DE3423172A1 - Verfahren zur herstellung einer solarbatterie - Google Patents
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Description
HITACHI, LTD., Tokyo, Japan
Verfahren zur Herstellung einer Solarbatterie
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Solarbatterie, das sich insbesondere dazu eignet, eine
Mehrzahl von Solarbatteriezellen sequentiell und in Reihe miteinander zu verbinden, indem die Lichtaufnahmefläche jeweils
einer Solarbatteriezelle mit der Rückseite der nächstfolgenden Solarbatteriezelle mittels eines elektrischen Leiters verbunden
wird.
Ein bekanntes Verfahren der seriellen Verbindung einer Mehrzahl von Solarbatteriezellen ist in den Fig. 1A und 1B dargestellt.
Dabei weisen jeweils die Vorder- und die Rückfläche jeder Solarbatteriezelle 10a, 10b eine durch Abscheidung aufgebrachte
eutektische Lotschicht oder eine durch Abscheidung aufgebrachte vorläufige eutektische Lotschicht oder eine durch Drucken od.
dgl. aufgebrachte Lotpaste auf. Eine elektrische Zuleitung 16
eines elektrisch leitenden Elements, auf deren Oberfläche vorher durch Abscheidung eine eutektische Lotschicht od. dgl.
aufgebracht wurde und die in der Mitte stufenförmig abgeknickt , ist, wird so angeordnet, daß sie die Lichtaufnahmefläche 12
einer Solarbatteriezelle 10a und die Rückseite 14 einer weiteren Solarbatteriezelle 10b überbrückt. Dann werden in
einem Widerstandsheizofen und in einer H--, N2- oder
Ar-Schutzgasatmosphäre od. dgl. ein Elektrodenmuster 18 der Solarbatteriezelle 10a und die elektrische Zuleitung 16
miteinander verschweißt, und die elektrische Zuleitung 16 sowie
ein Elektrodenmuster 20 der Solarbatteriezelle 10b werden ebenfalls miteinander verschweißt, so daß die Verbindung
zwischen den Solarbatteriezellen 10a und 10b fertiggestellt ist. Bei diesem Verfahren dauert es zwischen einigen Sekunden
und einigen zehn Minuten, um das Lot der abgeschiedenen Lotschicht od. dgl. auf der Oberfläche der elektrischen Zuleitung
16 zu schmelzen (Schmelzpunkt oberhalb 183 °C). Da ferner die elektrische Zuleitung 16 ein integraler Teil einer stufenweise
abgeknickten Leiterstruktur ist, ist die automatische Zuführung der elektrischen Zuleitung 16 schwierig, so daß sich das
Verfahren nicht für die Massenfertigung eignet. Da ferner der Werkstoff der elektrischen Zuleitung 16 eine
Fe-Ni-Legierung (Fe-42Ni) ist, ist zwar der Wärmeausdehnungskoeffizient klein, aber die Steifigkeit ist hoch, so daß das
Problem auftritt, daß die mechanischen Spannungen der elektrischen Zuleitung 16 auf das Elektrodenmuster 18 der Lichtaufnahmefläche
12 übertragen wurden, da die Verbindungsstelle groß ist, so daß Abschälerscheinungen und Risse auftreten.
Ferner muß der Widerstandsheizofen, der in einer Schutzgasatmosphäre
von H2, N_, Ar od. dgl. arbeitet, ein großer
Durchlaufofen sein, was den Nachteil mit sich bringt, daß der Energieverbrauch einschließlich Gas, Strom u. dgl. hoch ist.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Verbinden der Solarbatteriezellen
ist in Fig. 2 gezeigt. Dabei werden Solarbatteriezellen 10a und 10b jeweils auf entsprechenden elektrischen
Leitern 24 angeordnet, die auf einem Substrat 22 positioniert sind, und dann wird eine Folie 28, die ein Leitermuster 26 aus
Kupferfolie mit darauf abgeschiedener Lotschicht trägt, auf die Solarbatteriezellen 10a und 10b derart aufgelegt, daß sich das
Leitermuster 26 in Kontakt mit dem elektrischen Leiter 24 und
mit dem Elektrodenmuster 30 befindet. Anschließend werden diese
in Kontakt miteinander befindlichen Abschnitte mit Druck und Wärme beaufschlagt, so daß ein Verschweißen erfolgt.
Bei diesem Verfahren ist jedoch die Wärmekapazität des Substrats 22 hoch, und da es relativ lang dauert, bis das Lot
schmilzt und erstarrt, ist es schwierig, die Solarbatteriezellen mit hoher Geschwindigkeit seriell miteinander zu
verbinden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Solarbatterie, mit dem die
Nachteile des Standes der Technik überwunden werden, in der Elektrode der Solarbatteriezelle keine Abschälerscheinungen
oder Risse auftreten und ferner eine Mehrzahl Solarbatteriezellen mit hoher Geschwindigkeit in Reihe miteinander verbindbar
ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarbatterie vor, bei dem eine Mehrzahl
Solarbatteriezellen, die jeweils eine Lichtempfangsfläche und eine Rückseite mit jeweils darauf aufgebrachten Elektrodenmustern
aufweisen, mit gegenseitigem Abstand angeordnet werden und die Lichtempfangsfläche jeder Solarbatteriezelle mittels
eines elektrischen Leiters mit der Rückseite derjenigen Solarbatteriezelle, die angrenzend an die erstgenannte Solarbatteriezelle
und auf einer Seite derselben positioniert ist, in Reihe verbunden; das Verfahren ist gekennzeichnet durch
folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen von zwei Weichelementen,
deren jedes eine Mehrzahl elektrische Leiter entlang der Anordnungsrichtung der Solarbatteriezellen aufweist und die
im wesentlichen mit einem Abstand entsprechend demjenigen der Solarbatteriezellenanordnung angeordnet sind, wobei das Muster
jedes elektrischen Leiters in Richtung der Solarbatteriezellenanordnung breiter als die Lichtempfangsfläche bzw. die Rückseite
der Solarbatteriezelle ist; Anordnen der beiden Weichelemente jeweils zu beiden Seiten der Solarbatteriezellenan-
Ordnung derart, daß die elektrischen Leiter des einen Weichelements
den Lichtempfangsflächen der Solarbatteriezellen zugewandt sind und die elektrischen Leiter des anderen Weichelements
den Rückseiten der Solarbatteriezellen zugewandt sind, und daß ein Endabschnitt des elektrischen Leiters auf der Seite
der Lichtempfangsfläche jeder Solarbatteriezelle in einem Raum
zwischen den Solarbatteriezellen einem Endabschnitt des elektrischen Leiters auf der Seite der Rückseite derjenigen
Solarbatteriezelle gegenüberliegt, die der erstgenannten Solarbatteriezelle benachbart und auf einer Seite derselben
angeordnet ist; sandwichartiges Einschließen jeder Solarbatteriezelle zwischen den beiden Weichelementen und Druckbeaufschlagen
der beiden Weichelemente an ihrer Außenseite an einer Position des Zwischenraums zwischen den Solarbatteriezellen, so
daß beide Endabschnitte der elektrischen Leiter in engen Kontakt miteinander gelangen; und Bestrahlen der Lichtaufnahmeflächen-Seite
und der Rückseiten-Seite jeder Solarbatteriezelle mit einem Lichtwärmestrahl unter Verschweißen des Elektrodenmusters
und jedes elektrischen Leiters und unter Verschweißen beider Endabschnitte der elektrischen Leiter, die sich in dem
Raum zwischen den Solarbatteriezellen in engem Kontakt miteinander befanden, so daß die Solarbatteriezellen in Reihe
miteinander verbunden werden.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A und
Fig. 1B eine Perspektivansicht und einen Querschnitt eines Teils einer Solarbatterie zur Veranschaulichung
eines bekannten Verfahrens;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines weiteren bekannten Verfahrens;
Fig. 3 bis
Fig. 6 Querschnittsansichten, die die Herstellungsschritte einer Ausfuhrungsform des Verfahrens nach
der Erfindung verdeutlichen.
Das Verfahren zur Herstellung einer Solarbatterie wird entsprechend
den in den Fig. 3-6 gezeigten Schritten durchgeführt.
In Fig. 3 sind Solarbatteriezellen 44a, 44b und 44c im Abstand
voneinander angeordnet. Jede Solarbatteriezelle 44a, 44b und 44c weist auf ihrer Lichtempfangsfläche sowie auf ihrer Rückseite
jeweils ein Elektrodenmuster 40 bzw. 42 auf; die Elektrodenmuster 40 und 42 sind mit einer durch Abscheiden
aufgebrachten eutektischen Lotschicht oder einer durch Tauchen oder Schmelzlöten aufgebrachten eutektischen Lotschicht oder
einer durch Drucken aufgebrachten Lotpaste gebildet. Dann werden zwei weiche Folien 50 bzw. 52 auf beiden Seiten der
Solarzbatteriezellen 44a, 44b und 44c angeordnet. Jede weiche Folie 50 bzw. 52 besteht aus Polyester od. dgl. und trägt auf
einer Seite entlang der Anordnungsrichtung der Solarbatteriezellen 44a, 44b und 44c eine Mehrzahl elektrische Leiter, die
einen Abstand voneinander aufweisen, der der Anordnung der Solarbatteriezellen 44a, 44b und 44c entspricht. Jeder
elektrische Leiter besteht aus einer Leiterbahn 46 (z. B. einer galvanischen Kupferschicht) und einer auf der Leiterbahn 46
gebildeten, durch Abscheidung aufgebrachten eutektischen Lotschicht 48; dabei ist das Muster der Leiterbahn 46 in Richtung
der Anordnung der Solarzellen 44a, 44b und 44c breiter als die Vorder- und Rückseite der Solarzellen 44a, 44b und 44c. Z. B.
erstreckt sich der elektrische Leiter 46, 48 der weichen Folie 50 über die entsprechende Lichtaufnahmefläche der Solarbatteriezelle
44a in einer Richtung entlang der Ausrichtung der Zellen 44a, 44b und 44c hinaus, und somit ist der verlängerte
Teil dem Zwischenraum zwischen den beiden benachbarten Solarzellen 44a und 44b zugewandt. Die elektrischen Leiter auf der
anderen weichen Folie 52 sind in gleicher Weise ausgebildet; da jedoch die weiche Folie 52 so angeordnet ist, daß ihre elektrischen
Leiter den Rückseiten der jeweiligen Solarzellen zugewandt sind, ist die Erstreckungsrichtung der Elektrodenmuster
46 (oder der elektrischen Leiter) entgegengesetzt zu
derjenigen der weichen Folie 50. Beim Anordnen der beiden Folien 50 und 52 auf beiden Seiten der Anordnung von Solarbatteriezellen
wird die relative Positionierung der elektrischen Leiter der beiden weichen Folien 50 und 52 in bezug auf
die Solarbatteriezellen 44a, 44b und 44c wie folgt bestimmt. Die elektrischen Leiter der beiden weichen Folien 50 und 52
sind jeweils den Lichtaufnahmeflächen 40 bzw. den Rückseiten der Solarzellen 44a, 44b und 44c zugewandt, und außerdem
befindet sich ein Endabschnitt oder der verlängerte Abschnitt des elektrischen Leiters, der auf der Seite der Lichtaufnahmefläche
der Solarzelle 44a angeordnet ist, einem Endabschnitt oder dem verlängerten Abschnitt des elektrischen Leiters
gegenüber, der auf der Seite der Rückseite 42 der Solarbatteriezelle 44b liegt, die eine der an die erstgenannte Solarzelle
44a angrenzenden Solarzellen ist. Infolgedessen befinden sich der verlängerte Abschnitt des elektrischen Leiters der
weichen Folie 50 und der verlängerte Abschnitt des elektrischen Leiters der anderen weichen Folie 52 entgegengesetzt zueinander,
so daß zwischen ihnen ein Raum zwischen zwei benachbarten Solarzellen 44a und 44b vorhanden ist.
Nach der Positionierung oder Ausrichtung der weichen Folien und 52 mit entsprechenden Solarbatteriezellen 44a, 44b und 44c
in der vorstehend erläuterten Weise wird jede Solarbatteriezelle 44a, 44b und 44c zwischen die beiden weichen Folien 50
und 52 gelegt unter Anwendung einer Druckvorrichtung 54 aus einem Quarzglas, so daß das Elektrodenmuster 40 und die abgeschiedene
Lotschicht 48 auf dem Leitermuster 46 der weichen Folie 50 sowie das Elektrodenmuster 42 und die abgeschiedene
Lotschicht 48 auf dem Leitermuster 46 des weichen Films 52 sandwichartig in engen Kontakt miteinander gebracht werden.
Dies ist in Fig. 4 dargestellt.
Nach Fig. 4 wird ein Lichtwärmestrahl eines Nd-Laserstrahls od.
dgl. dem Kopf 58 einer energiereichen Lichtwärme-Erzeugungsvorrichtung (nicht gezeigt) durch ein Glasfaserkabel 56 zugeführt,
und der Lichtwärmestrahl wird von dem Kopf 58 fokussiert
und bestrahlt die Lichtempfangsfläche der Solarbatteriezellen 44a, 44b und 44c. Ein weiterer Kopf 58 sowie ein Glasfaserkabel
56 sind vorgesehen, um die Rückseiten der Solarbatteriezellen 44a, 44b und 44c zu bestrahlen. Durch Bestrahlen mit dem Lichtwärmestrahl
schmilzt die durch Abscheidung aufgebrachte Lotschicht 48 auf dem Leitermuster 46 der weichen Folie 50, so daß
das Elektrodenmuster 40 und das Leitermuster 46 miteinander verbunden werden. In gleicher Weise werden durch Bestrahlen der
Rückseite der Solarzelle das Elektrodenmuster 42 und das Leitermuster 46 auf der weichen Folie 52 miteinander verbunden.
In diesem Fall wird der Bestrahlungspunkt, an dem die Wärme erzeugt wird, so eingestellt, daß er außerhalb des Brennpunkts
liegt, und bevorzugt überschreitet die bestrahlte Fläche nicht die seitliche Breite der weichen Folien 50 und 52. Durch
Bewegen der Köpfe 58 mit hoher Geschwindigkeit entlang der Längsrichtung der weichen Folien 50 und 52 oder durch Bewegen
der Quarzglas-Druckvorrichtung 54 mit hoher Geschwindigkeit entlang der Längsrichtung der weichen Folien 50 und 52 kann
ferner der Schweißvorgang mit hohen Geschwindigkeiten durchgeführt werden. Im übrigen wurde in der Quarzglas-Druckvorrichtung
54 kein Temperaturanstieg beobachtet, wenn diese der Bestrahlung mit dem Lichtwärmestrahl ausgesetzt war, und es
wurde festgestellt, daß die Kombination aus Nd-Laserstrahls und Quarzglas erfolgreich arbeitet.
Durch Anwendung des Nd-Laserstrahls als energiereiche Lichtwärmequelle
kann die Lotschicht ferner sehr schnell erwärmt und sehr schnell abgekühlt werden, und zwar praktisch sofort und
lokal, so daß sich keine nachteiligen Auswirkungen auf die Randabschnitte infolge der Erwärmung einstellen und somit ein
zufriedenstellendes Schweißen erzielbar ist.
Nach Fig. 5 wird eine Quarzglas-Druckvorrichtung 62, die an Stellen entsprechend den Zwischenräumen zwischen den Solarbatteriezellen
44a, 44b und 44c mit Vorsprüngen 60 ausgebildet· ist, dafür eingesetzt, die weichen Folien 50 und 52 von ihrer
Außenseite nach innen in die Zwischenräume zwischen den Solar-
batteriezellen 44a, 44b und 44c zu drücken. Infolgedessen wird
ein Endabschnitt oder der verlängerte Abschnitt des elektrischen Leiters auf der Seite der Lichtempfangsfläche jeder
Solarzelle in engen Kontakt mit einem Endabschnitt oder dem verlängerten Abschnitt des elektrischen Leiters auf der Seite
der Rückseite einer benachbarten Solarzelle gebracht. Dann wird der Lichtwärmestrahl von dem Kopf 58 durch die Quarzglas-Druckvorrichtung
62 sequentiell mit hoher Geschwindigkeit auf die Zwischenraumabschnitte zwischen den Solarbatteriezellen
gerichtet, so daß beide Endabschnitte oder beide verlängerten Abschnitte der elektrischen Leiter miteinander verschweißt
werden. Gemäß Fig. 6 sind somit die Lichtaufnahmefläche jeder Solarbatteriezelle und die Rückseite einer benachbarten Solarbatteriezelle
durch die elektrischen Leiter in Reihe miteinander verbunden. Diese Reihenverbindung der Solarbatteriezellen
kann mit hohen Geschwindigkeiten hergestellt werden.
Bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform werden zwar das
Verschweißen der Elektrodenabschnitte (der Elektrodenmuster 40, 42 der Zelle und der elektrischen Leiter 46 der weichen Folien
50, 52) und das Verschweißen der Verbindungsabschnitte zwischen den Zellen (des elektrischen Leiters auf der Lichtaufnahmefläche-Seite
einer Zelle und des elektrischen Leiters auf der Rückseiten-Seite der nächstfolgenden Zelle) gesondert durchgeführt;
es ist jedoch auch möglich, das Verschweißen der Elektrodenabschnitte und der Verbindungsabschnitte zwischen den
Solarzellen nahezu gleichzeitig unter Bewegen des Kopfs 58 mit hoher Geschwindigkeit auszuführen.
Gemäß dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel sind
folgende Vorteile erzielbar:
(a) Die Verbindung zwischen den Elektrodenmustern 40, 42 auf jeder Solarbatteriezelle 44a, 44b und 44c und den entsprechenden
weichen Folien 50, 52 sowie die Verbindung zwischen elektrischen Leitern zur Zusammenschaltung der Solarbatteriezellen
kann mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, ohne
daß an Randabschnitten der Elektrodenmuster 40, 42 infolge der
Wärme irgendwelche nachteiligen Auswirkungen auftreten, weil die Lotschichten für diese Verbindungen praktisch sofort und
Örtlich sehr schnell erwärmt werden und sehr schnell abkühlen und erstarren.
(b) Da die weichen Folien 50 und 52 eingesetzt werden, ist die Steifigkeit gering, so daß während des Verbindungsvorgangs die
mechanische Belastung der Elektrodenmuster 40 und 42 gering ist und weder ein Abschälen noch Risse auftreten.
(c) Die auf der weichen Folie ausgebildeten elektrischen Leiter können der Vorder- und der Rückseite jeder Solarbatteriezelle
aufeinanderfolgend zugeführt werden, und die elektrischen Leiter können mit hohen Geschwindigkeiten verschweißt
werden. Damit kann die Massenfertigung der Solarbatterie erheblich verbessert werden.
(d) Es wird weder ein Schutzgas noch elektrische Energie für einen großen Ofen benötigt, so daß die Herstellungskosten
gesenkt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann eine Mehrzahl Solarbatteriezellen
mit hoher Geschwindigkeit in Reihenschaltung verbunden werden, ohne daß dadurch die Güte der Zellen beeinträchtigt
wird.
Claims (6)
- AnsprücheΘ-Iy. Verfahren zur Herstellung einer Solarbatterie, bei dem eine Mehrzahl Solarbatteriezellen (44a, 44b, 44c), die jeweils eine Lichtempfangsfläche und eine Rückseite mit jeweils darauf aufgebrachten Elektrodenmustern (40, 42) aufweisen, mit gegenseitigem Abstand angeordnet werden und die Lichtempfangsfläche jeder Solarbatteriezelle mittels eines elektrischen Leiters (46, 48) mit der Rückseite derjenigen Solarbatteriezelle, die angrenzend an die erstgenannte Solarbatteriezelle und auf einer Seite derselben positioniert ist, in Reihe verbunden wird, gekennzeichnet durchfolgende Verfahrensschritte:Bereitstellen von zwei Weichelementen (50, 52), deren jedes eine Mehrzahl elektrische Leiter (46, 48) entlang der Anordnungsrichtung der Solarbatteriezellen (44a, 44b, 44c) aufweist und die im wesentlichen mit einem Abstand entsprechend demjenigen der Solarbatteriezellenanordnung angeordnet sind, wobei das Muster jedes elektrischen Leiters (46, 48) in Richtung der Solarbatteriezellenanordnung breiter als die Lichtempfangsfläche und die Rückseite der Solarbatteriezelle ist;81-A 8830-02-SchöAnordnen der beiden Weichelemente (50, 52) jeweils zu beiden Seiten der Solarbatteriezellenanordnung derart, daß die elektrischen Leiter (46, 48) des einen Weichelements (50 bzw. 52) den Lichtempfangsflächen (40) der Solarbatteriezellen (44a, 44b, 44c) zugewandt sind und die elektrischen Leiter (46, 48) des anderen Weichelements (52 bzw. 50) den Rückseiten (42) der Solarbatteriezellen (44a, 44b, 44c) zugewandt sind, und daß ein Endabschnitt des elektrischen Leiters (46, 48) auf der Seite der Lichtempfangsfläche (40) jeder Solarbatteriezelle (44a, 44b, 44c) in einem Raum zwischen den Solarbatteriezellen einem Endabschnitt des elektrischen Leiters (46, 48) auf der Seite der Rückseite (42) derjenigen Solarbatteriezelle gegenüberliegt, die der erstgenannten Solarbatteriezelle benachbart und auf einer Seite derselben angeordnet ist;sandwichartiges Einschließen jeder Solarbatteriezelle (44a, 44b, 44c) zwischen den beiden Weichelementen (50, 52) und Druckbeaufschlagen der beiden Weichelemente (50, 52) an ihrer Außenseite an einer Position des Zwischenraums zwischen den Solarbatteriezellen, so daß beide Endabschnitte der elektrischen Leiter (46, 48) in engen Kontakt miteinander gelangen; undBestrahlen der Lichtaufnahmeflächen-Seite und der Rückseiten-Seite jeder Solarbatteriezelle (44a, 44b, 44c) mit einem Lichtwärmestrahl unter Verschweißen des Elektrodenmusters (40, 42) und jedes elektrischen Leiters (46, 48) und unter Verschweißen beider Endabschnitte der elektrischen Leiter (46, 48), die sich in dem Raum zwischen den Solarbatteriezellen in engem Kontakt miteinander befanden, so daß die Solarbatteriezellen (44a, 44b, 44c) in Reihe miteinander verbunden werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Weichelemente zwei weiche Folien (50, 52) sind, deren jede als elektrischen Leiter ein Leitermuster (46) trägt, das mit einer Lotschicht (48) überzogen ist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schweißvorgang die Strahlung eines Nd-Laserstrahls (56, 58) verwendet wird, so daß die Lotschicht (48) nahezu sofort und lokal erwärmt wird, ohne daß die Peripherie der erwärmten Stelle nachteilig beeinflußt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Sandwich- und Druckvorgang eine Quarzglas-Druckvorrichtung (54, 62) eingesetzt wird, die die beiden Weichelemente (50, 52) von ihrer Außenseite gegen die Anordnung von Solarbatteriezellen (44a, 44b, 44c) drückt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarzglas-Druckvorrichtung an einer Stelle entsprechend dem Zwischenraum zwischen den Solarbatteriezellen einen Vorsprung (60) aufweist.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwärmestrahl mit hoher Geschwindigkeit in Längsrichtung der beiden Weichelemente bewegt wird.
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