DE3423172C2 - Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie

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Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie aus mehreren hintereinander angeordneten Solarzellen mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Maßnahmen.
Ein bekanntes Verfahren zur seriellen Verbindung mehrerer Solarzellen zu einer Solarbatterie ist in den Fig. 1A und 1B dargestellt. Jeweils zwei Solarzellen 10a, 10b sind durch zwei abgewinkelte elektrische Leiter 16 elektrisch mitein­ ander verbunden, wobei die elektrischen Leiter eine abge­ winkelte Form haben, so daß ihre oberen Abschnitte auf der lichtempfindlichen Oberseite der jeweiligen Solarzelle 10a und ihre unteren Abschnitte an der jeweiligen Unterseite der nächstfolgenden Solarzelle 10b anliegen. In dem Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Solarzellen 10a, 10b erstreckt sich der abgewinkelte Mittelabschnitt der elek­ trischen Leiter 16. Nach der Positionierung der Leiter 16 gegenüber den Solarzellen wird die gesamte Anordnung in einen Heizofen eingebracht und die Elektroden 18 werden darin mit den elektrischen Leitern 16 verlötet. Während der Überführung dieser Anordnung in den Ofen können sich die zuvor ausgerichteten Leiter auf den jeweiligen Solarzellen verschieben und dann im Ofen in fehlerhafter Ausrichtung fixiert werden. Darüber hinaus erfordert die Aufheizung der Anordnung bis über Schmelztemperatur des Lotes eine gewisse Zeitspanne. Schließlich können aufgrund der unterschiedli­ chen Wärmedehnungen der Leiter und der Solarzellen bzw. de­ ren Elektroden innere Spannungen während und nach dem Löt­ vorgang auftreten, die zu Abschälerscheinungen und Rissen führen. Einen zusätzlichen Nachteil stellen der hohe Ener­ gieverbrauch und auch die benötigten Schutzgasmengen für die Lötvorgänge dar.
Aus der JP-B-56/28383 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer in Fig. 2 dargestellten Solarbatterie aus mehreren hintereinander angeordneten Solarzellen bekannt, bei welchem die Solarzellen in vorgegebenen Abständen hin­ tereinander auf einem mit gedruckten Leiterbahnen versehenen plattenförmigen Substrat angeordnet werden, wobei die an der Unterseite der Solarzellen ausgebildeten Elektroden mit den aufgedruckten Leiterbahnen in Kontakt gelangen. Diese Anord­ nung wird anschließend von einer flexiblen Folie abgedeckt, deren aufgedruckte Leiterbahnen mit den an den lichtempfind­ lichen Oberflächen der Solarzellen vorgesehenen Elektroden in Kontakt gelangen. Durch Wärmezufuhr werden die Solarzel­ len mit dem Substrat und der Folie sowie auch ihre elektri­ schen Leiter miteinander verlötet, wobei die Flexibilität der Folie so gewählt ist, daß sie sich bei diesem Erwär­ mungsvorgang in die Zwischenräume zwischen benachbarten So­ larzellen hineinbiegt und die an ihr befestigten Leiterab­ schnitte in Kontakt mit den vorstehenden Leiterabschnitten auf dem Substrat gelangen. Diese Verformung der Folie kann durch Druckzufuhr unterstützt werden. Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist wiederum, daß die gesamte Anordnung zur Durchführung des Lötvorganges in einen Ofen eingebracht werden muß. Darüber hinaus erfolgt die Verformung der Folie in die Zwischenräume hinein im wesentlichen aufgrund der Eigenflexibilität der Folie, wodurch nicht gewährleistet werden kann, daß die an der Folie befindlichen Leiterab­ schnitte auch in einen für die Lötverbindung ausreichenden Druckkontakt mit den Leiterabschnitten auf dem Substrat ge­ langen. Aufgrund der flächigen Erwärmung der gesamten An­ ordnung ergibt sich auch hier die Gefahr der Entwicklung von Wärmespannungen mit den daraus folgenden Rissen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie aus mehreren hintereinander angeordneten Solarzellen aufzuzeigen, mit welchem die einzelnen Solarzel­ len sicher und mit hoher Präzision elektrisch miteinander verbunden werden und das bei relativ geringem technischen Aufwand für eine Massenproduktion geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 bzw. 2 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Die Verwendung von zwei flexiblen Folien ermöglicht die Durchführung der Lötvorgänge und der Umfor­ mung der vorstehenden Leiterabschnitte von beiden Außensei­ ten her, wobei die beiden sich überlappenden Leiterenden jeweils um geringere Beträge gegeneinander gebogen werden müssen. Durch die Verwendung der lichtdurchlässigen Quarz­ platten als Preßwerkzeuge können die Lötvorgänge unmittelbar anschließend an den jeweiligen Preßvorgang mit Hilfe der Laserstrahlen vorgenommen werden, ohne daß ein Zwischen­ transport dieser Anordnung z. B. in einen Ofen oder ein an­ deres Heizaggregat vorgenommen werden muß. Damit wird die Gefahr ausgeschlossen, daß sich während eines derartigen Zwischentransportes die Positionen der Leiter gegenüber den Solarzellen verändern. Die an sich z. B. aus der US-PS 4 219 926 bekannte Anwendung von Laserstrahlen zum Einbrin­ gen der für den Lötvorgang erforderlichen Wärme ist beim erfindungsgemäßen Verfahren insofern von besonderer Bedeu­ tung, weil die Verwendung von Quarzplatten als Preßwerkzeuge einen ungehinderten Durchgang der Laserstrahlen durch diese Preßwerkzeuge gewährleistet. Dadurch kann der nachfolgende Lötvorgang ohne jegliche Veränderung der Preßanordnung er­ folgen, wobei durch den lokal eng begrenzten Wärmeeintrag der die Quarzplatten durchdringenden Laserstrahlen übermäßi­ ge Temperaturänderungen und damit auch Wärmespannungen in den kritischen Randzonen vermieden werden. Aufgrund dieser zusammenwirkenden Maßnahmen ist das erfindungsgemäße Verfah­ ren zur Massenherstellung von präzisen Solarbatterien be­ sonders geeignet.
Im folgenden wird eines der erfindungsgemäßen Verfahren anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A, 1B einen Teil einer auf herkömmliche Weise hergestellten Solarbatterie;
Fig. 2 eine nach einem anderen bekannten Verfahren hergestellte Solarbatterie im Längsschnitt;
Fig. 3 bis 6 mehrere Herstellungsstufen eines Ausführungsbeispiels eines er­ findungsgemäßen Verfahrens.
Nach Fig. 3 sind drei Solarzellen 44a, 44b und 44c in einem vorgegebenen Abstand hintereinander angeordnet. Jede Solar­ zelle weist auf ihrer lichtempfindlichen Oberfläche und auf ihrer Rückseite Elektroden 40 bzw. 42 mit einer eutektischen Lotschicht oder einer Lotpaste auf. Auf beiden Seiten der Solarzellen 44 wird eine weiche Folie 50 bzw. 52 aus Poly­ ester od. dgl. angeordnet, die auf ihrer einen Seite mehrere in Längsrichtung der Solarzellen 44 vorlaufende elektrische Leiter 46a, 46b tragen. Jeder elektrische Leiter 46a, 46b besteht aus einer galvanischen Kupferschicht und ist von einer eutek­ tischen Lotschicht 48a, 48b umgeben. Der elektrische Leiter 46a der Folie 50 erstreckt sich in Längsrichtung über die Lichtauf­ nahmefläche der Solarzelle 44 hinaus, wobei der vorstehende Abschnitt 47a in den Zwischenraum zwischen den benachbarten Solarzellen 44a und 44b hineinragt. Die elektrischen Leiter 46b auf der anderen Folie 52 sind in gleicher Weise ausge­ bildet und so angeordnet, daß ihre vorstehenden Abschnitte 47b in Gegenrichtung in die Zwischenräume hineinragen. Der vor­ stehende Abschnitt 47a des Leiters 46a auf der Lichtaufnah­ mefläche der Solarzelle 44a liegt somit einem verlängerten vorstehenden Abschnitt 47b des Leiters 46b auf der Rückseite der Solarzelle 44b gegenüber.
Nach der Ausrichtung der Folien 50 und 52 zu den entspre­ chend positionierten Solarzellen 44a, 44b und 44c in der vorstehend erläuterten Weise wird diese Anordnung zwischen zwei Preßplatten 54a, 54b aus Quarzglas in eine Preßvor­ richtung eingebracht, in der die Elektrode 40 mit der Lot­ schicht 48a auf dem Leiter 46a der Folie 50 und die Elektrode 42 mit der Lotschicht 48b auf dem Leiter 46b der Folie 52 sandwichartig in Druckkontakt gebracht werden (vgl. Fig. 4).
Nach Fig. 4 wird ein über ein Glasfaserkabel 56 einem Kopf 58 zugeführter Laserstrahl od. dgl. fokussiert und auf die Solarfläche der Solarzellen 44a, 44b und 44c geführt. Die Rückseiten der Solarzellen 44a, 44b und 44c werden durch einen weiteren Kopf 58 sowie ein Glasfaserkabel 56 be­ strahlt. Durch die Bestrahlung schmilzt die Lotschicht 48a auf dem Leiter 46a der Folie 50, so daß die Elektrode 40 und der Leiter 46a formschlüssig miteinander verbunden werden. In gleicher Weise wird durch Bestrahlen der Rückseite der Solarzelle die Elektrode 42 mit dem Leiter 46b der Folie 52 verbunden. Dabei liegt der heiße Strahlungsfleck außerhalb des Brennpunktes und sein Durchmesser überschreitet die Breite der Folien 50 und 52 nicht. Durch ein schnelles Ver­ fahren der Köpfe 58 oder der Preßvorrichtung 54 mit hoher Geschwindigkeit in Längsrichtung der Folien 50 und 52 kann der Schweißvorgang mit hohen Geschwindigkeiten durchgeführt werden. Dabei erfolgt in der Preßvorrichtung 54 kein Tempe­ raturanstieg bei Verwendung eines Nd-Lasers.
Vom Nd-Laserstrahl wird die Lotschicht sehr schnell erwärmt und sofort lokal abgekühlt, so daß keine nachteiligen ther­ mischen Auswirkungen in den Randabschnitten eintreten.
Nach Fig. 5 weist eine weitere Preßvorrichtung aus Quarz­ platten 62a, 62b in den Bereichen der Zwischenräume zwischen den Solarzellen 44a, 44b und 44c gegeneinanderweisende Ansätze 60a, 60b auf, welche die Folien 50 und 52 von ihrer Außenseite nach innen in die Zwischenräume zwischen den Solarzellen 44 drücken. Dadurch werden die vorstehenden Abschnitte 47a der elektrischen Leiter 46a auf der Lichtempfangsfläche jeder Solarzelle in engen Kontakt mit den vorstehenden Leiterab­ schnitten 47b auf der Rückseite der jeweils benachbarten Solar­ zelle gebracht. Dann werden die Laserstrahlen von den Köpfen 58 durch die Quarzglas-Preßvorrichtung 62 sequentiell auf die Abschnitte zwischen den Solarzellen gerichtet, so daß die beiden vorstehenden Leiterabschnitte miteinander ver­ schweißt werden.
Gemäß Fig. 6 ist somit die Lichtaufnahmefläche jeder Solar­ zelle mit der Rückseite einer nachfolgenden Solarzelle durch die elektrischen Leiter in Reihe verbunden. Diese Reihenver­ bindung der Solarzellen kann mit hohen Geschwindigkeiten hergestellt werden.
Bei der vorstehend erläuterten Ausführung werden zwar das Verschweißen der Elektroden 40, 42 der Solarzellen mit dem jeweiligen elektrischen Leiter 46 der Folien 50 bzw. 52 und das Verschweißen der vorstehenden Leiterabschnitte in zwei Stufen geführt. Es ist jedoch auch möglich, die Elek­ troden mit den Leitern und die vorstehenden Leiterab­ schnitte gleichzeitig unter Bewegen des Kopfes 58 mit hoher Geschwindigkeit zu verbinden.
Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel sind fol­ gende Vorteile erzielbar:
  • (a) Die Verbindung zwischen den Elektroden 40, 42 auf jeder Solarzelle 44a, 44b und 44c und den entsprechenden Folien 50, 52 sowie die Verbindung zwischen elektrischen Leitern zum Zusammenschalten der Solarzellen kann mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden, ohne daß an Rändern der Elektroden 40, 42 durch Wärme verursachte Auswirkungen auftreten, weil die Lotschichten praktisch sofort lokal er­ wärmt werden und sehr schnell abkühlen und erstarren.
  • (b) Da weiche Folien 50 und 52 eingesetzt werden, ist die Steifigkeit gering, so daß während des Verbindungsvorgangs die mechanische Belastung der Elektroden 40 und 42 ge­ ring ist und weder ein Abschälen noch Risse auftreten.
  • (c) Die auf den weichen Folien 50, 52 ausgebildeten elek­ trischen Leiter werden von der Vorder- und der Rückseite aller Solarzellen gegeneinander gebogen und mit hoher Ge­ schwindigkeit verschweißt, wodurch sich die Massenfertigung von Solarbatterien erheblich verbessert.
  • (d) Es wird weder ein Schutzgas noch elektrische Energie für einen großen Ofen benötigt, so daß die Herstellungsko­ sten gesenkt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie aus mehreren hintereinander angeordneten Solarzellen, bei welchem
  • - die Solarzellen (44) hintereinander mit vorgegebenen Zwischenabständen zwischen einem als flexible Folie ausgebildeten Substrat (52) und einer flexiblen Folie (50) positioniert werden,
  • - auf den zueinanderweisenden Flächen des Substrats (52) und der Folie (50) mit einem Lot (48a, 48b) beschichte­ te Leiter (46a, 46b) durch Wärme und Druck mit den auf der lichtempfindlichen Oberseite und auf der Unterseite jeder Solarzelle (44) ausgebildeten Elektroden (40 und 42) fest verbunden werden und
  • - die in die Zwischenräume zwischen benachbarten Solar­ zellen (44) vorstehenden Abschnitte (47a) der an der Folie (50) befestigten Leiter (46a) eingedrückt und mit den vorstehenden Abschnitten (47b) der auf dem Substrat (52) be­ festigten Leiter (46b) verlötet werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die beiden Folien (50, 52) mit ihren Leitern (46a, 46b) von zwei plattenförmigen Preßwerkzeugen (54a, 54b) aus Quarzglas gegen die Elektroden (40, 42) gepreßt werden,
  • - die Leiter (46a, 46b) mit den Elektroden (40, 42) der Solarzellen (44) miteinander durch die Preß­ werkzeuge (62a, 62b) durchdringende Laserstrahlen verlötet werden,
  • - die einander gegenüberliegenden, wechselseitig vorstehenden Leiter­ abschnitte (47a, 47b) durch an plattenförmigen Preßwerk­ zeugen (62a, 62b) aus Quarzglas ausgebildete Ansätze (60a, 60b) gegeneinander gebogen werden und die gegenein­ ander gebogenen Leiterabschnitte (47a, 47b) in einem nachfolgenden Lötvorgang mittels sequentiell längsbeweg­ ter, die Ansätze (60a, 60b) durchdringender Laserstrahlen miteinander verbunden werden.
2. Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie aus mehreren hintereinander angeordneten Solarzellen, bei welchem
  • - die Solarzellen (44) hintereinander mit vorgegebenen Zwischenabständen zwischen einem als flexible Folie ausgebildeten Substrat (52) und einer flexiblen Folie (50) positioniert werden,
  • - auf den zueinanderweisenden Flächen des Substrats (52) und der Folie (50) mit einem Lot (48a, 48b) beschichtete Leiter (46a, 46b) durch Wärme und Druck mit den auf der lichtempfindlichen Oberseite und auf der Unterseite jeder Solarzelle (44) ausgebildeten Elektroden (40 und 42) fest verbunden werden und
  • - die in die Zwischenräume zwischen benachbarten Solar­ zellen (44) vorstehenden Abschnitte (47a) der an der Folie (50) befestigten Leiter (46a) eingedrückt und mit den vorstehenden Abschnitten (47b) der auf dem Substrat (52) be­ festigten Leiter (46b) verlötet werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die beiden Folien (50, 52) mit ihren Leitern (46a, 46b) von zwei plattenförmigen Preßwerkzeugen (62a, 62b) aus Quarzglas gegen die Elektroden (40, 42) gepreßt werden,
  • - die einander gegenüberliegenden wechselseitig vorstehenden Leiterab­ schnitte (47a, 47b) durch an den plattenförmigen Preßwerk­ zeugen (62a, 62b) aus Quarzglas ausgebildete Ansätze (60a, 60b) gegeneinander gebogen werden und dann
  • - die Leiter (46a, 46b) mit den Elektroden (40, 42) der Solarzellen (44) und die gegeneinander gebogenen Lei­ terabschnitte (47a, 47b) miteinander durch die Preß­ werkzeuge (62a, 62b) durchdringende Laserstrahlen verlötet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich, in dem die Wärme erzeugt wird, außerhalb des Brennpunktes liegt.
DE3423172A 1983-06-22 1984-06-22 Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie Expired - Lifetime DE3423172C2 (de)

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JP58110807A JPS604270A (ja) 1983-06-22 1983-06-22 太陽電池の製造方法

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DE3423172A1 DE3423172A1 (de) 1985-01-10
DE3423172C2 true DE3423172C2 (de) 1995-08-24

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3423172A Expired - Lifetime DE3423172C2 (de) 1983-06-22 1984-06-22 Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie

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