DE69132654T2

DE69132654T2 - Verfahren zum Verlöten eines Kupferdrahtes auf einen Silberkontakt einer Silizium-Solarzelle und Verwendung dieses Verfahrens für eine Vielzahl von Silizium-Solarzellen

Info

Publication number: DE69132654T2
Application number: DE69132654T
Authority: DE
Inventors: T. Borenstein; C. Gonsiorawski; J. Kardauskas
Original assignee: ASE Americas Inc
Current assignee: Schott Solar CSP Inc
Priority date: 1990-09-24
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2011-08-10
Also published as: JP2735385B2; EP0503015A1; KR970007133B1; WO1992005589A1; EP0503015B1; AU8414391A; CA2067779A1; KR920702560A; AU640522B2; JPH05502552A; DE69132654D1; EP0503015A4; US5074920A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verlöten einer elektrisch leitfähigen Drahteinrichtung mit einem silberreichen elektrischen Kontakt auf einer Silizium-Photozelle. Zudem bezieht sie sich auf die Anwendung dieses Verfahrens bei der elektrischen Verbindung von mehreren Silizium-Photozellen.
Nach dem Stand der Technik ist es hinlänglich bekannt, Photozellen für unterschiedliche Nutzungen vorzusehen, insbesondere bei der Erzeugung von elektrischem Strom aus solarer Energie. Derartige Zellen sind gewöhnlich sehr klein und müssen in größeren Flächenrastern oder Modulen für gemeinsame elektrische Anwendungen elektrisch verbunden werden. Der herkömmliche Herstellungsvorgang derartiger Photovoltaikmodule besteht darin, einen Bereich beider Seiten jeder photovoltaischen Zelle mit einer leitfähigen Metallegierung zu beschichten, um einen elektrischen Kontakt auszubilden. Elektrische Leitungen werden anschließend mit den elektrischen Kontakten einer Gruppe derartig beschichteter Zellen verlötet, um ein größeres, untereinander verbundenes Zellen-Flächenraster auszubilden, in dem Zellen in Reihen oder parallel verbunden sind. Dickfilmbeschichtungen die aus (1) Silber oder Silberlegierungen mit geringen Anteilen von Glas oder (2) Aluminium werden im allgemeinen als elektrische Kontakte für photovoltaische Zellen verwendet. Bei einigen Solarzellen-Herstellungsverfahren besteht der hintere Kontakt der Solarzelle aus Aluminium, verfügt jedoch über "Fenster" oder Öffnungen, in denen das darunter liegende Silizium freiliegt. Diese Öffnungen sind mit einer Silber-/Glasbeschichtung gefüllt, die an dem Siliziumsubstrat haftet und einen elektrischen Kontakt mit der Aluminiumbeschichtung herstellt. Die Segmente der Silberbeschichtung, die die Fenster füllen, sind als "Lötflecke" bekannt, da es weitaus einfacher und vorteilhafter ist, Kupferleiter an den Lötflecken zu befestigen, als diese direkt mit der Aluminiumschicht zu verbinden.
In "Improved Soldering Technique for Concentrator Solar Cells", Solar Cells, 28, 1990, pp. 193- 197, zeigen Jianhua Zhao, Aihua Wand, Michael R. Willison und Marin A. Green auf, daß es nach dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, Kupferplättchen an einen Sammelschienenleiter oder Kontakte auf einer Oberfläche eines darunterliegenden Substrates zum Zweck der Verbindung von Zellen oder des Anschließens einer Zelle an einen elektrischen Schaltkreis zu löten. Zhao et al. weisen zudem darauf hin, daß, da eine gute Adhäsion zwischen der Metallisierung der Solarzelle mit seinem darunter liegenden Substrat wichtig ist, im allgemeinen Zugtests ausgeführt werden, um diese Adhäsion zu prüfen. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß Verbesserungen bei der Adhäsion der Zellen-Metallisierung dadurch erreicht werden können, daß das Kupferplättchen an den mittigen Abschnitt des Sammelschinenleiters oder des Kontaktes gelötet wird und nicht an die Ränder des Sammelschienenleiters oder des Kontaktes.
Bei beiden Herstellungsverfahren, wie sie eingangs erwähnt wurden, und bei vielen allgemein üblichen Anwendungen von photovoltaischen Modulen sind die Zellen durchgehend hohen Temperaturen oder andernfalls thermischen Zyklen mit regelmäßigen oder unregelmäßigen Intervallen ausgesetzt. Bei der Äthylen-Vinyl-Azetat (EVA) -Laminierung, die gewöhnlich dem Aneinandereihen (gegenseitigen Verbinden) von Zellen bei der Herstellung von Mehrzellen- Modulen folgt, werden die Zellen Temperaturen von etwa 150ºC für etwa 45-60 Minuten ausgesetzt. Wenn sie bei der Erzeugung von Solarenergie verwendet werden, dann heizen sich die Zellen in dem Zyklus in dem sie dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, auf und kühlen in der Nacht wieder auf Umgebungstemperatur ab. Bei anderen Anwendungen können die Aufheiz- und Abkühlzyklen sehr viel häufiger Auftreten. Demzufolge besteht eine wichtige Eigenschaft derartiger Zellen in ihrer Fähigkeit, einer thermischen Alterung insbesondere im Hinblick auf ihre Lötverbindeungen zu widerstehen.
Photovoltaische Zellen nach dem Stand der Technik, die Silberdickfilm-Elektrokontakte oder Lötflecke sowie herkömmliche elektrische Lote enthalten, die durch herkömmliches Tauchlöten oder Schwall-Löten ausgebildet werden, weisen im allgemeinen eine geringe mechanische Zuverlässigkeit ihrer Lötverbindungen auf, wenn sie thermischer Alterung unterworfen sind. Insbesondere nimmt die Festigkeit von Verbindungen, die zwischen Silber-/Glas-Dickfilmen auf Silizium unter Verwendung von 63% Zinn/37% Blei- oder 62%Zinn/36% Blei/2% Silber-Loten ausgebildet wurden, um mehr als 80% ab, wenn sie Temperaturen von mehr als 150ºC für eine Stunde ausgesetzt werden. Da ein derartiges Aussetzen in diesen Temperaturen für derartige Zeitperioden normalerweise erforderlich ist, um die Zellen mit Glas zu verbinden und so photovoltaische Module herzustellen, sind die Verbindungen bei Modulen, die mit derartigen Loten hergestellt werden, von Haus aus schwach. Es wird erwartet, daß eine weitere Abnahme der Verbindungsfestigkeit bei normalen Betriebstemperaturen von photovoltaischen Modulen fortschreiten wird. Spannungstest der Module, die auf diese Weise durchgeführt werden, zeigen, daß deren Leistungsfähigkeit relativ schnell unter Bedingungen abnimmt, die eine derartige Belastung auf das Modul ausüben, einschließlich Temperaturänderungen, von denen ein Auftreten bei typischen Anwendungen erwartet werden kann.
Über das Problem der thermischen Beeinträchtigung der gelöteten silberdickfilm-tragenden Leiter in Halbleitervorrichtungen wurde in der Literatur berichtet und darüber diskutiert. In "Progress in and Technology of Low Cost Silver Containing Thick Film Conductors" von B.E. Taylor, J.J. Felten und J.R. Larry in Proceedings of the 30th Electronic Components Conference, New York, IEEE, 1980, pp. 149-166 berichten die Autoren beispielsweise, daß eine derartige Beeinträchtigung bei miniaturisierten und hybriden Schaltungen auf keramischen Substraten im Fall von Silber-/Palladium-Dickfilmen durch die Verwendung von 95% Zinn/5% Silber-Loten anstelle von herkömmlichen Zinn/Blei-Loten verringert werden kann. Da jedoch dieses Lot einen besonders hohen Schmelzpunkt hat, neigt sein Zinngehalt dazu, das Silber aus dem Dickfilm während der Ausbildung der Verbindung zu lösen. Demzufolge wäre dieser Vorgang für das Verlöten von Dickfilmen ungeeignet, die in erster Linie aus Silber bestehen und deutlich kostengünstiger sind als die Silber-/Palladium-Dickfilme dieser Literaturstelle.
Bei einer jüngeren Veröffentlichung "The Thermal-Cycled Adhesion Strength of Soldered Thick Fil Silver-Bearing Conductors" von C.R.S. Needes und J.P. Brown in Proceedings of ISHM '89, ISHM, 1989, pp. 211-219 stellten die Autoren (auf Seite 215) fest: Für den Silberleiter erhielt man die besten [thermischen] Ergebnisse mit [einem Lot von] 10 Sn/88 Pb/2 Ag." Fig. VII auf Seite 215 der ISHM-Beschreibung zeigt deutlich, daß bei Silberdickfilmen auf Aluminiumsubstraten ein Lot mit 10% Zinn, 88% Blei und 2% Silber eine bessere Thermozyklus-Adhäsionsfestigkeit aufwies als ein Lot mit 96% Zinn und 4% Silber. Das 96 Sn/4 Ag-Lot begann eine deutliche Verschlechterung nach weniger als 200 Thermozyklen zu zeigen, wohingegen Lötverbindungen, die unter Verwendung des 10 Sn/88 Pb/2 Ag-Lotes keine sichtbare Beeinträchtigung bis zu etwa 500-600 Thermozyklen aufwiesen. Beide zuvor genannten Beschreibungen sind hier durch Bezugnahme enthalten.
Die Literatur auf diesem Gebiet beschreibt neben der Verwendung von Zinn-/Silberloten, die vorherrschende Zusammensetzungen von Zinn enthalten, Silber- oder Silberlegierungs-Dickfilmkontakte oder Lötflecke für photovoltaische Zellen. Die Literatur nimmt an, daß das Problem wenigstens teilweise durch die Tendenz des Zinn-/Silberlotes verursacht wird, ein "Auslaugen" oder "Ausspülen" von Silber zu bewirken, d. h. die Lösung des Silberdickfilms im geschmolzenen Lot bei hohen Temperaturen. Die relativ hohen Silberkosten wie auch technische Erwägungen, machen es unpraktisch oder unwirtschaftlich, dickere Silberfilme oder-lote mit höheren Anteilen von Silber zu verwenden, um dem Auslaug-Problem zu begegnen. Wie es oben beschrieben wurde, sind Silber-/Palladium-Dickfilme noch teuerer als die alleinige Verwendung von Silber. Darüber hinaus schränkt die Giftigkeit von Blei die Verwendung der Zinn-/Blei- ISilber-Lote ein, auf die von Needes und Brown in der oben zitierten Bezugnahme verwiesen wurde.
Die Literatur auf diesem Gebiet geht zudem davon aus, daß das Problem der thermischen Instabilität zumindest teilweise durch die Ausbildung von intermetallischen Verbindungen zwischen Zinn und Silber verursacht wird, da derartige Verbindungen als brüchig und instabil bekannt sind. Diese Verbindungen können sich nicht nur dann bilden, während das Lot geschmolzen ist, sondern zu jedem Zeitpunkt, zu dem das Lot eine erhöhte Temperatur hat. Ein Teil der Ausbildung dieser Elemente tritt langsam selbst bei Raumtemperatur auf. Es wurde angenommen, daß diese intermetallischen Verbindungen die Folge davon sind, daß Zinn aus dem Lot durch die Glas- und Metalloberflächenphasen hindurchdiffundiert. Diese brüchigen Verbindungen bewirken, daß die Metallisierung bei geringen Spannungsbeanspruchungen versagt.
Natürlich ist es möglich, daß sowohl die Silberauswaschung als auch die intermetallischen Bindungsmechanismen am thermischen Stabilitätsproblem beteiligt sind. Dadurch kann eine Lösung des Problems noch schwieriger vorausgesagt werden, weil eine Lösung einer dieser Mechanismen den anderen verschärft.
Beispielsweise berichtete ein Forscher über die Verringerung des Problems der intermetallischen Verbindungsbildung durch Verwendung eines hoch zinnhaltigen Lotes, wie etwa 96% Zinn/4% Silber. Die Erklärung hierfür war, daß ein 96 Sn/4 Ag-Lot einen Schmelzpunkt hat, der deutlich höher ist als ein Lot, das aus 62% Zinn, 36% Blei und 2% Silber besteht, was zu einer stärkeren Bindung des Zinns an das Lot und zu einer Verringerung der Ausbreitung führt. Andererseits legen Daten, die in der oben beschriebenen Bezugnahme von Needes und Brown aufgeführt sind, nahe, daß der hohe Zinngehalt und der hohe Schmelzpunkt eines 96 Sn/4 Ag- Lotes zu einer erhöhten thermischen Beeinträchtigung der Lötverbindungen aufgrund des Silber-Auswaschmechanismus führen können. Demzufolge gibt der Stand der Technik keine klare Lösung für das Problem der thermischen Alterung von Lötverbindungen für silber-metallisierte photovoltaische Zellen an.
Diese und weitere Nachteile des Standes der Technik sollen mit der vorliegenden Erfindung überwunden werden.

ZIELE DER ERFINDUNG

Grundlegendes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, photovoltaische Zellen anzugeben, die bessere Eigenschaften bezüglich thermischer Alterung aufweisen.
Zudem ist es Ziel der vorliegenden Erfindung photovoltaische Zellen mit Silber-Dickfilmen anzugeben, die elektrisch untereinander unter Verwendung eines Zinn-/Silberlotes verbunden sind und einen erhöhten Widerstand gegen thermische Alterung haben.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Verlöten der Silber-Dickfilmkontakte der photovoltaischen Zellen unter Verwendung eines Zinn-/Silberlotes anzugeben, bei dem keine Beeinträchtigung der Dickfilm-Substratverbindungen verursacht werden.
Darüber hinaus besteht ein weiteres Ziel der Erfindung darin, wirtschaftliche und hochleistungsfähige Bänke untereinander verbundener photovoltaischer Zellen anzugeben, die speziellen Einsatz bei der Erzeugung von Elektrizität aus Solarenergie haben.
Um diese Ziele zu erreichen, enthält das Lötverfahren der vorliegenden Erfindung die Eigenschaften, die im Kennzeichnungsteil von Anspruch 1 beschrieben sind. Darüber hinaus ist der Einsatz dieses Verfahrens bei der elektrischen Verbindung mehrerer photovoltaischer Siliziumzellen Gegenstand von Anspruch 7. Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Es wurde nun festgestellt, das photovoltaische Zellen mit einer Silber- oder Silberlegierungs- Dickfilmelektrode oder Lötfleckbeschichtungen untereinander verbunden werden können, indem Zinn-/Silberlote in einer Art verwendet werden, die überraschend zu besseren thermischen Alterungseinschaften führt. Die Lote, die bei dieser Erfindung geeignet sind, bestehen aus Kombinationen von Zinn und Silber in einem Bereich von etwa 96% Zinn/4% Silber bis etwa 98% Zinn/2% Silber, die bei den Silber-Dickfilmen in Gestalt einer Lötpaste angewendet werden, die vergleichbare flüchtige Flußmittel enthält.
Lötpasten, die relativ große Mengen von Zinn und relativ geringe Mengen von Silber enthalten, sind nach dem Stand hinlänglich bekannt, und bei zahlreichen Herstellern im Handel erhältlich. Beispielsweise ist "96 Zinn/4 Silber Xersin 2005" eine Lötpaste, die etwa 96% Zinn und 4% Silber in einem synthetischen Flußmittel enthält und von der Multicore Corp. hergestellt wird, die über Firmensitze in den Vereinigten Staaten in Westbury, New York verfügt. Im allgemeinen sind die Lötpasten, die in Verbindung mit dieser Erfindung geeignet sind homogene stabile Mischungen eines vorlegierten Lötpulvers und eines Flußmittels. Sie enthalten normalerweise einen speziellen Flußmittel- oder Gelierungszusatz, um zu verhindern, daß sich das Lötpulver absetzt.
Die Lötpasten, die bei der Umsetzung dieser Erfindung verwendet werden, haben eine cremige, pastenähnliche Konsistenz und sind gebrauchsfertig in zahlreichen Kombinationen von Lötlegierung, Flußmittel, Partikelform, Partikelgröße, Flußmittelgehalt und Viskosität erhältlich. Die Literatur auf diesem Gebiet weist darauf hin, daß diese Lötpasten vermehrt Anwendung beim Verlöten von oberflächenmontierten Vorrichtungen mit hybriden Schaltungen und gedruckten Schaltkarten finden. Eine Produktbeschreibung der Multicore Corp. mit dem Titel "Solder Cream" weist bei der Beschreibung seiner Produktpalette von Lötpsaten darauf hin, daß eine 96, 3 Sn/3,7 Ag-Lötpaste besondere Anwendung findet, wenn bleifreie Verbindungen für einen höheren Schmelzpunkt erforderlich sind. Es scheint jedoch in der Literatur keine Erwähnung über die spezielle Verwendung derartiger Lötpasten bei der Verbindung von Leitern mit Kontakten oder Lötflecken photovoltaischer Zellen zu geben, die die Gestalt von Silber- oder Silberlegierungs-Dickfilmen haben.
Die Literatur auf diesem Gebiet erwähnt zudem eine Vielzahl neutraler und synthetischer Flußmittel, die kompatibel mit den Lötpasten sind und entwickelt wurden, um das Lötpulver in Suspension zu halten. Die oben erwähnte Produktbeschreibung der Multicore Corp. listet beispielsweise elf Typen von Flußmitteln auf, die verwendet werden können, um die Lötpasten zu bilden. Bei dem synthetisches Flußmittel, das unter dem Handelsnamen "Xersin 2005" gehandelt wird und in der Beschreibung von Multicore Corp. für Anwendungen mit sehr hoher Zuverlässigkeit empfohlen ist, sowie dem gering aktivierten Kolophoniumflußmittel (RMA), das für militärische und professionelle elektronische Anwendungen empfohlen ist, hat sich herausgestellt, daß sie bessere thermische Alterungseigenschaften aufweisen, wenn sie gemäß dieser Erfindung verwendet werden. Xersin hat den Vorteil, daß es keine Korrosinsrückstände nach dem Verbinden hinterläßt, unterstützt jedoch nicht ein besonders gutes Benetzen des Silbers mit dem 96% Sn-Lot. Andererseits weist die Veröffentlichung der Multicore Corp. darauf hin, daß das RMA-Flußmittel eine exzellente Benetzung unterstützt, aber einige ionische Bestandteile enthält, die auf der Zelle zurückbleiben werden. Die Wahl des Flußmittels wird jedoch als nicht kritisch für diese Erfindung erachtet. Jedes bekannte natürliche oder synthetische Flußmittel, das mit einer Zinn-/Silber-Lötpaste kompatibel ist, soll im Geltungsbereich dieser Erfindung liegen.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung, sind die folgenden Beispiele gegeben. Diese Beispiele sind lediglich als repräsentative Ausführungsformen dieser Erfindung vorgesehen und sollten in keiner Weise als Einschränkung des Geltungsbereiches dieser Erfindung verstanden werden.

Beispiel 1

Es wurden Silizium-Photozellen mit einem rückseitigen Kontakt vorbereitet, der eine Aluminiumschicht aufwies, die das Siliziumsubstrat bedeckte, wobei die Aluminiumschicht Fenster aufwies, die mit Silber-/Glas-Lotflecken gefüllt waren, die in direktem Kontakt mit dem darunterliegenden Silizium standen. Die Solarzellen hatten zudem eine Siliziumnitrid- (AR) Antireflexionsbeschichtung auf ihren Vorderseiten und einen gitterähnlichen Kontakt auf der Vorderseite, der eine Silber-/Glaszusammensetzung enthielt, die die AR-Beschichtung durchdrang und auf die Vorderseiten geschmolzen war, so daß er damit einen ohmschen Kontakt herstellte. Die Silber-Lötflecken und die vorderen gitterartigen Kontakte waren Dickfilme mit einer Dicke von etwa 17-20 Mikrometern. Die Silber-Gitterkontakte auf der Vorderseite und die rückseitigen Silber-Lötflecken jeder Zelle waren elektrisch mit anderen ähnlichen Zellen über ein Kupferband unter Verwendung der "96 Zinn/4 Silber Xersin 2005"-Lötpaste, die von der Multicore Corp. hergestellt wird, derart verbunden, daß Mehrzellen-Module ausgebildet wurden. Die Lötpaste wurde bei einer Umgebungstemperatur, d. h. 25ºC auf jedem Silber-Dickfilm mit einer Spritze als Pastenauftragseinrichtung aufgebracht. Es wird darauf hingewiesen, daß bei der kommerziellen Herstellung die Lötpaste auf den Zellen mechanisch mit automatischen Auftragseinrichtungen aufgebracht wird, wie etwa dem "CAM/ALOT"-Auftragssystem, das von der Camelot Systems Inc. in Haverhill Massachusetts hergestellt wird. Um das Verlöten auszuführen, wurde die Paste anschließend an Ort und Stelle mit Widerstands-Heizelektroden oder Heißluftströmen erhitzt. Während des Heizvorgangs wurde das "Xersin 2005" Flußmittel, bei dem davon ausgegangen wird, daß es in erster Linie Pentaerythritol-Tetrabenzoat ("Pentoat") ist, entfernt, wobei die metallischen Bestandteile des Lotes auf die Silberfilme und die Kupferleiter geschmolzen wurden. Mehrzellen-Module, die in der oben beschriebenen Art und Weise vorbereitet wurden, wurden bei den folgenden Testvergleichen verwendet.

Beispiel 2

Module, die Silberdickfilm-Photozellen enthielten, die in der Art vorbereitet waren, wie es bei Beispiel 1 beschrieben wurde, wurden mit ähnlichen Modulen verglichen, die unter Verwendung herkömmlicher Punktlöttechniken und einem Lötbad hergestellt wurden, das etwa 96% Zinn/4% Silber enthielt. Die anfängliche Verbindungsfestigkeit an den Zellkontaktpunkten bei den Modulen, die gemäß dieser Erfindung (Beispiel 1) hergestellt wurden, lag bei durchschnittlich 7,46 N (1,68 Ib), wohingegen die durchschnittliche Verbindungsfestigkeit bei Modulen, die durch das Tauchlöten hergestellt wurden, nur bei 2,13 N (0,48 Ib) lag. Dieses Beispiel zeigt, daß die Photozellen-Module, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, selbst vor dem Zeitpunkt, zu dem sie der Alterung oder zusätzlichen thermischen Belastungen ausgesetzt werden, eine bessere Verbindungsfestigkeit an den elektrischen Kontaktpunkten hatten, als die Module, die mit derselben allgemeinen Lotzusammensetzung durch das herkömmliche Tauchlöten hergestellt wurden.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wurde die Stabilität der Module, die in der Art und Weise von Beispiel 1 hergestellt wurden, über längere Zeit und bei erhöhten Temperaturen mit ähnlichen Modulen verglichen, die mit (a) herkömmlichen Tauchtechniken und (b) einem Lotbad hergestellt wurden, das etwa 96% Zinn/4% Silber enthält, um mehrere Zellen zu verbinden, die die Module bilden. Das Testen der Module, gefertigt nach Beispiel 1, zeigte im wesentlichen keine Beeinträchtigung der Lötverbindungen an den Zellen-Kontaktpunkten nach 45 Minuten bei 150ºC.
Mit diesen ermutigenden Ergebnissen wurden die Tests der Module, die gemäß Beispiel 1 vorbereitet waren, bei 150º auf 63 Stunden ausgedehnt. Dieser Test wäre äquivalent zu 30 Jahren bei geplanten Betriebsbedingungen, wenn eine allgemeine (und einfache) Annahme korrekt ist, daß sich die Verschlechterungsrate bei dem Temperaturanstieg um 10ºC verdoppelt. Der Test zeigte keine signifikante Verschlechterung bis kurz vor dem Ende der Testperiode. Am Ende des Tests befanden sich 100% der Verbindungen immer noch über 1,11 N (0,25 Ib) mit einem Durchschnitt von 3,11 N (0,70 Ib). Wurde die Testperiode auf 135 h mehr als verdoppelt, erfüllten 89% der Verbindungen immer noch des Kriterium des anfänglichen Haftvermögens.
Wenn im Gegensatz dazu Module, die mit den herkömmlichen Tauchlöttechniken und einem 96% Zinn-/4% Silber-Lotbad hergestellt worden waren, demselben Test unterzogen wurden, war das Verbindungsergebnis zu Beginn des Tests stabil, fiel jedoch nach 16 Stunden bei 150ºC auf lediglich 3% ab. Dieses Beispiel demonstriert die überraschende und vollständig unerwartete verbesserte thermische Stabilität der photovoltaischen Zellmodule, die gemäß dieser Erfindung hergestellt wurden, im Vergleich zu den Modulen nach dem Stand der Technik.
Basierend auf diesen und weiteren Tests, schließen wir, daß Photovoltaik-Zellmodule, die mit den Lötpastenzusammensetzungen dieser Erfindung hergestellt werden, ihre Verbindungsfestigkeit bei einer Temperatur von etwa 150ºC 200 mal länger beibehalten, als Module, die mit den herkömmlichen Tauchlöttechniken und Lotbädern gefertigt werden, die etwa 96% Zinn und 4% Silber enthalten.
Wir haben zudem den Bereich der Zusammensetzungen untersucht, die die beste Aufrechterhaltung der Verbindungsfestigkeit bei dieser Anwendung liefern, und fanden heraus, daß dieser relativ schmal ist. Auf der Basis dieser Untersuchungen gehen wird davon aus, daß eine optimale Leistungsfähigkeit bei Lotzusammensetzungen zwischen 96% Zinn/4% Silber und 98% Zinn/2% Silber festgestellt werden kann.
Wie er hier verwendet wurde, bezeichnet und beinhaltet der Begriff "Silberkontakt(e)" eine vollständige Elektrode oder Elektroden auf der Rück- und Vorderseite einer Solarzelle und zudem jene Elemente, die als Lötflecke für Kontakte dienen, die aus einem anderen Material bestehen. Somit beinhaltet beispielsweise der Begriff "Silberkontakt(e)" einen frontseitigen gitterförmigen Silber-/Glasfrittenkontakt und die Silber-Lötflecke, die ihm zugehörig sind und die Fenster eines rückseitigen Solarzellen-Aluminiumkontaktes füllen. Zudem bezeichnen die Begriffe "Silberfilm" und "Silberbeschichtung" einen Film oder eine Beschichtung, die vollständig oder vorherrschend aus Silber besteht. Bei diesen Begriffen wird vorausgesetzt, daß sie einen Film mit einschließen, der durch 90-100 Gewichtsprozent Silber und 0-10 Gewichtsprozent Aluminium und/oder Nickel gekennzeichnet ist.

Claims

1. Verfahren zum Anlöten einer elektrisch leitenden Drahteinrichtung an einen stark silberhaltigen elektrischen Kontakt an einem Silizium-Fotoelement, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass:

die elektrisch leitende Drahteinrichtung aus Kupfer besteht; und

das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Auftragen einer Lotpaste, die Zinn und Silber in einem Verhältnis von zwischen 96% Zinn: 4% Silber und 98% Zinn: 2% Silber umfasst, auf den elektrischen Kontakt; und

anschließendes Verbinden der elektrisch leitenden Drahteinrichtung mit dem elektrischen Kontakt, indem die Paste auf dem elektrischen Kontakt physisch mit der elektrisch leitenden Drahteinrichtung in Kontakt gebracht wird und die Paste auf eine Temperatur und über einen Zeitraum erhitzt wird, die ausreichen, um die Zinn- und Silberbestandteile der Paste mit der elektrisch leitenden Drahteinrichtung und dem elektrischen Kontakt zu verschmelzen;

so dass eine feste Verbindung mit hervorragender Beständigkeit gegenüber Alterung zwischen der elektrisch leitenden Drahteinrichtung und dem elektrischen Kontakt hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stark silberhaltige elektrische Kontakt aus einem Silber/Glasfritte-Gemisch besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste ein kompatibles Flussmittel enthält.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste bei Umgebungstemperatur auf den elektrischen Kontakt aufgetragen wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Drahteinrichtung die Form eines Bandes hat.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen der Paste mit Widerstandsheizelektroden oder Heißluftstrahlen ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das beim elektrischen Anschluss einer Vielzahl von Silizium-Fotoelementen eingesetzt wird, die Silberkontakte aufweisen, die mit Kupferdrahteinrichtungen verbunden sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten elektrischen Kontakte sich abwechselnd an der Vorderseite und der Rückseite der entsprechenden Fotoelemerite befinden.