DE3829248C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, umfassend ein Solarzellenplättchen, das ein fotoelektrisches Element mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen bildet; eine transparente Platte, die zum Schutz gegen äußere Einwirkungen auf der Lichtempfangsseite des Solarzellenplättchens angeordnet ist; und eine Klebschicht, welche das Solarzellenplättchen und die transparente Platte miteinander verbindet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Solarzelle.

Eine derartige Solarzelle ist aus der US-PS 39 12 540 bekannt und weist ein Solarzellenplättchen, eine transparente Platte und eine Klebschicht auf. Die Solarzelle wird dort in der Weise hergestellt, daß eine Anordnung mit der transparenten Platte, einer Teflonschicht als Klebschicht und dem Solarzellenplättchen einer Hitze- und Druckeinwirkung ausgesetzt wird. Dabei tritt die Schwierigkeit auf, daß beim Auftreten von großen Temperaturschwankungen die Klebschicht sich löst oder abschält. Dies hat zur Folge, daß die Verbindung zwischen dem Solarzellenplättchen einerseits und der transparenten Platte andererseits nicht mehr optimal ist, weil unerwünschte Lichtverluste auftreten. Der US-PS 39 12 540 sind aber keine Hinweise zu entnehmen, daß eine dicke Klebschicht für die zuverlässige Funktionstüchtigkeit einer Solarzelle von Wichtigkeit sein kann und wie man eine solche dicke Klebschicht in gleichmäßiger Weise herstellen könnte.

Aus der US-PS 42 31 807 ist eine Solarzelle bekannt, wobei die Solarzellenanordnung in eine topfförmige Vertiefung einer Metallplatte eingelegt wird. Anschließend wird auf die stufenförmig ausgebildeten Ränder der Metallplatte eine Glasplatte aufgelegt, die an ihrer Oberseite von einem Klemmteil gehalten wird, das seinerseits mit einer Niete an der Metallplatte befestigt wird. Zur Anbringung der Solarzellenanordnung findet sich der Hinweis, daß der gesamte Innenraum des Topfes, der von der Metallplatte und der Glasplatte begrenzt wird, mit einem Gießmaterial ausgefüllt wird, welches dann die Solarzellenanordnung vollständig umgibt.

Bei der Anordnung gemäß der US-PS 42 31 807 ist zwar eine zuverlässige Halterung der Glasplatte sichergestellt, aber es sind keine Maßnahmen für eine exakte Fixierung der Solarzellenanordnung innerhalb des topfförmigen Raumes zwischen der Metallplatte und der Glasplatte getroffen. Die Solarzellenanordnung kann vielmehr durchaus eine schräge Position in dem Innenraum einnehmen oder auch eine gekrümmte Konfiguration haben, wenn das Gießmaterial ausgehärtet ist. Der Aufgabenstellung dieser Druckschrift entsprechend, geht es dort um die Fixierung der gesamten Solarzellenanordnung, nicht aber um die Positionierung eines einzelnen Solarzellenplättchens.

Die DE-OS 24 43 699 beschreibt eine Fotozellen-Baugruppe, bei der in einer symmetrischen Sandwich-Anordnung eine Fotozelle zwischen zwei Sellotape-Schichten angeordnet wird, die wiederum auf Platten aus Heißkleber aufliegen, welche eine wesentlich größere Fläche besitzen. An der Außenseite schließen dann ein unteres Substrat sowie eine obere transparente Platte an. Die Sellotape-Schichten bilden dabei lediglich Schutzschichten, die auf die Fotozelle aufgeklebt werden, um durch ihre Flexibilität einen Bruch der Fotozelle zu verhindern, wenn zur Herstellung der Verbundanordnung Druck ausgeübt wird. Dieser Druck ist nämlich dort erforderlich, wenn die einzelnen Platten bzw. Schichten mit den Klebschichten verbunden werden, wie es im einzelnen in der DE-OS 24 43 699 erläutert ist. Weder die Verwendung einer gleichmäßigen dicken Klebschicht noch die selektive Verteilung von konvexen Teilen mit vorgegebener Höhe ist in dieser Druckschrift angesprochen; vielmehr sind die Klebschichten dort dünn und flächig ausgebildet.

In der US-PS 42 87 382 ist eine Solarzellenanordnung beschrieben, bei der Abstandshalter aus nicht-gewebtem thermoplastischen Material vorgesehen sind und einem ganz speziellen Zweck dienen. Diese Abstandshalter sollen nämlich eine geeignete Evakuierung der Laminatanordnung vor dem vollständigen Schmelzen von thermoplastischem Material ermöglichen. Die Abstandshalter haben dabei die gleiche Höhe wie die Solarzellen selbst. Auf diese Weise haben die Abstandshalter zwischen den einzelnen Solarzellen keinen Einfluß darauf, wie sich die darüber befindliche Klebschicht unter einer transparenten Platte ausbildet, wenn die Verbundanordnung hergestellt wird.

Aus der DE-OS 28 25 034 ist eine Solarscheibe bekannt, wobei Abstandshalter oder Distanzstücke vorgesehen sind, die als seitliche Anschläge für die verschiedenen Solarzellenplättchen dienen, die bei der dort beschriebenen Anordnung einander teilweise überlappend angeordnet werden. Dabei ist es beabsichtigt, daß diese vorgegebene Überlappung nicht verändert werden soll. Die Anbringung der Distanzstücke hat dort keinen Einfluß auf die Schichtdicke einer Klebschicht oberhalb und unterhalb der jeweiligen Solarzellenplättchen. Die Klebschicht ist bei dieser herkömmlichen Anordnung gemäß der DE-OS 28 25 034 in ihrer Dickenverteilung mit Absicht ungleichmäßig ausgebildet und hat im Querschnitt eine keilförmige oder trapezförmige Gestalt, damit die Solarzellenplättchen mit einer Schräglage in die Klebschicht eingebettet sind.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer weiteren herkömmlichen Solarzelle, beispielsweise einer GaAs-Solarzelle, die in ihrem Aufbau ähnlich der aus der eingangs genannten US-PS 39 12 540 bekannten Solarzelle ist. Die Solarzelle weist ein Solarzellenplättchen 1, welches als fotoelektrisches Element ausgebildet ist, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln, sowie eine kammartige Elektrode auf, die auf dem Solarzellenplättchen 1 vorgesehen ist. Ein Verbinder zur Verbindung von Solarzellen ist so vorgesehen, daß ein Endstück des Verbinders auf die Elektrode gesetzt ist. Der Verbinder erstreckt sich von der Solarzelle nach außen und ist mit einer weiteren Solarzelle verbunden.

Um zu verhindern, daß die Solarzelle durch radioaktive Strahlen beschädigt wird, ist ein Deckglas 2 auf das Solar­ zellenplättchen 1 geklebt, und zwar mit einer Klebschicht 3. Die Klebschicht 3 wird dadurch gebildet, daß man ein Kleber­ material auf das Solarzellenplättchen 1 aufbringt und es aushärten läßt, nachdem das Deckglas 2 daraufgesetzt worden ist.

Wenn die Solarzelle in einem künstlichen Satelliten verwendet wird, so ist die Solarzelle großen Temperaturschwankungen ausgesetzt, deren Bereich ganz beträchtlich ist und beispiels­ weise zwischen -196°C und +140°C liegt. Somit muß eine Solar­ zelle in der Lage sein, ihre gewünschten Eigenschaften in diesem großen Temperaturbereich beizubehalten.

Die Klebschicht 3 löst oder schält sich aber manchmal von dem Solarzellenplättchen 1 und/oder dem Deckglas 2 ab, und zwar durch Spannungen, die durch die Differenz zwischen den jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verklebten Schichten hervorgerufen werden. Wenn die Klebschicht 3 voll­ ständig abgelöst ist, wird die Solarzelle stark beschädigt. Auch wenn das Abschälen oder Ablösen der Klebschicht 3 nur teilweise erfolgt, so wird ein Zwischenraum zwischen der Klebschicht 3 und der daran haftenden Schicht erzeugt, so daß das von dem Solarzellenplättchen 1 empfangene Licht ver­ ringert wird, so daß wiederum die Ausgangsleistung der Solar­ zelle abnimmt.

Die Abschälwahrscheinlichkeit hängt von der Dicke der Kleb­ schicht 3 ab. Fig. 5 zeigt ein Histogramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Abschälfrequenz und der Dicke der Klebschicht 3, nachdem eine Solarzelle einem Heiz­ zyklus ausgesetzt worden ist, wobei einundsechzig Klebschichten 3 hergestellt und einem Heizzyklus unterworfen worden sind.

In Fig. 5 gibt die leere Säule VB die Anzahl von Solarzellen an, die dem Heizzyklus ausgesetzt wurden, während die Säule BC mit den Kreuzen die Anzahl von Solarzellen angibt, in denen sich die Klebschicht abschälte oder ablöste. Aus Fig. 5 er­ gibt sich, daß die Frequenz oder Wahrscheinlichkeit des Abschälens abnimmt, wenn die Dicke der Klebschicht zunimmt. Beispielsweise beträgt das Verhältnis der Anzahl von abge­ lösten Klebschichten zu der Anzahl von hergestellten Kleb­ schichten 9/10 für den Dickenbereich von 50 bis 60 µm, während das Verhältnis für größere Dicken als 90 µm den Wert Null hat.

Wenn jedoch eine dicke Klebschicht auf das Solarzellenplättchen 1 aufgebracht und ein relativ dünnes Deckglas 2 auf die Klebschicht gesetzt wird, so geht die Gleichförmigkeit des Klebermaterials in der Dicke verloren, und zwar wegen einer Grenzschichtspannung zwischen dem Deckglas und dem Kleber­ material, so daß die Dicke im mittleren Bereich des Kleber­ materials kleiner wird als im Umfangsbereich.

Wenn weiterhin das Deckglas 2 keine flache Platte ist, sondern eine gekrümmte oder gewölbte Platte darstellt, geht die Gleichmäßigkeit teilweise verloren. Wenn weiterhin das Deckglas 2 gegenüber der oberen Oberfläche des Solarzellen­ plättchens 1 geneigt ist, so verliert die Dicke des Kleber­ materials oder der Klebschicht 3 seine Gleichmäßigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle der eingangs genannten Art sowie eine Verfahren zur Herstellung einer derartigen Solarzelle anzugeben, die eine dicke, aber gleichmäßige Klebschicht zur zuverlässigen Befestigung der transparanten Platte an dem Solarzellenplättchen aufweist, so daß eine besonders hohe Zuverlässigkeit im Betrieb gewährleistet ist und ein Abschälen der Klebschicht vermieden wird.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Solarzelle der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Vielzahl von klebenden konvexen Teilchen aus transparentem Material selektiv verteilt auf dem Solarzellenplättchen angeordnet ist und daß die konvexen Teilchen in die Klebschicht eingebettet sind und die Dicke der Klebschicht regulieren, die im wesentlichen gleich der oder etwas größer als die Höhe der konvexen Teile ist.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Solarzelle ist vorgesehen, daß die klebenden konvexen Teile als klebende konvexe Bänder oder als klebende konvexe Flecken ausgebildet sind, die im wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet sind.

Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle ist vorgesehen, daß die klebenden konvexen Teile und die Klebschicht aus Silikonharzen bestehen, die voneinander verschieden sein können. Die Dicke der Klebschicht ist dabei zweckmäßigerweise größer als etwa 90 µm vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle der eingangs genannten Art, bei dem das Solarzellenplättchen mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen hergestellt wird und bei dem die transparente Platte zum Schutz gegen äußere Einwirkungen mit der Klebschicht auf der Lichteinfallseite des Solarzellenplättchens angebracht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Klebschicht die Vielzahl von klebenden konvexen Teilen vorgegebener Höhe aus transparentem Material selektiv verteilt auf dem Solarzellenplättchen angeordnet wird und daß anschließend die Klebschicht aufgebracht wird, um eine fest haftende Verbindung für die transparente Platte herzustellen, wobei die konvexen Teile in die Klebschicht eingebettet werden.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß klebende konvexe Teile in Form von Bändern oder verteilt angeordneten Flecken verwendet werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß man die klebenden konvexen Teile erst aushärten läßt bzw. vorher ausgehärtete Teile verwendet und anschließend die Klebschicht zur Erzeugung der haftenden Verbindung aufbringt. Dabei können zweckmäßigerweise konvexe Teile aus Silikonharz verwendet werden, deren Material sich gegebenenfalls von dem der Klebschicht unterscheidet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1A bis 1D Schnittansichten zur Erläuterung der Verfahrensschritten bei der Herstellung einer Solarzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2A und 2B Draufsichten auf die Anordnung der Solarzelle während der Herstellung;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Solarzelle gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung einer herkömmlichen Solarzelle; und in

Fig. 5 ein Histogramm zur Erläuterung der Häufigkeit des Abschälens einer Klebschicht in Abhängig­ keit von der Dicke der Klebschicht.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Solar­ zelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug­ nahme auf die Fig. 1A bis 1D näher erläutert.

Bei einem ersten Verfahrensschritt gemäß Fig. 1A wird ein Solarzellenplättchen 1 hergestellt. Das Solarzellenplättchen 1 bildet ein fotoelektrisches Element, welches eine p-n-Über­ gangsstruktur haben kann, die von einer p-Typ Halbleiter­ schicht 1a und einer n-Typ Halbleiterschicht 1b gebildet wird.

Diese beiden Halbleiterschichten 1a und 1b können eine p-Typ GaAs-Schicht und eine n-Typ GaAs-Schicht sein. Eine Aluminium­ elektrode 1c wird auf der unteren Oberfläche der n-Typ Halb­ leiterschicht 1b hergestellt. Es können auch andere Arten von Solarzellenplättchen, beispielsweise Heterostruktur- oder MIS-Typ Solarzellenplättchen oder dergleichen anstelle der p-n-Übergangsstruktur verwendet werden.

Auf der oberen Fläche der p-Typ Halbleiterschicht 1a, mit der Sonnenlicht empfangen wird, wird eine kammartige Elektrode 5 aus Silber (Ag) vorgesehen, ähnlich wie bei der Anordnung gemäß Fig. 4. Weiterhin werden Verbinder 4 aus Silber (Ag) auf der Elektrode 5 vorgesehen, um eine Solarzelle mit der nächsten, nicht dargestellten Solarzelle zu verbinden.

Beim nächsten Verfahrensschritt gemäß Fig. 1B wird ein Klebstoff oder Klebermaterial, wie z. B. Silikonharz, selektiv auf das Solarzellenplättchen 1 aufgebracht, so daß transparente klebende konvexe oder nach außen gewölbte Teile 6 aus Silikon­ harz gebildet werden. Die Draufsicht der Anordnung gemäß Fig. 1B ist in Fig. 2A dargestellt, deren Schnitt längs der Linie I-I wiederum der Fig. 1B entspricht.

Jedes der klebenden konvexen Teile 6 besteht aus einem klebenden konvexen oder nach außen gewölbten Band, welche sich längs der Zähne der kammartigen Elektrode 5 erstrecken. Die haftenden konvexen Teile oder Bänder 6 sind parallel zueinander ausgefluchtet.

Alternativ dazu können die haftenden konvexen Teile 6 auch haftende konvexe Flecken 16 sein, die in Fig. 2B dargestellt und auf dem Solarzellenplättchen 1 verteilt sind. Der Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 2B ergibt sich ebenfalls sinngemäß durch Fig. 1B, wobei das Bezugszeichen 6 als Bezugszeichen 16 zu lesen ist. Die jeweiligen Höhen der haftenden konvexen Teile 6 bzw. 16 sind im wesentlichen gleich groß untereinander.

Wenn die haftenden konvexen Teile 6 bzw. 16 ausgehärtet sind, indem man sie der Atmosphäre aussetzt, wird eine transparente Klebschicht 3, beispiels­ weise aus Silikonharz, gleichförmig auf das Solarzellen­ plättchen 1 aufgebracht, so daß die ausgehärteten, haftenden konvexen Teile 6 bzw. 16 aus Silikonharz in der Klebschicht 3 eingebettet sind, wie es Fig. 1C zeigt. Vorzugsweise ist die Dicke der Klebschicht 3 im wesentlichen gleich der oder etwas größer als die Höhe der klebenden konvexen Teile 6.

Bevor die Klebschicht 3 aushärtet, wird eine transparente Deckglasplatte 2 gemäß Fig. 1D auf die Klebschicht 3 gesetzt. Da die ausgehärteten klebenden konvexen Teile 6 das Deckglas 2 tragen, behält das Deckglas 2 seine Position parallel zur oberen Oberfläche des Solarzellenplättchens 1. Damit geht die Gleichförmigkeit der Dicke der Klebschicht 3 nicht verloren, auch wenn die Klebschicht 3 dick ist.

Auch wenn das Deckglas 2 vor seiner Anbringung auf der Kleb­ schicht 3 gekrümmt oder gewölbt ist, wird das Deckglas 2 durch die Abstützung mit den klebenden konvexen Teilen 6 in eine ebene Form gezwungen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Deckglas 2 eine Dicke von 50 bis 150 µm, die Elektrode 5 eine Dicke von 4 bis 5 µm, der Verbinder 4 eine Dicke von 10 bis 30 µm und das Solarzellenplättchen eine Dicke von 50 bis 300 µm. Die Dicke der Klebschicht 3 ist größer als etwa 90 µm.

Wenn somit die Klebschicht 3 ausgehärtet ist und eine ausge­ härtete Klebschicht darstellt, ist die Dicke der Klebschicht 3 gleichmäßig, so daß die Klebschicht 3 daran gehindert wird, sich von dem Solarzellenplättchen 1 und/oder dem Deckglas 2 abzuschälen oder abzulösen. Da die konvexen Teile 6 aus einem Klebstoff bestehen, findet außerdem eine innige Haftung der konvexen Teile an dem Solarzellenplättchen 1 statt. Die jeweiligen Klebstoffe zur Herstellung der klebenden konvexen Teile 6 und der Klebschicht 3 können unterschiedlich sein.

Fig. 3 zeigt eine Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungs­ form der Erfindung. Bei der Solarzelle gemäß Fig. 3 werden vorher ausgehärtete konvexe Teile 60 so auf dem Solarzellenplättchen 1 angeordnet, daß sie auf dem Solarzellen­ plättchen 1 verteilt sind. Nach diesem Anbringungsschritt wird die Klebschicht 3 so auf das Solarzellenplättchen 1 aufgebracht, daß die konvexen Teile 60 in die Klebschicht 3 eingebettet werden. Die anderen Herstellungsschritte sind die gleichen wie bei der Ausführungsform, die anhand von Fig. 1A bis 1D erläutert worden ist.

Bei beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können die klebenden konvexen Teile 6, 16 und 60 so vorgesehen sein, daß sie über die obere Oberfläche des Solarzellenplättchens 1 mit gleichmäßiger Dichte verteilt sind; alternativ können sie nur auf dem Bereich des Solarzellen­ plättchens 1 vorgesehen sein, auf dem die Klebschicht 3 die Tendenz hat, dünner zu werden, wenn die klebenden konvexen Teile sonst nicht vorgesehen sind.

Wie oben erläutert, wird die Gleichmäßigkeit der Dicke der Klebschicht 3 mit den klebenden konvexen Teilen bei der erfindungsgemäßen Solarzelle beibehalten, und damit kann eine dickere Klebschicht 3 verwendet werden, ohne daß ein Abschälen der Schichten und/oder eine Verringerung der Ausgangsleistung der Solarzelle stattfinden.

Claims (9)

1. Solarzelle, umfassend

• - ein Solarzellenplättchen (1), das ein fotoelektrisches Element mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen bildet,
• - eine transparente Platte (2), die zum Schutz gegen äußere Einwirkungen auf der Lichtempfangsseite des Solarzellenplättchens (1) angeordnet ist, und
• - eine Klebschicht (3), welche das Solarzellenplättchen und die transparente Platte (2) miteinander verbindet,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine Vielzahl von klebenden konvexen Teilen (6, 16, 60) aus transparentem Material selektiv verteilt auf dem Solarzellenplättchen (1) angeordnet ist
• - und daß die konvexen Teile (6, 16, 60) in die Klebschicht (3) eingebettet sind und die Dicke der Klebschicht (3) regulieren, die im wesentlichen gleich der oder etwas größer als die Höhe der konvexen Teile (6, 16, 60) ist.

2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die klebenden konvexen Teile (6, 16, 60) als klebende konvexe Bänder (6) oder als klebende konvexe Flecken (16, 60) ausgebildet sind, die im wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet sind.

3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die klebenden konvexen Teile (6, 16, 60) und die Klebschicht (3) aus Silikonharzen bestehen, die voneinander verschieden sein können.

4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Klebschicht (3) größer als etwa 90µm ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Solarzellenplättchen (1; 1a, 1b, 1c) mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen hergestellt wird und bei dem die transparente Platte (2) zum Schutz gegen äußere Einwirkungen mit der Klebschicht (3) auf der Lichteinfallseite des Solarzellenplättchens (1) angebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Aufbringen der Klebschicht (3) die Vielzahl von klebenden konvexen Teilen (6, 16, 60) vorgegebener Höhe aus transparentem Material selektiv verteilt auf dem Solarzellenplättchen angeordnet wird, und
daß anschließend die Klebschicht aufgebracht wird, um eine fest haftende Verbindung für die transparente Platte (2) herzustellen, wobei die konvexen Teile (6, 16, 60) in die Klebschicht (3) eingebettet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß klebende konvexe Teile (6, 16, 60) in Form von Bändern (6) oder verteilt angeordneten Flecken (16, 60) verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die klebenden konvexen Teile (6, 16) erst aushärten läßt bzw. vorher ausgehärtete Teile (60) verwendet und anschließend die Klebschicht (3) zur Erzeugung der haftenden Verbindung aufbringt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß konvexe Teile (6, 16, 60) aus Silikonharz verwendet werden, deren Material sich gegebenenfalls von dem der Klebschicht (3) unterscheidet.