DE2113410B1 - Solarzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle aus einkristallinem Materials des Typs η auf ρ bzw. ρ auf n, vorzugsweise eine Silizium-Solarzelle, deren lichtempfindliche Oberseite mit einem Deckglas bedeckt ist, und die mit elektrisch leitenden Verbindern durch Löten oder Schweißen zu Modulen vereinigt sind, die auf einer isolierenden Trägerfolie aufgebracht sind.

Es ist bekannt, Solarzellen mit Deckgläsern zu versehen, die mittels eines transparenten Klebers auf die zu schützende Oberseite aufgeklebt sind. Ebenfalls sind Solarzellen mit integrierten Deckgläsern bekannt, bei denen das Glasmaterial direkt auf die Oberseite der Zelle aufgebracht ist. Dieses kann beispielsweise durch Aufdampfen oder durch Aufsprühen geschehen. Deckgläser haben die Aufgabe, die Zelle vor atmosphärischen Einflüssen, wie Feuchte, Korrosion u.dgl.,

ίο zu schützen. Nach dem Start soll es eine Schädigung der Zelle durch hochenergetische Teilchenstrahlung verhindern. Zusätzlich dient das Deckglas als Mikro-Meteoritenschutz. Es verbessert ebenfalls die optische Anpassung der Zelle an das einfallende Licht und vermindert Reflexionsverluste.

Um die einzelne Solarzelle mit anderen Solarzellen zusammenschalten zu können, ist es üblich, den Kontaktbalken frei zu lassen. Aus herstellungstechnischen Gründen kann die Kontaktfläche nicht ganz bis zur Kante der Sonnenzelle herangezogen werden. Es bleiben somit ungeschützte Stellen der Zelle bestehen. Da der Kontaktbalken bei Anwendung der Schweißtech- nik nur wenige μ dick ist, ist die Gefahr einer Scha- ^ digung durch hochenergetische Teilchen sehr groß.

Ferner ist der Kontaktbalken auch gegen mechanische Schädigung durch Vibration oder Reinigung ungeschützt. Bei einem angeschweißten Verbinder ist eine Auswechselung einer einzelnen Solarzelle nicht möglich, da einmal die Kontaktverbindung nicht ohne Be-Schädigung der lichtempfindlichen Oberseite der Zelle gelöst werden kann und zum anderen die Unterseite mit ihrer Kontaktfläche infolge des Aufklebens auf ein Substrat nicht zugänglich ist. In diesem Falle muß also das ganze Modul entfernt werden.

Zur Vermeidung elektrostatischer Felder wird bei hohen Anforderungen das Deckglas mit einem transparenten elektrisch leitenden Überzug versehen. Die Überzüge der einzelnen Gläser müssen durch zusätzliche Verbinder verschaltet werden, wobei ein mögliehst hoher Bedeckungsgrad angestrebt wird. Bei den bisher üblichen Solarzellen, deren Deckgläser die Kontaktfläche frei lassen, ist diese Forderung schwer zu verwirklichen.

Schließlich ist ein wesentlicher Vorgang die Il Vermessung der Zelle mit aufgebrachtem Deckglas. Es lassen sich mit dem Meßvorgang zwar die Einflüsse des Glases erfassen, nicht jedoch eine Beschädigung, die durch das Löten oder Schweißen hervorgerufen wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, eine Solarzelle als Bauelement zu schaffen, das weitgehend gegen äußere Einflüsse geschützt ist und bei dem weitere Verschaltungsarbeiten nur an den Verbindern und an der unempfindlichen Unterseite vorgenommen werden müssen. Die fertige Baueinheit kann nach Herstellung der leitenden Verbindung vermessen, klassifiziert und Zellen möglichst geringer Abweichung zusammengestellt werden, um eine optimale Leistungsausbeute zu erreichen. Schließlieh soll eine Zelle geschaffen werden, bei der ohne Rücksicht auf Strahlungsschäden die Kontaktfläche verringert werden kann, um eine Zelle mit höherer Leistung zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die gesamte Oberseite der Zelle einschließlich der Kontakte und der bereits an den Kontakten angebrachten Verbinder mit einem Deckglas versehen ist. Diese Technik ist auch bei Zellen

anwendbar, bei denen im Gegensatz zur Wickel-Zelle, jedoch in ähnlicher Technik, hier beide Kontakte auf die Oberseite geführt sind. Bei Verwendung von konventionellen Zellen mit p- und η-Kontakten auf der Ober- und Unterseite der Zellen ist die Erfindung S ebenfalls anwendbar. Zur Herstellung einer Serienschaltung konventioneller Zellen ist der Verbinder so geformt, daß er direkt mit dem unterseitigen Kontakt der folgenden Zelle verbindbar ist. Zur Herstellung einer Parallelschaltung wird der Einsatz eines von den Verbindern für die Serienschaltung unabhängigen Verbinders vorgeschlagen.

Die Solarzelle nach der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten Solarzellen auf. Zunächst ist die Zelle einschließlich der Kontaktfläche zum Schutz gegen Schädigung vollkommen bedeckt. Die Kontaktfläche einschließlich der Verbindung mit dem elektrisch leitenden Verbinder ist durch das Deckglas besser geschützt. Durch, die Verringerung der Kontaktflächen auf das unbedingt notwendige Maß kann die Leistung der Zelle wesentlich gesteigert werden, ohne auf ein Deckglas mit komplizierten Formen zurückgreifen zu müssen. Das Vermessen der Zelle wird am fertigen Bauelement vorgenommen, so daß eine Zellenschädigung bei Anbringung der Verbinder vor der weiteren Verschaltung erkennbar ist. Eine Reinigung der Kontaktfläche von überschüssigem Kleber, der bei dem Aufsetzen des Deckglases an der Kontaktseite herausquillt, ist sehr aufwendig. Dieser Arbeitsgang kann entfallen. Schließlich wird das Positionieren durch die Verwendung eines quadratischen Deckglases vereinfacht, ein höherer Bedeckungsgrad erzielt und erreicht, daß alle Verbindungen zur Weiterverschaltung der Zelle nur am fertigen Bauelement ausgeführt zu werden brauchen. Es soll noch erwähnt werden, daß die Zelle nach der Erfindung als reparaturfreundlich bezeichnet werden kann, d. h., daß eine schadhafte Zelle ohne weiteres aus einem Modul oder String entfernt werden kann, ohne die größere Einheit auswechseln zu müssen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine Solarzelle mit Deckglas, F i g. 2 die Solarzelle als fertiges Bauelement, F i g. 3 die Reihenschaltung zweier Solarzellen und F i g. 4 eine Parallel- und Serienschaltung.

In F i g. 1 ist mit 1 die Solarzelle bezeichnet, auf deren Oberfläche ein Kontaktbalken 2 durch Bedampfung aufgebracht ist. Mit der Kontaktfläche 2 ist ein Verbinder 3 durch Löten oder Schweißen verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Oberseite der Zelle einheitlich dotiert und mit dem entsprechenden Kontakt versehen ist. Der zweite Kontakt befindet sich auf der Unterseite. Es ist jedoch bei der Zellenherstellung möglich, zur Anbringung des zweiten Kontaktes auf der Oberseite, die oberseitige Dotierung in etwa Kontaktflächengröße zu entfernen. Die unterseitige Kontaktauflage wird bis an diese Kontaktflächen herangeführt. Gemäß der Erfindung ist auf die Solarzelle einschließlieh ihrer Kontaktfläche mit Hilfe eines Klebers 4 ein Deckglas 5 aufgebracht. Es ist auch möglich, an Stelle eines aufgeklebten Deckglases ein sogenanntes integriertes Deckglas zu verwenden, das beispielsweise auf die Oberseite der Zelle aufgedampft sein kann. Bei Verwendung eines Klebers wird der Verbinder 3 außer durch die Schweißung oder die Lötung noch durch die Schrumpfung des Klebers zwischen Deckglas und Zelle wie in einer Zange gehalten. Damit wird die elektrische Sicherheit erhöht.

In F i g. 2 sind die bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 genannten Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Außerdem ist der mit der Unterseite der Kontaktfläche der Solarzelle durch Löten oder Schweißen verbundene Verbinder 6 eingezeichnet. Aus herstellungstechnischen Gründen kann dieser Verbinder zweckmäßig aus einem Stück bestehen, der im vorliegenden Falle drei nach außen tretende Fahnen aufweist. An diesem fertig verglasten und kontaktierten Bauelement können nunmehr alle Messungen vorgenommen werden, die die endgültigen Daten erbringen. Dieses vollständig geschützte Bauelement wird zur Herstellung größerer Einheiten (Module, Strings) verwendet. Die Verwendung eines die Oberseite der Solarzelle schützenden Deckglases ist ausreichend gegen Beschädigung, Korrosion der Kontaktfläche und der Schweiß- oder Lötstelle. Damit ist eine wesentliche Vereinfachung der Fertigung verbunden, da sowohl die Reinigung der Kontaktfläche als auch das Positionieren des quadratischen Deckglases erleichtert wird.

F i g. 3 zeigt eine Reihenschaltung zweier Solarzellen. Wie aus der Figur hervorgeht, sind sowohl die Verbinder der linken Solarzelle als auch die von der Unterseite der rechten Solarzelle herausgeführten Verbinder 6 nach oben herausgezogen und beispielsweise durch Punktschweißung 7 miteinander verbunden. Die Anzahl der einem Verbindungselement 3 bzw. 6 zugeordneten Fahnen richtet sich nach den speziellen Anforderungen. Die bei der Verschaltung der Solarzellen noch vorzunehmenden Verbindungen der Anschlußfahnen untereinander bzw. mit den unterseitigen Kontakten hat, wie die Erfahrung zeigt,, keinen Einfluß mehr auf die Leistung der Zelle.

Die Reihenschaltung der Solarzellen erfolgt in der Weise, wie in F i g. 3 dargestellt wurde. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, gleichzeitig mit der Serienschaltung den Verbinder zur Parallelschaltung anzubringen. Dieses ist in F i g. 4 wiedergegeben. Die nach oben geführten Verbinder 3 und 6 nehmen zwischen sich beispielsweise einen Verbinder 8 mit rechteckigem Querschnitt auf. Durch einen Schweißpunkt, der mit 9 bezeichnet ist, wird sowohl Serien- als auch die Parallelschaltung hergestellt. Es ist aber auch denkbar, den für die Parallelschaltung erforderlichen Verbinder auf der Unterseite der Zellen, getrennt von dem für die Serienschaltung notwendigen Verbinder, anzuordnen. Dieses hat den Vorteil, daß bei einer Anwendung auf flexiblen Generatoren die Walzrichtung des Verbindungsmaterials unabhängig voneinander gewählt werden kann, um eine optimale Zuverlässigkeit bei mechanischen Beanspruchungen zu erreichen. An Stelle eines flachen Parallelverbinders 8 kann auch jede andere Querschnittsform gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Solarzelle aus einkristallinem Material des Typs η auf ρ bzw. ρ auf n, vorzugsweise Silizium-Solarzelle, deren lichtempfindliche Oberseite mit einem Deckglas bedeckt ist und die mit elektrisch leitenden Verbindern durch Löten oder Schweißen zu Moduln vereinigt sind, die auf einer isolierenden Trägerfolie aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberseite der Zellen einschließlich der Kontakte und der bereits an den Kontakten angebrachten Verbinder (3) mit einem Deckglas (5) versehen ist.

2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontakte auf der Oberseite der Zelle liegen.

3. Solarzelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch p- und η-Kontakte auf der Ober- und Unterseite der Zelle.

4. Solarzelle nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch derart geformte Verbinder (3), daß diese direkt mit den unterseitigen Kontakten der folgenden Zelle verbindbar sind.

5. Solarzelle nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Einsatz eines von den Verbindern zur Serienschaltung unabhängigen Verbinders zur Herstellung einer Parallelschaltung.

6. Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl an den oberseitigen als auch an den unterseitigen Kontaktflächen getrennte Verbinder (3) anbringbar sind.

7. Solarzelle nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbinder (3) der entsprechenden ober- und unterseitigen Kontakte zur Serienschaltung elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

8. Solarzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Parallelschaltung ein von den Verbindern zur Serienschaltung unabhängiger Verbinder benutzt ist.

9. Solarzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Serienschaltung der Verbinder zur Parallelverschaltung angebracht ist.

10. Solarzelle nach den Ansprüchen 7, 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Zelle mit ausschließlich unterseitiger Kontaktanordnung, bei der zur Herstellung einer Serienschaltung die Verbinder der entsprechenden unterseitigen Kontakte elektrisch leitend miteinander verbunden sind und für eine Parallelschaltung ein unabhängiger Verbinder Verwendung findet, der auch gleichzeitig mit der Serienschaltung angebracht ist.

11. Solarzelle nach den Ansprüchen 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Modul-Modul-Verbindung zu sogenannten Strings erfolgt.