EP2795678A1 - Solarmodul mit abdichtelement - Google Patents

Solarmodul mit abdichtelement

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EP2795678A1
EP2795678A1 EP12798666.9A EP12798666A EP2795678A1 EP 2795678 A1 EP2795678 A1 EP 2795678A1 EP 12798666 A EP12798666 A EP 12798666A EP 2795678 A1 EP2795678 A1 EP 2795678A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solar module
substrate
electrode layer
contact hole
sealing element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12798666.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mitja Rateiczak
Andreas Schlarb
Bernhard Reul
Lothar Lesmeister
Christoph Degen
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.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Priority to EP12798666.9A priority Critical patent/EP2795678A1/de
Publication of EP2795678A1 publication Critical patent/EP2795678A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L31/02005—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar module with sealing element.
  • the invention also relates to a method for producing such a solar module and to the use of the sealing element.
  • Solar cells contain semiconductor material in all cases. Solar cells that require carrier substrates to provide sufficient mechanical strength and that can be manufactured in a continuous process are referred to as thin film solar cells. Due to the physical properties and the technological handleability, thin film systems with amorphous, micromorphous or polycrystalline silicon, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs) or copper indium (gallium) sulfur / selenium (CI (G) S) are particularly suitable for solar cells.
  • CdTe cadmium telluride
  • GaAs gallium arsenide
  • CI (G) S) copper indium (gallium) sulfur / selenium
  • Known carrier substrates for thin-film solar cells contain inorganic glass, polymers or metal alloys and can be designed as rigid plates or flexible films depending on layer thickness and material properties. Due to the widely available carrier substrates and a simple monolithic integration, large-area arrangements of thin-film solar cells can be produced inexpensively.
  • a method is known from EP 2 200 097 A1, in which a plurality of solar cell regions are connected in series in an integrated form by suitable structuring and interconnection of back electrode layer, semiconductor layer, and front electrode layer.
  • each thin-film solar module has two voltage connections.
  • two of the back electrode layer contacting bus bars are provided.
  • the bus bars are usually contacted by a contact hole in the back of the solar module with a spring contact element and sealed with a junction box.
  • junction boxes are known from DE 10 2005 025 632 A1 and DE 100 50 614 C1.
  • the solar module with other solar modules can be connected in series to a module string or connected to an electrical load, which is often an inverter for converting the DC voltage generated in a suitable for the public grid AC voltage.
  • US 2010/0175743 A1 discloses a solar cell in which a sheathed contact strip is introduced into the interior of the solar cell.
  • the sheathing of the contact band serves as electrical insulation and as a moisture barrier.
  • the object of the present invention is to further develop conventional solar modules in an advantageous manner, which is to be reliably and reliably avoided that water or moisture penetrate through the contact hole in the solar cell.
  • An inventive solar module comprises at least:
  • Two contact elements which are electrically conductively connected to the bus bars and arranged in at least one contact hole,
  • At least one sealing element which is arranged between the bus bar and the contact hole and the sealing element has an opening above the contact hole, wherein
  • a terminal housing closes the contact hole from an outer side of the substrate.
  • the first substrate is preferably a carrier substrate and the second substrate is preferably a cover substrate.
  • Solar modules and in particular solar modules with thin film solar cells differ in their layer arrangement in two configurations: In the so-called substrate configuration, the back electrode layer and the photovoltaically active semiconductor layer is deposited directly onto a carrier substrate.
  • the carrier substrate is located on the side facing away from the light incident side of the solar module.
  • the front electrode layer is deposited directly on a cover substrate.
  • the cover substrate is located on the side of the solar module facing the light.
  • the solar module according to the invention preferably comprises a solar module in substrate configuration.
  • the carrier substrate has a back electrode layer on the front side and the back electrode layer is partially electrically conductively connected to a photovoltaically active semiconductor layer.
  • the photovoltaically active semiconductor layer according to the invention comprises at least one p-type semiconductor layer. Furthermore, an n-type front electrode layer is disposed on the semiconductor layer. The front electrode layer is transparent to radiation in the spectral range sensitive to the semiconductor layer.
  • the front side of the carrier substrate is connected to at least one intermediate layer with the back side of the cover substrate.
  • the back electrode layer and the semiconductor layer has, the connection between the carrier substrate and intermediate layer over a large area over these layers.
  • a cover substrate is connected on its rear side via a front electrode layer to a photovoltaically active semiconductor layer. Since the rear side of the cover substrate has the photovoltaically active semiconductor layer and the back electrode layer over a large area, the connection between the cover substrate and the intermediate layer occurs over a large area over these layers.
  • An inventive solar module contains at least two bus bars, which are electrically conductively connected to the back electrode layer and / or the front electrode layer.
  • the bus bars are contacted by two contact elements, wherein the contact elements are arranged in one or two contact holes.
  • the contact holes are located in the cover substrate and / or in the carrier substrate.
  • the contact holes are closed by connection housing, in the interior of which the contact elements are connected to external supply lines.
  • the terminal housings are arranged on the front side of the cover substrate or the back side of the support substrate.
  • the front in the sense of the present invention means the side of a substrate facing the light incidence, the back correspondingly, the side of a substrate facing away from the incidence of light.
  • a sealing element according to the invention is arranged above each contact hole.
  • the sealing member is disposed between bus bar and the substrate having the contact hole.
  • the sealing member has an opening disposed above the contact hole. This means that the opening of the sealing element is arranged in alignment with the contact hole.
  • the sealing element is advantageously arranged directly on the substrate, which has the contact hole, or directly on a back electrode layer, which is located on this substrate. In this way, an all-round sealing of the contact hole is achieved.
  • the sealing element according to the invention advantageously contains elastic, moisture-proofing polymers, preferably elastomers and in particular polyisobutylene, polyisobutyleneisoprene, polysulfide, polyurethane, silicone or Combinations of it.
  • the sealing element has the task of preventing the ingress of water and moisture into the interior of the solar module. Water and moisture lead to a deterioration of the efficiency of the solar module, which is reliably reduced by a sealing element according to the invention.
  • the carrier substrate has a contact hole and preferably has two contact holes.
  • the connection housings are accordingly arranged on the rear side of the carrier substrate. This has the particular advantage that no shadowing of the photoactive surface takes place through the connection housing.
  • the sealing element is arranged between the carrier substrate and bus bar. The sealing element is designed such that it surrounds the contact hole all around.
  • a contact hole according to the invention has a diameter of 1 mm to 20 mm, preferably of 2 mm to 10 mm and particularly preferably of 4 mm to 5 mm.
  • the sealing element has an opening with a diameter a of 0.5 mm to 20 mm.
  • the sealing element has an opening with a diameter a which is smaller than the diameter of the contact hole.
  • the diameter a is preferably smaller by 0.1 mm to 3 mm than the diameter c.
  • the sealing element has a diameter c which is greater than the width d of the busbar.
  • the diameter c is preferably 0.2 mm to 3 mm larger than the width d. Due to the overlap of the sealing element on the bus bar, a particularly reliable seal.
  • the elastic material of the sealing element compensates for the unevenness between the bus bar and return electrode or front electrode and reliably seals the interior of the solar module.
  • the sealing element is designed as a sealing plate with at least one opening.
  • the sealing plate is parallel to the Substrates arranged, wherein the opening is arranged in alignment with the contact hole.
  • the sealing plate can have any shape and is preferably square, rectangular, pentagonal, hexagonal or polygonal.
  • the sealing plate is designed such that it surrounds the contact hole all around.
  • the sealing element is an annular sealing disc.
  • the opening is arranged in the center of the sealing disc and in alignment with the contact hole. Due to the symmetrical design of the sealing element is a particularly uniform and reliable seal. Furthermore, annular sealing disks, for example as simple stampings, can be produced inexpensively and easily processed automatically.
  • the thickness of the sealing member depends on the respective solar cell.
  • the sealing element advantageously has a thickness h of 0.03 mm to 0.5 mm.
  • the thickness of the sealing element preferably corresponds approximately to the thickness of the busbar, more preferably the thickness of the busbar plus from about 10 ⁇ to 100 ⁇ .
  • the thickness of the sealing element is advantageously about the thickness of the intermediate layer.
  • Cover substrate and carrier substrate are preferably made of prestressed, partially prestressed or non-prestressed glass, in particular float glass.
  • the top substrate contains tempered or non-hardened low-iron soda-lime glass having a high transmittance to sunlight.
  • Cover substrate and carrier substrate preferably have thicknesses of 1, 5 mm to 10 mm.
  • the carrier substrate may advantageously also be configured as a film.
  • the intermediate layers preferably contain thermoplastic materials, such as polyvinyl butyral (PVB) or ethylene vinyl acetate (EVA) or several layers thereof, preferably with thicknesses of 0.3 mm to 0.9 mm.
  • PVB polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the carrier substrate and the cover substrate are firmly bonded together via one or more intermediate layers under heat and pressure or under vacuum.
  • the cover substrate may have on its side facing the light a special coating or texture, which reduces the reflection of light or the adhesion of dirt.
  • the bus bar is advantageously a metallic band and preferably an aluminum band.
  • the bus bar for example, has a thickness of 0.03 mm to 0.3 mm and a width of 2 mm to 16 mm.
  • Aluminum has proven particularly suitable for such bus bars, since it has a good electrical conductivity and good processability to films. At the same time, the material costs are low.
  • Other electrically conductive materials can also be used which can be processed into films. Examples of these are copper, tin-plated copper, gold, silver or tin and alloys thereof.
  • the bus bar is electrically connected to the rear and / or front electrode layer.
  • the connection is preferably made by ultrasonic bonding or ultrasonic bonding, thermocompression bonding, welding, spot welding, soldering, clamping or gluing by means of an electrically conductive adhesive.
  • Busbars suitable for contacting back and / or front electrode layers in solar modules only have a total thickness of 0.5 mm at most. Such thin busbars can be embedded without difficulty between the carrier substrate and the cover substrate in the intermediate layer.
  • the present invention also comprises at least one single- or multi-part terminal housing with at least one electrical feed line and a contact element for forming an electrical line connection to the bus bar.
  • connection housing is preferably made of an electrically insulating material.
  • Thermoplastic plastics and elastomers which are processed by injection molding, are suitable for industrial production of the connection housing.
  • thermoplastics and elastomers for example, polyamide, polyoxymethylene, polybutylene terephthalate or ethylene-propylene-diene rubber are used.
  • potting materials such as acrylate or epoxy resin systems can be used to make the connection housing.
  • the terminal housing can be made of metal or another electrically conductive material with electrically insulating inserts.
  • Contact elements or spring contact elements made of metal are preferably used as contact elements.
  • contact elements For the preferred use in a solar module is a solderless, clamping connection, since the contact point when used in buildings in the Usually no vibration is exposed.
  • the electrical line connection between contact elements can also be welded, bonded, soldered, glued or additionally secured.
  • connection housing can serve as the basis for a connection plug or a connecting cable. In addition, it can accommodate other functional elements such as diodes or a control electrics.
  • the terminal housing is preferably adhesively attached and sealed on the back side of the carrier substrate or the front side of the cover substrate.
  • the bonding is preferably carried out by means of a Kleerstrangs or adhesive tape with an adhesive based on acrylic, polyurethane or polyisobutylene.
  • the contact hole and thus the contact point of the bus bar are preferably located in the middle of the extension direction of the bus bar. Since the bus bar itself has an ohmic resistance, a voltage drop takes place during a current flow through the bus bar. With an electrical contact in the middle of the extension direction of the bus bar, a more homogeneous distribution of the current flow through the solar module and the bus bar is achieved than with an electrical contact at one end of the bus bar. In addition, the maximum current density in the bus bar in the region of the current tapping is lower than in the case of contacting at one end. This allows the use of bus bars with a smaller cross-sectional area, for example, with a smaller width. By using narrower busbars, the photovoltaically active surface of the solar module can be increased and the area-dependent power can be increased.
  • the back electrode layer contains a metal, preferably molybdenum, titanium or tantalum nitrides.
  • the back electrode layer may comprise a layer stack of different individual layers.
  • the layer stack preferably contains a diffusion barrier of silicon nitride in order to prevent a diffusion of, for example, sodium from the carrier substrate into the photovoltaically active absorber layer.
  • the front electrode layer contains an n-type semiconductor, preferably aluminum-doped zinc oxide or indium-tin oxide.
  • the p-type semiconductor layer of the photovoltaically active absorber layer contains amorphous, micromorphous or polycrystalline silicon, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs) or copper indium (gallium) sulfur / selenium (CI (G) S).
  • the gap between the carrier substrate and the cover substrate is sealed by an edge seal, preferably an adhesive based on acrylic, polyurethane or polyisobutylene.
  • the edge seal prevents the penetration of air, water or moisture as an additional measure of the sealing element according to the invention and protects the sensitive semiconductor and metal layers from degradation and corrosion.
  • the interior of the connection housing is sealed by a sealant, preferably an adhesive based on acrylic, polyurethane or Polyisobutylen- or silicone-based.
  • the sealant prevents the penetration of air, water or moisture into the interior of the connection housing as an additional measure of the sealing element according to the invention and in particular protects the electrical line connection between bus bar and contact element from degradation and corrosion.
  • the electrical line connections between bus bar and back and / or front electrode layer and / or between bus bar and contact element soldering, welding, bonding or clamping connections can also have adhesive connections with an electrically conductive adhesive.
  • the solar module on two bus bars, which are electrically contacted via two contact elements in two terminal housing through two contact holes.
  • a bus bar is preferably connected to the positive voltage terminal of Solar module and the second bus bar connected to the negative voltage terminal of the solar module.
  • At least two bus bars on the back of the carrier substrate or the front side of the cover substrate in a common terminal housing with at least two contact elements are electrically connected. Both contact elements may be connected, for example via a two-pole cable or a two-pin plug with another electrical circuit.
  • This embodiment is particularly advantageous because the substrates must be broken with only one contact hole.
  • Single contact hole substrates are simpler and less expensive to manufacture than two-contact hole substrates, since the risk of chipping and breakouts during the drilling of the via holes is reduced.
  • the invention also encompasses a method for producing a solar module with a sealing element according to the invention, wherein at least
  • a sealing element is arranged with an opening in the region of each contact hole (14),
  • the bus bar is electrically conductively connected to the return electrode, the connection taking place from the area of the contact hole,
  • Substrate is laminated.
  • the first substrate is preferably a carrier substrate and the second substrate is preferably a cover substrate.
  • the invention also includes an alternative method for producing a solar module, wherein at least:
  • a second substrate is provided with series-connected solar cells
  • two bus bars are arranged on the second substrate and electrically conductively connected to the front electrode layer and / or the back electrode layer
  • a first substrate having two contact holes and an intermediate layer arranged thereon is provided, wherein a recess is arranged in the intermediate layer in the region of the contact hole, d) a sealing element with an opening in the region of the contact hole and in the recess of the intermediate layer is arranged, e) first substrate and second substrate via the intermediate layer
  • the first substrate is preferably a carrier substrate and the second substrate is preferably a cover substrate.
  • the bus bars are electrically conductively connected to the front electrode layer and / or the back electrode layer by ultrasonic bonding.
  • the processes familiar to the person skilled in the art can be used with and without the preceding preparation of a precompound.
  • so-called autoclave processes can be carried out at an elevated pressure of about 10 bar to 15 bar and temperatures of 130 ° C. to 145 ° C. for about 2 hours.
  • vacuum bag or vacuum ring methods known per se operate at about 200 mbar and 130 ° C. to 145 ° C.
  • the cover substrate and carrier substrate can be pressed with an intermediate layer in a calender between at least one roller pair to form a solar module according to the invention.
  • Systems of this type are known for the production of laminated glazing and usually have at least one heating tunnel in front of a press shop. The temperature during the pressing process is for example from 40 to 150 ° C. Combinations of calender and autoclave processes have proven particularly useful in practice.
  • vacuum laminators are used to produce the solar modules according to the invention. These consist of one or more heatable and evacuable chambers in which the cover substrate and carrier substrate are laminated within, for example, about 60 minutes at reduced pressures of 0.01 mbar to 800 mbar and temperatures of 80 ° C to 170 ° C.
  • the invention also includes the use of the sealing element for sealing the electrical contact point of a solar module, in particular a thin-film solar module.
  • the drawing is a schematic representation and not to scale.
  • the layer thicknesses of the bus bar and of the electrode layers are shown clearly enlarged here for the purpose of illustration.
  • the drawing does not limit the invention in any way.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional drawing of a solar module according to the invention
  • FIG. 2A is a cross-sectional drawing of a solar module according to the invention from FIG.
  • FIG. 2B a schematic representation of a solar module according to the invention in the region of the connection housing with sealing element in a view onto the rear side of the carrier substrate,
  • FIG. 3 a schematic representation of a solar module according to the invention in a view onto the rear side of the carrier substrate
  • Figure 4 is a cross-sectional drawing of an alternative embodiment of a
  • Figure 5 shows an embodiment of the method steps according to the invention with reference to a flow chart
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment of the method steps according to the invention with reference to a flow chart.
  • an embodiment of a solar module 20 according to the invention with sealing element 17 is shown using the example of a thin-film solar module.
  • the thin-film solar module 20 comprises an electrically insulating carrier substrate 1 with a layer structure applied thereto for forming a photovoltaically active absorber layer.
  • the layer structure is arranged on the light entrance side front side III of the carrier substrate 1.
  • the carrier substrate 1 consists here, for example, of glass with a relatively low light transmission, wherein equally other insulating materials with sufficient strength, as well as inert behavior compared to the process steps performed can be used.
  • the layer structure comprises a back electrode layer 3 arranged on the front side III of the carrier substrate 1.
  • the back electrode layer 3 contains, for example, a layer of an opaque metal such as molybdenum and is applied to the carrier substrate 1, for example by sputtering.
  • the back electrode layer 3 has, for example, a layer thickness of about 1 ⁇ m.
  • the back electrode layer 3 comprises a layer stack of different individual layers.
  • the layer stack preferably contains a diffusion barrier in order to prevent a diffusion of, for example, sodium from the carrier substrate 1 into the semiconductor layer 4.
  • a photovoltaically active absorber layer in the form of a semiconductor layer 4 is deposited, whose band gap is preferably able to absorb as large a proportion of the sunlight as possible.
  • the semiconductor layer 4 contains a p-doped semiconductor layer, for example a p-type chalcopyrite semiconductor, such as a compound of the group copper indium di-selenide (CulnSe 2 ), in particular sodium (Na) -doped Cu (InGa) (SSe) 2 .
  • the semiconductor layer 4 has, for example, a layer thickness of 500 nm to 5 ⁇ and in particular of about 2 ⁇ .
  • a buffer layer not shown here, is deposited, which contains, for example, a single layer of cadmium sulfide (CdS) and a single layer of intrinsic zinc oxide (i-ZnO).
  • a front electrode layer 6 applied, for example by vapor deposition.
  • the front electrode layer 6 is transparent to radiation in the spectral range which is sensitive to the semiconductor layer 4 ("window layer"), in order to ensure only slight attenuation of the incident sunlight.
  • a pn heterojunction is formed by the front electrode layer 6, the buffer layer and the p-doped semiconductor layer, ie a sequence of different layers of the opposite conductivity type.
  • the layer thickness of the front electrode layer 6 is for example 300 nm.
  • the layer system is subdivided by known methods for producing a thin-film solar module into individual photovoltaically active regions, so-called solar cells 20.1 and 20.2.
  • the subdivision is made by incisions using a suitable structuring technology such as laser writing and mechanical processing, for example by lifting or scribing.
  • the individual solar cells 20.1 and 20.2 are connected in series via a region of the back electrode layer 3.
  • An inventive thin-film solar module 20 has, for example, 100 series-connected solar cells and an open-circuit voltage of 56 volts. In the example shown here, both the resulting positive (+) and the resulting negative (-) voltage connection of the thin-film solar module 20 are guided over the back electrode layer 3 and contacted there electrically.
  • an intermediate layer 5 is applied on the front electrode layer 6, which contains, for example, polyvinyl butyral (PVB) or ethylene vinyl acetate (EVA).
  • the thickness of the intermediate layer 5 is, for example, 0.76 mm.
  • the layer structure of carrier substrate 1, back electrode layer 3 and semiconductor layer 4 is sealed via the intermediate layer 5 with a cover substrate 2.
  • the cover substrate 2 is transparent to sunlight and contains, for example, tempered, extra-white low-iron glass.
  • the cover substrate 2 has, for example, an area of 1.6 m ⁇ 0.7 m.
  • the entire Thin film solar module 20 is mounted for mounting at the point of use in an aluminum hollow chamber frame, which is not shown here.
  • bus bars 11 Due to the low current carrying capacity of the back electrode layer 3, the photovoltaically generated current is collected in so-called bus bars 11.
  • the bus bars contain, for example, an aluminum strip having a thickness of 200 ⁇ m and a width d of 6 mm.
  • the bus bars 1 1 are electrically connected in discrete areas with the return electrode 3.
  • the carrier substrate 1 has a contact hole 14 below the bus bar 1 1.
  • a connecting element 9 is introduced, which contacts the bus bar 1 1 electrically conductive.
  • the contact hole 14 is covered to the outside by a terminal housing 8, which is connected for example by gluing to the back side IV of the substrate.
  • a sealing element 17 according to the invention is arranged between bus bar 1 1 and carrier substrate 1.
  • the sealing element 17 according to the invention seals the interior of the solar module 20 against moisture, which could penetrate through the contact hole 14.
  • the sealing element 17 contains a soft and flexible polymer which is suitable for sealing the region between the bus bar 1 1 and the carrier substrate 1.
  • the sealing member 17 contains, for example, a butyl rubber such as polyisobutylene isoprene.
  • the sealing element 17 is designed such that it penetrates into the edge region of the contact hole 14 and covers and seals the inner edge 16 of the back electrode layer 3. In this way, no water and moisture which penetrates via the contact hole 14 from the outside into the module to the back electrode layer 3 and the semiconductor layer 4 in the interior of the solar module 20 reach.
  • the sealing element 17 has an opening 18.
  • Within the contact hole 14 a contact element 9 is arranged and fixed by a connection housing 8.
  • the contact element 9 extends through the opening 18 of the sealing element 17 and has an electrical line connection 10 to the bus bar
  • the penetrating moisture would lead to corrosion of the back electrode layer 3.
  • the corrosion would begin in the region of the contact hole 14 and spread into the interior of the solar module 20.
  • Such corrosion worsens the Efficiency of a solar module 20 over time.
  • the polymer material of the intermediate layer 5 is not suitable to prevent the ingress of moisture since it is hygroscopic and binds water and moisture.
  • the sealing element 17 according to the invention prevents the penetration of moisture, so that a moisture-related deterioration of the efficiency of the solar module 20 is reduced.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional drawing of the solar module 20 according to the invention along the section line A-A 'from FIG. 1.
  • FIG. 2B shows a schematic representation of a thin-film solar module 20 according to the invention in the region of the connection housing with sealing element in a plan view of the rear side IV of the carrier substrate 1.
  • the sealing member 17 advantageously includes an annular sealing disc 19 having a thickness of about the thickness of the bus bar, preferably from the thickness of the bus bar 1 1 plus from about 10 ⁇ to 100 ⁇ .
  • the diameter a of the opening 18 is smaller than the diameter c of the contact hole 14.
  • the contact hole has, for example, a diameter c of 5 mm.
  • the opening 18 has a diameter a of, for example, 4 mm. This has the particular advantage that the soft material of the sealing element 17 extends into the contact hole 14 and the inner edge 16 of the back electrode layer 3 can seal.
  • the outer diameter b of the sealing member 17 is greater than the width d of the bus bar 1 1, so that the sealing disc protrudes beyond the lateral edges of the bus bar 1 1 and seals.
  • the outer diameter b is for example 7 mm.
  • the bus bar 1 1 is in a plurality of surface areas 12.1, 12.1 ', 12.2, 12.2' electrically connected to the back electrode layer 3.
  • the bus bar 1 1 is preferably connected to the back electrode layer 3 in 20 to 100 and, for example, 40 areas.
  • the electrical line connection is done for example by ultrasonic bonding.
  • FIG. 3 shows a thin-film solar module 20 in a view of the rear side IV of the carrier substrate 1.
  • the carrier substrate 1 has two contact holes 14, which are arranged above the bus bars 11.
  • the contact holes 14 are located, for example, in the middle of the longitudinal edge 25 of the thin-film solar module 20. This has the particular advantage that the voltage drop due to the ohmic resistance is reduced by the bus bars 1 1, resulting in a higher efficiency of the thin-film solar module.
  • the bus bars 1 1 are electrically contacted, for example, by two contact elements 9, not shown here. Between the carrier substrate 1 and the bus bars 1 1 sealing elements 17 according to the invention are arranged. Above the contact holes 14 and on the back IV of the carrier substrate 1 terminal housing 8 are arranged.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional illustration of a thin-film solar module 20 'according to the invention with two series-connected two solar cells 20.1' and 20.2 'in substrate configuration.
  • the front electrode 6 is arranged on the rear side II of the cover substrate 2.
  • the semiconductor layer 4 and the back electrode 3 are arranged on the front electrode 6 and connected in series.
  • the cover substrate 2 is connected to the carrier substrate 1 via an intermediate layer 5.
  • the materials and dimensions correspond, for example, to the embodiment of FIG. 1.
  • the bus bar 1 1 is connected to the front electrode 6.
  • the contact hole 14 is arranged in the carrier substrate 1.
  • the sealing member 17 is sleeve-like in this embodiment and configured so thick that it fills a recess 15 in the intermediate layer 5. This embodiment has the particular advantage that the penetration of water or moisture through the contact hole 14 in the intermediate layer 5 is reliably sealed.
  • FIG. 5 shows a flow chart of the method steps according to the invention for producing a thin-film solar module 20 with substrate configuration and arrangement of the connection housing 8 on the rear side IV of the carrier substrate 1.
  • a carrier substrate 1 with a structure of serially connected thin-film solar cells 20.1, 20.2 is provided
  • a sealing element 17 is arranged in the region of each contact hole 14 on the inside III of the carrier substrate 1 and above the back electrode layer 3.
  • the arrangement of the sealing element 17 can be automated or manual, for example.
  • a bus bar 1 1 is applied along the longitudinal edge 25 of the solar module 20 and in the region of the contact hole 14 on the back electrode layer 3.
  • the bus bar 1 1 extends above the sealing element 17 and fixes it on the back electrode layer 3 and thus on the carrier substrate 1.
  • the bus bar 11 is electrically conductively connected to the return electrode 3.
  • the line connection is preferably carried out in discrete surface areas 12.1, 12.1 ', 12.2, 12.2' starting from areas 12.1, 12.1 'which limit the contact hole 14 on both sides and then along the bus bar 1 1 outwards in the surface areas 12.2, 12.2'. Subsequently, further connections take place in surface areas not shown here along the busbar 11.
  • the electrical line connection between the return electrode 3 and the bus bar 11 is preferably carried out by means of ultrasound bonding.
  • the bus bar 1 1 is advantageously stretched during connection by externally applied forces in its direction of extent. The clamping compensates for an expansion of the busbar 1 1 during the connection process, as is done for example in Ultraschallversch do.
  • connection row is at 12.1, then 12.1 ', then 12.2, then 12.2', then 12.3, then 12.3 'and so on.
  • connection order may be at 12.1, then 12.1 ', then 12.2', then 12.2, then 12.3, then 12.3 'and so on.
  • the bus bar 1 1, for example, in 40 areas with the Return electrode 3 connected. If the contact hole 14 is arranged in the middle of the busbar 1 1 with respect to its extension, then in each case 20 surface regions are arranged on both sides of the contact hole 14.
  • continuous joining methods such as soldering, can be used, which connect the entire bus bar 11 to its full extension or, in large portions, to the back electrode layer 3.
  • FIG. 6 shows a flowchart of the method steps according to the invention for producing a thin-film solar module 20 with superstrate configuration and arrangement of the connection housing 8 on the rear side IV of the carrier substrate 1.
  • the invention provides a solar module 20, in particular a thin-film solar module, which enables a simple and cost-effective sealing of the layer structure in the interior of a solar module in industrial mass production.
  • the diffusion of water molecules at the contact holes 14 can be reliably and safely prevented.
  • thermoplastic intermediate layer 5 intermediate layer, thermoplastic intermediate layer

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul (20), mindestens umfassend: laminierter Verbund aus übereinander angeordneten Substrat (1), Rückelektrodenschicht (3), Halbleiterschicht (4), Frontelektrodenschicht (6) und Substrat (2), mindestens zwei Sammelleiter (11), die mit der Rückelektrodenschicht (3) und/oder der Frontelektrodenschicht (6) elektrisch leitend verbunden sind, mindestens ein Kontaktloch (14), das in mindestens einem der Substrate (1, 2) angeordnet ist, zwei Kontaktelemente (9), welche mit den Sammelleitern (11) elektrisch leitend verbunden und in mindestens einem Kontaktloch (14) angeordnet sind, mindestens ein Abdichtelement (17), das zwischen Sammelleiter (11) und Kontaktloch (14) angeordnet ist und das Abdichtelement (17) eine Öffnung (18) über dem Kontaktloch (14) aufweist, wobei ein Anschlussgehäuse (8) das Kontaktloch (14) von einer Außenseite (I, IV) des Substrats (1, 2) verschließt.

Description

Solarmodul mit Abdichtelement
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit Abdichtelement. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Solarmoduls sowie die Verwendung des Abdichtelements.
Solarzellen enthalten in allen Fällen Halbleitermaterial. Solarzellen, die zur Bereitstellung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit Trägersubstrate benötigen und in einem kontinuierlichen Prozess gefertigt werden können, werden als Dünnschichtsolarzellen bezeichnet. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften und der technologischen Handhabbarkeit sind Dünnschichtsysteme mit amorphen, mikromorphen oder polykristallinen Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium- Arsenid (GaAs) oder Kupfer-lndium(Gallium)-Schwefel/Selen (CI(G)S) besonders für Solarzellen geeignet.
Bekannte Trägersubstrate für Dünnschichtsolarzellen enthalten anorganisches Glas, Polymere oder Metalllegierungen und können in Abhängigkeit von Schichtdicke und Materialeigenschaften als starre Platten oder biegsame Folien ausgestaltet sein. Aufgrund der weitreichend verfügbaren Trägersubstrate und einer einfachen monolithischen Integration können großflächige Anordnungen von Dünnschichtsolarzellen kostengünstig hergestellt werden.
Aus EP 2 200 097 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch eine geeignete Strukturierung und Verschaltung von Rückelektrodenschicht, Halbleiterschicht, und Frontelektrodenschicht mehrere Solarzellenbereiche in integrierter Form seriell verbunden werden.
Für einen elektrischen Außenanschluss weist jedes Dünnschichtsolarmodul zwei Spannungsanschlüsse auf. Hierfür sind beispielsweise zwei die Rückelektrodenschicht kontaktierende Sammelleiter vorgesehen. Die Sammelleiter werden üblicherweise durch ein Kontaktloch in der Rückseite des Solarmoduls mit einem Federkontaktelement kontaktiert und mit einer Anschlussdose verschlossen. Solche Anschlussdosen sind aus DE 10 2005 025 632 A1 und DE 100 50 614 C1 bekannt. An den Anschlussdosen kann das Solarmodul mit weiteren Solarmodulen zu einem Modulstrang in Reihe verschaltet oder mit einer elektrischen Last verbunden werden, bei welcher es sich häufig um einen Wechselrichter zum Umrichten der erzeugten Gleichspannung in eine für das öffentliche Stromnetz geeignete Wechselspannung handelt.
Weiterhin kann man bei Dünnschichtsolarmodulen eine kontinuierliche Zunahme des Serienwiderstands beobachten, der nach Standzeiten von mehreren Tausend Betriebsstunden allmählich in einen zumindest annähernd konstanten Wert übergeht. Diese Alterung führt zu einer unerwünschten Verschlechterung des Wirkungsgrads des Solarmoduls. Es wird angenommen, dass eine wesentliche Ursache hierfür die Eindiffusion von Wassermolekülen in das Halbleitermaterial der Solarzellen ist.
In US 2010/0175743 A1 wird eine Solarzelle offenbart, bei der ein ummanteltes Kontaktband in das Innere der Solarzelle eingeführt ist. Die Ummantelung des Kontaktbandes dient als elektrische Isolation und als Feuchtigkeitsbarriere.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, herkömmliche Solarmodule in vorteilhafter Weise weiterzubilden, wobei zuverlässig und sicher vermieden werden soll, dass Wasser oder Feuchtigkeit über das Kontaktloch in die Solarzellen eindringen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Solarmodul mit Abdichtelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit Abdichtelement sowie eine Verwendung des Abdichtelements gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.
Ein erfindungsgemäßes Solarmodul umfasst mindestens:
• Einen laminierten Verbund aus übereinander angeordneten ersten Substrat, Rückelektrodenschicht, Halbleiterschicht, Frontelektrodenschicht und zweitem Substrat,
• mindestens zwei Sammelleiter, die mit der Rückelektrodenschicht und/oder der Frontelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden sind, • mindestens ein Kontaktloch, das in mindestens einem der Substrate angeordnet ist,
• zwei Kontaktelemente, welche mit den Sammelleitern elektrisch leitend verbunden und in mindestens einem Kontaktloch angeordnet sind,
• mindestens ein Abdichtelement, das zwischen Sammelleiter und Kontaktloch angeordnet ist und das Abdichtelement eine Öffnung über dem Kontaktloch aufweist, wobei
ein Anschlussgehäuse das Kontaktloch von einer Außenseite des Substrats verschließt.
Das erste Substrat ist bevorzugt ein Trägersubstrat und das zweite Substrat ist bevorzugt Decksubstrat. Solarmodule und insbesondere Solarmodule mit Dünnschichtsolarzellen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Schichtanordnung in zwei Konfigurationen: In der sogenannten Substratkonfiguration wird die Rückelektrodenschicht und die photovoltaisch aktive Halbleiterschicht direkt auf ein Trägersubstrat abgeschieden. Das Trägersubstrat befindet sich auf der dem Lichteinfall abgewandten Seite des Solarmoduls. In der sogenannten Superstratkonfiguration wird die Frontelektrodenschicht direkt auf einem Decksubstrat abgeschieden. Das Decksubstrat befindet sich auf der dem Lichteinfall zugewandten Seite des Solarmoduls.
Das erfindungsgemäße Solarmodul umfasst bevorzugt ein Solarmodul in Substratkonfiguration. Das Trägersubstrat weist auf der Vorderseite eine Rückelektrodenschicht auf und die Rückelektrodenschicht ist mit einer photovoltaisch aktiven Halbleiterschicht teilweise elektrisch leitend verbunden.
Die photovoltaisch aktive Halbleiterschicht im Sinne der Erfindung umfasst mindestens eine p-leitende Halbleiterschicht. Des Weiteren ist eine n-leitende Frontelektrodenschicht auf der Halbleiterschicht angeordnet. Die Frontelektrodenschicht ist für Strahlung im für die Halbleiterschicht empfindlichen Spektralbereich transparent.
Die Vorderseite des Trägersubstrats ist mit mindestens einer Zwischenschicht mit der Rückseite des Decksubstrats verbunden. Da in Substratkonfiguration die Vorderseite des Trägersubstrats großflächig die Rückelektrodenschicht und die Halbleiterschicht aufweist, erfolgt die Verbindung zwischen Trägersubstrat und Zwischenschicht großflächig über diese Schichten.
Eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls erfolgt in Superstratkonfiguration. Dabei ist ein Decksubstrat auf seiner Rückseite über eine Frontelektrodenschicht mit einer photovoltaisch aktiven Halbleiterschicht verbunden. Da die Rückseite des Decksubstrats großflächig die photovoltaisch aktive Halbleiterschicht und die Rückelektrodenschicht aufweist, erfolgt die Verbindung zwischen Decksubstrat und Zwischenschicht großflächig über diese Schichten.
Ein erfindungsgemäßes Solarmodul enthält mindestens zwei Sammelleiter, die mit der Rückelektrodenschicht und/oder der Frontelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden sind. Die Sammelleiter werden durch zwei Kontaktelemente kontaktiert, wobei die Kontaktelemente in einem oder zwei Kontaktlöchern angeordnet sind. Die Kontaktlöcher befinden sich im Decksubstrat und/oder im Trägersubstrat. Die Kontaktlöcher werden durch Anschlussgehäuse verschlossen, in deren Innern die Kontaktelemente mit äußeren Zuleitungen verbunden sind. Die Anschlussgehäuse werden auf der Vorderseite des Decksubstrats oder der Rückseite des Trägersubstrats angeordnet. Vorderseite im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet die dem Lichteinfall zugewandte Seite eines Substrats, Rückseite dementsprechend, die dem Lichteinfall abgewandte Seite eines Substrats.
Über jedem Kontaktloch ist ein erfindungsgemäßes Abdichtelement angeordnet. Das Abdichtelement ist zwischen Sammelleiter und dem Substrat, welches das Kontaktloch aufweist, angeordnet. Das Abdichtelement weist eine Öffnung auf, die über dem Kontaktloch angeordnet ist. Dies bedeutet, die Öffnung des Abdichtelements ist in einer Flucht mit dem Kontaktloch angeordnet. Das Abdichtelement ist vorteilhafterweise unmittelbar auf dem Substrat, welches das Kontaktloch aufweist, beziehungsweise unmittelbar auf einer Rückelektrodenschicht, die sich auf diesem Substrat befindet, angeordnet. Auf diese Weise wird eine rundum abschließende Abdichtung des Kontaktlochs erzielt.
Das erfindungsgemäße Abdichtelement enthält vorteilhafterweise elastische, feuchtigkeitsabdichtende Polymere, bevorzugt Elastomere und insbesondere Polyisobutylen, Polyisobutylenisopren, Polysulfid, Polyurethan, Silikon oder Kombinationen davon. Das Abdichtelement hat die Aufgabe das Eindringen von Wasser und Feuchtigkeit in das Innere des Solarmoduls zu verhindern. Wasser und Feuchtigkeit führen zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads des Solarmoduls, was durch ein erfindungsgemäßes Abdichtelement zuverlässig vermindert wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist das Trägersubstrat ein Kontaktloch auf und bevorzugt zwei Kontaktlöcher auf. Die Anschlussgehäuse sind demnach auf der Rückseite des Trägersubstrats angeordnet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass keine Abschattung der photoaktiven Fläche durch die Anschlussgehäuse erfolgt. Das Abdichtelement ist dabei zwischen Trägersubstrat und Sammelleiter angeordnet. Das Abdichtelement ist derart ausgestaltet, dass es das Kontaktloch rundherum umfasst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung hat ein erfindungsgemäßes Kontaktloch einen Durchmesser von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 2 mm bis 10 mm und besonders bevorzugt von 4 mm bis 5 mm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung hat das Abdichtelement eine Öffnung mit einem Durchmesser a von 0,5 mm bis 20 mm. In einer bevorzugten Ausgestaltung hat das Abdichtelement eine Öffnung mit einem Durchmesser a der kleiner ist, als der Durchmesser des Kontaktloch. Der Durchmesser a ist bevorzugt um 0,1 mm bis 3 mm kleiner als der Durchmesser c. Dies hat den besondern Vorteil, dass das elastische Material des Abdichtelements in den Bereich des Kontaktlochs eindringt und den Randbereich des Kontaktlochs an der Eintrittsstelle besonders zuverlässig abdichtet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat das Abdichtelement einen Durchmesser c, der größer ist als die Breite d des Sammelleiters. Der Durchmesser c ist bevorzugt 0,2 mm bis 3 mm großer als die Breite d. Durch den Überlapp des Abdichtelements über den Sammelleiter erfolgt eine besonders zuverlässige Abdichtung. Das elastische Material des Abdichtelements gleicht dabei die Unebenheiten zwischen Sammelleiter und Rückelektrode oder Frontelektrode aus und dichtet das Innere des Solarmoduls zuverlässig ab.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Abdichtelement als Dichtplatte mit mindestens einer Öffnung ausgestaltet. Die Dichtplatte ist dabei parallel zu den Substraten angeordnet, wobei die Öffnung in einer Flucht mit dem Kontaktloch angeordnet ist. Die Dichtplatte kann dabei jede beliebige Form aufweisen und ist bevorzugt quadratisch, rechteckig, fünfeckig, sechseckig oder vieleckig. Die Dichtplatte ist derart ausgestaltet, dass sie das Kontaktloch rundherum umfasst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Abdichtelement eine ringförmige Dichtscheibe. Die Öffnung ist dabei im Zentrum der Dichtscheibe und in einer Flucht mit dem Kontaktloch angeordnet. Durch die symmetrische Ausgestaltung des Abdichtelements erfolgt eine besonders gleichmäßige und zuverlässige Abdichtung. Des Weiteren lassen sich ringförmige Dichtscheiben, beispielsweise als einfache Stanzteile, kostengünstig herstellen und einfach automatisiert verarbeiten.
Die Dicke des Abdichtelements hängt von der jeweiligen Solarzelle ab. In der Substratkonfiguration hat das Abdichtelement vorteilhafterweise eine Dicke h von 0,03 mm bis 0,5 mm. Die Dicke des Abdichtelements entspricht bevorzugt etwa der Dicke des Sammelleiters, besonders bevorzugt der Dicke des Sammelleiters zuzüglich von etwa 10 μιη bis 100 μιη. In der Superstratkonfiguration beträgt die Dicke des Abdichtelements vorteilhafterweise etwa der Dicke der Zwischenschicht.
Decksubstrat und Trägersubstrat sind vorzugsweise aus vorgespannten, teilvorgespannten oder nichtvorgespannten Glas, insbesondere Floatglas gefertigt. Das Decksubstrat enthält insbesondere gehärtetes oder nichtgehärtetes eisenarmes Natron-Kalk-Glas mit einer hohen Durchlässigkeit für Sonnenlicht. Decksubstrat und Trägersubstrat weisen bevorzugt Dicken von 1 ,5 mm bis 10 mm auf. Das Trägersubstrat kann vorteilhafterweise auch als Folie ausgestaltet sein. Die Zwischenschichten enthalten vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe, wie Polyvinylbutyral (PVB) oder Ethylenvinylacetat (EVA) oder mehrere Schichten davon, bevorzugt mit Dicken von 0,3 mm bis 0,9 mm. Trägersubstrat und Decksubstrat werden über eine oder mehrere Zwischenschichten bei Hitze und Druck oder unter Vakuum fest miteinander verbunden. Das Decksubstrat kann auf seiner dem Licht zugewandten Seite eine spezielle Beschichtung oder Textur auf weisen, die die Reflexion von Licht oder die Anhaftung von Schmutz reduziert.
Der Sammelleiter ist vorteilhafterweise ein metallische Band und bevorzugt ein Aluminiumband. Der Sammelleiter hat beispielsweise eine Dicke von 0,03 mm bis 0,3 mm und eine Breite von 2 mm bis 16 mm. Aluminium hat sich für solche Sammelleiter besonders bewährt, da es eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine gute Verarbeitbarkeit zu Folien besitzt. Gleichzeitig sind die Materialkosten niedrig. Es können auch andere elektrisch leitende Materialien verwendet werden, die sich zu Folien verarbeiten lassen. Beispiele hierfür sind Kupfer, verzinntes Kupfer, Gold, Silber oder Zinn und Legierungen davon.
Der Sammelleiter ist mit der Rück- und/oder Frontelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Ultraschallverschweisen oder Ultraschallbonden, Thermokompressionsbonden, Schweißen, Punktschweisen, Löten, Klemmen oder Kleben mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers.
Sammelleiter, die sich zur Kontaktierung von Rück- und/oder Frontelektrodenschichten in Solarmodulen eignen, weisen lediglich eine Gesamtdicke von maximal 0,5 mm auf. Derart dünne Sammelleiter können ohne Schwierigkeiten zwischen Trägersubstrat und Decksubstrat in die Zwischenschicht eingebettet werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem mindestens ein ein- oder mehrteiliges Anschlussgehäuse mit mindestens einer elektrischen Zuleitung und einem Kontaktelement zur Ausbildung einer elektrischen Leitungsverbindung mit dem Sammelleiter.
Das Anschlussgehäuse wird vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt. Für eine industrielle Fertigung des Anschlussgehäuses bieten sich thermoplastische Kunststoffe und Elastomere an, die im Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Als thermoplastische Kunststoffe und Elastomere werden beispielsweise Polyamid, Polyoxymethylen, Polybutylenterephthalat oder Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk verwendet. Alternativ können auch Vergusswerkstoffe wie Acrylat- oder Epoxidharzsysteme zur Herstellung des Anschlussgehäuses verwendet werden. Das Anschlussgehäuse kann aus Metall oder einem anderen elektrisch leitenden Werkstoff mit elektrisch isolierenden Einsätzen hergestellt werden.
Als Kontaktelemente werden bevorzugt Kontaktstifte oder Federkontaktelemente aus Metall verwendet. Für den bevorzugten Einsatzzweck in einem Solarmodul genügt eine lötfreie, klemmende Verbindung, da die Kontaktstelle beim Einsatz in Gebäuden in der Regel keinen Vibrationen ausgesetzt ist. Bei Bedarf kann die elektrische Leitungsverbindung zwischen Kontaktelementen auch geschweißt, gebondet, gelötet, geklebt oder zusätzlich gesichert werden.
Das Anschlussgehäuse kann als Basis für einen Anschlussstecker oder eine Anschlussleitung dienen. Außerdem kann es weitere Funktionselemente wie Dioden oder eine Steuerungselektrik aufnehmen.
Das Anschlussgehäuse wird auf der Rückseite des Trägersubstrats oder der Vorderseite des Decksubstrats vorzugsweise durch Kleben befestigt und abgedichtet. Das Kleben erfolgt vorzugsweise mittels eines Klebestrangs oder Klebebandes mit einem Kleber auf Acryl-, Polyurethan- oder Polyisobutylenbasis.
Das Kontaktloch und damit die Kontaktierungsstelle des Sammelleiters befinden sich bevorzugt in der Mitte der Erstreckungsrichtung des Sammelleiters. Da der Sammelleiter selbst einen ohmschen Widerstand aufweist, findet bei einem Stromfluss durch den Sammelleiter ein Spannungsabfall statt. Bei einer elektrischen Kontaktierung in der Mitte der Erstreckungsrichtung des Sammelleiters wird eine homogenere Verteilung des Stromflusses durch das Solarmodul und den Sammelleiter erzielt als bei einer elektrischen Kontaktierung an einem Ende des Sammelleiters. Außerdem ist die maximale Stromdichte im Sammelleiter im Bereich des Stromabgriffs geringer als im Falle einer Kontaktierung an einem Ende. Dies erlaubt die Verwendung von Sammelleitern mit einer geringeren Querschnittsfläche, beispielsweise mit einer geringeren Breite. Durch den Einsatz von schmäleren Sammelleitern kann die photovoltaisch aktive Fläche des Solarmoduls vergrößert und die flächenabhängige Leistung erhöht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die Rückelektrodenschicht ein Metall, bevorzugt Molybdän, Titan- oder Tantalnitride. Die Rückelektrodenschicht kann einen Schichtstapel unterschiedlicher Einzelschichten umfassen. Vorzugsweise enthält der Schichtstapel eine Diffusionsbarriere aus Siliziumnitrid um eine Diffusion von beispielsweise Natrium aus dem Trägersubstrat in die photovoltaisch aktive Absorberschicht zu verhindern. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die Frontelektrodenschicht einen n-leitenden Halbleiter, bevorzugt Aluminium-dotiertes Zinkoxid oder Indium-Zinnoxid.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die p- leitende Halbleiterschicht der photovoltaisch aktiven Absorberschicht amorphes, mikromorphes oder polykristallines Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs) oder Kupfer-lndium(Gallium)-Schwefel/Selen (CI(G)S).
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls ist der Spalt zwischen Trägersubstrat und Decksubstrat durch eine Randversiegelung abgedichtet, bevorzugt einem Kleber auf Acryl-, Polyurethan- oder Polyisobutylenbasis. Die Randversiegelung verhindert als zusätzliche Maßnahme zum erfindungsgemäßen Abdichtelement das Eindringen von Luft, Wasser oder Feuchtigkeit und schützt die empfindlichen Halbleiter- und Metallschichten vor Degradation und Korrosion.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls ist das Innere des Anschlussgehäuses durch ein Dichtmittel abgedichtet, bevorzugt einen Kleber auf Acryl-, Polyurethan- oder Polyisobutylen- oder Silikonbasis. Das Dichtmittel verhindert als zusätzliche Maßnahme zum erfindungsgemäßen Abdichtelement das Eindringen von Luft, Wasser oder Feuchtigkeit in das Innere des Anschlussgehäuses und schützt insbesondere die elektrische Leitungsverbindung zwischen Sammelleiter und Kontaktelement vor Degradation und Korrosion.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weisen die elektrischen Leitungsverbindungen zwischen Sammelleiter und Rück- und/oder Frontelektrodenschicht und/oder zwischen Sammelleiter und Kontaktelement Löt-, Schweiß-, Bond- oder Klemmverbindungen auf. Die elektrischen Leitungsverbindungen können auch Klebeverbindungen mit einem elektrisch leitfähigen Kleber aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist das Solarmodul zwei Sammelleiter auf, die über zwei Kontaktelementen in zwei Anschlussgehäuse durch zwei Kontaktlöcher elektrisch kontaktiert werden. Ein Sammelleiter ist vorzugsweise mit dem positiven Spannungsanschluss des Solarmoduls und der zweite Sammelleiter mit dem negativen Spannungsanschluss des Solarmoduls verbunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls sind mindestens zwei Sammelleiter auf der Rückseite des Trägersubstrats oder der Vorderseite des Decksubstrats in einem gemeinsamen Anschlussgehäuse mit mindestens zwei Kontaktelementen elektrisch leitend verbunden. Beide Kontaktelemente können beispielsweise über ein zweipoliges Kabel oder einen zweipoligen Stecker mit einer weiteren elektrischen Schaltung verbunden sein. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da die Substrate mit nur einem Kontaktloch durchbrochen werden müssen. Substrate mit nur einem Kontaktloch sind einfacher und kostengünstiger herzustellen als Substrate mit zwei Kontaktlöchern, da die Gefahr von Abplatzern und Ausbrüchen während des Bohrens der Kontaktlöcher reduziert wird.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls mit Abdichtelement, wobei mindestens:
a) ein erstes Substrat mit seriell verschalteten Solarzellen und mindestens zwei Kontaktlöchern bereitgestellt wird,
b) ein Abdichtelement mit einer Öffnung im Bereich jedes Kontaktlochs (14) angeordnet wird,
c) ein Sammelleiter über dem Kontaktloch angeordnet wird,
d) der Sammelleiter mit der Rückelektrode elektrisch leitend verbunden wird, wobei die Verbindung vom Bereich des Kontaktlochs ausgehend erfolgt,
e) das erste Substrat über eine Zwischenschicht mit einem zweiten
Substrat laminiert wird.
Das erste Substrat ist bevorzugt ein Trägersubstrat und das zweite Substrat ist bevorzugt Decksubstrat.
Die Erfindung umfasst außerdem ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls, wobei mindestens:
a) ein zweites Substrat mit seriell verschalteten Solarzellen bereitgestellt wird, b) zwei Sammelleiter auf dem zweiten Substrat angeordnet und mit der Frontelektrodenschicht und/oder der Rückelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden werden,
c) ein erstes Substrat mit zwei Kontaktlöchern und darauf angeordneter Zwischenschicht bereitgestellt wird, wobei in der Zwischenschicht im Bereich des Kontaktlochs eine Aussparung angeordnet wird, d) ein Abdichtelement mit einer Öffnung im Bereich des Kontaktlochs und in der Aussparung der Zwischenschicht angeordnet wird, e) erstes Substrat und zweites Substrat über die Zwischenschicht
miteinander laminiert werden, wobei die Kontaktlöcher unterhalb der Sammelleiter angeordnet werden.
Das erste Substrat ist bevorzugt ein Trägersubstrat und das zweite Substrat ist bevorzugt Decksubstrat.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Sammelleiter mit der Frontelektrodenschicht und/oder der Rückelektrodenschicht durch Ultraschallverschweisen elektrisch leitend verbunden.
Zur Verbindung von Decksubstrat und Trägersubstrat mit einer Zwischenschicht können die dem Fachmann geläufigen Verfahren mit und ohne vorhergehende Herstellung eines Vorverbundes eingesetzt werden. Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130°C bis 145°C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 130°C bis 145°C.
Vorzugsweise können Decksubstrat und Trägersubstrat mit einer Zwischenschicht in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einem erfindungsgemäßen Solarmodul verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundverglasungen bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 bis 150°C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt. Alternativ werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solarmodule Vakuumlaminatoren eingesetzt. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen Decksubstrat und Trägersubstrat innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80°C bis 170°C laminiert werden.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung des Abdichtelements zur Abdichtung der elektrischen Kontaktierungstelle eines Solarmoduls, insbesondere eines Dünnschichtsolarmoduls.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Insbesondere die Schichtdicken des Sammelleiters und der Elektrodenschichten sind hier zur Veranschaulichung deutlich vergrößert dargestellt. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Figur 1 eine Querschnittszeichnung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls,
Figur 2A eine Querschnittszeichnung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls aus Figur
1A entlang der Schnittlinie A-A',
Figur 2B eine schematisch Darstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls im Bereich des Anschlussgehäuses mit Abdichtelement in einer Ansicht auf die Rückseite des Trägersubstrats,
Figur 3 eine schematisch Darstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls in einer Ansicht auf die Rückseite des Trägersubstrats,
Figur 4 eine Querschnittszeichnung einer alternativen Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Solarmoduls,
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte anhand eines Flussdiagramms und
Figur 6 ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte anhand eines Flussdiagramms. In den folgenden Figuren ist ohne Einschränkung der Erfindung eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 20 mit Abdichtelement 17 am Beispiel eines Dünnschichtsolarmoduls dargestellt.
Figur 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls 20 mit zwei serienverschalteten zwei Solarzellen 20.1 und 20.2 in Substratkonfiguration. Das Dünnschichtsolarmodul 20 umfasst ein elektrisch isolierendes Trägersubstrat 1 mit einem darauf aufgebrachten Schichtenaufbau zur Ausbildung einer photovoltaisch aktiven Absorberschicht. Der Schichtenaufbau ist auf der lichteintrittseitigen Vorderseite III des Trägersubstrats 1 angeordnet. Das Trägersubstrat 1 besteht hier beispielsweise aus Glas mit einer relativ geringen Lichtdurchlässigkeit, wobei gleichermaßen andere isolierende Materialien mit genügender Festigkeit, sowie inertem Verhalten gegenüber den durchgeführten Prozessschritten eingesetzt werden können.
Der Schichtenaufbau umfasst eine auf der Vorderseite III des Trägersubstrats 1 angeordnete Rückelektrodenschicht 3. Die Rückelektrodenschicht 3 enthält beispielsweise eine Schicht aus einem lichtundurchlässigen Metall wie Molybdän und wird beispielsweise durch Kathodenzerstäuben auf das Trägersubstrat 1 aufgebracht. Die Rückelektrodenschicht 3 hat beispielsweise eine Schichtdicke von etwa 1 μιη. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Rückelektrodenschicht 3 einen Schichtstapel unterschiedlicher Einzelschichten. Vorzugsweise enthält der Schichtstapel eine Diffusionsbarriere um eine Diffusion von beispielsweise Natrium aus dem Trägersubstrat 1 in die Halbleiterschicht 4 zu verhindern.
Auf der Rückelektrodenschicht 3 ist eine photovoltaisch aktive Absorberschicht in Form einer Halbleiterschicht 4 abgeschieden, deren Bandabstand vorzugsweise in der Lage ist, einen möglichst großen Anteil des Sonnenlichts zu absorbieren. Die Halbleiterschicht 4 enthält eine p-dotierte Halbleiterschicht, beispielsweise einen p- leitenden Chalkopyrithalbleiter, wie eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium-Di- selenid (CulnSe2), insbesondere Natrium (Na)-dotiertes Cu(lnGa)(SSe)2. Die Halbleiterschicht 4 hat beispielsweise eine Schichtdicke von 500 nm bis 5 μιη und insbesondere von etwa 2 μιη. Auf der Halbleiterschicht 4 ist eine hier nicht dargestellte Pufferschicht abgeschieden, die beispielsweise eine Einzellage Cadmiumsulfid (CdS) und eine Einzellage intrinsisches Zinkoxid (i-ZnO) enthält. Auf die Halbleiterschicht 4 ist eine Frontelektrodenschicht 6 aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen. Die Frontelektrodenschicht 6 ist für Strahlung im für die Halbleiterschicht 4 empfindlichen Spektralbereich transparent ("Fensterschicht"), um eine nur geringe Schwächung des einstrahlenden Sonnenlichts zu gewährleisten. Die Frontelektrodenschicht 6 kann verallgemeinernd als TCO-Schicht (TCO = Transparent Conductive Electrode) bezeichnet werden und basiert auf einem dotierten Metalloxid, beispielsweise n- leitenden, Aluminium-dotierten Zinkoxid (AZO). Durch die Frontelektrodenschicht 6, die Pufferschicht und die p-dotierte Halbleiterschicht wird ein pn-Heteroübergang gebildet, das heißt eine Abfolge von unterschiedlichen Schichten vom entgegengesetzten Leitungstyp. Die Schichtdicke der Frontelektrodenschicht 6 beträgt beispielsweise 300 nm.
Das Schichtsystem ist mit an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls in einzelne photovoltaisch aktive Bereiche, sogenannte Solarzellen 20.1 und 20.2 unterteilt. Die Unterteilung erfolgt durch Einschnitte unter Einsatz einer geeigneten Strukturierungstechnologie wie Laserschreiben und mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Abheben oder Ritzen. Die einzelnen Solarzellen 20.1 und 20.2 sind über einen Bereich der Rückelektrodenschicht 3 seriell miteinander verschaltet.
Ein erfindungsgemäßes Dünnschichtsolarmodul 20 weist beispielsweise 100 seriell verschaltete Solarzellen und eine Leerlaufspannung von 56 Volt auf. Im hier dargestellten Beispiel werden sowohl der resultierende positive (+) als auch der resultierende negative (-) Spannungsanschluss des Dünnschichtsolarmoduls 20 über die Rückelektrodenschicht 3 geführt und dort elektrisch kontaktiert.
Zum Schutz vor Umwelteinflüssen ist auf der Frontelektrodenschicht 6 eine Zwischenschicht 5 aufgebracht, die beispielsweise Polyvinylbutyral (PVB) oder Ethylenvinylacetat (EVA) enthält. Die Dicke der Zwischenschicht 5 beträgt beispielsweise 0,76 mm. Zusätzlich ist der Schichtenaufbau aus Trägersubstrat 1 , Rückelektrodenschicht 3 und Halbleiterschicht 4 über die Zwischenschicht 5 mit einem Decksubstrat 2 versiegelt. Das Decksubstrat 2 ist für Sonnenlicht transparent und enthält beispielsweise gehärtetes, extraweißes Glas mit geringem Eisengehalt. Das Decksubstrat 2 weist beispielsweise eine Fläche von 1 ,6 m x 0,7 m auf. Das gesamte Dünnschichtsolarmodul 20 ist für die Montage am Verwendungsort in einem Aluminium-Hohlkammerrahmen befestigt, der hier nicht dargestellt ist.
Aufgrund der geringen Stromtragefähigkeit der Rückelektrodenschicht 3 wird der photovoltaisch erzeugte Strom in sogenannten Sammelleitern 1 1 gesammelt. Die Sammelleiter enthalten beispielsweise ein Aluminiumband mit einer Dicke von 200 μιη und einer Breite d von 6 mm. Die Sammelleiter 1 1 sind in diskreten Flächenbereichen mit der Rückelektrode 3 elektrisch leiten verbunden.
Das Trägersubstrat 1 weist unterhalb des Sammelleiters 1 1 ein Kontaktloch 14 auf. In das Kontaktloch 14 ist ein Anschlusselement 9 eingeführt, das den Sammelleiter 1 1 elektrisch leitend kontaktiert. Das Kontaktloch 14 ist nach außen durch ein Anschlussgehäuse 8 abgedeckt, das beispielsweise durch Kleben mit der Rückseite IV des Substrats verbunden ist.
Ein erfindungsgemäßes Abdichtelement 17 ist zwischen Sammelleiter 1 1 und Trägersubstrat 1 angeordnet. Das erfindungsgemäße Abdichtelement 17 dichtet das inneren des Solarmoduls 20 gegen Feuchtigkeit ab, die durch das Kontaktloch 14 eindringen könnte. Das Abdichtelement 17 enthält ein weiches und flexibles Polymer, das geeignet ist den Bereich zwischen Sammelleiter 1 1 und Trägersubstrat 1 abzudichten. Das Abdichtelement 17 enthält beispielsweise einen Butyl-Kautschuk wie Polyisobutylenisopren. Das Abdichtelement 17 ist derart ausgestaltet, dass es in den Randbereich des Kontaktlochs 14 eindringt und die Innenkante 16 der Rückelektrodenschicht 3 überdeckt und abdichtet. Auf diese Weise kann kein Wasser und keine Feuchtigkeit die über das Kontaktloch 14 von Außen in das Modul eindringt zur Rückelektrodenschicht 3 und zur Halbleiterschicht 4 im Inneren des Solarmoduls 20 gelangen. Das Abdichtelement 17 weist eine Öffnung 18 auf. Innerhalb des Kontaktlochs 14 ist ein Kontaktelement 9 angeordnet und durch ein Anschlussgehäuse 8 fixiert. Das Kontaktelement 9 reicht durch die Öffnung 18 des Abdichtelements 17 und weist eine elektrische Leitungsverbindung 10 zum Sammelleiter 1 1 auf.
Bei einem Solarmodul 20 ohne Abdichtelement 17 nach dem Stand der Technik würde die eindringende Feuchtigkeit zu einer Korrosion der Rückelektrodenschicht 3 führen. Die Korrosion würde im Bereich des Kontaktlochs 14 beginnen und sich in das Innere des Solarmoduls 20 ausbreiten. Eine solche Korrosion verschlechtert den Wirkungsgrad eines Solarmoduls 20 im Laufe der Zeit. Das Polymermaterial der Zwischenschicht 5 ist nicht geeignet, den Feuchtigkeitseintritt zu unterbinden, da es hygroskopisch ist und Wasser und Feuchtigkeit bindet. Das erfindungsgemäße Abdichtelement 17 verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit, so dass eine feuchtigkeitsbedingte Verschlechterung des Wirkungsgrads des Solarmoduls 20 verringert wird.
Figur 2A zeigt eine Querschnittszeichnung des erfindungsgemäßen Solarmoduls 20 entlang der Schnittlinie A-A' aus Figur 1. Figur 2B zeigt eine schematisch Darstellung eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls 20 im Bereich des Anschlussgehäuses mit Abdichtelement in einer Draufsicht auf die Rückseite IV des Trägersubstrats 1.
Das Abdichtelement 17 enthält vorteilhafterweise eine ringförmige Dichtscheibe 19 mit einer Dicke von etwa der Dicke des Sammelleiters, bevorzugt von der Dicke des Sammelleiters 1 1 zuzüglich von etwa 10 μιη bis 100 μιη. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Durchmesser a der Öffnung 18 kleiner als der Durchmesser c des Kontaktlochs 14. Das Kontaktloch hat beispielsweise einen Durchmesser c von 5 mm. Die Öffnung 18 hat einen Durchmesser a von beispielsweise 4 mm. Dies hat den besonderen Vorteil, dass das weiche Material des Abdichtelements 17 in das Kontaktloch 14 hineinreicht und die Innenkante 16 der Rückelektrodenschicht 3 abdichten kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Außendurchmesser b des Abdichtelements 17 größer als die Breite d des Sammelleiters 1 1 , so dass die Dichtscheibe über die seitlichen Ränder des Sammelleiters 1 1 hinausragt und abdichtet. Der Außendurchmesser b beträgt beispielsweise 7 mm.
Der Sammelleiter 1 1 ist in mehreren Flächenbereichen 12.1 ,12.1 ', 12.2, 12.2' mit der Rückelektrodenschicht 3 elektrisch leitend verbunden. Der Sammelleiter 1 1 ist bevorzugt in 20 bis 100 und beispielsweise 40 Flächenbereichen mit der Rückelektrodenschicht 3 verbunden. Die elektrische Leitungsverbindung erfolgt beispielsweise durch Ultraschallverschweisen. In Figur 3 ist ein Dünnschichtsolarmodul 20 in einer Ansicht auf die Rückseite IV des Trägersubstrats 1 dargestellt. Das Trägersubstrat 1 weist zwei Kontaktlöcher 14 auf, die oberhalb der Sammelleiter 1 1 angeordnet sind. Die Kontaktlöcher 14 befinden sich beispielsweise in der Mitte der Längskante 25 des Dünnschichtsolarmoduls 20. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Spannungsabfall aufgrund des ohmschen Widerstands durch die Sammelleiter 1 1 reduziert wird, was zu einem höheren Wirkungsgrad des Dünnschichtsolarmoduls führt. Durch die Kontaktlöcher 14 werden die Sammelleitern 1 1 beispielsweise durch zwei hier nicht dargestellte Kontaktelemente 9 elektrisch kontaktiert. Zwischen dem Trägersubstrat 1 und den Sammelleitern 1 1 sind erfindungsgemäße Abdichtelemente 17 angeordnet. Oberhalb der Kontaktlöcher 14 und auf der Rückseite IV des Trägersubstrats 1 sind Anschlussgehäuse 8 angeordnet.
Figur 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls 20' mit zwei serienverschalteten zwei Solarzellen 20.1' und 20.2' in Substratkonfiguration. Die Frontelektrode 6 ist auf der Rückseite II des Decksubstrats 2 angeordnet. Die Halbleiterschicht 4 und die Rückelektrode 3 sind auf der Frontelektrode 6 angeordnet und serienverschaltet. Das Decksubstrat 2 ist über eine Zwischenschicht 5 mit dem Trägersubstrat 1 verbunden. Die Materialien und Abmessungen entsprechen beispielsweise dem Ausführungsbeispiels aus Figur 1.
Der Sammelleiter 1 1 ist mit der Frontelektrode 6 verbunden. Das Kontaktloch 14 ist im Trägersubstrat 1 angeordnet. Das Abdichtelement 17 ist in diesem Ausführungsbeispiel hülsenartig und so dick ausgestaltet, dass es eine Aussparung 15 in der Zwischenschicht 5 füllt. Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass das Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit durch das Kontaktloch 14 in die Zwischenschicht 5 zuverlässig abdichtet wird.
Die Erfindung ist in keinster Weise auf die Kontaktierung der Rückelektrodenschicht 3 beschränkt. In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls 20 werden der resultierende positive und der resultierende negative Spannunganschluss des Dünnschichtsolarmoduls 20 über die Frontelektrodenschicht 6 geführt und dort elektrisch kontaktiert. Alternativ kann ein Spannungsanschluss über die Rückelektrodenschicht 3 und der zweite Spannungsanschluss über die Frontelektrodenschicht 6 erfolgen. Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls 20 mit Substratkonfiguration und Anordnung des Anschlussgehäuses 8 auf der Rückseite IV des Trägersubstrats 1. Im ersten Schritt wird ein Trägersubstrat 1 mit einem Aufbau aus seriell verschalteten Dünnschichtsolarzellen 20.1 ,20.2, bereitgestellt, wobei das Trägersubstrat 1 mindestens 1 Kontaktloch 14 und bevorzugt zwei Kontaktlöcher 14 aufweist. In einem zweiten Schritt wird ein Abdichtelement 17 im Bereich jedes Kontaktlochs 14 auf der Innenseite III des Trägersubstrats 1 und dort oberhalb der Rückelektrodenschicht 3 angeordnet. Die Anordnung des Abdichtelements 17 kann beispielsweise automatisiert oder manuell erfolgen.
In einem dritten Schritt wird ein Sammelleiter 1 1 entlang der Längskante 25 des Solarmoduls 20 und im Bereich des Kontaktlochs 14 auf die Rückelektrodenschicht 3 aufgebracht. Der Sammelleiter 1 1 verläuft oberhalb des Abdichtelements 17 und fixiert dieses auf der Rückelektrodenschicht 3 und damit auf dem Trägersubstrat 1.
In einem vierten Schritt wird der Sammelleiter 11 mit der Rückelektrode 3 elektrisch leitend verbunden. Die Leitungsverbindung erfolgt bevorzugt in diskreten Flächenbereichen 12.1 ,12.1 ', 12.2, 12.2' ausgehend von Bereichen 12.1 ,12.1 ' die das Kontaktloch 14 auf beiden Seiten begrenzen und dann entlang des Sammelleiters 1 1 nach außen in den Flächenbereichen 12.2, 12.2'. Anschließend erfolgen weitere Verbindungen in hier nicht dargestellten Flächenbereichen entlang des Sammelleiters 11. Die elektrische Leitungsverbindung zwischen Rückelektrode 3 und Sammelleiter 11 erfolgt bevorzugt mittels Ultraschallverschweisen. Der Sammelleiter 1 1 wird während des Verbindens vorteilhafterweise durch außen anliegende Kräfte in seiner Erstreckungsrichtung gespannt. Das Spannen kompensiert eine Ausdehnung des Sammelleiters 1 1 während des Verbindungsvorgangs, wie es beispielsweise beim Ultraschallverschweisen erfolgt. Falls der Platz neben dem Kontaktloch nicht ausreicht um zwei Verbindungswerkzeuge gleichzeitig anzuordnen, so kann auch eine alternative Verbindungsreihenfolge in den Flächenbereichen erfolgen. Die Verbindungsreihe erfolgt beispielsweise bei 12.1 , dann 12.1 ', dann 12.2, dann 12.2', dann 12.3, dann 12.3' und so weiter. Alternativ kann die Verbindungsreihenfolge bei 12.1 , dann bei 12.1 ', dann 12.2', dann 12.2, dann 12.3, dann 12.3' und so weiter, erfolgen. Der Sammelleiter 1 1 wird beispielsweise in 40 Flächenbereichen mit der Rückelektrode 3 verbunden. Ist das Kontaktloch 14 in der Mitte des Sammelleiters 1 1 bezüglich seiner Erstreckungsnchtung angeordnet, so sind jeweils 20 Flächenbereiche auf beiden Seiten des Kontaktloches 14 angeordnet.
Alternativ können kontinuierliche Verbindungsverfahren wie Löten verwendet werden, die den gesamten Sammelleiter 1 1 auf seiner vollen Erstreckungsnchtung oder auf großen Teilbereichen mit der Rückelektrodenschicht 3 verbinden.
Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls 20 mit Superstratkonfiguration und Anordnung des Anschlussgehäuses 8 auf der Rückseite IV des Trägersubstrats 1.
Die Erfindung stellt ein Solarmodul 20, insbesondere Dünnschichtsolarmodul, zur Verfügung, das in der industriellen Serienfertigung eine einfache und kostengünstige Abdichtung des Schichtaufbaus im Inneren eines Solarmoduls ermöglicht. Die Eindiffusion von Wassermolekülen an den Kontaktlöchern 14 kann zuverlässig und sicher verhindert werden.
Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
Es zeigen:
1 Substrat, Trägersubstrat
2 Substrat, Decksubstrat
3 Rückelektrodenschicht
4 Halbleiterschicht
5 Zwischenschicht, thermoplastische Zwischenschicht
6 Frontelektrodenschicht
8 Anschlussgehäuse
9 Kontaktelement, Federkontaktelement, Zuleitung
10 elektrische Leitungsverbindung zwischen 9 und 11
11 Sammelleiter
12.1 , 12'.1 , 12.2, 12'.2 Verbindung zwischen 1 1 und 3
14 Kontaktloch
15 Aussparung der Zwischenschicht 5
16 Innenkante der Rückelektrodenschicht 3
17 Abdichtelement
18 Öffnung in 17
19 ringförmige Dichtscheibe
20 Solarmodul, Dünnschichtsolarmodul
20.1 , 20.2, 20.1 ', 20.2' Solarzelle
25 Längskante des Solarmoduls 20 a Durchmesser der öffnung 18
b Außendurchmesser von 17
c Durchmesser des Kontaktlochs 14
d Breite des Sammelleiters 1 1
I Vorderseite des Decksubstrats 2, Außenseite des
Substrats 2
II Rückseite des Decksubstrats 2
III Vorderseite des Trägersubstrats 1
IV Rückseite des Trägersubstrats 1 , Außenseite des
Substrats 1
A-A' Schnittlinie

Claims

Patentansprüche
1. Solarmodul (20) mindestens umfassend:
• laminierter Verbund aus übereinander angeordneten Substrat (1 ),
Rückelektrodenschicht (3), Halbleiterschicht (4), Frontelektrodenschicht (6) und Substrat (2),
• mindestens zwei Sammelleiter (1 1 ), die mit der Rückelektrodenschicht (3) und/oder der Frontelektrodenschicht (6) elektrisch leitend verbunden sind,
• mindestens ein Kontaktloch (14), das in mindestens einem der Substrate (1 ,2) angeordnet ist,
• zwei Kontaktelemente (9), welche mit den Sammelleitern (1 1 ) elektrisch leitend verbunden und in mindestens einem Kontaktloch (14) angeordnet sind,
• mindestens ein Abdichtelement (17), das zwischen Sammelleiter (1 1 ) und Kontaktloch (14) angeordnet ist und das Abdichtelement (17) eine Öffnung (18) über dem Kontaktloch (14) aufweist, wobei ein Anschlussgehäuse (8) das Kontaktloch (14) von einer Außenseite (I, IV) des Substrats (1 ,2) verschließt.
2. Solarmodul (20) nach Anspruch 1 , wobei die Rückelektrodenschicht (3) auf dem Substrat (1 ) angeordnet ist und das Substrat (1 ) zwei Kontaktlöcher (14) aufweist.
3. Solarmodul (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abdichtelement (17) feuchtigkeitsabdichtende Polymere, bevorzugt Elastomere und insbesondere Polyisobutylen, Polyisobutylenisopren, Polysulfid, Polyurethan, Silikon oder Kombinationen davon enthält.
4. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Abdichtelement (17) eine Dichtplatte und bevorzugt eine ringförmige Dichtscheibe (19) enthält.
5. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Abdichtelement (17) einen Durchmesser (c) größer als die Breite (d) des Sammelleiters (1 1 ) hat.
6. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Öffnung (18) des Abdichtelements (17) einen Durchmesser (a) von 0,5 mm bis 20 mm und bevorzugt einen Durchmesser (a) kleiner eines Durchmessers (c) des
Kontaktlochs (14) aufweist.
7. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens eine Zwischenschicht (5) zwischen Substrat (1 ) und Rückelektrodenschicht (3) oder Substrat (2) und Frontelektrodenschicht (6) angeordnet ist und die Zwischenschicht (5) ein thermoplastisches Material, bevorzugt Polyvinylbutyral oder Ethylenvinylacetat mit einer Dicke von 0,3 mm bis 0,9 mm enthält.
8. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sammelleiter (1 1 ) ein Metall, bevorzugt Aluminium, Silber oder Kupfer enthält.
9. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
Rückelektrodenschicht (3) ein Metall, bevorzugt Molybdän, Titan- oder
Tantalnitridverbindungen und/oder die Frontelektrodenschicht (6) einen n- leitenden Halbleiter, bevorzugt Aluminium-dotiertes Zinkoxid oder Indium- Zinnoxid enthält.
10. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Halbleiterschicht (4) amorphes, mikromorphes oder polykristallines Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs) oder Kupfer-lndium(Gallium)-Schwefel/Selen (CI(G)S) enthält.
1 1. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die elektrischen Leitungsverbindungen zwischen Sammelleiter (11 ) und Rückelektrode (3) und/oder Frontelektrode (6) eine Löt-, Schweiß-, Bond-, Klemm- oder
Klebeverbindungen aufweisen.
12. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (20), wobei mindestens:
a) ein Substrat (1 ) mit seriell verschalteten Solarzellen (20.1 ,20.2) und mindestens zwei Kontaktlöchern (14) bereitgestellt wird, b) ein Abdichtelement (17) mit einer Öffnung (18) im Bereich jedes
Kontaktlochs (14) angeordnet wird, c) ein Sammelleiter (1 1 ) über dem Kontaktloch (14) angeordnet wird, d) der Sammelleiter (1 1 ) mit der ückelektrode (3) elektrisch leitend
verbunden wird, wobei die Verbindung (12.1 , 12.1 ', 12.2, 12.2') vom Bereich des Kontaktlochs (14) ausgehend erfolgt,
e) das Substrat (1 ) über eine Zwischenschicht (5) mit einem Substrat (2) laminiert wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (20'), wobei mindestens:
a) ein Substrat (2) mit seriell verschalteten Solarzellen (20.1 ',20.2')
bereitgestellt wird,
b) zwei Sammelleiter (1 1 ) auf dem Substrat (2) angeordnet und mit der Frontelektrodenschicht (6) und/oder der Rückelektrodenschicht (3) elektrisch leitend verbunden werden,
c) ein Substrat (1 ) mit zwei Kontaktlöchern (14) und darauf angeordneter Zwischenschicht (5) bereitgestellt wird, wobei in der Zwischenschicht (5) im Bereich des Kontaktlochs (14) eine Aussparung (15) angeordnet wird,
d) ein Abdichtelement (17) mit einer Öffnung (18) im Bereich des
Kontaktlochs (14) und in der Aussparung (15) der Zwischenschicht (5) angeordnet wird,
e) Substrat (1 ) und Substrat (2) über die Zwischenschicht (5) miteinander laminiert werden, wobei die Kontaktlöcher (14) unterhalb der Sammelleiter (1 1 ) angeordnet werden.
14. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (20,20') nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Sammelleiter (1 1 ) mit der Frontelektrodenschicht (6) und/oder der Rückelektrodenschicht (2) durch Ultraschallverschweisen elektrisch leitend verbunden wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (20,20') nach einem der
Ansprüche 12 bis 14, wobei der Sammelleiter (1 1 ) durch das Kontaktelement (9) mit dem Anschlussgehäuse (8) über das Kontaktloch (14) elektrisch leitend verbunden wird. Verwendung eines Abdichtelements (17) in einem Solarmodul (20) nach der Ansprüche 1 bis 1 1 , bevorzugt in einem Dünnschichtsolarmodul.
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