DE2919041A1 - Solarzellenanordnung - Google Patents

Solarzellenanordnung

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Description

MESSERSCHMITT-BÖIEOW-BLOHM Ottobrunn, 23. April 1979
GESEIiLSCHO1T BT01 lro/th MIT BESCHRÄNKTER HAJ1TOUG,
MÜNCHEN 8510
Solarzellenanordnung
Die Erfindung betrifft eine Solarzellenanordnung mit Kontaktverbindern, die zwischen den einzelnen Solarzellen die elektrisch leitende Verbindung herstellen, insbesondere für Anordnungen in Foliencharakter mit sup er dünn en Solarzellen sowie Verfahren zur Herstellung solcher Anordnungen.
Solarzellenanordnungen sind bekannt. Insbesondere in der Raumfahrttechnik wird die erforderliche elektrische Energie für die Versorgung der Instrumente und sonstiger Einrichtungen des Raumfahrzeugs von - auch Solarbatterien oder Solargeneratoren genannten - Solarzellenanordnungen in Halbleitertechnologie erzeugt. Diese Anordnungen erstrecken sich flächig vom Raumfahrzeug weg oder bedecken dieses, um möglichst viel Sonnenstrahlung einzufangen.
Ein Hauptproblem sowohl bei der Herstellung der Solarzellenanordnung als auch im späteren Einsatz ist die Kontaktierung der Solarzellen untereinander. Üblicherweise wird die jeweils η-leitende Zone der einen Solarzelle mit der p-leitenden Zone der benachbarten Solarzelle mittels Kontaktverbindern aus Metall, z.B. Silber, elektrisch leitend verbunden, siehe für alle US-PS 3 375 141 und US-PS 3 713 893. Es ist allgemein bekannt, die Kontaktverbinder entweder bei der Herstellungder Solarzelle mit auf zubringen, etwB; durch Aufdampfen,
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Akte 8510
siehe DE-OS 1 564- 935 oder auch die fertigen Solarzellen mittels getrennt hergestellter Kontaktverbinder zu verbinden, in dem diese aufgeschweißt, geklebt oder ähnliches werden, siehe auch DE-AS 1 927 387.
Bedingt durch die notwendige Gewichtseinsparung in der Raumfahrt te chnik. wird eine Dickenreduzierung der Solarzellen angestrebt, z.B. von 0,67 mm bei den Satelliten DIAL und AEROS hin zu superdünnen Zellen von 0,125 mm einschließlich Abdekkung."Die entstehende Solarzellenanordnung hat lOliencharakter. Bei der Kontaktierung solcher dünner Solarzellen ergeben sich Probleme der Ausdehnungswege bei' Temperaturänderungen oder auch mechanischen Belastungen der die Solarzellenanordnung auf nehmenden Träger struktur, die auch auf die Kontaktverbinder starken Einfluß nehmen. Darüber hinaus muß "bei der Herstellung der kompletten Solarzellenanordnung aufgrund der übergroßen Empfindlichkeit der dünnen Solarzellen eine Verbindungstechnik angewendet werden, welche die Solarzellen nicht in Mitleidenschaft ziehen kann. Aus diesem Grund sind Kontaktverbinder, welche unmittelbar auf die Zelle aufgelötet oder geklebt werden, nicht tauglich, so wie es etwa aus der DE-OS 1 807 818 bekannt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Solarzellenanordnung der genannten Art zu schaffen, bei der vorzugsweise unter Verwendung dünner Solarzellen eine Kontaktverbindung erfolgt $ welche sowohl bei der Herstellung der Verbindung zur einzelnen Solarzelle als auch der Solarzellen untereinander die Zellen nicht in Mitleidenschaft ziehen kann, als auch beim Einsatz der Solarzellenanordnung Dehnungsbelastungen aller Art gegenüber unempfindlich ist.
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Diese Aufgabe ist dadurch, gelöst, daß die einzelnen Solarzellen mit an den Rändern geringfügig überstehenden, geformten Kontaktverbindern ausgestattet sind, wobei die Formung eine Gleichform aus Welle, Sägezahn oder dergleichen beschreibt, daß die Eontaktverbinder symmetrisch am Zellenumfang angeordnet sind, und im Bereich der Formung elektrisch leitend verbunden werden, ohne daß die Kontaktverbinder mit der benachbarten Solarzelle selbst in Berührung kommen.
Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, Verfahren anzugeben, nach denen Solarzellenanordnungen mit den Kontaktverbindern nach der Erfindung hergestellt werden können. Ein solches Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktverbinder aus ebenen PoIienbändern auf der bloßen, dotierten Solarzelle durch Thermo-Kompressions-Schweißung aufgebracht werden und dabei die Wellenprägung der Kontaktverbinder und das Abtrennen vorgenommen wird.
Der Vorteil, den eine solchermaßen ausgeführte Solarzellenanordnung bietet, liegt während des Einsatzes vor allem in deren hoher Flexibilität. Thermische Dehnungen oder auch solche aufgrund von mechanischen Belastungen der Trägerstruktur werden ohne weiteres infolge der federnden Verbindung der Solarzellen aufgenommen. Die einzelne Solarzelle kann mit den Kontakt verb indem vom Hersteller fertig ausgerüstet werden, so daß der Anwender lediglich die im Einzelfall erforderliche Anordnung durch Verschweißen der Kontaktverbinder herzustellen braucht. Das kann vorteilhaft durch automatengesteuerte Las er schweißung erfolgen. Die fertige. Solarzelle selbst wird dabei nicht in Mitleidenschaft gezogen, da die Schweißung im Abstand dazu erfolgt. Infolgedessen
^0 wird eine Beschädigung der hochempfindlichen Solarzellen vermieden.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 überlappende Eontaktverbinder zweier Solarzellen,
Pig. 2 eine Prinzlpdarsteilung der Ausrüstung einer Solarzelle mit Eontaktverbindern aus Folienband,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Ausrüstung einer Solarzelle niit aufgedampften Eontaktverbindern,
Gemäß Fig. 1 sind zwei Solarzellen 1, 2 mit Eontaktverbindern 3j 4- ausgestattet. Es handelt sich um superdünne Solarzellen mit einer Eristalldicke von 50/um, einer Abdekkung 5? 6 von ebenfalls 50 /um Stärke und Eontakt verb indem mit 12/um. Die Epntaktverbinder 3? 4- verbinden in bekannter Weise n- und p-leitende Zonen. In der Überlappungszone 7 der Eontaktverbinder 3» 4- werden diese mittels Las er schweißung miteinander verbunden. Die Formung der. Eontaktverbinder 3, 4 ist nicht auf die dargestellte Welle beschränkt, so kann z.B. in der Laserschweißzone (Überlappungszone 7) eitt waagerechter Verlauf der beiden Eontaktverbinder 35 4- vorgesehen sein.
Die symmetrisch verteilten Eontakt verbinder sollen an den Rändern der Solarzelle etwa 0,5 inm überstehen. Die nicht dargestellten Eückseitenkontaktflächen (Stromabnehmer) können als Hetz ausgebildet sein.
In Fig. 2 ist schematisch die Ausrüstung einer Solarzelle mit Eontaktverbindern dargestellt. Die Eöntaktverbinder werden von Folienbändern 8, 9, 10, 11, 12, 13 aus Silber
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abgetrennt. Die Folienbänder sind entsprechend der gewählten Gleichform vorgeprägt, die Breite beträgt ca. 10 mm. Die Kontaktverbinder werden auf der bloßen, dotierten Solarzelle 20 durch Thermo-Eompressions-Schweißung, wie sie aus der Transistor- und Diodenfertigung bekannt ist, befestigt. Hierzu dienen die Schweißköpfe 14- bis 19· Die Schweißköpfe 14, 15 dienen der Befestigung der Vorderseitenverbinder, die Schweißköpfe 175 18 der der Kickseitenverbinder. Das Abtrennen der Eontakt verbinder vom Folienband kann durch Ausstanzen oder mittels Laseranwendung erfolgen. Erforderlich ist es, die Wellenlänge der Kontaktverbinder zu beachten. Das kann in einfacher Weise durch eine Matrize nach der Form der Welle geschehen.
In einer anderen, nicht dargestellten Ausführung erfolgt das Wellenprägen der Kontaktverbinder bei glattem Folienband erst während des Verschweißens mit der Solarzelle, oder nach der Verschweißung mit anschließender Trennung vom Folienband. Bei· der Anwendung solcher Techniken kann z.B. auf die Wellenlage fixierende Matrizen verzichtet werden.
Gemäß Fig. 3 wird der Kontaktverbinder 30 aufgedampft. Eine Maske 34 bestimmt den mit Kontaktmaterial zu bedampfenden Bereich bis hin zu der Abdeckung 33· Die Solarzelle 32 liegt auf einer Aufdampf-Formunterlage 35 auf. Im Bereich des freien Endes des Kontaktverbinders 30 ist die Aufdampf-Formunter-
Pc lage 35 der gewünschten Ausprägung des Kontaktverbinders entsprechend ausgeformt. Die Formunterlage 35 kann auch . den vorderen Teil der Halbleiterschicht bedecken, so daß ein fließender Übergang Kontaktverbinder/Halbleiterschicht entsteht.
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Die SolarcellenverMndungsschweißung kann in allen Fällen nach erfolgten Aufbringen der Solarzellen auf die Trägerstruktur erfolgen.
U3GC4Ö/052

Claims (6)

  1. MESSEESCHMITT-BOIiKOW-BLOHDl Ottobrunn, 23. April 1979
    GESELLSCHAFT BT01 Fro/th MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG,
    MÜNCHEN 8510
    Solarzellenanordnung
    Pat ent ansprüche
    Solarzellenanordnung mit Kontaktverbindern, die zwischen den einzelnen Solarzellen die elektrisch leitende "Verbindung herstellen, insbesondere für Anordnungen in Foliencharakter für superdünne Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Solarzellen (1, 2, 20) mit an den Rändern geringfügig überstehenden, geformten Kontaktverbindern (3, 4) ausgestattet sind, wobei die Formung eine Gleichform aus Welle, Sägezahn oder dergleichen beschreibt, daß die Kontaktverbinder (3,4) symmetrisch am Zellenumfang angeordnet sind, und im Bereich der Formung elektrisch leitend verbunden werden, ohne daß die Kontaktverbinder (3, 4) mit der benachbarten Solarzelle (1, 2) selbst in Berührung kommen.
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    - 2 - Akte 8510
  2. 2. Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktverbinder (3, 4·) aus ebenen PoIienbändern (8 bis 13) auf der bloßen, dotierten Solarzelle (1, 2, 20) durch Thermo-Kompressions-Schweißung aufgebracht werden und dabei die Wellenprägung der Kontaktverbinder (3» 2O und das Abtrennen vorgenommen wird.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Abtrennen vom Folienband (8' bis 13) mittels Laser erfolgt.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stromabnehmeraufdampfung auf der Solarzelle (1, 2, 20) im Anschluß an die Thermo-Kompressions-Schweißung der Kontaktverbinder durchgeführt wird.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktverbinder (35 4-) nach Aufbringen auf die Solarzelle (1, 2, 20) nachträglich wellengeprägt werden.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktverbinder (30) auf die Solarzelle (32) aufgedampft werden, wobei eine Auf dampf -Io rmunt erläge (35) zum Herstellen der Gleichform verwendet wird, und dabei gleichzeitig die Stromabnehmeraufdampfung stattfindet.
    7· Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Solarzellenverbindungsschweißung mittels Laser nach der Solarzellenverbandsklebung auf der Trägerstruktur erfolgt.
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