (B) der Nebenachse, wobei in der Einkerbung (111) der Seitenplatte (11) eine U-förmige Nut (1115) ausgebildet ist, die an die Haupt- und Nebenachse angepasst ist, und wobei die U-förmige Nut (1115) eingangsseitig beidseitig mit je einer für das Einsetzen und das Ausrichten der Druckstange (14) vorgesehenen Führungsschräge (1110) versehen ist, und wobei die U-förmige Nut (1115) unten einerseits einen ersten Krümmungsabschnitt (1116) und andererseits einen zweiten Krümmungsabschnitt (1117) aufweist, um die Haupt-/Nebenachse des Fortsatzes (141) zu beschränken, wodurch die Drehung der Druckstange (14) um einen gewissen Winkel gesichert ist, wobei die Druckstange (14) drehend in der Einkerbung (111) der Seitenplatte (11) positionierbar ist.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung (111) der Seitenplatte (11) mit einer L-förmigen Nut (1112) versehen ist, die eingangsseitig beidseitig mit je einer für das Einsetzen und das Ausrichten der Druckstange (14) vorgesehenen Führungsschräge (1110) versehen ist, und wobei die L-förmige Nut (1112) unten seitlich eine Innenöffnung (1118) und einen sich ausgehend von der Innenöffnung (1118) erstreckenden, an das obere Ende des Fortsatzes (141) angepassten Kreisbogen (R5) aufweist, und wobei der Durchmesser des Kreisbogens (R5) größer ist als die Innenöffnung (1118), sodass die Druckstange (14) in die Einkerbung (111) der Seitenplatte (11) eingreift und an einer weiteren Bewegung gehindert wird, nachdem diese sich in einer gewissen Richtung über einen gewissen Abstand bewegt hat.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die L-förmige Nut (1112) einen unteren Rand (1113) aufweist, der beidseitig mit je einer Führungsschräge (1114) versehen ist.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Druckstange (14) nur in einer gewissen Richtung dreht, wenn sich der Durchmesser des ersten Krümmungsabschnitts (1116) von demjenigen des zweiten Krümmungsabschnitts (1117) unterscheidet.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenplatte (11) an einer den beiden Seiten der Einkerbung (111) benachbarten jeweiligen Stelle mit einem Aufhängehaken (113) versehen ist, mit dem ein Roboterarm den Substratträger (1) einfach hält, wobei die Seitenplatte (11) mittig mit einer Mehrzahl von Positionierlöchern (114) versehen ist, mit denen die Bedienperson den Substratträger (1) einfach greifen oder diesen auf einem Maschinentisch positionieren kann, und dass eine jeweilige Führungsschräge (1131) im Inneren des Aufhängehakens (113), an der dem Aufhängehaken (113) benachbarten Ecke der Seitenplatte (11) und im Inneren der Positionierlöcher (114) ausgebildet ist, wobei die Führungsschräge (1131) einen Führungswinkel (θ) zwischen 10 und 80 Grad aufweist.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenplatte (11) seitlich einen vertieften Abschnitt (115) aufweist, der in einem entsprechend ausgebildeten, vorspringenden Abschnitt positioniert ist, wenn der Substratträger (1) im Nassätzverfahren in ein Nassätzbad eingesetzt wird.
Substratträger für Solarzellen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich oberhalb des vertieften Abschnitts (115) ein RFID-Tag befindet, mit dem das Herstellungsverfahren des Substratträgers (1) einfach verfolgt werden kann.