EP2559058A2 - Method for producing a photovoltaic module comprising semiconductor cells contact-connected on the rear side, and photovoltaic module - Google Patents

Method for producing a photovoltaic module comprising semiconductor cells contact-connected on the rear side, and photovoltaic module

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EP2559058A2
EP2559058A2 EP10774178A EP10774178A EP2559058A2 EP 2559058 A2 EP2559058 A2 EP 2559058A2 EP 10774178 A EP10774178 A EP 10774178A EP 10774178 A EP10774178 A EP 10774178A EP 2559058 A2 EP2559058 A2 EP 2559058A2
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EP
European Patent Office
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carrier
semiconductor cells
contact
spraying
contacting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10774178A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ulrich Schaaf
Andreas Kugler
Patrick Zerrer
Martin Zippel
Patrick Stihler
Metin Koyuncu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a photovoltaic module with back-contacted semiconductor cells and a photovoltaic module.
  • Photovoltaic modules based on semiconductors which are known from the prior art consist of an entirety of semiconductor cells. In these, an electrical voltage is generated under the effect of an external light incidence.
  • the semiconductor cells are expediently interconnected in order to be able to tap the highest possible current intensity from the photovoltaic module. For a contacting of the semiconductor cells and an appropriate wiring within the photovoltaic module is necessary.
  • bands are used for routing. These are usually band-shaped conductor sections made of metal, in particular copper.
  • the contacting between a ribbon and the semiconductor cells connected therewith usually takes place by means of a soft solder connection. In this case, the contacts are guided from an upper light-active side of a semiconductor cell to a light-remote rear side of a next semiconductor cell. At the contact points between the ribbon and the semiconductor Cell are located on the semiconductor cells metallized contact areas on which the solder connection is made.
  • the method for producing a photovoltaic module with back-contacted semiconductor cells with respective contact areas provided on one contact side comprises the following method steps:
  • a film-type, nonconductive support with an at least one-sided and at least section-wise electrically conductive carrier coating on a first carrier side is provided. Thereafter, the contact sides of the semiconductor cells are placed on a second carrier side. Subsequently, a local perforation penetrating the carrier and the conductive carrier coating is carried out for generating openings at the contact regions of the semiconductor cells. The next step is a contacting means for filling the openings and for forming a contact between the carrier coating on the first carrier side and the semiconductor cells applied to the second carrier side.
  • a carrier film having at least on one side a conductive coating The semiconductor cells are placed on the other side of the carrier. Their contact pages are thus directly on the carrier. Subsequently, precisely those contact areas of the semiconductor cells are exposed through a perforation, which are to be contacted electrically. The breakthroughs generated in the carrier are conductively filled and thus form a selective contact between the contract areas and the carrier coating.
  • the semiconductor cells can strip during the perforation by plastic, for example by a so-called EVA tape, be fixed. It is expedient to use a plastic with which, if appropriate, also a lamination of the photovoltaic module or its components takes place.
  • a great advantage of the method is that the occasional positional inaccuracies occurring in large-scale manufacturing processes when settling the semiconductor cells are unproblematic.
  • the actual locations of the contact between the semiconductor cells and the conductive carrier coating are determined only when the contacting is imminent.
  • the placement process of the semiconductor cells can take place with comparatively generous manufacturing tolerances.
  • a lamination step for laminating the semiconductor cells is carried out.
  • the semiconductor cells are firmly connected to the carrier and do not change their position during subsequent process steps.
  • the entirety of the carrier with the laminated semiconductor cells forms a composite that can be stored without problems and kept ready for the subsequent process steps.
  • a carrier glass of the semiconductor cells in the same lamination, a carrier glass of the
  • Photovoltaic module to be laminated.
  • At least one further contacting layer is produced after the application of the contacting agent, the following method steps being carried out:
  • a local perforation penetrating the cover layer, the carrier and / or the carrier coating for producing openings on the contact regions of the semiconductor cells is carried out.
  • a contacting agent is applied to the cover layer for filling the openings and for forming the contact layer extending on the cover layer.
  • soldering is carried out, a soldering material is introduced through a solder carrier to the opening to be filled and filled there after melting.
  • the selective soldering is carried out in a convenient embodiment as a laser soldering. The melting takes place by exposure to laser light.
  • image recognition of the semiconductor cells arranged on the carrier is expediently carried out, with direct referencing of a perforation device on each individual semiconductor cell taking place by image processing and / or reference setting.
  • the image recognition is performed by a fluoroscopy device. This generates a fluoroscopic image.
  • a contour recognition is carried out on each fluoroscopic image and the perforation device is automatically moved as a result of the contour recognition to a position determined therefrom for producing the respective aperture.
  • the local perforation is carried out in an expedient embodiment in the form of a laser drilling using a laser drilling apparatus. This allows the perforation to be very accurate and contactless.
  • a photovoltaic module comprising an entirety of semiconductor cells with a rear-side contact and a carrier, which according to the invention is characterized in that the carrier is formed as a film or a laminate, wherein the carrier filled with a conductive material breakthroughs in the Semiconductor cells for forming a contact between the semiconductor cells arranged on one side of the carrier and on another side of the carrier extending conductive tracks of conductive material.
  • the conductive material is expediently formed as a conductive lamination, an ink, a paste or a solder.
  • Fig. 1 shows a Aufsetz Colour of the semiconductor cells on a support.
  • the semiconductor cells 1 shown here are designed, for example, as crystalline photovoltaic cells. They consist of silicon or a comparable semiconductor material and have the doped regions not shown here in detail for such cells for the energy conversion of solar energy into electrical voltage.
  • Each semiconductor cell contains in each case one contact side 2 with contact regions 3 arranged there. The contact regions are usually galvanically metallized. For settling, it is customary to resort to a settling device (not shown here).
  • a carrier 4 is provided for backside contacting of the semiconductor cells and in particular their contact sides 2. This consists of a foil-like electrically insulating material or a laminate of electrical Irish non-conductive films. The fixation of the semiconductor cells on the
  • Carrier takes place by means of a plastic film 4a.
  • a plastic film 4a This consists for example of strip-applied ethylene vinyl acetate (EVA) in the form of a tape.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the semiconductor cells can also be glued non-conductive to the carrier.
  • the carrier has an adhesive surface, which is not separately designated here. Respective embodiments are shown below in FIGS. 5 to 7.
  • the carrier 4 is provided with an electrically conductive carrier coating 5 applied here on one side. This can be designed as a vapor-deposited metal layer or a metal foil, which is connected to the carrier in the form of a laminate.
  • the carrier coating can be formed over the entire surface or in sections. In the example shown here is the
  • Row of trenches 6 are divided.
  • the coating consists for example of copper or a comparatively good electrically conductive material with which a series resistance of the semiconductor cells to be contacted can be reduced.
  • the semiconductor cells are in the present example on the electrically insulating side of the carrier.
  • a suitable material for realizing organic cells instead of depositing the semiconductor cells, it is also possible to carry out printing, vapor deposition or laminating, not shown here, of a suitable material for realizing organic cells.
  • a polymer acting as an organic semiconductor in particular a conjugated polymer having a corresponding electronic structure or a specially synthesized hybrid material, is applied to the film-like carrier.
  • the composite formed thereby is highly flexible, sufficiently thin and very easy to process, whereby the method steps described below can likewise be carried out without difficulty.
  • electrically conductive carrier coating other conductive materials, in particular conductive polymers or conductive oxides such as For example, indium tin oxide (ITC 1 ) can be used. However, their electrical conductivity is lower compared to metallization.
  • ITC 1 indium tin oxide
  • the setting process shown in FIG. 1 is followed by an encapsulation step shown in FIG. 2 in the present example.
  • the semiconductor cells located on the carrier are covered with a lamination 7.
  • a lamination 7 for lamination can be used for example on a plastic film, which is applied in the course of a vacuum lamination.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • Both materials can be thermoformed over the entirety of the semiconductor cells. It is expedient if the lamination is made of the same material as the plastic film or tape 4a serving to fix the semiconductor cells.
  • the use of reactive laminating materials is also possible, which may include: a.
  • the laminating and encapsulation process shown in Fig. 2 can be combined as required with a laminate on a glass support of the later photovoltaic module, not shown here.
  • the glass carrier is placed directly on the lamination, wherein the lamination simultaneously causes the connection of the composite of the semiconductor cells and the film on the glass substrate.
  • the subsequent method steps are carried out in such a case on a practically finished photovoltaic module, on which only a back side contact is generated.
  • the composite shown in FIG. 2 is expediently rotated, as shown in FIG. 3.
  • the composite is now locally perforated at predetermined locations. The local perforation takes place in the example shown here by a laser drilling device 8.
  • a breakthrough 10 is generated, in each case a contact area 3 is exposed.
  • the breakthrough can be formed either punctiform or in the form of a line or surface. Both can be achieved by the laser drilling apparatus in a very simple manner.
  • the locations for the local perforation on the composite of semiconductor cells and carriers are ascertained in advance by means of a transillumination method described in more detail below as part of an image acquisition.
  • the laser drilling device accesses the determined
  • Openings 10 filled with a conductive material In this case, the contacting of the contact areas on the semiconductor cells with the conductive carrier coating 5 forms.
  • the conductive material in the form of a solder drop 10a made of a solder paste or a solder ball with the aid of a Lotismes 10b is brought to the openings provided for 10 and sold. Thereafter, a selective melting of the contact area and the solder paste or the solder ball takes place, wherein a contact tion 11 between the contact region 3 and the conductive carrier coating 5 forms.
  • a laser soldering method can be used. It proves expedient to subject the holes produced in the perforation in advance in the carrier to a separate metallization in order to ensure proper wetting by the solder.
  • the metallization can be carried out by steaming, printing or spraying.
  • a pointwise or line-like printing or settling of paste or conductive ink can also take place.
  • Any contacting operation can be carried out image-controlled, in which case the image recognition unit already used for the local perforation and / or the position data obtained thereby can be used.
  • the laser drilling device bring in at a specific point the breakthrough, passed the case approached position to an adjusting the Lot Meins and moved to a next position, while at the newly generated breakthrough contacting is generated.
  • the perforation and contacting in principle carried out within a single operation.
  • a method for filling the apertures 10 can be provided with a conductive material, which ensure a reliable electrical contact 11 of the contact regions 3 to the semiconductor cells 1 with the conductive carrier coating 5.
  • suitable spraying methods include cold gas spraying, plasma spraying with plasma jet, flame spraying with wire or rod,
  • a heated process gas is expanded to supersonic speed by expansion in a Laval nozzle of a spray head
  • the temperature of the process gas is below the melting point of the spray, so that the structure of the
  • Sprayed material i. of the conductive material, advantageously not changed.
  • the thermal load of the carrier is low.
  • a clearly controllable spray jet geometry in most cases ensures the application of conductive material without the need for masking. Finally, this also hardly any loss of spray is achieved. If the AnAuthierung instead realized by plasma spraying, so passes from a plasma head with a plasma source, a plasma stream, a so-called. Plasmajet out, in which the conductive material was injected as a spray in the form of powder particles. The plasma jet entrains the powder particles and hurls them at the points to be contacted.
  • the plasma spraying either in a normal atmosphere, inert atmosphere, in vacuum or, if necessary, even under water possible.
  • So can be dispensed with a silver paste for the provision of solderable surfaces. This in turn results in the
  • the positioning of the spray head in the cold gas spraying or plasma head in the plasma spraying corresponds to the positioning of the solder carrier 10b in Fig. 4, i.
  • the solder carrier 10b with the solder drop 10a is to be replaced with the spray head or plasma head.
  • the spray head or plasma head can also be moved from a current position to a next position with the same procedure as described above for the solder carrier 10b.
  • a printing method may also be used, wherein as the conductive material, an ink or paste having high conductivity, in particular, a nano-Ag ink or paste may be used.
  • the various spray methods described above As a result, filled openings 10 and a second conductor layer are produced.
  • vapor deposition or plotting of the conductive material can take place. Expediently, the procedure is such that first the generated breakthroughs are filled by depositing conductive drops.
  • the position data required for this purpose can be taken as described from a position memory or a control unit of the laser drilling device.
  • the necessary interconnects between the individual contact points are calculated.
  • the calculated paths are translated into control pulses, which in turn are transmitted to a start-up mechanism for a plot pen or a vapor deposition nozzle.
  • the starting mechanism now moves the plotting pin or the vapor deposition nozzle over the cover layer 12.
  • the plotting pin or the vapor deposition nozzle apply the conductive material 13 along the paths provided. They generate the second contacting plane for the arrangement of the semiconductor cells.
  • the method steps explained with reference to FIG. 5 and FIG. 6 can in principle be executed several times. It is possible, in principle, to apply any number of contacting levels in addition and thus to achieve more complex interconnections of the semiconductor cells. Additional electronic components, in particular diodes, can be inserted in order, for example, to generate bypass diode circuits between the semiconductor cells.
  • Fig. 7 shows a representation of the previously mentioned transillumination process.
  • the transilluminator device provided for this purpose consists of a movable radiation source 14 for generating a radiation 15 penetrating the composite.
  • the radiation source an X-ray source can be used.
  • the radiation is detected by an array 16, wherein the array detects a fluoroscopic image of a semiconductor cell 1 located in the beam path.
  • the raw data thus determined are transmitted to an image processing device 17, in particular a computer with an image processing program.
  • the image processing device performs structure recognition on the fluoroscopic image, wherein the positions of the forms contained in the image are determined, stored and transferred to a control unit of the laser drilling device and / or the solder carrier and a correspondingly different device for applying the contacting planes.
  • a schematic fluoroscopy image 18 of a section of a semiconductor cell is shown. Due to the increased absorption capacity of the metallized contact areas, these are in the form of clearly identifiable contours 19, whose position can be clearly determined.
  • the image recognition of the contact areas can also be replaced or supplemented by a detection of a fiducial.
  • semiconductor cells are deposited on the carrier, the unique, clearly in the X-ray image showing reference structures, the position of each exposed contact area with respect to the reference structures is known in advance and thus can be calculated from the position of the fiducial.
  • cross structures which define a local coordinate system for each individual semiconductor cell can be used as the fiducial. This coordinate system is detected by the imaging process. The position of each individual contact area within the coordinate system is known in advance in each semiconductor cell. As a result, the contact areas can each be determined from the position of the fiducial, even if these areas do not show a contour in the fluoroscopic image.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a photovoltaic module comprising semiconductor cells (1) contact-connected on the rear side and comprising contact regions (3) respectively provided on a contact side (2), comprising the following method steps: providing a film-like nonconductive carrier (4) having an at least one-sided carrier coating (5) which is electrically conductive at least in sections on a first carrier side, placing the contact sides of the semiconductor cells onto a second carrier side, performing a local perforation which perforates the carrier and the carrier coating in order to produce perforations (10) at the contact regions (3) of the semiconductor cells (1), applying a contact-connecting means (11) for filling the perforations (10) and for forming a contact-connection between the carrier coating on the first carrier side and the semiconductor cells on the second carrier side.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit rückseitenkontak- tierten Halbleiterzellen und Photovoltaikmodul Method for producing a photovoltaic module with back-contacted semiconductor cells and photovoltaic module
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit rückseitenkontaktierten Halbleiterzellen und ein Photovoltaikmodul. Stand der Technik The invention relates to a method for producing a photovoltaic module with back-contacted semiconductor cells and a photovoltaic module. State of the art
Aus dem Stand der Technik bekannte Photovoltaik-Module auf der Basis von Halbleitern bestehen aus einer Gesamtheit von Halbleiterzellen. In diesen wird unter der Wirkung eines äußeren Lichteinfalls eine elektrische Span- nung erzeugt. Die Halbleiterzellen sind zweckmäßig miteinander verschaltet, um von dem Photovoltaik-Modul eine möglichst hohe Stromstärke abgreifen zu können. Damit ist eine Kontaktierung der Halbleiterzellen und eine zweckmäßige Leitungsführung innerhalb des Photovoltaik-Moduls notwendig. Photovoltaic modules based on semiconductors which are known from the prior art consist of an entirety of semiconductor cells. In these, an electrical voltage is generated under the effect of an external light incidence. The semiconductor cells are expediently interconnected in order to be able to tap the highest possible current intensity from the photovoltaic module. For a contacting of the semiconductor cells and an appropriate wiring within the photovoltaic module is necessary.
Bei bekannten Photovoltaik-Modulen werden zur Leitungsführung sogenannte Bändchen verwendet. Dabei handelt es sich in der Regel um bandförmig ausgebildete Leiterabschnitte aus Metall, insbesondere Kupfer. Die Kontaktierung zwischen einem Bändchen und den damit verschalteten Halbleiter- zellen erfolgt üblicherweise mittels einer Weichlotverbindung. Dabei sind die Kontakte von einer oberen lichtaktiven Seite einer Halbleiterzelle auf eine lichtabgewandte rückwärtige Seite einer nächsten Halbleiterzelle geführt. An den Kontaktstellen zwischen dem Bändchen und der Halbleiter- zelle befinden sich auf den Halbleiterzellen metallisierte Kontaktbereiche, auf denen die Lotverbindung vorgenommen wird. In known photovoltaic modules so-called bands are used for routing. These are usually band-shaped conductor sections made of metal, in particular copper. The contacting between a ribbon and the semiconductor cells connected therewith usually takes place by means of a soft solder connection. In this case, the contacts are guided from an upper light-active side of a semiconductor cell to a light-remote rear side of a next semiconductor cell. At the contact points between the ribbon and the semiconductor Cell are located on the semiconductor cells metallized contact areas on which the solder connection is made.
Zum Erhöhen der Lichtausbeute derartiger Photovoltaik-Module wurden Versuche unternommen, die beschriebenen Kontaktierungen vollständig auf der lichtabgewandten rückwärtigen Seite der Halbleiterzellen anzuordnen. Die lichtabgewandte Seite bildet dann eine Kontaktseite der jeweiligen Halbleiterzelle. Dabei müssen die auf der gemeinsamen Kontaktseite angeordneten Kontaktbereiche mit einem unterschiedlichen Potential kontaktiert werden. Bei einer Vielzahl von Halbleiterzellen in einer zu realisierenden Verschaltung und einer gegebenen geometrischen Anordnung werden durch dieses Erfordernis erhebliche Ansprüche an die Genauigkeit der Kontaktierungen gestellt, um Fehlschaltungen und Kurzschlussverbindungen sicher zu vermeiden. Die damit verbundenen Schwierigkeiten in Hinblick auf die genaue Positionierung der Halbleiterzellen in einer gegebenen Zellenanord- nung führen dazu, dass die hinsichtlich der Energieausbeute des Photo- voltaik-Moduls vorteilhafte Rückseitenkontaktierung einen komplizierteren Fertigungsprozess mit sich bringt, der vor allem eine rationelle Produktion derartiger Module im Großserienmaßstab behindert. Offenbarung der Erfindung To increase the luminous efficacy of such photovoltaic modules, attempts have been made to completely arrange the contacts described on the light-remote rear side of the semiconductor cells. The light-remote side then forms a contact side of the respective semiconductor cell. The arranged on the common contact side contact areas must be contacted with a different potential. With a large number of semiconductor cells in a circuit to be realized and a given geometric arrangement, this requirement places considerable demands on the accuracy of the contacts in order to reliably avoid faulty circuits and short-circuit connections. The associated difficulties with regard to the precise positioning of the semiconductor cells in a given cell arrangement result in the fact that the back contact, which is advantageous with regard to the energy yield of the photovoltaic module, entails a more complicated production process, which, above all, results in a rational production of such modules Large-scale production hindered. Disclosure of the invention
Das Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit rückseitenkon- taktierten Halbleiterzellen mit jeweils auf einer Kontaktseite vorgesehenen Kontaktbereichen enthält folgende Verfahrensschritte: The method for producing a photovoltaic module with back-contacted semiconductor cells with respective contact areas provided on one contact side comprises the following method steps:
Es wird ein folienartiger nichtleitender Träger mit einer mindestens einseitigen und mindestens abschnittsweisen elektrisch leitfähigen Trägerbeschichtung auf einer ersten Trägerseite bereitgestellt. Danach werden die Kontaktseiten der Halbleiterzellen auf eine zweite Trägerseite aufgesetzt. Im Anschluss daran wird eine den Träger und die leitfähige Trägerbeschichtung durchbrechende lokale Perforation zum Erzeugen von Durchbrüchen an den Kontaktbereichen der Halbleiterzellen ausgeführt. Als nächster Schritt wird ein Kontaktiermittel zum Verfüllen der Durchbrüche und zum Ausbilden einer Kontaktierung zwischen der Trägerbeschichtung auf der ersten Trägerseite und den Halbleiterzellen auf der zweiten Trägerseite aufgebracht. A film-type, nonconductive support with an at least one-sided and at least section-wise electrically conductive carrier coating on a first carrier side is provided. Thereafter, the contact sides of the semiconductor cells are placed on a second carrier side. Subsequently, a local perforation penetrating the carrier and the conductive carrier coating is carried out for generating openings at the contact regions of the semiconductor cells. The next step is a contacting means for filling the openings and for forming a contact between the carrier coating on the first carrier side and the semiconductor cells applied to the second carrier side.
Es wird somit von einer Trägerfolie ausgegangen, die mindestens auf einer Seite eine leitfähige Beschichtung aufweist. Die Halbleiterzellen werden auf der anderen Trägerseite aufgesetzt. Deren Kontaktseiten liegen somit unmittelbar auf dem Träger auf. Anschließend werden genau jene Kontaktbereiche der Halbleiterzellen durch eine Perforation freigelegt, die elektrisch zu kontaktieren sind. Die dabei im Träger erzeugten Durchbrüche werden leitfähig verfüllt und bilden damit eine selektive Kontaktierung zwischen den Kontraktbereichen und der Trägerbeschichtung aus. It is thus assumed that a carrier film having at least on one side a conductive coating. The semiconductor cells are placed on the other side of the carrier. Their contact pages are thus directly on the carrier. Subsequently, precisely those contact areas of the semiconductor cells are exposed through a perforation, which are to be contacted electrically. The breakthroughs generated in the carrier are conductively filled and thus form a selective contact between the contract areas and the carrier coating.
Die Halbleiterzellen können während der Perforation durch Kunststoff streifen, beispielsweise durch ein so genanntes EVA-Tape, fixiert sein. Zweckmäßigerweise wird ein Kunststoff verwendet, mit dem gegebenenfalls auch eine Laminierung des Photovoltaikmoduls oder dessen Komponenten erfolgt. The semiconductor cells can strip during the perforation by plastic, for example by a so-called EVA tape, be fixed. It is expedient to use a plastic with which, if appropriate, also a lamination of the photovoltaic module or its components takes place.
Ein großer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die bei großtechnischen Fertigungsprozessen gelegentlich auftretenden Lageungenauigkeiten beim Absetzen der Halbleiterzellen unproblematisch sind. Die tatsächlichen Orte der Kontaktierung zwischen den Halbleiterzellen und der leitfähigen Trägerbeschichtung werden erst dann festgelegt, wenn die Kontaktierung unmittelbar bevorsteht. Dadurch kann der Aufsetzvorgang der Halbleiterzellen mit vergleichsweise großzügigen Fertigungstoleranzen erfolgen. A great advantage of the method is that the occasional positional inaccuracies occurring in large-scale manufacturing processes when settling the semiconductor cells are unproblematic. The actual locations of the contact between the semiconductor cells and the conductive carrier coating are determined only when the contacting is imminent. As a result, the placement process of the semiconductor cells can take place with comparatively generous manufacturing tolerances.
Zweckmäßigerweise wird bei einer Ausführungsform nach dem Aufsetzen der Halbleiterzellen auf den Träger ein Laminierschritt zum Einlaminieren der Halbleiterzellen ausgeführt. Dadurch werden die Halbleiterzellen mit dem Träger fest verbunden und verändern bei nachfolgenden Verfahrens- schritten ihre Lage nicht. Zudem bildet die Gesamtheit aus dem Träger mit den einlaminierten Halbleiterzellen einen Verbund, der problemlos zwischengelagert und für die nachfolgenden Verfahrensschritte bereitgehalten werden kann. Alternativ kann im gleichen Laminierschritt auch ein Trägerglas des Conveniently, in one embodiment, after the semiconductor cells are placed on the carrier, a lamination step for laminating the semiconductor cells is carried out. As a result, the semiconductor cells are firmly connected to the carrier and do not change their position during subsequent process steps. In addition, the entirety of the carrier with the laminated semiconductor cells forms a composite that can be stored without problems and kept ready for the subsequent process steps. Alternatively, in the same lamination, a carrier glass of the
Photovoltaikmoduls laminiert werden. Photovoltaic module to be laminated.
Es ist problemlos möglich, weitere Kontaktierungsschichten zu fertigen. Zweckmäßigerweise wird nach dem Aufbringen des Kontaktiermittels mindestens eine weitere Kontaktierungsschicht erzeugt, wobei folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: It is easily possible to produce further contacting layers. Conveniently, at least one further contacting layer is produced after the application of the contacting agent, the following method steps being carried out:
Es erfolgt mindestens abschnittsweise ein Überdecken der kontaktierten Trägerbeschichtung mit einer isolierenden Deckschicht. Anschließend wird eine die Deckschicht, den Träger und/oder die Trägerbeschichtung durchbrechende lokale Perforation zum Erzeugen von Durchbrüchen auf den Kontaktbereichen der Halbleiterzellen ausgeführt. Danach wird ein Kontaktiermittel auf die Deckschicht zum Verfüllen der Durchbrüche und zum Ausbilden der auf der Deckschicht verlaufenden Kontaktierungsschicht aufge- bracht. There is at least partially covering the contacted carrier coating with an insulating cover layer. Subsequently, a local perforation penetrating the cover layer, the carrier and / or the carrier coating for producing openings on the contact regions of the semiconductor cells is carried out. Thereafter, a contacting agent is applied to the cover layer for filling the openings and for forming the contact layer extending on the cover layer.
Zum Aufbringen des Kontaktiermittels in der jeweiligen Kontaktierungsschicht können verschiedene Verfahren genutzt werden. Es ist ein Aufdrucken, ein Aufsprühen oder ein Löten möglich. Bei dem Ausführen des Lötens wird durch einen Lotträger ein Lotmaterial an den zu verfüllenden Durchbruch verbracht und dort nach einem Aufschmelzen eingefüllt. Das selektive Löten wird bei einer zweckmäßigen Ausführungsform als ein Laserlöten ausgeführt. Dabei erfolgt das Aufschmelzen durch eine Beaufschlagung mit Laserlicht. Various methods can be used for applying the contacting agent in the respective contacting layer. It is a printing, spraying or soldering possible. When soldering is carried out, a soldering material is introduced through a solder carrier to the opening to be filled and filled there after melting. The selective soldering is carried out in a convenient embodiment as a laser soldering. The melting takes place by exposure to laser light.
Zweckmäßigerweise wird bei dem Ausführen der lokalen Perforation eine Bilderkennung der auf dem Träger angeordneten Halbleiterzellen ausgeführt, wobei durch eine Bildverarbeitung und/oder eine Bezugspunktsetzung eine direkte Referenzierung einer Perforationsvorrichtung auf jeder einzel- nen Halbleiterzelle erfolgt. In carrying out the local perforation, image recognition of the semiconductor cells arranged on the carrier is expediently carried out, with direct referencing of a perforation device on each individual semiconductor cell taking place by image processing and / or reference setting.
Damit wird der jeweils reale Ort jeder einzelnen Halbleiterzelle in situ erfasst, wobei das Freilegen der zur Kontaktierung vorgesehenen Abschnitte auch genau an den bildmäßig erkannten Stellen erfolgt. Dadurch wirkt die beim Aufsetzen der Halbleiterzellen hohe Lagetoleranz sich für den eigentlichen Kontaktierungsvorgang nicht nachteilig aus. In this way, the respectively real location of each individual semiconductor cell is detected in situ, wherein the exposure of the sections provided for contacting also takes place exactly at the points recognized in the image. This affects the high positional tolerance when the semiconductor cells are put on are not detrimental to the actual contacting process.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform erfolgt die Bilderkennung durch eine Durchleuchtungseinrichtung. Diese erzeugt ein Durchleuchtungsbild erzeugt. Dabei wird bei der Bildverarbeitung eine Konturerkennung an jedem Durchleuchtungsbild ausgeführt und die Perforiervorrichtung im Ergebnis der Konturerkennung selbsttätig an eine daraus bestimmte Position zum Erzeugen des jeweiligen Durchbruchs bewegt. Die lokale Perforation wird bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung in Form eines Laserbohrens unter Verwendung einer Laserbohrvorrichtung ausgeführt. Dadurch kann die Perforierung sehr genau und berührungslos erfolgen. In an expedient embodiment, the image recognition is performed by a fluoroscopy device. This generates a fluoroscopic image. In the case of image processing, a contour recognition is carried out on each fluoroscopic image and the perforation device is automatically moved as a result of the contour recognition to a position determined therefrom for producing the respective aperture. The local perforation is carried out in an expedient embodiment in the form of a laser drilling using a laser drilling apparatus. This allows the perforation to be very accurate and contactless.
Vorrichtungsseitig ist ein Photovoltaik-Modul, umfassend eine Gesamtheit von Halbleiterzellen mit einer Rückseitenkontaktierung und einen Träger vorgesehen, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass der Träger als eine Folie oder ein Laminat ausgebildet ist, wobei der Träger mit einem leitfähigen Material verfüllte Durchbrüche im Bereich der Halbleiterzellen zum Ausbilden einer Kontaktierung zwischen den auf einer Seite des Trägers angeordneten Halbleiterzellen und auf einer anderen Seite des Trägers verlaufenden Leitbahnen aus leitfähigem Material aufweist.  On the device side, a photovoltaic module is provided, comprising an entirety of semiconductor cells with a rear-side contact and a carrier, which according to the invention is characterized in that the carrier is formed as a film or a laminate, wherein the carrier filled with a conductive material breakthroughs in the Semiconductor cells for forming a contact between the semiconductor cells arranged on one side of the carrier and on another side of the carrier extending conductive tracks of conductive material.
Das leitfähige Material ist zweckmäßigerweise als eine leitfähige Laminie- rung, eine Tinte, eine Paste oder ein Lot ausgebildet. The conductive material is expediently formed as a conductive lamination, an ink, a paste or a solder.
Zeichnungen drawings
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Photovoltaik- Module sollen nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläu- tert werden. Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen: Fig. 1 eine Darstellung des Auf setzschrittes der Halbleiterzellen auf den Träger, einen Laminierschritt der auf dem Träger aufgesetzten Halb leiterzellen, eine Darstellung der lokalen Perforation des Trägers, eine Darstellung einer Kontaktierung mittels eines Loteintra ges, eine Darstellung eines weiteren Schichtauf baus mit einem weiteren Schritt der lokalen Perforation, The method according to the invention and the photovoltaic modules according to the invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. It should be noted that the drawings are only descriptive and are not intended to limit the invention in any way. Show it: 1 is an illustration of the setting step of the semiconductor cells on the carrier, a lamination step of the semiconductor cells placed on the carrier, a representation of the local perforation of the carrier, a representation of a contacting by means of a Loteintra ges, a representation of another Schichtauf construction with another Step of local perforation,
Fig. 6 eine Darstellung eines weiteren Kontaktierschrittes, 6 is an illustration of another contacting step,
Fig. 7 eine Darstellung eines Durchleuchtungsverfahrens zur 7 is an illustration of a fluoroscopy method for
Positionsbestimmung der Kontaktbereiche.  Position determination of the contact areas.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Fig. 1 zeigt einen Aufsetzschritt der Halbleiterzellen auf einem Träger. Die hier gezeigten Halbleiterzellen 1 sind beispielsweise als kristalline Photo- voltaikzellen ausgebildet. Sie bestehen aus Silizium oder einem vergleichbaren Halbleitermaterial und weisen die für derartige Zellen hier nicht im einzelnen dargestellten dotierten Bereiche zur Energieumsetzung von Solarenergie in elektrische Spannung auf. Jede Halbleiterzelle enthält jeweils eine Kontaktseite 2 mit dort angeordneten Kontaktbereichen 3. Die Kontaktbereiche sind üblicherweise galvanisch metallisiert. Zum Absetzen wird üblicherweise auf eine hier nicht gezeigte Absetzvorrichtung zurückgegrif- fen. Fig. 1 shows a Aufsetzschritt of the semiconductor cells on a support. The semiconductor cells 1 shown here are designed, for example, as crystalline photovoltaic cells. They consist of silicon or a comparable semiconductor material and have the doped regions not shown here in detail for such cells for the energy conversion of solar energy into electrical voltage. Each semiconductor cell contains in each case one contact side 2 with contact regions 3 arranged there. The contact regions are usually galvanically metallized. For settling, it is customary to resort to a settling device (not shown here).
Zur Rückseitenkontaktierung der Halbleiterzellen und insbesondere deren Kontaktseiten 2 ist ein Träger 4 vorgesehen. Dieser besteht aus einem folienartigen elektrisch isolierenden Material oder einem Laminat aus elek- irisch nicht leitfähigen Folien. Die Fixierung der Halbleiterzellen auf demFor backside contacting of the semiconductor cells and in particular their contact sides 2, a carrier 4 is provided. This consists of a foil-like electrically insulating material or a laminate of electrical Irish non-conductive films. The fixation of the semiconductor cells on the
Träger erfolgt mittels einer Kunststofffolie 4a. Diese besteht beispielsweise aus streifenförmig aufgebrachtem Ethylenvinylazetat (EVA) in Form eines Tapes. Alternativ können die Halbleiterzellen auch nichtleitend mit dem Träger verklebt werden. In einem solchen Fall weist der Träger eine klebende Oberfläche auf, die hier nicht gesondert bezeichnet ist. Diesbezügliche Ausführungsformen sind nachfolgend in den Figuren 5 bis 7 dargestellt. Der Träger 4 ist mit einer hier einseitig aufgebrachten elektrisch leitfähigen Trägerbeschichtung 5 versehen. Diese kann als aufgedampfte Metallschicht oder eine Metallfolie ausgeführt sein, die mit dem Träger in Form eines Laminates verbunden ist. Die Trägerbeschichtung kann vollflächig oder abschnittsweise ausgebildet sein. Im hier gezeigten Beispiel ist die Carrier takes place by means of a plastic film 4a. This consists for example of strip-applied ethylene vinyl acetate (EVA) in the form of a tape. Alternatively, the semiconductor cells can also be glued non-conductive to the carrier. In such a case, the carrier has an adhesive surface, which is not separately designated here. Respective embodiments are shown below in FIGS. 5 to 7. The carrier 4 is provided with an electrically conductive carrier coating 5 applied here on one side. This can be designed as a vapor-deposited metal layer or a metal foil, which is connected to the carrier in the form of a laminate. The carrier coating can be formed over the entire surface or in sections. In the example shown here is the
Beschichtung in Form großflächiger Bereiche ausgeführt, die durch eineCoating in the form of large areas performed by a
Reihe von Gräben 6 unterteilt sind. Die Beschichtung besteht beispielsweise aus Kupfer oder einem vergleichbar gut elektrisch leitfähigen Material, mit dem ein Serienwiderstand der zu kontaktierenden Halbleiterzellen reduziert werden kann. Die Halbleiterzellen befinden sich bei dem hier vorliegenden Beispiel auf der elektrisch isolierenden Seite des Trägers. Row of trenches 6 are divided. The coating consists for example of copper or a comparatively good electrically conductive material with which a series resistance of the semiconductor cells to be contacted can be reduced. The semiconductor cells are in the present example on the electrically insulating side of the carrier.
Anstelle des Absetzens der Halbleiterzellen kann auch ein hier nicht dargestelltes Aufdrucken, Aufdampfen oder Auf laminieren eines geeigneten Materials zum Realisieren organischer Zellen ausgeführt werden. Bei einem solchen Fertigungsvorgang wird ein als organischer Halbleiter fungierendes Polymer, insbesondere ein konjugiertes Polymer mit einer entsprechenden Elektronenstruktur oder ein speziell synthetisiertes Hybridmaterial, auf den folienartigen Träger aufgebracht. Der dadurch gebildete Verbund ist hoch flexibel, hinreichend dünn und sehr leicht zu verarbeiten, wobei die nach- folgend beschriebenen Verfahrensschritte ebenfalls problemlos ausführbar sind. Instead of depositing the semiconductor cells, it is also possible to carry out printing, vapor deposition or laminating, not shown here, of a suitable material for realizing organic cells. In such a manufacturing process, a polymer acting as an organic semiconductor, in particular a conjugated polymer having a corresponding electronic structure or a specially synthesized hybrid material, is applied to the film-like carrier. The composite formed thereby is highly flexible, sufficiently thin and very easy to process, whereby the method steps described below can likewise be carried out without difficulty.
Für die elektrisch leitfähige Trägerbeschichtung können auch andere leitfähige Materialien, insbesondere leitfähige Polymere oder leitfähige Oxide wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITC1), eingesetzt werden. Allerdings ist deren elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu Metallisierungen zum Teil geringer. For the electrically conductive carrier coating, other conductive materials, in particular conductive polymers or conductive oxides such as For example, indium tin oxide (ITC 1 ) can be used. However, their electrical conductivity is lower compared to metallization.
Dem in Fig. 1 gezeigten Auf setzvorgang schließt sich bei dem hier vorlie- genden Beispiel ein in Fig. 2 gezeigter Verkapselungsschritt an. Dabei werden die auf dem Träger befindlichen Halbleiterzellen mit einer Laminierung 7 überdeckt. Zur Laminierung kann beispielsweise auf eine Kunststofffolie zurückgegriffen werden, die im Zuge einer Vakuumlaminierung aufgebracht wird. Zur Laminierung eignet sich insbesondere Ethylenvinylazetat (EVA). Beide Materialien können der Gesamtheit der Halbleiterzellen thermoplastisch überformt werden. Es ist zweckmäßig, wenn die Laminierung aus dem gleichen Material ausgeführt ist, wie die zur Fixierung der Halbleiterzellen dienende Kunststofffolie bzw. das Tape 4a. Alternativ zur thermoplastischen Laminierung ist auch der Einsatz von reaktiven Laminiermaterialien möglich, die u. a. unter der Bezeichnung „dam and fill" bekannt sind. Hierbei handelt es sich insbesondere um Stoffe oder Stoffgemische, die gieß- oder streichfähig sind, unter der Einwirkung elektromagnetischer Strahlung und/oder Wärme transparent aushärten und dabei die Gesamtheit der Halbleiterzellen auf dem Träger lichtdurchlässig verkapseln. Möglich ist hier die Verwendung eines Kunststoffes auf der Grundlage siliziumorganischer Verbindungen (Silikon). The setting process shown in FIG. 1 is followed by an encapsulation step shown in FIG. 2 in the present example. In this case, the semiconductor cells located on the carrier are covered with a lamination 7. For lamination can be used for example on a plastic film, which is applied in the course of a vacuum lamination. For lamination is particularly suitable ethylene vinyl acetate (EVA). Both materials can be thermoformed over the entirety of the semiconductor cells. It is expedient if the lamination is made of the same material as the plastic film or tape 4a serving to fix the semiconductor cells. As an alternative to thermoplastic lamination, the use of reactive laminating materials is also possible, which may include: a. These are, in particular, substances or substance mixtures which are castable or spreadable, cure under the action of electromagnetic radiation and / or heat in a transparent manner, and encapsulate the entirety of the semiconductor cells in a transparent manner on the support It is possible here to use a plastic based on organosilicon compounds (silicone).
Der in Fig. 2 gezeigte Laminier- und Verkapselungsvorgang kann je nach Erfordernis mit einem Auf laminieren auf einen hier nicht gezeigten Glasträger des späteren Photovoltaik-Moduls kombiniert werden. Der Glasträger wird dabei unmittelbar auf die Laminierung aufgesetzt, wobei die Laminierung gleichzeitig die Anbindung des Verbundes aus den Halbleiterzellen und der Folie auf dem Glasträger bewirkt. Die nachfolgenden Verfahrensschritte werden in einem solchen Fall an einem praktisch fertigen Photovoltaikmodul ausgeführt, an dem nur dann noch eine Rückseitenkontaktierung erzeugt wird. Für die weiteren Verfahrensschritte wird der in Fig. 2 gezeigte Verbund zweckmäßigerweise gedreht, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Träger 4, insbesondere dessen leitfähige Trägerbeschichtung 5, bildet nunmehr dessen Oberseite. Der Verbund wird nun an vorbestimmten Stellen lokal perforiert. Die lokale Perforierung erfolgt in dem hier gezeigten Beispiel durch eine Laserbohrvorrichtung 8. Diese fährt die auf den Halbleiterzellen angeordneten und von dem Träger verdeckten Kontaktbereiche 3 an und strahlt an den jeweils erforderlichen Stellen einen Laserstrahl 9 in Richtung des Verbundes ab. An den dabei getroffenen Punkten wird jeweils ein Durchbruch 10 erzeugt, bei dem jeweils ein Kontaktbereich 3 freigelegt wird. Der Durchbruch kann sowohl punktfömig als auch in Form einer Linie oder Fläche ausgebildet sein. Beides lässt sich durch die Laserbohrvorrichtung in einer sehr einfachen Weise erreichen. The laminating and encapsulation process shown in Fig. 2 can be combined as required with a laminate on a glass support of the later photovoltaic module, not shown here. The glass carrier is placed directly on the lamination, wherein the lamination simultaneously causes the connection of the composite of the semiconductor cells and the film on the glass substrate. The subsequent method steps are carried out in such a case on a practically finished photovoltaic module, on which only a back side contact is generated. For the further method steps, the composite shown in FIG. 2 is expediently rotated, as shown in FIG. 3. The carrier 4, in particular its conductive carrier coating 5, now forms its upper side. The composite is now locally perforated at predetermined locations. The local perforation takes place in the example shown here by a laser drilling device 8. This drives the arranged on the semiconductor cells and concealed by the carrier contact areas 3 and radiates at the respectively required points a laser beam 9 in the direction of the composite. At the points made thereby, a breakthrough 10 is generated, in each case a contact area 3 is exposed. The breakthrough can be formed either punctiform or in the form of a line or surface. Both can be achieved by the laser drilling apparatus in a very simple manner.
Die für die lokale Perforierung vorgesehenen Orte auf dem Verbund aus Halbleiterzellen und Träger werden vorab durch ein weiter unten genauer beschriebenes Durchleuchtungsverfahren im Rahmen einer Bilderfassung ermittelt. Die Laserbohrvorrichtung greift auf die dabei ermittelten The locations for the local perforation on the composite of semiconductor cells and carriers are ascertained in advance by means of a transillumination method described in more detail below as part of an image acquisition. The laser drilling device accesses the determined
Positionsangaben zurück und fährt somit jede einzelne Position an. Mögliche Lagedifferenzen der Halbleiterzellen infolge des Fertigungsprozesses spielen daher keine Rolle und werden vollständig ausgeglichen. Position information back and therefore moves to each individual position. Possible differences in the position of the semiconductor cells as a result of the manufacturing process therefore play no role and are completely compensated.
Fig. 4 zeigt die darauf folgende Rückseitenkontaktierung der Halbleiterzel- len. Bei diesem Verfahrensschritt werden die vorhergehend erzeugten4 shows the subsequent back-side contact of the semiconductor cells. In this process step, the previously generated
Durchbrüche 10 mit einem leitfähigen Material ausgefüllt. Dabei bildet sich die Kontaktierung der Kontaktbereiche an den Halbleiterzellen mit der leitfähigen Trägerbeschichtung 5 heraus. Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel wird das leitfähige Material in Form eines Lottropfens 10a aus einer Lotpaste oder einer Lotkugel mit Hilfe eines Lotträgers 10b an die dafür vorgesehenen Durchbrüche 10 herangeführt und abgesetzt. Danach erfolgt ein selektives Aufschmelzen des Kontaktbereichs und der Lotpaste bzw. der Lotkugel, wobei sich eine Kontaktie- rung 11 zwischen dem Kontaktbereich 3 und der leitfähigen Trägerbeschichtung 5 herausbildet. Hierzu kann ein Laserlötverfahren eingesetzt werden. Es erweist sich als zweckmäßig, die bei der Perforation erzeugten Löcher im Träger vorab einer gesonderten Metallisierung zu unterziehen, um ein einwandfreies Benetzen durch das Lot sicherzustellen. Die Metalli- sierung kann durch ein Bedampfen, Bedrucken oder Besprühen ausgeführt werden. Openings 10 filled with a conductive material. In this case, the contacting of the contact areas on the semiconductor cells with the conductive carrier coating 5 forms. In the example shown in the figure, the conductive material in the form of a solder drop 10a made of a solder paste or a solder ball with the aid of a Lotträgers 10b is brought to the openings provided for 10 and sold. Thereafter, a selective melting of the contact area and the solder paste or the solder ball takes place, wherein a contact tion 11 between the contact region 3 and the conductive carrier coating 5 forms. For this purpose, a laser soldering method can be used. It proves expedient to subject the holes produced in the perforation in advance in the carrier to a separate metallization in order to ensure proper wetting by the solder. The metallization can be carried out by steaming, printing or spraying.
Anstelle des Verlötens kann auch ein punktweises oder linienartiges Aufdrucken oder Absetzen von Paste oder leitfähiger Tinte erfolgen. Jeglicher Kontaktierungsvorgang kann bildgesteuert ausgeführt werden, wobei dabei die bereits für die lokale Perforierung genutzte Bilderkennungseinheit und/ oder die dabei gewonnenen Positionsdaten eingesetzt werden können. Instead of soldering, a pointwise or line-like printing or settling of paste or conductive ink can also take place. Any contacting operation can be carried out image-controlled, in which case the image recognition unit already used for the local perforation and / or the position data obtained thereby can be used.
In einem solchen Fall kann beispielsweise die Laserbohrvorrichtung an einer dafür bestimmten Stelle den Durchbruch einbringen, die dabei angefahrene Position an eine Versteileinrichtung des Lotträgers übergeben und zu einer nächsten Position verfahren werden, während an dem eben erzeugten Durchbruch die Kontaktierung erzeugt wird. Bei einem derartigen Verfahrensablauf erfolgen somit die Perforierung und die Kontaktierung im Prinzip innerhalb eines einzigen Arbeitsvorgangs. In such a case, for example, the laser drilling device bring in at a specific point the breakthrough, passed the case approached position to an adjusting the Lotträgers and moved to a next position, while at the newly generated breakthrough contacting is generated. In such a procedure, therefore, the perforation and contacting in principle carried out within a single operation.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass grundsätzlich alle It is noted at this point that basically all
Verfahren für das Ausfüllen der Durchbrüche 10 mit einem leitfähigen Material vorgesehen werden können, die eine zuverlässige elektrische Kontaktierung 11 der Kontaktbereiche 3 an den Halbleiterzellen 1 mit der leitfähigen Trägerbeschichtung 5 gewährleisten. So können alternativ zu den oben bereits ausgeführten Vorgehensweisen weitere geeignete A method for filling the apertures 10 can be provided with a conductive material, which ensure a reliable electrical contact 11 of the contact regions 3 to the semiconductor cells 1 with the conductive carrier coating 5. Thus, as an alternative to the above-mentioned procedures, further suitable
Verfahren, insbesondere Spritzverfahren, zur Ankontaktierung eingesetzt werden. Method, in particular spraying, are used for Ankontaktierung.
Zu den geeigneten Spritzverfahren zählen beispielsweise Kaltgasspritzen, Plasmaspritzen mit Plasmajet, Flammspritzen mit Draht oder Stab, Examples of suitable spraying methods include cold gas spraying, plasma spraying with plasma jet, flame spraying with wire or rod,
Flammspritzen mit Pulver, Kunststoff-Flammspritzen, Hochgeschwindigkeits- Flammspritzen (HVOF), Detonationsspritzen, Laserspritzen, Lichtbogenspritzen oder auch PTA (Plasma Transferred Are), von denen einige Verfahren in folgenden Abschnitten näher erläutert werden. Flame spraying with powder, plastic flame spraying, high-speed flame spraying (HVOF), detonation spraying, laser spraying, Arc spraying or PTA (Plasma Transferred Are), some of which are explained in more detail in the following sections.
Beim Kaltgasspritzen wird ein aufgeheiztes Prozessesgas durch Expansion in einer Lavaldüse eines Spritzkopfes auf Überschallgeschwindigkeit In cold gas spraying, a heated process gas is expanded to supersonic speed by expansion in a Laval nozzle of a spray head
beschleunigt und dabei zu einem Gasstrahl geformt, in welchen das leitfähige Material als Spritzstoff in Form von kalten Partikel injiziert wird. Die Partikel werden dadurch selbst beschleunigt und prallen mit hoher kinetischer Energie auf die zu kontaktierenden Stellen. Diese bilden dann beim Auftreffen als dichte, fest anhaftende Schichten die gewünschte Kontaktierung. Im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren ist vorteilhaft bei diesem Verfahren kein vorangehendes An- oder accelerated and thereby formed into a gas jet, in which the conductive material is injected as a spray in the form of cold particles. The particles are thereby accelerated themselves and bounce with high kinetic energy to the sites to be contacted. These then form the desired contacting upon impact as dense, firmly adhering layers. In contrast to other thermal spraying methods, there is no advantage in this method
Aufschmelzen erforderlich. Auch liegt die Temperatur des Prozessgases unter dem Schmelzpunkt des Spritzstoffes, so dass das Gefüge des Melting required. Also, the temperature of the process gas is below the melting point of the spray, so that the structure of the
Spritzstoffes, d.h. des leitfähigen Materials, vorteilhaft nicht verändert. Daneben fällt die thermische Belastung des Trägers gering aus. Zudem gewährleistet eine klar kontrollierbare Spritzstrahlgeometrie in den meisten Fällen das Aufbringen von leitfähigem Material ohne die Notwendigkeit einer Maskierung. Schließlich wird dadurch auch kaum Spritzverlust erzielt. Wird die Ankontaktierung stattdessen mittels Plasmaspritzen realisiert, so tritt aus einem Plasmakopf mit einer Plasmaquelle ein Plasmastrom, ein sog. Plasmajet, heraus, in welchen das leitfähige Material als Spritzstoff in Form von Pulver-Partikel injiziert wurde. Der Plasmajet reißt die Pulver- Partikel mit und schleudert sie auf die zu kontaktierenden Stellen. Sprayed material, i. of the conductive material, advantageously not changed. In addition, the thermal load of the carrier is low. In addition, a clearly controllable spray jet geometry in most cases ensures the application of conductive material without the need for masking. Finally, this also hardly any loss of spray is achieved. If the Ankontaktierung instead realized by plasma spraying, so passes from a plasma head with a plasma source, a plasma stream, a so-called. Plasmajet out, in which the conductive material was injected as a spray in the form of powder particles. The plasma jet entrains the powder particles and hurls them at the points to be contacted.
Vorteilhaft ist das Plasmaspritzen wahlweise in normaler Atmospäre, inerter Atmosphäre, in Vakuum oder, falls nötig, auch unter Wasser möglich. Advantageously, the plasma spraying either in a normal atmosphere, inert atmosphere, in vacuum or, if necessary, even under water possible.
Die beiden alternativen Verfahren „Kaltgasspritzen" oder „Plasmaspritzen" haben folgende gemeinsamen Vorteile: Beide Verfahren können bei moderaten Temperaturen durchgeführt werden. Auch können solche leitfähige Materialien wie etwa Aluminium oder Eisen eingesetzt werden, die beim Verfahren „Löten" kaum verarbeitet werden können. Zudem ist vor allem Aluminium deutlich kostengünstiger als Kupfer und bietet somit ein Rationalisierungspotential für die Ankontaktierung. Daneben entfällt die Notwendigkeit, auf den zu kontaktierenden Stellen lötbare Flächen The two alternative methods "cold gas spraying" or "plasma spraying" have the following common advantages: Both processes can be carried out at moderate temperatures. Also, such conductive materials such as aluminum or iron can be used, which can hardly be processed in the process "soldering." In addition, especially aluminum is much cheaper than copper and thus offers a rationalization potential for the Ankontaktierung Need to solder surfaces on the sites to be contacted
bereitzustellen. So kann auf eine Silberpaste für die Bereitstellung von lötbaren Flächen verzichtet werden. Daraus resultiert wiederum die provide. So can be dispensed with a silver paste for the provision of solderable surfaces. This in turn results in the
Möglichkeit, mehr Fläche für das sog. Back Surface Field (BSF) Possibility of more area for the so-called Back Surface Field (BSF)
bereitzustellen. provide.
Die Positionierung des Spritzkopfes beim Kaltgasspritzen bzw. Plasmakopfes beim Plasmaspritzen entspricht der Positionierung vom Lotträger 10b in Fig. 4, d.h. in Fig. 4 ist der Lotträger 10b mit dem Lottropfen 10a zu ersetzen mit dem Spritzkopf bzw. Plasmakopf. Der Spritzkopf bzw. Plasmakopf kann ebenso von einer aktuellen Position zu einer nächsten Position verfahren werden mit der gleichen Vorgehensweise wie bereits oben für den Lotträger 10b beschrieben. The positioning of the spray head in the cold gas spraying or plasma head in the plasma spraying corresponds to the positioning of the solder carrier 10b in Fig. 4, i. In FIG. 4, the solder carrier 10b with the solder drop 10a is to be replaced with the spray head or plasma head. The spray head or plasma head can also be moved from a current position to a next position with the same procedure as described above for the solder carrier 10b.
Es ist grundsätzlich möglich, mindestens eine weitere Kontaktierungsbahn oder -ebene aufzubringen. Ein diesbezügliches Beispiel ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Zum Aufbringen der jeweils nächsten Kontaktierungsebe- ne werden die vorhergehend erzeugten Kontaktierungen 11 mit einer elektrisch isolierenden Deckschicht 12 überdeckt. Die Deckschicht kann beispielsweise durch einen Laminiervorgang aufgebracht werden, wobei dabei auf die dafür üblichen Materialien, insbesondere eine EVA-Folie, zurückgegriffen werden kann. In dem dabei geschaffenen Verbund werden in einer wiederholten Anwendung des vorher beschriebenen und in Fig. 3 gezeigten Verfahrensschrittes der Perforation, insbesondere des Laserbohrens, weitere Durchbrüche 10 an weiteren Kontaktbereichen 3 der Halblei- terzeilen erzeugt. Diese werden im Anschluss daran mit einem weiteren leitfähigem Material 13 verfüllt und miteinander verbunden, wobei sich dadurch eine zweite Leiterbahnschicht herausbildet. It is in principle possible to apply at least one further contacting track or plane. An example in this regard is shown in Figures 5 and 6. In order to apply the respectively next contacting plane, the previously produced contacts 11 are covered with an electrically insulating covering layer 12. The cover layer can be applied, for example, by a lamination process, in which case it is possible to fall back on the materials customary therefor, in particular an EVA film. In the composite created thereby, in a repeated application of the above-described method step of the perforation, in particular laser drilling, shown in FIG. 3, further openings 10 are produced at further contact areas 3 of the semiconductor lines. These are then filled with another conductive material 13 and connected to each other, thereby forming a second conductor layer.
Zum Absetzen und Aufbringen des leitfähigen Materials 13 kann auf ver- schiedene Verfahren zurückgegriffen werden. Neben dem erwähnten Laserlötverfahren kann auch ein Druckverfahren angewendet werden, wobei als leitfähiges Material eine Tinte oder Paste mit hoher Leitfähigkeit, insbesondere eine Nano-Ag-Tinte oder -Paste, verwendet werden kann. Weiter ist es auch möglich, zum Absetzen und Aufbringen des leitfähigen Materials 13 die verschiedenen, oben beschriebenen Spritzverfahren zu verwenden. Dadurch werden verfüllte Durchbrüche 10 und eine zweite Leiterbahnschicht erzeugt. Ebenso kann ein Aufdampfen oder ein Aufplotten des leitfähigen Materials erfolgen. Zweckmäßigerweise wird dabei so vorgegangen, dass zunächst die erzeugten Durchbrüche durch ein Absetzen von leitfähigen Tropfen ausgefüllt werden. Die dafür notwendigen Positionsdaten können wie beschrieben aus einem Positionsspeicher oder einer Steuereinheit der Laserbohrvorrich- tung entnommen werden. Anschließend werden die notwendigen Leiterbahnen zwischen den einzelnen Kontaktierungspunkten errechnet. Die errechneten Wege werden in Steuerimpulse übersetzt, die wiederum an eine Anfahrmechanik für einen Plotstift oder eine Aufdampfdüse übertragen werden. Die Anfahrmechanik bewegt nun den Plotstift bzw. die Aufdampf- düse über die Deckschicht 12. Der Plotstift bzw. die Aufdampfdüse bringen dabei das leitfähige Material 13 entlang der vorgesehenen Wege auf. Sie erzeugen dabei die zweite Kontaktierungsebene für die Anordnung der Halbleiterzellen. Es ist einsichtig, dass die in Bezug auf Fig. 5 und Fig. 6 erläuterten Verfahrensschritte grundsätzlich mehrfach ausgeführt werden können. Dabei ist es möglich, grundsätzlich beliebig viele Kontaktierungsebenen zusätzlich aufzubringen und somit komplexere Verschaltungen der Halbleiterzellen zu erreichen. Es können zusätzliche elektronische Bauelemente, insbesondere Dioden, eingefügt werden, um beispielsweise Bypass-Dioden-Schaltungen zwischen den Halbleiterzellen zu erzeugen. For depositing and applying the conductive material 13, various methods can be used. In addition to the aforementioned laser soldering method, a printing method may also be used, wherein as the conductive material, an ink or paste having high conductivity, in particular, a nano-Ag ink or paste may be used. Further, it is also possible to use for depositing and applying the conductive material 13, the various spray methods described above. As a result, filled openings 10 and a second conductor layer are produced. Likewise, vapor deposition or plotting of the conductive material can take place. Expediently, the procedure is such that first the generated breakthroughs are filled by depositing conductive drops. The position data required for this purpose can be taken as described from a position memory or a control unit of the laser drilling device. Subsequently, the necessary interconnects between the individual contact points are calculated. The calculated paths are translated into control pulses, which in turn are transmitted to a start-up mechanism for a plot pen or a vapor deposition nozzle. The starting mechanism now moves the plotting pin or the vapor deposition nozzle over the cover layer 12. In this case, the plotting pin or the vapor deposition nozzle apply the conductive material 13 along the paths provided. They generate the second contacting plane for the arrangement of the semiconductor cells. It is obvious that the method steps explained with reference to FIG. 5 and FIG. 6 can in principle be executed several times. It is possible, in principle, to apply any number of contacting levels in addition and thus to achieve more complex interconnections of the semiconductor cells. Additional electronic components, in particular diodes, can be inserted in order, for example, to generate bypass diode circuits between the semiconductor cells.
Fig. 7 zeigt eine Darstellung des vorhergehend bereits erwähnten Durchleuchtungsvorgangs. Die dafür vorgesehene Durchleuchtungseinrichtung besteht aus einer verfahrbaren Strahlungsquelle 14 zum Erzeugen einer den Verbund durchdringenden Strahlung 15. Als Strahlungsquelle kann dabei auf eine Röntgenquelle zurückgegriffen werden. Die Strahlung wird mit einem Array 16 detektiert, wobei das Array ein Durchleuchtungsbild einer im Strahlengang befindlichen Halbleiterzelle 1 erfasst. Die so ermittelten Rohdaten werden an eine Bildverarbeitungseinrichtung 17, insbesondere einen Rechner mit einem Bildverarbeitungsprogramm, übertragen. Fig. 7 shows a representation of the previously mentioned transillumination process. The transilluminator device provided for this purpose consists of a movable radiation source 14 for generating a radiation 15 penetrating the composite. As the radiation source, an X-ray source can be used. The radiation is detected by an array 16, wherein the array detects a fluoroscopic image of a semiconductor cell 1 located in the beam path. The raw data thus determined are transmitted to an image processing device 17, in particular a computer with an image processing program.
Die Bildverarbeitungseinrichtung führt an dem Durchleuchtungsbild eine Strukturerkennung aus, wobei die Positionen der in dem Bild enthaltenen Formen ermittelt, gespeichert und an eine Steuereinheit der Laserbohrvorrichtung und/oder des Lotträgers sowie einer entsprechend anderen Vor- richtung zum Aufbringen der Kontaktierungsebenen übergeben werden. The image processing device performs structure recognition on the fluoroscopic image, wherein the positions of the forms contained in the image are determined, stored and transferred to a control unit of the laser drilling device and / or the solder carrier and a correspondingly different device for applying the contacting planes.
Ergänzend ist hierzu ein schematisches Durchleuchtungsbild 18 eines Abschnitts einer Halbleiterzelle gezeigt. Durch das erhöhte Absorptionsvermögen der metallisierten Kontaktbereiche zeigen sich diese in Form deut- lieh erfassbarer Konturen 19, deren Position eindeutig feststellbar ist. In addition, a schematic fluoroscopy image 18 of a section of a semiconductor cell is shown. Due to the increased absorption capacity of the metallized contact areas, these are in the form of clearly identifiable contours 19, whose position can be clearly determined.
Die Bilderkennung der Kontaktbereiche kann auch durch eine Detektion eines Fiducials ersetzt oder ergänzt werden. Dabei werden Halbleiterzellen auf dem Träger abgesetzt, die eindeutige, sich im Röntgenbild deutlich zeigende Referenzstrukturen enthalten, wobei die Lage jedes freizulegenden Kontaktbereiches in Bezug auf die Referenzstrukturen vorab bekannt ist und somit aus der Lage des Fiducials errechnet werden kann. Als Fiducial können insbesondere Kreuzstrukturen eingesetzt werden, die für jede einzelne Halbleiterzelle ein lokales Koordinatensystem definieren. Diese Koordinatensystem wird durch das bildgebende Verfahren erfasst. Die Lage jedes einzelnen Kontaktbereiches innerhalb des Koordinatensystems ist vorab bei jeder Halbleiterzelle bekannt. Dadurch können die Kontaktbereiche jeweils aus der Lage des Fiducials bestimmt werden, auch dann, wenn diese Bereiche keine Kontur im Durchleuchtungsbild zeigen. The image recognition of the contact areas can also be replaced or supplemented by a detection of a fiducial. In this case, semiconductor cells are deposited on the carrier, the unique, clearly in the X-ray image showing reference structures, the position of each exposed contact area with respect to the reference structures is known in advance and thus can be calculated from the position of the fiducial. In particular, cross structures which define a local coordinate system for each individual semiconductor cell can be used as the fiducial. This coordinate system is detected by the imaging process. The position of each individual contact area within the coordinate system is known in advance in each semiconductor cell. As a result, the contact areas can each be determined from the position of the fiducial, even if these areas do not show a contour in the fluoroscopic image.
Das erfindungsgemäße Verfahren und der dabei erzeugte Aufbau des The inventive method and the generated structure of the
Photovoltaikmoduls wurden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Im Rahmen fachmännischen Handelns sind weitere Ausführungsformen und Abwandlungen möglich. Diese ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen. Photovoltaic modules were explained by means of embodiments. In the context of expert action are other embodiments and Modifications possible. These arise in particular from the dependent claims.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit rückseitenkon- taktierten Halbleiterzellen (1) mit jeweils auf einer Kontaktseite (2) vorgesehenen Kontaktbereichen (3), 1. A method for producing a photovoltaic module with back-contacted semiconductor cells (1) with respective contact areas (3) provided on a contact side (2),
mit den Verfahrensschritten:  with the process steps:
Bereitstellen eines folienartigen nichtleitenden Trägers (4) mit einer mindestens einseitigen und mindestens abschnittsweisen elektrisch leitfähigen Trägerbeschichtung (5) auf einer ersten Trägerseite, Providing a film-like, non-conductive carrier (4) with an at least one-sided and at least section-wise electrically conductive carrier coating (5) on a first carrier side,
Aufsetzen der Kontaktseiten der Halbleiterzellen auf eine zweite Trägerseite, Placing the contact sides of the semiconductor cells on a second carrier side,
Ausführen einer den Träger und die Trägerbeschichtung durchbrechenden lokalen Perforation zum Erzeugen von Durchbrüchen (10) in dem Träger an den Kontaktbereichen (3) der Halbleiterzellen (1), Carrying out a local perforation penetrating the carrier and the carrier coating in order to produce openings (10) in the carrier at the contact regions (3) of the semiconductor cells (1),
Aufbringen eines Kontaktiermittels (11) zum Verfüllen der Durchbrüche (10) und zum Ausbilden einer Kontaktierung zwischen der Trägerbeschichtung auf der ersten Trägerseite und den Halbleiterzellen auf der zweiten Trägerseite. Applying a contacting means (11) for filling the openings (10) and for forming a contact between the carrier coating on the first carrier side and the semiconductor cells on the second carrier side.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Halbleiterzellen (1) nach dem Aufsetzen der Kontaktseiten (2) auf den Träger (4) durch ein Laminieren überdeckt werden. the semiconductor cells (1) after placing the contact sides (2) on the carrier (4) are covered by a lamination.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
nach dem Aufbringen des Kontaktiermittels (11) mindestens eine weitere Kontaktierungsschicht erzeugt wird, mit den Verfahrensschritten:  after application of the contacting agent (11) at least one further contacting layer is produced, with the method steps:
mindestens abschnittsweise erfolgendes Überdecken der kontaktierten Trägerbeschichtung mit einer isolierenden Deckschicht (12),  at least partially covering the contacted carrier coating with an insulating cover layer (12),
Ausführen einer die Deckschicht, den Träger und/oder die leitfähige Trägerbeschichtung durchbrechenden lokalen Perforation zum Erzeugen von Durchbrüchen (10) auf den Kontaktbereichen (3) der Halbleiterzellen (2), Performing a local perforation penetrating the cover layer, the carrier and / or the conductive carrier coating to create openings (10) on the contact regions (3) of the semiconductor cells (2),
Aufbringen eines Kontaktiermittels (13) auf die Deckschicht zum Verfüllen der Durchbrüche und zum Ausbilden der weiteren auf der Deckschicht verlaufenden Kontaktierungsschicht. Applying a contacting agent (13) on the cover layer for filling the openings and for forming the further contacting layer extending on the cover layer.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Aufbringen des Kontaktiermittels (11, 13) durch ein Aufdrucken, ein Aufsprühen oder ein Löten erfolgt.  the contacting of the contacting (11, 13) by printing, spraying or soldering takes place.
5. Verfahren nach Anspruch 4, 5. The method according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
bei dem Löten durch einen Lotträger ein Lotmaterial an den zu verfüllenden Durchbruch (10) verbracht und dort nach einem Aufschmelzen eingefüllt wird.  in the soldering by a solder carrier a solder material is brought to the breakthrough to be filled (10) and filled there after melting.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, 6. The method according to claim 4 or 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Löten als ein Laserlöten ausgeführt wird, wobei das selektive Aufschmelzen durch eine Beaufschlagung mit Laserlicht erfolgt. the soldering is carried out as a laser soldering, wherein the selective melting takes place by application of laser light.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 7. The method according to any one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Aufbringen des Kontaktiermittels (11, 13) durch ein Spritzverfahren erfolgt.  the application of the contacting (11, 13) by a spraying process takes place.
8. Verfahren nach Anspruch 7, 8. The method according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Spritzverfahren durch Kaltgasspritzen, Plasmaspritzen mit Plasmajet, Flammspritzen mit Draht oder Stab, Flammspritzen mit Pulver, Kunststoff- Flammspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF),  spraying by cold gas spraying, plasma spraying with plasma jet, flame spraying with wire or rod, flame spraying with powder, plastic flame spraying, high-speed flame spraying (HVOF),
Detonationsspritzen, Laserspritzen, Lichtbogenspritzen oder PTA (Plasma Transferred Are) realisiert wird.  Detonation syringes, laser spraying, arc spraying or PTA (Plasma Transferred Are) is realized.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
bei dem Ausführen der lokalen Perforation eine Bilderkennung der auf dem Träger (4) angeordneten Halbleiterzellen (1) ausgeführt wird, wobei durch eine Bildverarbeitung und/oder eine Bezugspunktsetzung eine direkte Referenzierung einer Perforationsvorrichtung auf jeder ein- zelnen Halbleiterzelle ausgeführt wird.  when performing the local perforation, an image recognition of the semiconductor cells (1) arranged on the carrier (4) is carried out, wherein a direct referencing of a perforation device on each individual semiconductor cell is carried out by image processing and / or reference setting.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
zur Bilderkennung durch eine Durchleuchtungseinrichtung (14, 16, 17) ein Durchleuchtungsbild (18) erzeugt wird, wobei bei der Bildverarbeitung eine Konturerkennung (19) an jedem Durchleuchtungsbild ausgeführt wird und die Perforiervorrichtung (8) im Ergebnis der Konturerkennung selbsttätig an eine daraus bestimmte Position zum Erzeugen des jeweiligen Durchbruchs (10) bewegt wird.  a fluoroscopic image (18) is generated for image recognition by a fluoroscopy device (14, 16, 17), wherein in the image processing a contour recognition (19) is performed on each fluoroscopic image and the perforating device (8) automatically detects a position determined therefrom as a result of the contour recognition for generating the respective aperture (10) is moved.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die lokale Perforation in Form eines Laserbohrens unter Verwendung einer Laserbohrvorrichtung ausgeführt wird. the local perforation is carried out in the form of a laser drilling using a laser drilling apparatus.
12. Photovoltaikmodul, umfassend eine Vielzahl von Halbleiterzellen (1) mit einer Rückseitenkontaktierung und einen Träger (4), 12. Photovoltaic module, comprising a multiplicity of semiconductor cells (1) with a rear-side contact and a carrier (4),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Träger als eine Folie oder ein Laminat ausgebildet ist, wobei der Träger elektrisch leitfähig verfüllte Durchbrüche (10) im Bereich der the carrier is formed as a film or a laminate, wherein the carrier electrically filled filled openings (10) in the region of
Halbleiterzellen zum Ausbilden einer Kontaktierung zwischen den Halbleiterzellen auf einer ersten Trägerseite und auf einer zweiten Trägerseite verlaufenden Leitbahnen aufweist. Semiconductor cells for forming a contact between the semiconductor cells on a first carrier side and on a second carrier side extending interconnects.
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