DE2603053A1 - Vorrichtung zum anschweissen einer anschlussleitung an eine elektrode einer sonnenzelle - Google Patents
Vorrichtung zum anschweissen einer anschlussleitung an eine elektrode einer sonnenzelleInfo
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Description
Anmelder: SOCIETE ANONYME DE TELECOMMUNICATIONS, Paris
Vorrichtung zum Anschweißen einer Anschlußleitung an eine Elektrode einer Sonnenzelle.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung der Anschlußleitungen an den Elektroden von Sonnenzellen
und insbesondere von Sonnenzellen aus Silizium. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Anschweißen von
Elektrodenanschlüssen an einer Sonnenzelle.
Bekanntlich bestehen Sonnenzellen aus einer Siliziumplatte, deren eine Seite für eine bestimmte Art der
Leitfähigkeit dotiert ist und vollständig mit einer Silberschicht bedeckt ist, und deren andere Seite für
die entgegengesetzte Art der Leitfähigkeit dotiert und mit einer Silberschicht in Form eines Gitters bedeckt
ist, wobei diese letztgenannte Schicht die Sonnenstrahlung nicht daran hindert, auf die Platte zu fallen.
Diese zweite Seite ist die empfindliche Seite. Auf jeder Elektrode ist an einer hierfür vorgesehenen Stelle
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Brief vom 27.1.1976 Blali 2 Dipl.-Ing. G. Schliebs
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mittels Elektro schweißung ein Anschluß "befestigt, der üblicherweise
von einen Silberband gebildet wird.
Herkömmlicherweise wird das Anschweißen der Anschlüsse dadurch bewirkt, daß man auf das den Anschluß bildende Silberband,
das auf die vorgesehene Stelle auf der Elektrode der Zelle gelegt ist, die benachbarten und parallelen Elektroden
einer mit elektrischen Impulsen arbeitenden Schweißmaschine einwirken läßt. Derartige Maschinen werden auf
dem Markt angeboten; sie gestatten eine Regelung des Drucks, mit dem ihre Elektroden auf die zu schweißenden Bereiche
drücken; sie ermöglichen außerdem die Regelung der Intensität und der Dauer des Schweißimpulses.
Es hat sich gezeigt, daß die Schweißungen, die ohne Vorbereitung der Elektrode der Zelle ausgeführt wurden, schlecht
waren, und zwar sowohl in mechanischer Hinsicht, insbesondere was den Widerstand gegen ein Losreißen des Anschlusses
betrifft, als auch in elektrischer Hinsicht, insbesondere was die Erhaltung der elektrischen Charakteristik der Zelle
anbetrifft. Es ist auch bekannt, den zu schweißenden Bereich der Elektrode der Zelle vorzubehandeln, entweder chemisch
oder mechanisch. Eine bekannte chemische Vorbehandlung besteht darin, die zu schweißende Fläche mit Zyankali zu reinigen.
Einerseits ist die Verwendung dieses Produktes gefährlich, andererseits sind die erhaltenen Ergebnisse nicht vollständig
zufriedenstellend. Eine bekannte mechanische Vorbehandlung besteht darin, die zu schweißende Fläche mit einer
Gummierung aus einem entfernbaren Gummi zu versehen. Diese Vorbehandlung führt zu zufriedenstellenden Ergebnisse, sie
ist jedoch verhältnismäßig langwierig und schwierig, insbesondere für die Elektrode der empfindlichen Seite, und siemacht
eine zusätzliche Reinigung der Zelle vor der Schweißung erforderlich, um die restlichen Spuren des Gummis zu entfernen.
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Brief vom 27.1.1976 Blatt 3 Dipl.-Ing. G. Sdiliebs
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Anschweißen der Elektrodenänschlüsse
von Sonnenzellen so zu ermöglichen, daß die elektrischen Charakteristiken mindestens so gut sind wie bei
Anschlüssen, die nach bekannten Verfahren hergestellt wurden, wobei der mechanische Widerstand besser sein soll und wobei
das Anschweißen der Anschlüsse keine vorherige Behandlung der Sonnenzelle mehr erforderlich macht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung auf, um die Elektroden einer Schweißmaschine mit einem bestimmten
Druck auf das Verbindungsband abzusenken, das auf die Sonnenzelle gelegt ist, die selbst an einer Schweißaufnahme
befestigt ist, mit einer Einrichtung, die eine gegenseitige Vibrationsbewegung der Schweißaufnahme und der Elektroden
der Schweißmaschine erzeugt, so daß ein Anfrischen des Silbers der Elektrode der auf der Schweißaufnahme befestigten
Sonnenzelle durch die Reibwirkung des Anschlusses auf der Sonnenzelle bewirkt wird, mit einer Einrichtung zur Erzeugung
von elektrischen Schweißimpulsen und einer Einrichtung zum Unterbrechen der Vibration und Anheben der Elektroden
der Schweißmaschine.
Das Bauteil, das in Vibration versetzt wird, ist vorzugsweise die Schweißaufnahme.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem AusfUhrungsbeispiel in Einzelheiten näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt
ist. Es zeigen:
Fig. 1A und 1B eine Sonnenzelle bekannter Bauart, Fig. 2 eine Vorrichtung zum Anschweißen der Anschlüsse
der Sonnenzellen, und
Fig. 3A und 3B
und 3C Diagramme, die den Widerstand der Anschlüsse
gegen Zug bei Zellen zeigen, die vor der Schweißung nicht behandelt wurden,
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Brief vom 27-1.1976 Blatt 7I- Dipl.-Ing. G. Schliebs
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die vor der Schweißung gummiert wurden bzw. die mit Vibrationen geschweißt wurden.
Die Fig. 1Δ und 1B zeigen eine Sonnenzelle bekannter Bauart.
Diese Sonnenzelle besteht aus einer Siliziumplatte 20, die auf ihren beiden Seiten unterschiedlich dotiert ist zur Bildung
einer p-n-Verbindung und die auf ihrer Rückseite (Fig. 1Δ) mit einer Elektrode bedeckt ist, die von einer Silberschicht
21 gebildet wird, die im wesentlichen die gesamte Fläche der Platte einnimmt. Auf ihrer Vorderseite (Fig. 1B) ist eine
Elektrode aufgedampft, die die Form eines breiten Streifens
22 längs eines Randes der Platte und kleiner paralleler Streifen 23 hat, die von dem breiten Streifen ausgehen. An der
hinteren Elektrode 21 und auf dem Abschnitt 22 der vorderen Elektrode sind silberne Anschlüsse 24 und 25 angeschweißt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient dazu, die Ausführung dieser Schweißungen zu erleichtern.
Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die Schwexßvorrichtung einen Sockel 1 auf, auf dem ein Elektromagnet 2 und eine Schweißaufnahme
j5 befestigt sind. Die Schweißaufnahme besteht aus einem unteren Teil 4, das starr an seiner Unterseite auf dem
Sockel 1 befestigt ist, und einem oberen Teil 5, das in biegsamer Weise von dem unteren Teil 4 über vier Blattfedern 6
getragen wird. Die Blattfedern sind starr am oberen Teil 5 der Schweißaufnahme mittels Schrauben 7 befestigt und ebenfalls
starr, jedoch verstellbar am unteren Teil 4 der Schweißaufnahme befestigt. Zu diesem Zweck weisen die Blattfedern
Langlöcher 8 auf, in denen Schrauben 9 angeordnet sind.
Das obere Teil 5 der Schweißaufnahme weist Löcher 10 auf, die dazu bestimmt sind, die Sonnenzelle in ihrer Stellung
auf der Schweißaufnahme zu halten. Die Löcher 10 stehen mit
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Brief vom 27.1 . 1976 Blatt !5 Dipl.-Ing. G. Schliebs
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einer Leitung 11 in Verbindung; ein Saugsystem ist an diese Leitung angeschlossen. Das obere Teil 5 der Schweißaufnahme
kann aus magnetischem Material bestehen; anderenfalls ist ein magnetisches Teil 12 seitlich daran angebracht. Auf den
Polen des Elektromagneten 2 sind magnetische Teile 13 befestigt, deren Stellung veränderbar ist, so daß man die
Breite des Spalts 14 verändern kann.
Die obere Fläche des oberen Teils 5 der Schweißaufnahme trägt Linien 15, die dazu dienen, die Lage der Sonnenzelle
und des Anschlusses zu markieren. Man kann auch auf diesem oberen Teil eine Vertiefung vorsehen, um dort die Sonnenzelle
anzuordnen, deren Anschlüsse geschweißt werden sollen.
Zwei Schweißelektroden 16 und 17 sind am Kopf 18 der (nicht dargestellten) Schweißmaschine befestigt. Mit dieser Maschine
können die Elektroden 16 und 17 mit dem vorgegebenen Druck und an der vorgegebenen Stelle auf den Anschluß und
die Sonnenzelle einwirken, die vorher eingelegt wurden. Durch die Veränderung der Länge der Federblätter 6 ist es
möglich, die Frequenz zu wählen, mit der das obere Teil 5 der Schweißaufnahme unter der Wirkung des Elektromagneten 2
quer zum Spalt 14 schwingt. Die Amplitude der Vibration kann dadurch verändert werden, daß entweder die Breite des Spaltes
14 oder die Versorgungsspannung der Spulen des Elektromagneten verändert werden. Beispielsweise erhält man ein
gutes Ergebnis bei Verwendung einer Vibrationsfrequenz von 100 bis 120 Hz, wobei die Spulen des Elektromagneten mit
der Netzspannung versorgt werden können.
Das Anfrischen des Silbers der Elektrode der Zelle erfolgt schnell, in der Größenordnung von einer Sekunde. Die Vibration
wird jedoch etwas langer und auch während der Dauer des Schweißimpulses aufrechterhalten, denn es wurde festgestellt,
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Patentanwalt
daß es von günstigem Einfluß auf die mechanische Qualität und das Aussehen der Schweißung ist, wenn die Vibrationen
beibehalten werden, während die Sehweißung durchgeführt wird.
Für die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorzugsweise das folgende Verfahren gewählt:
Die Sonnenzelle und der Anschluß werden aufgelegt, wobei die Zelle durch Saugwirkung gehalten wird;
die Elektroden v/erden abgesenkt und mit Druck aufgesetzt, wobei die Stellung des Anschlusses überwacht wird;
der Elektromagnet wird in Betrieb gesetzt; zwei bis drei Sekunden später wird der Schweißimpuls ausgelöst;
der Elektromagnet wird abgeschaltet; die Elektroden werden angehoben.
Man hat die elektrischen Kenngrößen von zwei Losen von 60 Sonnenzellen gemessen, wobei die einen vor der Sehweißung
gummiert wurden und die anderen unter Vibrationen geschweißt wurden. Die Mittelwerte der Spannung VQC in Millivolt im
offenen Kreis, der Stromstärke I30 in Milliampere beim Kurzschluß
und der Stromstärke ί^= in Milliampere bei der Entladung
unter einer Spannung von 445 Millivolt sind in der folgenden Tafel angegeben:
V (mV)
OC X ' |
551,3 | ♦»»tiler" |
n**#*er
»iftllJipe». |
3W mV (Βλ} - | *j*ft*der | |
Sehweißung gummierter Zellen |
vlcw^ider j iiacfe. der 3C"<BQlflrel0!B!g.-J« |
552,6 | 150,8 | 149,8 | 139,8 | |
Schweißiing unter Vibrationen |
553; 3 | 151,3 | 15Ϊ72 | I42r2 | I4i,t | |
553,6 | 141,3 |
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B.'-D QHiQiHM
Brief vom 27. 1.1976 BIaJt ? Dipl.-Ing. G. Schliebs
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Man erkennt, daß die Schweißung der Elektroden einer Sonnenzelle ein leichtes Absinken von V, I und I..r bewirkt
und daß dieses Absinken bei der Erfindung geringer ist als beim Stand der Technik.
Man hat auch den Widerstand der Anschlüsse gegen Abreißen gemessen, indem Zugkräfte, die schrittweise erhöht wurden,
unter 45 in Bezug auf die Platte auf den Anschluß ausgeübt wurden, wobei die Zellen als gut oder schlecht bezeichnet
wurden- je nach dem, ob der Anschluß sich bei dieser Kraft löste oder in der Nachbarschaft der Schweißung bei
dieser selben Kraft losgerissen wurde.
Fig. 3A bezieht sich auf Schweißungen ohne Vorbehandlung der
Zelle, Fig. 3B auf Schweißungen nach einer Gummierung der Zelle und Fig. 3C auf Schweißungen, die unter Vibrationen
ausgeführt wurden. Man erkennt aus Fig. 3A, daß die mittlere Kraft, bei der die Anschlüsse sich ablösten oder brachen,
bei 345,5 Gramm lag und daß es bei diesem Wert einen großen Prozentsatz an schlechten Zellen gab. Dieser selbe Mittelwert
ist 417,5 Gramm für die Anschlüsse an gummierten Zellen und 432,5 Gramm für die Anschlüsse mit Vibrationen. Hinzu
kommt, daß in diesen beiden letzten Fällen alle Zellen gut sind nach der vorhergegebenen Definition.
Die Erfindung wurde am Beispiel der Sonnenzellen erläutert, weil die Verwendung dieser Zellen in Raumsatelliten sehr
große Temperaturunterschiede mit sich bringt, die zu mechanischen Beanspruchungen der Anschlüsse führen. Wenn
die Vorteile der Erfindung auch bei anderen Vorrichtungen mit p-n-Verbindungen weniger ins Gewicht fallen, beispielsweise
lichtaussendenden Dioden oder Laserdioden, die im Betrieb nicht so starken Temperaturunterschieden ausgesetzt
sind wie die Sonnenzellen, so ist die Erfindung gleichwohl auch bei diesen anderen Vorrichtungen mit p-n-.Verbindungen
anwendbar.
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Claims (5)
1. Vorrichtung zum Anschweißen einer Anschlußleitung an eine
Elektrode einer Sonnenzelle, gekennzeichnet durch ein Gestell (1), eine mittels einer elastischen Befestigung (6)
mit dem Gestell verbundenen Schweißaufnahme (4,5) für die Sonnenzelle, eine Einrichtung (10) zur Befestigung
der Sonnenzelle an der Aufnahme (4,5), mindestens eine Schweißelektrode (16,17), Einrichtungen zum Absenken der
Schweißelektrode auf die Anschlußleitung und die Sonnenzelle, die übereinander, liegen, und zur Versorgung der
Elektrode mit elektrischen Stromimpulsen und einer Einrichtung (2,13), um die Schweiß aufnahme (5) in Vibration
gegenüber der Schweißelektrode (16,17) zu versetzen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißaufnahme (5) zu einer Vibrationsbewegung
gegenüber dem Gestell (1) angeregt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein mit Wechselstrom gespeister Elektromagnet (2) auf dem Gestell (1) angebracht ist und daß die Schweißaufnahme
mindestens ein aus magnetischem Material bestehendes Teil (12) aufweist, das mit dem Elektromagnet
zusammenwirkt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Befestigung der Sonnenzelle an der
Schweißaufnahme (5) einen Sitz in Form einer Vertiefung für die Zelle aufweist, mindestens eine in diese Vertiefung
mündende Leitung (10,11) und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Leitung (10,11),
um die Zelle durch Saugwirkung festzulegen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode der Sonnenzelle und die Anschlußleitung
aus Silber bestehen.
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.9.
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