DE3612269A1 - Verfahren zum anbringen eines verbindungsleiters am anschlusskontakt einer photovoltaischen solarzelle - Google Patents

Description

Photovoltaische Solarzellen müssen in der Regel mittels Verbindungsleiter zu größeren Moduleinheiten verschal­ tet werden, um bei Lichteinwirkung auf der Erde oder im Weltraum die geforderte Energieerzeugung bei Lichtein­ strahlung zu gewährleisten. Die einzelne Solarzelle weist auf der dem Lichteinfall ausgesetzten Vorderseite ebenso wie auf der Rückseite Anschlußkontakte auf, die beispielsweise aus einer Titan-Palladium-Silber-Schicht bestehen und auf die Halbleiter-Solarzelle aufgedampft wurden. Silber-Anschlußkontakte werden beispielsweise durch Siebdrucken auf den Halbleiterkörper aufgebracht. Zum Verbinden der Solarzellen untereinander mittels der erwähnten Verbindungsleiter werden bisher Kontaktie­ rungsverfahren wie Kleben, Ultraschall oder Widerstands­ schweißen eingesetzt, wobei wesentlich ist, daß durch das Kontaktierungsverfahren die Solarzelle nicht be­ schädigt wird und sich auch die elektrischen Parameter der Zellen nicht verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anbringen eines Verbindungsleiters am Anschlußkon­ takt einer photovoltaischen Solarzelle durch Weichlöten anzugeben, mit dem die Löttemperatur sehr rasch er­ reicht wird, so daß der Kontaktierungsprozeß schnell und ohne Beschädigung der Solarzelle durchgeführt wer­ den kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verbindungsleiter auf den Anschlußkontakt der Solar­ zelle aufgelegt und dann die Solarzelle über ihre licht­ empfindliche Vorderseite durch das kurzzeitige Einwir­ ken von Licht geeigneter Wellenlänge auf die Löttempe­ ratur erwärmt und dadurch der Verbindungsleiter mit dem Anschlußkontakt elektrisch und mechanisch fest verbun­ den wird.

Zum Erwärmen der Solarzelle wird vorzugsweise Licht mit einer wesentlichen Intensität in dem Wellenlängenbe­ reich verwendet, in dem die Solarzelle eine große spek­ trale Empfindlichkeit besitzt und die Oberflächenre­ flexion sehr gering ist. Hierzu eignet sich insbeson­ dere Licht im kurzwelligen Infrarotbereich. Durch die hervorragende Lichtempfindlichkeit der Solarzelle nimmt die Zelle die eingestrahlte Energie auf und erwärmt sich sehr rasch auf die Löttemperatur, die beispiels­ weise bei 190-240°C liegt. Mit 1250 W Halogenlampen war eine Belichtungszeit von ca. 1-2 Sekunden erfor­ derlich, um die Löttemperatur zu erreichen und den Löt­ prozeß durchzuführen. Hieraus ergibt sich, daß der Löt­ prozeß sehr rasch und ohne mechanische Beanspruchung der Solarzelle durchführbar ist. Die Verbindungsleiter für die Vorderseiten- und für die Rückseitenkontakte der Solarzelle können in einem Arbeitsgang aufgelötet werden, da eine gleichmäßige Erwärmung der Solarzelle von innen heraus erfolgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindungen und ihre Weiterbildungen sollen nach­ stehend noch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt als Teilausschnitt eines Moduls zwei in Reihe zu schaltende Solarzellen und die hierfür er­ forderlichen Verbindungsleiter.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

In Fig. 3 und in Fig. 4 sind verschiedene Lötmethoden detailliert dargestellt.

In Fig. 1 sind zwei Solarzellen 1 a und 1 b in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Diese Solarzellen bestehen beispielsweise aus polykristallinem oder ein­ kristallinem Silizium und enthalten einen pn-Übergang. Bei terrestrischen Solarzellen liegen die Abmessungen beispielsweise bei 10×10 cm mit einer Scheibendicke von 0,4 mm. Auf der für den Lichteinfall vorgesehenen Vorderseite 2 der Solarzelle befindet sich eine Anti­ reflexionsschicht 8, um den Wirkungsgrad der Zelle zu optimieren. Ferner befinden sich auf der Vorderseite der Solarzelle ein oder mehrere Anschlußkontakte 4 in Form von streifenförmigen Stromsammelbalken, von denen senkrecht fingerartige Leitbahnstrukturen 5 zur ver­ besserten Stromabführung ausgehen. Die Anschlußkon­ takte 4 und die an sie angeschlossenen fingerartigen Leitbahnstrukturen 5 bestehen beispielsweise aus auf­ gedampften Titan-Palladium-Silber-Schichten oder aus siebgedruckten Silber-Schichten. Die Rückseite 3 der Solarzelle ist mit einem nicht dargestellten großflä­ chigen Anschlußkontakt oder gleichfalls mit balkenför­ migen Einzelkontakten versehen. Bei der Serienschaltung von Solarzellen muß nun der Vorderseitenkontakt 4 der Zelle 1 b mit dem Rückseitenkontakt der benachbarten Solarzelle 1 a über einen oder mehrere Verbindungslei­ ter 6 elektrisch leitend und mechanisch fest verbunden werden.

Die Verbindungsleiter 6 bestehen gemäß Fig. 1 aus einem bandförmigen Material, das in seiner Breite etwa der Breite der Anschlußkontakte 4 auf den Solarzellen entspricht. Die Verbindungsleiter 6 sind vorzugsweise so lang, daß sie die Anschlußkontakte 4 überdecken und zugleich einseitig über den Rand der Solarzelle hin­ ausragen und folglich mit den Rückseitenkontakten der nachfolgenden Zelle verbunden werden können.

Gemäß Fig. 2 werden zur Durchführung des Lötverfahrens eine oder mehrere Solarzellen 1 in eine Bestrahlungs­ kammer eingesetzt. Zuvor werden die Verbindungsleiter 6 a und 6 b auf die Anschlußkontakte 4 a auf der Vorder­ seite bzw. an die Anschlußkontakte 4 b an der Rückseite der Solarzelle aufgelegt. Zur Halterung der Verbindungs­ leiter für die Rückseite dienen beispielsweise Teflon­ unterlagen 13, während die Verbindungsleiter für die Vorderseite mittels federnden, punktförmig einwirkenden Niederhaltern 15 auf den Anschlußkontakten gehaltert werden. Eine Lichtquelle 11, beispielsweise eine Halo­ genlampe mit 1250 W, wird ca. 2 Sekunden eingeschaltet. Das von der Lichtquelle ausgehende Licht wird am Para­ bolspiegel 12 reflektiert und trifft somit als inten­ sive, homogene Strahlung auf die Vorderseite der Solar­ zelle 1 auf. Eine Einschaltdauer von ca. 2 Sekunden genügt, um eine innere Erwärmung der Solarzelle auf 190 -240°C zu bewirken, wodurch eine Lötverbindung zwi­ schen den Verbindungsleitern 6 und den Anschlußkontak­ ten 4 zustande kommt. Beim dargestellten Ausführungs­ beispiel werden Rückseiten- und Vorderseitenkontakte gleichzeitig an Verbindungsleiter angeschlossen. Es besteht auch die Möglichkeit, gleichzeitig mehrere Solarzellen zu Moduleinheiten zusammenzuschalten, oder gleichzeitig an einer Vielzahl von Solarzellen nur an den Vorderseitenkontakten oder nur an den Rückseiten­ kontakten Verbindungsleiter anzubringen. Der Prozeß kann durch einfache Maßnahmen automatisiert werden, indem die Verbindungsleiter automatisch zugeführt und in entsprechender Länge mit den zugeordneten Anschluß­ kontakten der Solarzellen verlötet werden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfah­ rens besteht darin, daß durch die hervorragende Ener­ gieaufnahme der Zelle eine Erwärmung auf die Löttempe­ ratur von innen heraus erfolgt und so weitgehend iden­ tische Temperaturverhältnisse auf der Vorder- und auf der Rückseite der Zelle herrschen. Je nach Ausgestal­ tung des Lotes auf den Anschlußkontakten bzw. auf den Verbindungsleitern besteht die Möglichkeit, die Ver­ bindungsleiter sowohl in ganzer Länge vollflächig als auch punktweise mit den Anschlußkontakten zu verlöten.

Fig. 3 zeigt einen Teilausschnitt eines Verbindungs­ leiters und dem zugeordneten Anschlußkontakt. Der Ver­ bindungsleiter 6 besteht beispielsweise aus einem Kup­ ferband 14, das ein oder beidseitig eine Lotauflage 9, beispielsweise aus Silberschutzlot, aufweist. Dieser Verbindungsleiter wird noch vorzugsweise mit einem ge­ eigneten Flußmittel vorbehandelt und dann auf den An­ schlußkontakt 4 aufgelegt.

Bei Ausführungsbeispielen wurden Kupferbänder mit 1,5 mm Breite und 70 µm Dicke verwendet, die eine Lot­ auflage aus einem Zinn-Blei-Silber-Lot in einer Dicke von 50-100 µm aufwiesen. Die Erwärmungszeit betrug 2,5 Sekunden. Die Flußmittel waren handelsüblicher Art. Bei einer gemäß Fig. 3 dargestellten Ausbildung der Verbindungsleiter erfolgt die Lötung vollflächig. Sie kann, wie aus Fig. 4 ersichtlich, auch punktförmig erfolgen. In diesem Fall werden zwischen den Verbinder 6 und den Anschlußkontakt 4 Lotpunkte aus Lotpaste 10 in einem gesonderten Arbeitsgang aufgebracht. Der Verbin­ der selbst kann wiederum aus einem Kupferkern 14 mit einer beidseitigen dünnen Zinnauflage bestehen oder auch aus einem unbeschichteten, gut lötbaren Metall (z. B. Cu oder Messing). Die Lotpaste 10 kann bereits Flußmittel und fein gemahlenes Lot mit 2-4% Silber­ anteil enthalten. Die Zinnauflage auf dem Kupferband ist beispielsweise 1-5 µm dick, während Lotpasten­ kugeln mit 0,5 mm Durchmesser bereits ausreichen, um gute Verbindungen herzustellen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Anbringen eines Verbindungsleiters am Anschlußkontakt einer photovoltaischen Solarzelle durch Weichlöten, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungs­ leiter (6) auf den Anschlußkontakt (4) der Solarzelle aufgelegt und dann die Solarzelle (1) über ihre licht­ empfindliche Vorderseite (2) durch kurzzeitiges Ein­ wirken von Licht (7) geeigneter Wellenlänge auf die Löttemperatur erwärmt und dadurch der Verbindungslei­ ter (6) mit dem Anschlußkontakt (4) elektrisch und mechanisch fest verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Licht (7) mit einer wesentlichen Intensität in dem Wellenlängenbereich verwendet wird, in dem die Solar­ zelle (1) eine große spektrale Empfindlichkeit besitzt und die Oberflächenreflexion gering ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Licht mit einer wesentlichen Intensität im kurz­ welligen Infrarot-Bereich verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht so lange auf die Solarzelle einwirkt, bis sich die Solarzelle auf eine Löttemperatur von ca. 190-240°C erwärmt hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht ca. 2 Sekunden auf die Solarzelle ein­ wirkt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere Ver­ bindungsleiter (6) mit zugeordneten Anschlußkontakten (4) der Solarzelle (1) verbunden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsleiter gleichzeitig mit Anschlußkontak­ ten auf der Vorderseite (4) und mit Anschlußkontakten auf der Rückseite (3) der Solarzelle (1) verbunden werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsleiter (6) Kupferbänder mit Lotauflage (9) verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungs­ leitern (6) und den Anschlußkontakten (4) eine Lotpaste (10) angeordnet wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter (6) während des Lötvorgangs durch Niederhalter (15) an die Anschlußkontakte (4) der Solarzelle (1) angepreßt wer­ den.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zum Zusammenschal­ ten von Solarzellen zu Moduleinheiten mittels Verbin­ dungsleiter.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung zum gleichzeitigen Anbringen von Verbindungsleitern an den zugeordneten Anschlußkontakten einer Vielzahl von Solarzellen.