EP2929570A1 - Solarmodul mit anschlussdose - Google Patents

Solarmodul mit anschlussdose

Info

Publication number
EP2929570A1
EP2929570A1 EP13799579.1A EP13799579A EP2929570A1 EP 2929570 A1 EP2929570 A1 EP 2929570A1 EP 13799579 A EP13799579 A EP 13799579A EP 2929570 A1 EP2929570 A1 EP 2929570A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
contact hole
photovoltaic module
bus bar
photovoltaic
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Withdrawn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
EP13799579.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Werner Kuster
Mitja Rateiczak
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 EP13799579.1A priority Critical patent/EP2929570A1/de
Publication of EP2929570A1 publication Critical patent/EP2929570A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
    • H01L31/188—Apparatus specially adapted for automatic interconnection of solar cells in a module
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/34—Electrical components comprising specially adapted electrical connection means to be structurally associated with the PV module, e.g. junction boxes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar module with junction box, a method for its production and the use according to the invention.
  • Photovoltaic layer systems for the direct conversion of solar radiation into electrical energy are well known.
  • the materials and the arrangement of the layers are coordinated so that incident radiation from one or more semiconducting layers with the highest possible radiation yield is converted directly into electrical current.
  • Photovoltaic and extensive coating systems are called solar cells.
  • Solar cells contain a semiconductor material, whereby so far the greatest efficiencies of more than 20% could be achieved with high-performance solar cells made of monocrystalline, polycrystalline or microcrystalline silicon or gallium arsenide. So far, most systems are based on crystalline silicon. With regard to the technological handling and the efficiency have thin-film solar cells with a semiconductor layer of amorphous, micromorphous or polycrystalline silicon, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs) or a chalcopyrite compound, in particular copper indium / gallium Dischwefel / diselenide , abbreviated by the formula Cu (ln, Ga) (S, Se) 2 , proved to be advantageous. In particular, copper indium diselenide (CulnSe 2 or CIS) is characterized by a particularly high absorption coefficient due to its adapted to the spectrum of sunlight band gap.
  • CdTe cadmium telluride
  • GaAs gallium arsenide
  • An electrical circuit of several solar cells is referred to as a photovoltaic or solar module.
  • the circuit of solar cells is permanently protected from environmental influences in known weather-resistant structures.
  • two slices of low-iron soda-lime glass and adhesion-promoting polymer films are connected to the solar cells to form a weather-resistant solar module.
  • the solar modules can be connected via junction boxes in a circuit of several solar modules.
  • the circuit of solar modules is connected via known power electronics with the public utility network or a self-sufficient electrical power supply.
  • each thin-film solar module has two voltage connections.
  • two of the back electrode layer-contacting bus bars are provided which are each electrically connected to a led to the module back sheet or ribbon conductors.
  • the two foil conductors are connected to one or more junction boxes, which are provided with a connection cable or a plug connection.
  • junction box is known for example from DE 102005025632 A1.
  • 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 generated DC voltage into an AC voltage suitable for the public power grid.
  • the foil conductors are manually connected to the junction boxes, for which purpose, for example, clamping contacts are provided.
  • a simple and inexpensive automation is not possible, so that the production of photovoltaic modules is associated with relatively high production costs.
  • EP 2 289 658 A1 discloses a method for ultrasonically soldering connection conductors to the connection contacts of a solar cell.
  • EP 2 296 181 A2 discloses a solar module having contact elements mounted in a contact hole and having an opening which is filled with the solder when the contact elements are soldered to the associated electrical conductors of the solar module.
  • enough solder must be applied to the electrical conductors to completely fill the opening and beyond an excess of solder which engage behind the electrical conductors side of the contact elements, so that a stable mechanical connection between the contact elements and the electrical conductors is guaranteed.
  • the object of the present invention is a photovoltaic module with junction box, which allows for improved life and a corrosion-resistant electrical contacting, as well as an economical method for its production, which allows automation of production to provide.
  • the photovoltaic module according to the invention comprises at least:
  • At least one bus bar which electrically conductively connects the photovoltaic layer system to at least one contact element
  • At least one junction box which has the at least one contact hole with
  • Contact element covers and is attached to the front window and / or rear window
  • the contact element is electrically conductively connected to the bus bar via a contact surface
  • the bus bar has a tinning
  • the tinning has the single to double diameter of the contact surface
  • the contact element comprises at least one contact pin, a contact counterpart and a spring
  • the contact pin is located within the contact hole, with its end protruding out of the contact hole and contacting the contact counterpart there.
  • the spring causes a contact pressure of the contact pin to the bus bar and thus improves the contact. This creates a solderless, clamping connection between the contact elements and the bus bars. This is particularly advantageous because, on the one hand, the connection is made reversible and, on the other hand, a considerable simplification of the production process is possible.
  • soldering the contact element with the bus bar as known in the prior art, a sufficiently large amount of solder is used, so that the gap between the parts to be soldered is completely filled with the solder mass. Only then can a sufficient stability of the solder joint be ensured.
  • the formation of a convex solder fillet is a quality criterion since it is thus indirectly ensured that the gap is completely filled with solder paste. Immediate optical control of the solder joint is not possible.
  • the inventive local tinning of the busbar in conjunction with a contact element with spring allows in comparison to a soldered connection a significant material savings, for example, no Lotüberschuss must be used and a thin wetting of the contact surface with tin is sufficient. Furthermore, the production process can be simplified, since the quality of the tinning, in contrast to a solder mass in the gap, can be checked directly by looking into the contact hole. Only then is the contact element with spring inserted into the contact hole.
  • the plug connection between the contact pin and contact counterpart can in principle be configured in any desired way as long as the contacting pin on the contact pin electrical contacting of the two components occurs.
  • a tinning in the area of the contact surface causes a high corrosion resistance of the electrical contact and thus leads to a tremendous improvement in the life of the photovoltaic module. Since the tinning can be limited to the contact surface no complete tinning of the bus bar must be made, whereby production and material costs can be saved.
  • the front pane is the pane of the photovoltaic module facing the light incidence.
  • Rear window is the disc facing away from the light incident.
  • the front window and the rear window each have a front side and a rear side.
  • the front side refers to the side facing the light. With back side the side facing away from light is called.
  • the rear side of the front pane and the front side of the rear pane face each other and are interconnected by an intermediate layer by lamination.
  • the contact surface between contact element and bus bar has a diameter of 1 mm to 20 mm, preferably from 2 mm to 10 mm, particularly preferably from 4 mm to 6 mm.
  • the contact surface lies within the contact hole, wherein the contact hole is arranged above the contact surface of the bus bar. This means that the projection of the contact hole on the bus bar contains the contact surface and it is located on the part of the bus bar, which is accessible through the contact hole.
  • the contact surface of the bus bar with the contact element is preferably located in the middle of the extension direction of the bus bar.
  • a more homogeneous distribution of the current flow and a lower maximum current density in the region of the current pick-off is achieved than with an electrical contact at one end of the bus bar.
  • This allows the use of bus bars with a smaller cross-sectional area, for example, with a smaller width.
  • the photovoltaically active area can be increased and the area-dependent power can be increased.
  • the photovoltaic module has two contact elements, which are each arranged in a contact hole, wherein a contact element contacts a front electrode layer and a contact element contacts a back electrode layer of the photovoltaic module.
  • the junction box is attached via the contact counterpart on the provided with the at least one contact hole front window or rear window.
  • bus bar a bus bar
  • the bus bar is advantageously designed as a band or strip.
  • the bus bar contains at least one metal or metal alloy or consists of a metal or a metal alloy.
  • any electrically conductive material that can be processed into films can be used for the bus bar.
  • Particularly suitable materials for the bus bar are, for example, tungsten, copper, nickel, manganese, aluminum, gold, silver, chromium, iron and / or alloys thereof.
  • the bus bar has, for example, a thickness of 0.01 mm to 0.5 mm and a width of 2 mm to 16 mm.
  • a bus bar is preferably connected to the positive voltage terminal of the photovoltaic module and the second bus bar to the negative voltage terminal of the photovoltaic module.
  • the bus bar is electrically conductively contacted via at least one welding point with the photovoltaic layer system.
  • connection of the electrically conductive contact element with the bus bar can also take place via a bridging element, for example a suitably arranged further strip of an electrically conductive foil, which is in contact with the actual bus bar.
  • the junction box includes a connection cable, via which the photovoltaic layer system is contacted in an electrically conductive manner.
  • the contact element is fixed by a sealing means in the contact hole.
  • the sealing agent preferably comprises polyisobutylene, polybutylene, polyisobutyleneisoprene, polysulfide, polyurethane, silicone and / or copolymers and / or mixtures thereof.
  • the contact elements can be guided in time before or after the introduction of the sealing material through the contact hole or the contact holes.
  • the sealing means is preferably introduced into the contact hole or the contact holes after the lamination composite has been laminated.
  • the connection between the electrically conductive contact elements and the bus bars can be done, for example by welding Shen, bonding, soldering, terminals or by means of an electrically conductive adhesive.
  • the electrically conductive contact elements are arranged after the introduction of the sealing means in the contact hole or the contact holes.
  • the sealing agent is penetrated by contact elements.
  • the bus bars must be arranged within the laminated photovoltaic module so that a contact after lamination and introduction of the sealant is possible.
  • the bus bar is preferably arranged in area over the contact hole directly on the disc having the contact hole arranged.
  • the transition between on the one hand the contact hole and on the other hand, the inside surface and / or the outside surface of the disc, which has the contact hole, provided with a chamfer Beveling reduces the risk of damaging the disc with the via hole in the manufacture of the photovoltaic module, such as cracks.
  • the chamfer has, for example, an angle of 30 ° to 60 °, in particular about 45 ° to the surface of the disc.
  • the depth of the chamfer, measured from the surface of the disc is for example from 0.2 mm to 1 mm. As the diameter of the contact hole in the context of the invention, the diameter in the region not provided with the chamfer applies.
  • the contact hole has a diameter of 1 mm to 20 mm, preferably from 2 mm to 10 mm, particularly preferably from 4 mm to 6 mm.
  • the front pane of the photovoltaic module preferably contains a non-prestressed, partially prestressed or prestressed or a hardened, for example a thermal one or chemically tempered glass.
  • the front pane preferably contains soda-lime glass, low-iron soda-lime glass or borosilicate glass. This is particularly advantageous in terms of the stability of the photovoltaic module, the protection of the photovoltaic layer system from mechanical damage and the transmission of sunlight through the front pane.
  • the rear pane of the photovoltaic module contains, in an advantageous embodiment, a non-prestressed, partially prestressed or prestressed or a hardened, for example a thermally or chemically hardened glass.
  • the rear pane preferably contains soda-lime glass, low-iron soda-lime glass or borosilicate glass.
  • the rear pane can also contain, for example, a plastic, for example polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate and / or mixtures thereof, a glass-fiber-reinforced plastic, a metal or a metal alloy, for example stainless steel.
  • the front pane and the rear pane preferably have a thickness of 1 mm to 10 mm, particularly preferably 2 mm to 5 mm.
  • the area of the front pane and the rear pane can be from 100 cm 2 to 18 m 2 , preferably from 0.5 m 2 to 3 m 2 .
  • the front and rear wheels can be flat or curved.
  • the contact hole can be arranged in the front pane or in the rear pane.
  • the contact hole is arranged in the rear window.
  • the contact element can be elegantly mounted on the side facing away from the light incident side of the photovoltaic module and connected there with the connection cable without the photovoltaically active surface is shaded by elements of the electrical contact.
  • the photovoltaic layer system effects the charge carrier separation required for the conversion of radiant energy into electrical energy.
  • the photovoltaic layer system preferably comprises at least one photovoltaically active absorber layer between a front electrode layer and a back electrode layer.
  • the front electrode layer is arranged on the side facing the incidence of light absorber layer.
  • the back electrode layer is arranged on the side facing away from the light incident side of the absorber layer.
  • the photovoltaically active absorber layer according to the invention is not limited to a specific type.
  • the photovoltaic module is a Thin-film photovoltaic module. These are understood as layer systems with thicknesses of only a few micrometers. In principle, all absorber layers familiar to the person skilled in the art for thin-film photovoltaic modules can be used.
  • the absorber layer may contain, for example, amorphous or micromorphous silicon, semiconducting organic polymers or oligomers, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs) or cadmium selenide (CdSe).
  • the absorber layer contains a p-type chalcopyrite semiconductor such as a compound of the group copper indium sulfur / selenium (CIS), for example copper indium diselenide (CulnSe 2 ), or a compound of the group copper indium gallium Sulfur / selenium (CIGS), for example Cu (InGa) (SSe) 2 . Particular preference is given to using CI (G) S-based photovoltaic modules.
  • the absorber layer preferably has a layer thickness of 500 nm to 5 ⁇ , more preferably from 1 ⁇ to 3 ⁇ .
  • the absorber layer can be doped with metals, preferably sodium.
  • the absorber layer can also contain, for example, monocrystalline or polycrystalline silicon.
  • the back electrode layer may contain, for example, at least one metal, preferably molybdenum, titanium, tungsten, nickel, titanium, chromium and / or tantalum.
  • the back electrode layer preferably has a layer thickness of 300 nm to 600 nm.
  • the back electrode layer may comprise a layer stack of different individual layers.
  • the layer stack contains a diffusion barrier layer of, for example, silicon nitride in order to prevent diffusion of, for example, sodium from the substrate into the photovoltaically active absorber layer.
  • the front electrode layer is transparent in the spectral region in which the absorber layer is sensitive.
  • the front electrode layer may contain, for example, an n-type semiconductor, preferably aluminum-doped zinc oxide or indium-tin oxide.
  • the front electrode layer preferably has a layer thickness of 500 nm to 2 ⁇ m.
  • the electrode layers may also contain silver, gold, copper, nickel, chromium, tungsten, tin oxide, silicon dioxide, silicon nitride and / or combinations and mixtures thereof.
  • the photovoltaic layer system preferably has a peripheral distance to the outer edges of the photovoltaic module of 5 mm to 20 mm, particularly preferably 10 mm to 15 mm in order to be protected against moisture penetration or shading by fasteners on the edge.
  • the photovoltaic layer system may be applied on the inside surface of the rear pane (substrate configuration).
  • the photovoltaic layer system may alternatively be applied to the inside surface of the front pane (superstrate configuration).
  • the photovoltaic layer system may also be incorporated in the thermoplastic layer, for example between a first and a second film of the intermediate layer.
  • the photovoltaic module according to the invention has the substrate configuration.
  • the photovoltaic layer system is divided in an advantageous embodiment of the invention with known methods for producing a thin-film solar module by a suitable structuring and interconnection of back electrode layer, semiconductor layer, and front electrode layer into individual photovoltaically active areas, so-called solar cells.
  • a suitable method is known, for example, from EP 2200097 A1.
  • 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 are connected in series via an area of the back electrode layer in integrated form.
  • the two electrically conductive connection elements are preferably electrically conductively connected only to the back electrode layer.
  • the resulting positive and the resulting negative voltage terminal of the photovoltaic module are then passed over the back electrode layer and contacted there electrically.
  • the two bus bars are preferably each applied to the back electrode layer and electrically conductively connected to the back electrode layer.
  • the positive and negative voltage connections can also be routed via the front electrode layer and contacted there electrically.
  • a voltage connection can also be made via the back electrode layer and the second voltage connection via the front electrode layer.
  • the electrically conductive connecting elements and / or the bus bars and / or bridging elements are preferably conducted before the lamination of the photovoltaic module by feedthroughs of the thermoplastic intermediate layer , so that an electrical contacting of the photovoltaic layer system through the at least one contact hole is possible therethrough.
  • This is the case, for example, with a photovoltaic module in superstrate configuration in which the at least one contact hole is arranged in the rear pane.
  • the contact hole is preferably closed on the outer surface of the disk, which has the contact hole, with a connection housing known per se or a junction box.
  • a connection housing known per se or a junction box.
  • junction boxes are known from DE 10 2005 025 632 A1 and DE 10050614 C1.
  • the contact elements are preferably connected to external connection cables.
  • the front pane is connected to the rear pane via at least one thermoplastic intermediate layer.
  • the connection between the front screen and rear window is made over a large area via the photovoltaic layer system.
  • the intermediate layer preferably contains thermoplastic materials, such as polyvinyl butyral (PVB) and / or ethylene vinyl acetate (EVA) or several layers thereof, preferably with thicknesses of 0.3 mm to 0.9 mm.
  • the intermediate layer can also be polyurethane (PU), polypropylene (PP), polyacrylate, polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polymethylmethacrylate, polyvinyl chloride, polyacetate resin, casting resins, acrylates, fluorinated ethylene-propylenes, polyvinyl fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene, copolymers and / or mixtures thereof.
  • PU polyurethane
  • PP polypropylene
  • PE polyacrylate
  • PE polyethylene
  • PC polycarbonate
  • polymethylmethacrylate polyvinyl chloride
  • polyacetate resin casting resins
  • acrylates fluorinated ethylene-propylenes
  • polyvinyl fluoride polyvinyl fluoride
  • ethylene-tetrafluoroethylene copolymers and / or mixtures thereof.
  • a suitable photovoltaic module can be produced by methods known per se.
  • the photovoltaic layer system can be applied to the front pane or the rear pane, for example, by sputtering, vapor deposition or chemical vapor deposition (CVD).
  • the photovoltaic layer system can also be arranged between a first and a second thermoplastic film.
  • the front pane and / or the rear pane are provided with the contact hole or the contact holes before or after the application of the photovoltaic layer system by drilling.
  • the bore is preferably provided with chamfers in the region of the surface of the disc.
  • bus bars Prior to laminating the photovoltaic module, bus bars are preferably suitably arranged in the composite and connected to the photovoltaic layer system.
  • the photovoltaic layer system and the bus bars are preferably welded together at a plurality of welding points. Thereafter, the local tinning of the bus bars according to the inventive method.
  • the bonding of the front disk to the rear disk via the thermoplastic intermediate layer typically takes place under the action of heat, vacuum and / or pressure, for example by autoclave method, vacuum bag method, vacuum ring method, calender method, vacuum laminator or by combinations thereof.
  • the invention further comprises a method for producing a photovoltaic module with junction box, wherein
  • the collecting conductor is ultrasonically tin-plated
  • a junction box with connection cable is placed on the contact element.
  • the method according to the invention enables targeted local tinning of the bus bars at the contact surfaces, which form these with the contact elements. Thus, can be dispensed with a much more expensive complete tinning of the bus bars. Furthermore, the inventive method allows a simplification of production, since the tinning of the busbar are performed fully automatically can.
  • the ultrasonic soldering iron and the counterholder are guided over a robot arm.
  • the metering of the solder deposit on the soldering tip of the ultrasonic soldering can be done before, during or after the process steps a) and b).
  • the solder deposit is preferably a tin depot.
  • the counter-holder in the region of the bus bar on a thermal insulation. This prevents heating of the counter-holder during the soldering process.
  • the thermal insulation is polymer-containing, more preferably, the thermal insulation is polyethylene, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyesters, polycarbonates, rubber, silicone rubber, polyamide, polyurethane and / or mixtures and / or copolymers thereof.
  • the contact element is arranged after the introduction of the sealing means in the contact hole, wherein the sealing means is penetrated by the contact element.
  • a seal of the contact hole increases in a particularly advantageous manner, the life of the photovoltaic module, since so no moisture can penetrate and corrosion can be avoided.
  • the invention comprises a device for automated ultrasonic tinning of the bus bar of a photovoltaic module according to the invention comprising:
  • the counter-holder and the ultrasonic soldering iron can be moved vertically independently of each other
  • a rear window or front window of a photovoltaic module with photovoltaic Layer system, bus bar and contact hole inserted, with the contact hole is above the soldering tip of the ultrasonic soldering iron.
  • the soldering tip of the ultrasonic soldering iron is in its geometry, especially in its diameter, dimensioned so that it can be passed through the contact hole to contact the bus bar running there.
  • the soldering tip of the ultrasonic soldering iron is flat and can thus firstly receive a solder deposit and, on the other hand, lies flat on the collecting conductor during the soldering process.
  • Figure 1 a shows a cross section through an inventive photovoltaic module with im
  • FIG. 1b shows an enlarged view of the section A from FIG. 1a
  • Figure 2a shows an inventive device for local tinning of
  • FIG. 2b shows a cross-section of the device according to FIG. 2a, wherein the counter-holder is placed on the busbar,
  • Figure 3 shows an embodiment of the method according to the invention with reference to a
  • FIGS 1 a and 1 b show a cross section through an edge region of a photovoltaic module with tinned bus bars in the region of the contact surface.
  • the photovoltaic module comprises a front pane (1), a rear pane (2) and a photovoltaic layer system (3) which is applied to the inside surface of the rear pane (2).
  • the rear pane (2) and the front pane (1) are interconnected over a large area via the photovoltaic layer system (3) by means of a thermoplastic intermediate layer (4).
  • the front screen (1) is transparent to sunlight and consists of tempered, extra-white, low-iron glass.
  • the rear window (2) is made of soda lime glass.
  • the front disk (1) and the rear disk (2) have a thickness of, for example, 1, 6 mm to 2.85 mm.
  • the photovoltaic module has a size of 1587 mm x 664 mm.
  • the intermediate layer (4) contains polyvinyl butyral (PVB) and has a layer thickness of 0.76 mm.
  • the photovoltaic layer system (3) comprises a rear electrode layer (10) arranged on the rear pane (2), which contains molybdenum and has a layer thickness of approximately 300 nm.
  • the photovoltaic layer system (3) further contains a photovoltaically active absorber layer (1 1), which contains sodium-doped Cu (InGa) (SSe) 2 and has a layer thickness of about 2 ⁇ .
  • the photovoltaic layer system (3) further includes a front electrode layer (12) containing aluminum-doped zinc oxide (AZO) and having a layer thickness of about 1 ⁇ .
  • AZO aluminum-doped zinc oxide
  • a buffer layer which contains a single layer of cadmium sulfide (CdS) and a single layer of intrinsic zinc oxide (i-ZnO).
  • the buffer layer effects an electronic adaptation between absorber layer (1 1) and front electrode layer (12).
  • the photovoltaic layer system (3) is subdivided by known methods for producing a thin-film photovoltaic module into individual photovoltaically active regions, so-called solar cells, which are connected in series with each other over a region of the back electrode layer (10).
  • the photovoltaic layer system (3) is mechanically abraded in the edge region of the back plate (2) with a width of 15 mm.
  • the rear pane (2) has, in the edge region not provided with photovoltaic layer system (3), two contact holes (5) which are provided for mounting electrically conductive contact elements (9) in order to electrically contact the photovoltaic layer system (3). In the illustrated area of the photovoltaic module, one of these contact holes (5) can be seen.
  • the contact hole (5) is covered on the inside surface of the back plate (2) by a bus bar (13) which is in electrical contact with the back electrode (10).
  • the bus bar (13) is intended to be contacted with a contact element (9).
  • the bus bar (13) is configured as a strip of aluminum with a thickness of, for example, 0.01 mm to 0.5 mm, a length of, for example, 1567 mm and a width of, for example, 4 mm to 16 mm.
  • the contact hole (5) has a diameter of 4.5 mm.
  • the contact hole (5) is provided on the surfaces of the rear disc (2) with a chamfer at an angle of 45 °.
  • the depth of the chamfer measured from the respective surface of the back plate (2), for example, 0.3 mm to 0.7 mm.
  • the contact element (9) is a spring contact element which, after the introduction of the sealing means (6), is inserted through the contact hole (5) and brought into contact with the bus bar (13).
  • the contact element (9), shown here as a spring contact element consists of a contact pin (9.1), which rests on a contact surface (15) on the bus bar (13). Au ßerraum the contact hole (5) on the outside surface of the rear window (2), a contact counterpart (9.2) is mounted, which together with a spring (9.3) serves as a pressing device.
  • the surface on which the contact element (9) and the bus bar (13) come into direct contact is defined as the contact surface (15).
  • the bus bar (13) has a tinning (16) in the area of the contact surface (15).
  • the tinning (16) has a diameter of 3.5 mm, while the contact surface (15) has a diameter of 3.0 mm.
  • This tinning (16) of the bus bar (13) allows a corrosion-resistant design of the contact surface (15), whereby the life of the photovoltaic module according to the invention is substantially increased.
  • a local limitation of the tinning (16) on the contact surface and its immediate environment makes sense from an economic point of view, as this material and production costs can be saved.
  • the contact hole (5) can be closed later.
  • a known junction box (7) on the rear pane (2) above the contact hole (5) are arranged.
  • the contact element (9) can be connected to an outer connection cable (8).
  • FIG. 2a and 2b show an inventive device for local tinning of the bus bar of a photovoltaic module.
  • the device according to the invention comprises an ultrasonic soldering iron (19), a counter holder (17) arranged opposite the ultrasonic soldering iron (19) and two holders (20) on which the substrate to be processed can be placed.
  • the ultrasonic soldering iron (19) is located between the holders (20), wherein the soldering tip of the ultrasonic soldering iron (19) points in the direction of the counter-holder (17).
  • the projection of the soldering tip on the counter-holder (17) and the adjacent area contain a thermal insulation (18).
  • the thermal insulation (18) is made of silicone rubber.
  • the counter-holder (17) and the ultrasonic soldering iron (19) are independently movable vertically, wherein the busbar to be tinned in the tinning between the counter-holder (17) and ultrasonic soldering iron (19).
  • a back plate (2) with a photovoltaic layer (3), a contact hole (5) and a bus bar (13) is placed on the holders (20), the contact hole (5) being directed in the direction of the ultrasonic soldering iron (19 ) is aligned.
  • the bus bar (13) is connected via a plurality of welding points (14) to the photovoltaic layer system (3).
  • the soldering tip of the ultrasonic soldering iron (19) has a solder deposit (21), which consists of tin.
  • the soldering tip is passed through the contact hole (5) during the tinning process until it contacts the bus bar (13) (not shown). This process can be completely automated, so that a tinning with the device according to the invention causes a significant cost savings.
  • FIG. 3 shows by way of example an embodiment of the method according to the invention for producing a photovoltaic module with a corrosion-resistant contact point.
  • a rear pane (2) with photovoltaic layer system (3) at least one contact hole (5) and at least one bus bar (13) is provided in the region of the contact hole (5).
  • a counter-holder (17) with thermal insulation (18) is placed on the bus bar (13) and from the opposite side, the soldering tip of a Ultraschalllötkolbens (19) with solder deposit (21) through the contact hole (5) to the bus bar (13).
  • the bus bar (13) lying between the counter holder (17) with thermal insulation (18) and the soldering tip of the ultrasonic soldering iron (19) is then tinned on the contact surface (15) in the region of the contact hole (5).
  • the ultrasonic soldering iron (19) and the counter-holder (17) are removed and the rear disk (2) is laminated with a front disk (1).
  • an intermediate layer (4), then a front pane (1) is placed on the rear pane (2) and the arrangement is laminated to form a laminated pane.
  • the contact hole (5) is sealed with a sealing means (6) and in the contact hole (5), a contact element (9) is inserted, which penetrates the sealing means (6) and the bus bar (13) contacted with tinning (16).
  • On the contact element (9) is finally a junction box (7) with connection cable (8) placed.

Abstract

Photovoltaik-Modul mindestens umfassend: - einen laminierten Verbund aus übereinander angeordneter Rückscheibe (2), photovoltaischem Schichtsystem (3) und Vorderscheibe (1), - mindestens ein Kontaktelement (9) in mindestens einem Kontaktloch (5) der Vorderscheibe (1) und/oder der Rückscheibe (2), - mindestens einen Sammelleiter (13), der das photovoltaische Schichtsystem (3) mit mindestens einem Kontaktelement (9) elektrisch leitend verbindet und - mindestens eine Anschlussdose (7), welche das wenigstens eine Kontaktloch (5) mit Kontaktelement (9) abdeckt und an der Vorderscheibe (1) und/oder Rückscheibe (2) befestigt ist, wobei - das Kontaktelement (9) über eine Kontaktfläche (15) elektrisch leitend mit dem Sammelleiter (13) verbunden ist, - der Sammelleiter (13) eine Verzinnung (16) aufweist und - die Verzinnung (16) den einfachen bis doppelten Durchmesser der Kontaktfläche (15) aufweist, - das Kontaktelement (9) mindestens einen Kontaktstift (9.1 ), ein Kontaktgegenstück (9.2) und eine Feder (9.3) umfasst und - eine lötfreie, klemmende Verbindung zwischen dem Kontaktelement (9) und dem Sammelleiter (13) besteht.

Description

Solarmodul mit Anschlussdose
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul mit Anschlussdose, ein Verfahren zu dessen Herstellung und die erfindungsgemäße Verwendung.
Photovoltaische Schichtsysteme zur direkten Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie sind hinreichend bekannt. Die Materialien und die Anordnung der Schichten sind so abgestimmt, dass einfallende Strahlung von einer oder mehreren halbleitenden Schichten mit möglichst hoher Strahlungsausbeute direkt in elektrischen Strom umgewandelt wird. Photovoltaische und flächig ausgedehnte Schichtsysteme werden als Solarzellen bezeichnet.
Solarzellen enthalten ein Halbleitermaterial, wobei bisher die größten Wirkungsgrade von mehr als 20 % mit Hochleistungssolarzellen aus monokristallinem, polykristallinem oder mikrokristallinem Silizium oder Gallium-Arsenid erzielt werden konnten. Bislang basieren die meisten Systeme auf kristallinem Silizium. Hinsichtlich der technologischen Handhabbarkeit und des Wirkungsgrads haben sich Dünnschichtsolarzellen mit einer Halbleiterschicht aus amorphem, mikromorphem oder polykristallinem Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs) oder einer Chalkopyrit-Verbindung, insbesondere Kupfer- Indium/Gallium-Dischwefel/Diselenid, abgekürzt durch die Formel Cu(ln,Ga)(S,Se)2, als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere Kupfer-Indium-Diselenid (CulnSe2 bzw. CIS) zeichnet sich aufgrund seines an das Spektrum des Sonnenlichts angepassten Bandabstands durch einen besonders hohen Absorptionskoeffizienten aus.
Eine elektrische Schaltung von mehreren Solarzellen wird als Photovoltaik- oder Solarmodul bezeichnet. Die Schaltung von Solarzellen wird in bekannten witterungsstabilen Aufbauten dauerhaft vor Umwelteinflüssen geschützt. Üblicherweise sind zwei Scheiben aus eisenarmem Kalk-Natron-Glas und haftvermittelnde Polymerfolien mit den Solarzellen zu einem bewitterungsstabilen Solarmodul verbunden. Die Solarmodule können über Anschlussdosen in eine Schaltung von mehreren Solarmodulen eingebunden sein. Die Schaltung von Solarmodulen ist über bekannte Leistungselektronik mit dem öffentlichen Versorgungsnetz oder einer autarken elektrischen Energieversorgung verbunden.
In der Regel werden zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen mehrere funktionale Schichten direkt auf ein Substrat aufgebracht, das mit einem weiteren Substrat verklebt ist und einen witterungsstabilen Verbund bildet. Der Schichtenaufbau zwischen den beiden Substraten umfasst eine Rückelektrodenschicht und eine photovoltaisch aktive Absorberschicht. Die Absorberschicht verfügt über eine Halbleiterschicht und eine Frontelektrodenschicht. Für einen elektrischen Au ßenanschluss weist jedes Dünnschichtsolarmodul zwei Spannungsanschlüsse auf. Hierfür sind beispielsweise zwei die Rückelektrodenschicht kontaktierende Sammelleiter vorgesehen, die jeweils mit einem zur Modulrückseite geführten Folien- bzw. Flachbandleiter elektrisch leitend verbunden sind. Auf der Modulrückseite sind die beiden Folienleiter an ein oder mehrere Anschlussdosen angeschlossen, die mit einem Anschlusskabel oder einer Steckverbindung versehen sind. Eine solche Anschlussdose ist beispielsweise aus der DE 102005025632 A1 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.
In der industriellen Serienfertigung werden die Folienleiter manuell an die Anschlussdosen angeschlossen, wofür beispielsweise Klemmkontakte vorgesehen sind. Eine einfache und kostengünstige Automatisierung ist nicht möglich, so dass die Herstellung der Photovoltaik- Module mit relativ hohen Fertigungskosten verbunden ist.
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. Um diese Alterung zu hemmen, ist es bekannt, den Randspalt zwischen den beiden laminierten Substraten durch ein als Diffusionsbarriere dienendes Dichtband wasser- und dampfdicht zu versiegeln. Zudem werden die Anschlussdosen beispielsweise mittels eines Heißschmelzklebers am Substrat befestigt, so dass das Innere hermetisch versiegelt ist.
Die internationale Patentanmeldung WO 2009/129405 A2 beschreibt eine Anschlussdose für ein Photovoltaik-Modul, bei der Kontaktflecken durch eine Aussparung einer Bodenplatte mit den Endstücken eines Folienleiters elektrisch verbunden werden können. Die Endstücke des Folienleiters können durch ein Kontaktloch kontaktiert werden, wobei die Bodenplatte der Anschlussbox das Kontaktloch nicht verschließt. Dies ist auch nicht möglich, da die Kontaktflecken ansonsten nicht mehr die Folienleiter kontaktieren können.
EP 2 289 658 A1 offenbart ein Verfahren zum Ultraschallverlöten von Verbindungsleitern mit den Anschlusskontakten einer Solarzelle.
EP 2 296 181 A2 offenbart ein Solarmodul mit in einem Kontaktloch angebrachten Kontaktelementen, die eine Öffnung aufweisen, welche beim Verlöten der Kontaktelemente mit den zugeordneten elektrischen Leitern des Solarmoduls mit dem Lötmittel gefüllt wird. Dabei muss einerseits genügend Lötmittel auf den elektrischen Leitern aufgebracht werden um die Öffnung vollständig zu füllen und darüber hinaus ein Überschuss an Lötmittel die den elektrischen Leitern abgewandte Seite der Kontaktelemente hintergreifen, damit eine stabile mechanische Verbindung zwischen den Kontaktelementen und den elektrischen Leitern gewährleistet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein Photovoltaik-Modul mit Anschlussdose, das eine verbesserte Lebensdauer und eine korrosionsresistente elektrische Kontaktierung ermöglicht, sowie ein wirtschaftliches Verfahren zu dessen Herstellung, das eine Automatisierung der Produktion ermöglicht, bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Photovoltaik-Modul mit Anschlussdose, ein Verfahren zu dessen Herstellung und die erfindungsgemäße Verwendung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 , 1 1 und 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Photovoltaik-Modul umfasst mindestens:
einen laminierten Verbund aus übereinander angeordneter Rückscheibe, photovoltaischem Schichtsystem und Vorderscheibe,
mindestens ein Kontaktelement in mindestens einem Kontaktloch der Vorderscheibe und/oder der Rückscheibe,
mindestens einen Sammelleiter, der das photovoltaische Schichtsystem mit mindestens einem Kontaktelement elektrisch leitend verbindet und
mindestens eine Anschlussdose, welche das wenigstens eine Kontaktloch mit
Kontaktelement abdeckt und an der Vorderscheibe und/oder Rückscheibe befestigt ist,
wobei das Kontaktelement über eine Kontaktfläche elektrisch leitend mit dem Sammelleiter verbunden ist,
der Sammelleiter eine Verzinnung aufweist,
die Verzinnung den einfachen bis doppelten Durchmesser der Kontaktfläche aufweist, das Kontaktelement mindestens einen Kontaktstift, ein Kontaktgegenstück und eine Feder umfasst und
eine lötfreie, klemmende Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Sammelleiter besteht.
Der Kontaktstift befindet sich innerhalb des Kontaktlochs, wobei dessen Ende aus dem Kontaktloch herausragt und dort das Kontaktgegenstück kontaktiert. Die Feder bewirkt eine Anpressung des Kontaktstifts an den Sammelleiter und verbessert somit die Kontaktierung. Dadurch wird eine lötfreie, klemmende Verbindung zwischen den Kontaktelementen und den Sammelleitern erzeugt. Dies ist besonders vorteilhaft, da einerseits die Verbindung reversibel ausgestaltet ist und andererseits eine erhebliche Vereinfachung des Produktionsprozesses möglich ist.
Bei Verlöten des Kontaktelements mit dem Sammelleiter, wie nach dem Stand der Technik bekannt, ist eine ausreichend große Lotmenge einzusetzen, so dass der Spalt zwischen den zu verlötenden Teilen komplett mit der Lotmasse gefüllt ist. Nur so kann eine ausreichende Stabilität der Lötverbindung gewährleistet werden. Die Ausbildung einer konvexen Lotkehle stellt dabei ein Qualitätskriterium dar, da so indirekt sichergestellt ist, dass der Spalt vollständig mit Lotmasse gefüllt ist. Eine unmittelbare optische Kontrolle der Lötverbindung ist nicht möglich.
Die erfindungsgemäße lokale Verzinnung des Sammelleiters in Verbindung mit einem Kontaktelement mit Feder ermöglicht im Vergleich zu einer Lotverbindung eine erhebliche Materialersparnis, da beispielweise kein Lotüberschuss eingesetzt werden muss und eine dünne Benetzung der Kontaktfläche mit Zinn ausreichend ist. Ferner kann der Produktionsprozess vereinfacht werden, da die Qualität der Verzinnung, im Gegensatz zu einer Lotmasse im Spalt, direkt durch einen Blick ins Kontaktloch überprüft werden kann. Erst danach wird das Kontaktelement mit Feder in das Kontaktloch eingesetzt.
Die Steckverbindung zwischen Kontaktstift und Kontaktgegenstück kann grundsätzlich in beliebiger Weise ausgestaltet sein, solange beim Aufstecken des Kontaktgegenstücks auf den Kontaktstift eine elektrische Kontaktierung der beiden Bauteile auftritt. Eine Verzinnung im Bereich der Kontaktfläche bewirkt eine hohe Korrosionsresistenz der elektrischen Kontaktierung und führt somit zu einer enormen Verbesserung der Lebensdauer des Photovoltaik-Moduls. Da die Verzinnung auf die Kontaktfläche beschränkt werden kann muss keine komplette Verzinnung des Sammelleiters vorgenommen werden, wodurch Produktions- und Materialkosten eingespart werden können.
Mit Vorderscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Lichteinfall zugewandte Scheibe des Photovoltaik-Moduls bezeichnet. Mit Rückscheibe wird die vom Lichteinfall abgewandte Scheibe bezeichnet. Die Vorderscheibe und die Rückscheibe weisen jeweils eine Vorderseite und eine Rückseite auf. Mit Vorderseite wird im Sinne der Erfindung die dem Lichteinfall zugewandte Seite bezeichnet. Mit Rückseite wird die dem Lichteinfall abgewandte Seite bezeichnet. Die Rückseite der Vorderscheibe und die Vorderseite der Rückscheibe sind einander zugewandt und über eine Zwischenschicht durch Lamination miteinander verbunden.
Enthält ein Element zumindest ein Material, so schließt dies im Sinne der Erfindung den Fall ein, dass das Element aus dem Material besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktfläche zwischen Kontaktelement und Sammelleiter einen Durchmesser von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 2 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 4 mm bis 6 mm auf.
Die Kontaktfläche liegt dabei innerhalb des Kontaktlochs, wobei das Kontaktloch oberhalb der Kontaktfläche des Sammelleiters angeordnet ist. Das bedeutet, dass die Projektion des Kontaktloches auf den Sammelleiter die Kontaktfläche enthält und diese sich auf dem Teil des Sammelleiters, der durch das Kontaktloch zugänglich ist, befindet.
Die Kontaktfläche des Sammelleiters mit dem Kontaktelement befindet sich bevorzugt in der Mitte der Erstreckungsrichtung des Sammelleiters. Dadurch wird eine homogenere Verteilung des Stromflusses und eine geringere maximale Stromdichte im Bereich des Stromabgriffs erzielt als bei einer elektrischen Kontaktierung an einem Ende des Sammelleiters. 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 vergrößert und die flächenabhängige Leistung erhöht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Photovoltaik-Modul zwei Kontaktelemente auf, die in jeweils einem Kontaktloch angeordnet sind, wobei ein Kontaktelement eine Frontelektrodenschicht und ein Kontaktelement eine Rückelektrodenschicht des Photovoltaik-Moduls kontaktiert.
Die Anschlussdose ist über das Kontaktgegenstück an der mit dem wenigstens einem Kontaktloch versehenen Vorderscheibe oder Rückscheibe befestigt ist.
Vorzugsweise sind zwei Kontaktelemente über jeweils einen Sammelleiter (Bus Bar) mit der Front- und/oder Rückelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden. Der Sammelleiter ist vorteilhafterweise als Band beziehungsweise Streifen ausgebildet. Der Sammelleiter enthält zumindest ein Metall oder eine Metalllegierung oder besteht aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Prinzipiell kann jedes elektrisch leitfähige Material, das sich zu Folien verarbeiten lässt, für den Sammelleiter verwendet werden. Besonders geeignete Materialien für den Sammelleiter sind beispielsweise Wolfram, Kupfer, Nickel, Mangan, Aluminium, Gold, Silber, Chrom, Eisen und/oder Legierungen davon. Der Sammelleiter hat beispielsweise eine Dicke von 0,01 mm bis 0,5 mm und eine Breite von 2 mm bis 16 mm. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Sammelleitern und der jeweiligen Elektrodenschicht erfolgt beispielsweise durch Schweißen, Bonden, Löten, Klemmen oder Kleben mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers. Ein Sammelleiter ist vorzugsweise mit dem positiven Spannungsanschluss des Photovoltaik-Moduls und der zweite Sammelleiter mit dem negativen Spannungsanschluss des Photovoltaik-Moduls verbunden.
Der Sammelleiter ist über mindestens einen Verschweißpunkt mit dem photovoltaischen Schichtsystem elektrisch leitfähig kontaktiert.
Die Verbindung des elektrisch leitfähigen Kontaktelementes mit dem Sammelleiter kann auch über ein überbrückendes Element erfolgen, beispielsweise einen geeignet angeordneten weiteren Streifen einer elektrisch leitfähigen Folie, der mit dem eigentlichen Sammelleiter in Kontakt steht.
Die Anschlussdose umfasst ein Anschlusskabel, über das das photovoltaische Schichtsystem elektrisch leitend kontaktiert ist. Das Kontaktelement ist durch ein Abdichtmittel in dem Kontaktloch fixiert. Bevorzugt enthält das Abdichtmittel Polyisobutylen, Polybutylen, Polyisobutylenisopren, Polysulfid, Polyurethan, Silikon und/oder Copolymere und/oder Mischungen davon.
Die Kontaktelemente können zeitlich vor oder nach dem Einbringen des Abdichtmaterials durch das Kontaktloch oder die Kontaktlöcher geführt werden.
Das Abdichtmittel wird bevorzugt nach dem Laminieren des Scheibenverbunds in das Kontaktloch oder die Kontaktlöcher eingebracht. Die Verbindung zwischen den elektrisch leitfähigen Kontaktelementen und den Sammelleitern kann beispielsweise durch Schwei ßen, Bonden, Löten, Klemmen oder mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die elektrisch leitfähigen Kontaktelemente nach dem Einbringen des Abdichtmittels in dem Kontaktloch oder den Kontaktlöchern angeordnet. Das Abdichtmittel wird dabei von Kontaktelementen durchdrungen.
Die Sammelleiter müssen dabei innerhalb des laminierten Photovoltaik-Moduls so angeordnet sein, dass eine Kontaktierung nach dem Laminieren und Einbringen des Abdichtmittels möglich ist. Der Sammelleiter ist dabei bevorzugt flächenmäßig über dem Kontaktloch unmittelbar auf der Scheibe, die das Kontaktloch aufweist, angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Übergang zwischen einerseits dem Kontaktloch und andererseits der innenseitigen Oberfläche und/oder der außenseitigen Oberfläche der Scheibe, die das Kontaktloch aufweist, mit einer Abfasung versehen. Durch die Abfasung wird die Gefahr verringert, dass die Scheibe mit dem Kontaktloch bei der Herstellung des Photovoltaik-Moduls beschädigt wird, beispielsweise durch Risse. Die Abfasung weist beispielsweise einen Winkel von 30 ° bis 60°, insbesondere etwa 45° zur Oberfläche der Scheibe auf. Die Tiefe der Abfasung, gemessen von der Oberfläche der Scheibe, beträgt beispielsweise von 0,2 mm bis 1 mm. Als Durchmesser des Kontaktlochs gilt im Sinne der Erfindung der Durchmesser im nicht mit der Abfasung versehenen Bereich.
Das Kontaktloch weist einen Durchmesser von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 2 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 4 mm bis 6 mm auf.
Die Vorderscheibe des Photovoltaik-Moduls enthält bevorzugt ein nichtvorgespanntes, teilvorgespanntes oder vorgespanntes oder ein gehärtetes, beispielsweise ein thermisch oder chemisch gehärtetes Glas. Die Vorderscheibe enthält bevorzugt Kalk-Natron-Glas, eisenarmes Kalk-Natron-Glas oder Borsilikatglas. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Stabilität des Photovoltaik-Moduls, den Schutz des photovoltaischen Schichtsystems vor mechanischer Beschädigung und die Transmission des Sonnenlichts durch die Vorderscheibe.
Die Rückscheibe des Photovoltaik-Moduls enthält in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein nichtvorgespanntes, teilvorgespanntes oder vorgespanntes oder ein gehärtetes, beispielsweise ein thermisch oder chemisch gehärtetes Glas. Die Rückscheibe enthält bevorzugt Kalk-Natron-Glas, eisenarmes Kalk-Natron-Glas oder Borsilikatglas. Die Rückscheibe kann alternativ aber auch beispielsweise einen Kunststoff, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und/oder Gemische davon, einen glasfaserverstärkten Kunststoff, eine Metall oder eine Metalllegierung, beispielsweise rostfreien Stahl enthalten.
Die Vorderscheibe und die Rückscheibe weisen bevorzugt eine Dicke von 1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 2 mm bis 5 mm auf. Die Fläche der Vorderscheibe und der Rückscheibe kann von 100 cm2 bis zu 18 m2 betragen, bevorzugt von 0,5 m2 bis 3 m2. Die Vorderscheibe und die Rückscheibe können plan oder gebogen sein.
Das Kontaktloch kann in der Vorderscheibe oder in der Rückscheibe angeordnet sein. Bevorzugt ist das Kontaktloch in der Rückscheibe angeordnet. So kann das Kontaktelement elegant auf der vom Lichteinfall abgewandten Seite des Photovoltaik-Moduls angebracht werden und dort mit dem Anschlusskabel verbunden werden, ohne dass die photovoltaisch aktive Fläche durch Elemente der elektrischen Kontaktierung abgeschattet wird.
Das photovoltaische Schichtsystem bewirkt die zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie erforderliche Ladungsträgertrennung. Das photovoltaische Schichtsystem umfasst bevorzugt zumindest eine photovoltaisch aktive Absorberschicht zwischen einer Frontelektrodenschicht und einer Rückelektrodenschicht. Die Frontelektrodenschicht ist dabei auf der zum Lichteinfall hingewandten Seite der Absorberschicht angeordnet. Die Rückelektrodenschicht ist auf der vom Lichteinfall abgewandten Seite der Absorberschicht angeordnet.
Die photovoltaisch aktive Absorberschicht ist erfindungsgemäß nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Photovoltaik-Modul ein Dünnschicht-Photovoltaik-Modul. Darunter werden Schichtsysteme mit Dicken von nur wenigen Mikrometern verstanden. Es können prinzipiell alle, dem Fachmann für Dünnschicht-Photovoltaik-Module geläufige Absorberschichten verwendet werden. Die Absorberschicht kann beispielsweise amorphes oder mikromorphes Silizium, halbleitende organische Polymere oder Oligomere, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs) oder Cadmium-Selenid (CdSe) enthalten. In einer bevorzugten Ausführung enthält die Absorberschicht einen p-leitenden Chalkopyrithalbleiter wie eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium-Schwefel/Selen (CIS), beispielsweise Kupfer-Indium-Diselenid (CulnSe2), oder eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel/Selen (CIGS), beispielsweise Cu(lnGa)(SSe)2. Besonders bevorzugt werden CI(G)S-basierte Photovoltaik- Module verwendet. Die Absorberschicht hat bevorzugt eine Schichtdicke von 500 nm bis 5 μηι, besonders bevorzugt von 1 μηι bis 3 μηι. Die Absorberschicht kann mit Metallen, bevorzugt Natrium dotiert sein.
Die Absorberschicht kann aber auch beispielsweise monokristallines oder polykristallines Silizium enthalten.
Die Rückelektrodenschicht kann beispielsweise zumindest ein Metall enthalten, bevorzugt Molybdän, Titan, Wolfram, Nickel, Titan, Chrom und/oder Tantal. Die Rückelektrodenschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 300 nm bis 600 nm auf. Die Rückelektrodenschicht kann einen Schichtstapel unterschiedlicher Einzelschichten umfassen. Vorzugsweise enthält der Schichtstapel eine Diffusionssperrschicht aus beispielsweise Siliziumnitrid, um eine Diffusion von beispielsweise Natrium aus dem Substrat in die photovoltaisch aktive Absorberschicht zu verhindern.
Die Frontelektrodenschicht ist im Spektralbereich, in dem die Absorberschicht empfindlich ist, transparent. Die Frontelektrodenschicht kann beispielsweise einen n-leitenden Halbleiter enthalten, bevorzugt Aluminium-dotiertes Zinkoxid oder Indium-Zinnoxid. Die Frontelektrodenschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 500 nm bis 2 μηι auf.
Die Elektrodenschichten können auch Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Chrom, Wolfram, Zinnoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und/oder Kombinationen sowie Gemische davon enthalten.
Das photovoltaische Schichtsystem weist bevorzugt einen umlaufenden Abstand zu den Au ßenkanten des Photovoltaik-Moduls von 5 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt von 10 mm bis 15 mm auf, um gegenüber Feuchtigkeitseintritt oder Verschattung durch Befestigungselemente am Rand geschützt zu sein.
Das photovoltaische Schichtsystem kann auf der innenseitigen Oberfläche der Rückscheibe aufgebracht sein (Substrat-Konfiguration). Das photovoltaische Schichtsystem kann alternativ auf der innenseitigen Oberfläche der Vorderscheibe aufgebracht sein (Superstrat- Konfiguration). Das photovoltaische Schichtsystem kann auch in der thermoplastischen Schicht eingelagert sein, beispielsweise zwischen einer ersten und einer zweiten Folie der Zwischenschicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Photovoltaik-Modul die Substrat-Konfiguration auf.
Das photovoltaische Schichtsystem ist in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung mit an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls durch eine geeignete Strukturierung und Verschaltung von Rückelektrodenschicht, Halbleiterschicht, und Frontelektrodenschicht in einzelne photovoltaisch aktive Bereiche, sogenannte Solarzellen, unterteilt. Ein geeignetes Verfahren ist beispielsweise aus EP 2200097 A1 bekannt. Die Unterteilung erfolgt durch Einschnitte unter Einsatz einer geeigneten Strukturierungstechnologie wie Laserschreiben und mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Abheben oder Ritzen. Die einzelnen Solarzellen sind über einen Bereich der Rückelektrodenschicht in integrierter Form seriell miteinander verschaltet.
Ist das photovoltaische Schichtsystem in einzelne Solarzellen unterteilt, die seriell miteinander verschaltet sind, so sind die beiden elektrisch leitfähigen Verbindungselemente bevorzugt jeweils nur mit der Rückelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden. Der resultierende positive und der resultierende negative Spannungsanschluss des Photovoltaik- Moduls sind dann über die Rückelektrodenschicht geführt und dort elektrisch kontaktiert. Bevorzugt sind dazu die beiden Sammelleiter jeweils auf die Rückelektrodenschicht aufgebracht und mit der Rückelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden. Alternativ können der positive und der negative Spannungsanschluss aber auch über die Frontelektrodenschicht geführt und dort elektrisch kontaktiert sein. Alternativ kann auch ein Spannungsanschluss über die Rückelektrodenschicht und der zweite Spannungsanschluss über die Frontelektrodenschicht erfolgen. Ist das photovoltaische Schichtsystem nicht direkt auf der Oberfläche der Scheibe aufgebracht, welche mit dem Kontaktloch versehen ist, so werden die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente und/oder die Sammelleiter und/oder überbrückenden Elemente bevorzugt vor dem Laminieren des Photovoltaik-Moduls durch Durchführungen der thermoplastischen Zwischenschicht geführt, so dass eine elektrische Kontaktierung des photovoltaischen Schichtsystems durch das mindestens eine Kontaktloch hindurch möglich ist. Dies ist beispielsweise der Fall bei einem Photovoltaik-Modul in Superstrat-Konfiguration, bei denen das mindestens eine Kontaktloch in der Rückscheibe angeordnet ist.
Das Kontaktloch wird auf der au ßenseitigen Oberfläche der Scheibe, die das Kontaktloch aufweist, bevorzugt mit einem an sich bekannten Anschlussgehäuse oder einer Anschlussdose verschlossen. Solche Anschlussdosen sind aus DE 10 2005 025 632 A1 und DE 10050614 C1 bekannt. Im Inneren der Anschlussdose werden die Kontaktelemente bevorzugt mit äußeren Anschlusskabeln verbunden.
Die Vorderscheibe ist über zumindest eine thermoplastische Zwischenschicht mit der Rückscheibe verbunden. Die Verbindung zwischen Vorderscheibe und Rückscheibe erfolgt großflächig über das photovoltaische Schichtsystem. Die Zwischenschicht enthält bevorzugt thermoplastische Kunststoffe, wie Polyvinylbutyral (PVB) und/oder Ethylenvinylacetat (EVA) oder mehrere Schichten davon, bevorzugt mit Dicken von 0,3 mm bis 0,9 mm. Die Zwischenschicht kann auch Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharze, Acrylate, Fluorinierte Ethylen-Propylene, Polyvinylfluorid, Ethylen-Tetrafluorethylen, Copolymere und/oder Gemische davon enthalten.
Ein geeignetes Photovoltaik-Modul kann nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden. Das photovoltaische Schichtsystem kann beispielsweise durch Kathodenzerstäuben, Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD) auf die Vorderscheibe oder die Rückscheibe aufgebracht werden. Das photovoltaische Schichtsystem kann auch zwischen einer ersten und einer zweiten thermoplastischen Folie angeordnet werden.
Die Vorderscheibe und/oder die Rückscheibe werden vor oder nach dem Aufbringen des photovoltaischen Schichtsystems durch Bohrung mit dem Kontaktloch oder den Kontaktlöchern versehen. Die Bohrung wird bevorzugt mit Abfasungen im Bereich der Oberfläche der Scheibe versehen. Vor dem Laminieren des Photovoltaik-Moduls werden bevorzugt Sammelleiter geeignet in dem Verbund angeordnet und mit dem photovoltaischen Schichtsystem verbunden. Bevorzugt werden das photovoltaische Schichtsystem und die Sammelleiter an mehreren Verschweißpunkten miteinander verschweißt. Danach erfolgt die lokale Verzinnung der Sammelleiter nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Das Verbinden der Vorderscheibe mit der Rückscheibe über die thermoplastische Zwischenschicht erfolgt typischerweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck, beispielsweise durch Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder durch Kombinationen davon.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik- Moduls mit Anschlussdose, wobei
a) eine Rückscheibe oder Vorderscheibe mit photovoltaischem Schichtsystem, mindestens einem Kontaktloch und mindestens einem Sammelleiter im Bereich des Kontaktlochs bereitgestellt wird,
b) ein Gegenhalter auf den Sammelleiter aufgesetzt wird,
c) die Lötspitze eines Ultraschalllötkolbens mit Lotdepot durch das Kontaktloch zum Sammelleiter hindurchgeführt wird,
d) der Sammelleiter ultraschallverzinnt wird,
e) der Ultraschalllötkolben entfernt wird,
f) der Gegenhalter entfernt wird,
g) auf die Rückscheibe eine Zwischenschicht und eine Vorderscheibe aufgelegt und ein laminierter Verbund hergestellt wird
oder
auf die Vorderscheibe eine Zwischenschicht und eine Rückscheibe aufgelegt und ein laminierter Verbund hergestellt wird,
h) ein Kontaktelement in das Kontaktloch eingesetzt wird und
i) eine Anschlussdose mit Anschlusskabel auf das Kontaktelement aufgesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine gezielte lokale Verzinnung der Sammelleiter an den Kontaktflächen, die diese mit den Kontaktelementen ausbilden. Somit kann auf eine wesentlich teurere vollständige Verzinnung der Sammelleiter verzichtet werden. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Vereinfachung der Produktion, da die Verzinnung des Sammelleiters vollautomatisch durchgeführt werden kann. Dabei werden der Ultraschalllötkolben und der Gegenhalter über einen Roboterarm geführt.
Die Dosierung des Lotdepots auf die Lötspitze des Ultraschalllötkolbens kann vor, während oder nach den Verfahrensschritten a) und b) erfolgen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Lotdepot um ein Zinndepot.
Bevorzugt weist der Gegenhalter im Bereich des Sammelleiters eine thermische Isolierung auf. Dadurch wird eine Erwärmung des Gegenhalters während des Lötvorgangs verhindert.
Bevorzugt ist die thermische Isolierung polymerhaltig, besonders bevorzugt erhält die thermische Isolierung Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen, Polyester, Polycarbonate, Gummi, Silikongummi, Polyamid, Polyurethan und/oder Gemische und/oder Copolymere davon.
Bevorzugt wird das Kontaktelement nach dem Einbringen des Abdichtmittels in dem Kontaktloch angeordnet, wobei das Abdichtmittel vom Kontaktelement durchdrungen wird. Eine Abdichtung des Kontaktlochs erhöht in besonders vorteilhafter Weise die Lebensdauer des Photovoltaik-Moduls, da so keine Feuchtigkeit eindringen kann und eine Korrosion vermieden werden kann.
Ferner umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur automatisierten Ultraschallverzinnung des Sammelleiters eines erfindungsgemäßen Photovoltaik-Moduls umfassend:
einen Gegenhalter mit thermischer Isolierung,
einen Ultraschalllötkolben unterhalb des Gegenhalters im Bereich der thermischen Isolierung und
seitlich angebrachte Halterungen, die den Bereich zwischen Gegenhalter und Ultraschalllötkolben nicht bedecken,
wobei
der Gegenhalter und der Ultraschallötkolben unabhängig voneinander vertikal verfahrbar sind,
die Lötspitze des Ultraschallötkolbens in Richtung des Gegenhalters zeigt und die Lötspitze des Ultraschalllötkolbens ein Lotdepot aufnehmen kann.
Zur Verzinnung des Sammelleiters wird in die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Rückscheibe oder Vorderscheibe eines Photovoltaik-Moduls mit photovoltaischem Schichtsystem, Sammelleiter und Kontaktloch eingelegt, wobei sich das Kontaktloch oberhalb der Lötspitze des Ultraschalllötkolbens befindet. Die Lötspitze des Ultraschalllötkolbens ist in ihrer Geometrie, speziell in ihrem Durchmesser, so dimensioniert, dass sie durch das Kontaktloch hindurchgeführt werden kann um den dort verlaufenden Sammelleiter zu kontaktieren. Die Lötspitze des Ultraschalllötkolbens ist plan ausgeführt und kann somit zum einen ein Lotdepot aufnehmen und liegt zum anderen während des Lötvorgangs flächig auf dem Sammelleiter auf.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Figur 1 a einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Photovoltaik-Modul mit im
Bereich der Kontaktfläche verzinntem Sammelleiter,
Figur 1 b eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts A aus Figur 1 a,
Figur 2a eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur lokalen Verzinnung des
Sammelleiters eines Photovoltaik-Moduls,
Figur 2b einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß Figur 2a, wobei der Gegenhalter auf den Sammelleiter aufsetzt,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines
Flussdiagramms.
Figuren 1 a und 1 b zeigen einen Querschnitt durch einen Randbereich eines Photovoltaik- Moduls mit im Bereich der Kontaktfläche verzinntem Sammelleiter. Das Photovoltaik-Modul umfasst eine Vorderscheibe (1 ), eine Rückscheibe (2) und ein photovoltaisches Schichtsystem (3), welches auf der innenseitigen Oberfläche der Rückscheibe (2) aufgebracht ist. Die Rückscheibe (2) und die Vorderscheibe (1 ) sind großflächig über das photovoltaische Schichtsystem (3) mittels einer thermoplastischen Zwischenschicht (4) miteinander verbunden. Die Vorderscheibe (1 ) ist für Sonnenlicht transparent und besteht aus gehärtetem, extraweißem Glas mit geringem Eisengehalt. Die Rückscheibe (2) besteht aus Natron-Kalk-Glas. Die Vorderscheibe (1 ) und die Rückscheibe (2) weisen eine Dicke von beispielsweise 1 ,6 mm bis 2,85 mm auf. Das Photovoltaik-Modul weist eine Größe von 1587 mm x 664 mm auf. Die Zwischenschicht (4) enthält Polyvinylbutyral (PVB) und weist eine Schichtdicke von 0,76 mm auf. Das photovoltaische Schichtsystem (3) umfasst eine auf der Rückscheibe (2) angeordnete Rückelektrodenschicht (10), die Molybdän enthält und eine Schichtdicke von etwa 300 nm aufweist. Das photovoltaische Schichtsystem (3) enthält weiter eine photovoltaisch aktive Absorberschicht (1 1 ), welche Natrium-dotiertes Cu(lnGa)(SSe)2 enthält und eine Schichtdicke von etwa 2 μηι aufweist. Das photovoltaische Schichtsystem (3) enthält weiter eine Frontelektrodenschicht (12), die Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO) enthält und eine Schichtdicke von etwa 1 μηι aufweist. Zwischen Frontelektrodenschicht (12) und Absorberschicht (1 1 ) ist eine nicht dargestellte Pufferschicht angeordnet, die eine Einzellage Cadmiumsulfid (CdS) und eine Einzellage intrinsisches Zinkoxid (i-ZnO) enthält. Die Pufferschicht bewirkt eine elektronische Anpassung zwischen Absorberschicht (1 1 ) und Frontelektrodenschicht (12). Das photovoltaische Schichtsystem (3) ist mit an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Photovotaik-Moduls in einzelne photovoltaisch aktive Bereiche, sogenannte Solarzellen unterteilt, die über einen Bereich der Rückelektrodenschicht (10) seriell miteinander verschaltet sind. Das photovoltaische Schichtsystem (3) ist im Randbereich der Rückscheibe (2) mit einer Breite von 15 mm mechanisch abrasiv entschichtet.
Die Rückscheibe (2) weist im nicht mit photovoltaischen Schichtsystem (3) versehenen Randbereich zwei Kontaktlöcher (5) auf, die zur Montage von elektrisch leitfähigen Kontaktelementen (9) vorgesehen sind, um das photovoltaische Schichtsystem (3) elektrisch zu kontaktieren. Im dargestellten Bereich des Photovoltaik-Moduls ist eines dieser Kontaktlöcher (5) zu erkennen. Das Kontaktloch (5) ist auf der innenseitigen Oberfläche der Rückscheibe (2) von einem Sammelleiter (13) bedeckt, welcher mit der Rückelektrode (10) in elektrischem Kontakt steht. Der Sammelleiter (13) ist dafür vorgesehen, mit einem Kontaktelement (9) kontaktiert zu werden. Der Sammelleiter (13) ist als Streifen aus Aluminium mit einer Dicke von beispielsweise 0,01 mm bis 0,5 mm, einer Länge von beispielsweise 1567 mm und einer Breite von beispielsweise 4 mm bis 16 mm ausgestaltet.
Das Kontaktloch (5) weist einen Durchmesser von 4,5 mm auf. Das Kontaktloch (5) ist an den Oberflächen der Rückscheibe (2) mit einer Abfasung mit einem Winkel von 45 ° versehen. Die Tiefe der Abfasung, gemessen von der jeweiligen Oberfläche der Rückscheibe (2), beträgt beispielsweise 0,3 mm bis 0,7 mm. Durch die Abfasung können Beschädigungen der Rückscheibe (2) bei der Herstellung des Photovoltaik-Moduls, insbesondere vom Kontaktloch (5) ausgehende Risse wirkungsvoll vermieden werden. Um ein Eindringen von Luft und/oder Feuchtigkeit in das Photovoltaik-Modul durch das Kontaktloch (5) zu verhindern, muss das Kontaktloch (5) mit einem Abdichtmittel (6) abgedichtet werden. Das Abdichtmittel (6) ist eine Zubereitung auf der Basis von Polybutylen (Henkel Terostat 2792).
Das Kontaktelement (9) ist in der gezeigten Ausführungsform ein Federkontaktelement, welches nach dem Einbringen des Abdichtmittels (6) durch das Kontaktloch (5) hindurch gesteckt und mit dem Sammelleiter (13) in Kontakt gebracht wird. Das Kontaktelement (9), hier als Federkontaktelement dargestellt besteht aus einem Kontaktstift (9.1 ), der an einer Kontaktfläche (15) auf dem Sammelleiter (13) aufliegt. Au ßerhalb des Kontaktlochs (5) auf der außenseitigen Oberfläche der Rückscheibe (2) ist ein Kontaktgegenstück (9.2) angebracht, das gemeinsam mit einer Feder (9.3) als Anpressvorrichtung dient.
Die Fläche, an der das Kontaktelement (9) und der Sammelleiter (13) in direkten Kontakt treten ist als die Kontaktfläche (15) definiert. Der Sammelleiter (13) weist im Bereich der Kontaktfläche (15) eine Verzinnung (16) auf. Die Verzinnung (16) hat einen Durchmesser von 3,5 mm, während die Kontaktfläche (15) einen Durchmesser von 3,0 mm aufweist. Diese Verzinnung (16) des Sammelleiters (13) ermöglicht eine korrosionsresistente Ausführung der Kontaktfläche (15), wodurch die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Photovoltaik-Moduls wesentlich erhöht wird. Eine lokale Begrenzung der Verzinnung (16) auf die Kontaktfläche und deren unmittelbare Umgebung ist unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll, da so Material- und Produktionskosten eingespart werden können.
Auf der au ßenseitigen Oberfläche der Rückscheibe (2) kann das Kontaktloch (5) nachträglich verschlossen werden. Dazu kann beispielsweise eine an sich bekannte Anschlussdose (7) auf der Rückscheibe (2) oberhalb des Kontaktlochs (5) angeordnet werden. In der Anschlussdose (7) kann das Kontaktelement (9) mit einem äußeren Anschlusskabel (8) verbunden sein.
Figur 2a und Figur 2b zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur lokalen Verzinnung des Sammelleiters eines Photovoltaik-Moduls. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Ultraschalllötkolben (19), einen dem Ultraschalllötkolben (19) gegenüber angeordneten Gegenhalter (17) und zwei Halterungen (20) auf denen das zu bearbeitende Substrat aufgelegt werden kann. Der Ultraschalllötkolben (19) befindet sich zwischen den Halterungen (20), wobei die Lötspitze des Ultraschalllötkolbens (19) in Richtung des Gegenhalters (17) weist. Die Projektion der Lötspitze auf den Gegenhalter (17) sowie der angrenzende Bereich enthalten eine thermische Isolierung (18). Die thermische Isolierung (18) besteht aus Silikongummi. Der Gegenhalter (17) und der Ultraschalllötkolben (19) sind unabhängig voneinander vertikal verfahrbar, wobei der zu verzinnende Sammelleiter bei der Verzinnung zwischen Gegenhalter (17) und Ultraschalllötkolben (19) liegt. Auf den Halterungen (20) ist als Beispiel für ein Substrat eine Rückscheibe (2) mit einer photovoltaischen Schicht (3), einem Kontaktloch (5) und einem Sammelleiter (13) aufgelegt, wobei das Kontaktloch (5) in Richtung des Ultraschalllötkolbens (19) ausgerichtet ist. Der Sammelleiter (13) ist über mehrere Verschwei ßungspunkte (14) mit dem photovoltaischen Schichtsystem (3) verbunden. Bei einem Absenken des Gegenhalters, wie in Figur 2b gezeigt, liegt die thermische Isolierung (18) auf dem Sammelleiter (13) auf. Dadurch wird eine Erwärmung des Gegenhalters während des Verzinnungsprozesses vermieden. Die Lötspitze des Ultraschalllötkolbens (19) weist ein Lotdepot (21 ) auf, das aus Zinn besteht. Die Lötspitze wird während des Verzinnungsprozesses durch das Kontaktloch (5) hindurchgeführt bis sie den Sammelleiter (13) berührt (nicht gezeigt). Dieser Prozess ist vollständig automatisierbar, so dass eine Verzinnung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine deutliche Kostenersparnis bewirkt.
Figur 3 zeigt beispielhaft eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Photovoltaik-Moduls mit korrosionsresistenter Kontaktstelle. In einem ersten Schritt erfolgt die Bereitstellung einer Rückscheibe (2) mit photovoltaischem Schichtsystem (3), mindestens einem Kontaktloch (5) und mindestens einem Sammelleiter (13) im Bereich des Kontaktlochs (5). Daraufhin wird ein Gegenhalter (17) mit thermischer Isolierung (18) auf den Sammelleiter (13) aufgesetzt und von der gegenüberliegenden Seite die Lötspitze eines Ultraschalllötkolbens (19) mit Lotdepot (21 ) durch das Kontaktloch (5) zum Sammelleiter (13) geführt. Der zwischen dem Gegenhalter (17) mit thermischer Isolierung (18) und der Lötspitze des Ultraschalllötkolbens (19) liegende Sammelleiter (13) wird daraufhin an der Kontaktfläche (15) im Bereich des Kontaktlochs (5) verzinnt. Der Ultraschalllötkolben (19) und der Gegenhalter (17) werden entfernt und die Rückscheibe (2) wird mit einer Vorderscheibe (1 ) laminiert. Dazu wird auf die Rückscheibe (2) erst eine Zwischenschicht (4), dann eine Vorderscheibe (1 ) aufgelegt und die Anordnung zu einem Scheibenverbund laminiert. Das Kontaktloch (5) wird mit einem Abdichtmittel (6) abgedichtet und in das Kontaktloch (5) wird ein Kontaktelement (9) eingesetzt, das das Abdichtmittel (6) durchdringt und den Sammelleiter (13) mit Verzinnung (16) kontaktiert. Auf das Kontaktelement (9) wird abschließend eine Anschlussdose (7) mit Anschlusskabel (8) aufgesetzt. Bezugszeichenliste
1 Vorderscheibe
2 Rückscheibe
3 photovoltaisches Schichtsystem
4 Zwischenschicht
5 Kontaktloch
6 Abdichtmittel
7 Anschlussdose
8 Anschlusskabel
9 Kontaktelement
9.1 Kontaktstift
9.2 Kontaktgegenstück
9.3 Feder
10 Rückelektrodenschicht
1 1 Absorberschicht
12 Frontelektrodenschicht
13 Sammelleiter
14 Verschweißpunkte
15 Kontaktfläche
16 Verzinnung
17 Gegenhalter
18 thermische Isolierung
19 Ultraschalllötkolben
20 Halterungen
21 Lotdepot

Claims

Patentansprüche
Photovoltaik-Modul mindestens umfassend: einen laminierten Verbund aus übereinander angeordneter Rückscheibe (2), photovoltaischem Schichtsystem (3) und Vorderscheibe (1 )
mindestens ein Kontaktelement (9) in mindestens einem Kontaktloch (5) der Vorderscheibe (1 ) und/oder der Rückscheibe (2),
mindestens einen Sammelleiter (13), der das photovoltaische Schichtsystem (3) mit mindestens einem Kontaktelement (9) elektrisch leitend verbindet und mindestens eine Anschlussdose (7), welche das wenigstens eine Kontaktloch (5) mit Kontaktelement (9) abdeckt und an der Vorderscheibe (1 ) und/oder Rückscheibe (2) befestigt ist,
wobei
das Kontaktelement (9) über eine Kontaktfläche (15) elektrisch leitend mit dem
Sammelleiter (13) verbunden ist,
der Sammelleiter (13) eine Verzinnung (16) aufweist,
die Verzinnung (16) den einfachen bis doppelten Durchmesser der Kontaktfläche (15) aufweist,
das Kontaktelement (9) mindestens einen Kontaktstift (9.1 ), ein Kontaktgegenstück (9.2) und eine Feder (9.3) umfasst und
eine lötfreie, klemmende Verbindung zwischen dem Kontaktelement (9) und dem Sammelleiter (13) besteht.
Photovoltaik-Modul nach Anspruch 1 , wobei die Kontaktfläche (15) innerhalb des Kontaktlochs (15) liegt und einen Durchmesser von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 2 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 4 mm bis 6 mm aufweist.
Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Anschlussdose (7) über das Kontaktgegenstück (9.2) an der mit dem wenigstens einem Kontaktloch (5) versehenen Vorderscheibe (1 ) oder Rückscheibe (2) befestigt ist.
Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sammelleiter (13) Wolfram, Kupfer, Nickel, Mangan, Aluminium, Gold, Silber, Chrom, Eisen und/oder Legierungen davon enthält.
5. Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sammelleiter (13) über mindestens einen Verschwei ßpunkt (14) mit dem photovoltaischen Schichtsystem (3) elektrisch leitfähig kontaktiert ist.
6. Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anschlussdose (7) ein Anschlusskabel (8) aufweist, über das das photovoltaische Schichtsystem (3) elektrisch leitend kontaktiert ist.
7. Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Kontaktelement (9) durch ein Abdichtmittel (6), bevorzugt enthaltend Polyisobutylen, Polybutylen, Polyisobutylenisopren, Polysulfid, Polyurethan, Silikon und/oder Copolymere und/oder Mischungen davon, in dem Kontaktloch (5) fixiert ist.
8. Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Kontaktloch (5) einen Durchmesser von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 2 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 4 mm bis 6 mm aufweist.
9. Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorderscheibe (1 ) und/oder die Rückscheibe (2) eine Dicke von 1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 2 mm bis 5 mm aufweist und bevorzugt ein nichtvorgespanntes, teilvorgespanntes oder vorgespanntes oder ein gehärtetes Glas enthält, besonders bevorzugt Kalk-Natron- Glas, eisenarmes Kalk-Natron-Glas oder Borsilikatglas.
10. Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das photovoltaische Schichtsystem (3) zumindest eine photovoltaisch aktive Absorberschicht (1 1 ) zwischen einer Frontelektrodenschicht (12) und einer Rückelektrodenschicht (10) aufweist und wobei die photovoltaisch aktive Absorberschicht (1 1 ) zumindest Kupfer- lndium(Gallium)-Schwefel/Selen (CI(G)S) enthält.
1 1 . Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik-Moduls nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei
a) eine Rückscheibe (2) oder Vorderscheibe (1 ) mit photovoltaischem Schichtsystem (3), mindestens einem Kontaktloch (5) und mindestens einem Sammelleiter (13) im Bereich des Kontaktlochs (5) bereitgestellt wird, b) ein Gegenhalter (17) auf den Sammelleiter (13) aufgesetzt wird, c) die Lötspitze eines Ultraschalllötkolbens (19) mit Lotdepot (21 ) durch das Kontaktloch (5) zum Sammelleiter (13) hindurchgeführt wird,
d) der Sammelleiter (13) ultraschallverzinnt wird,
e) der Ultraschalllötkolben (19) entfernt wird,
f) der Gegenhalter (17) entfernt wird,
g) auf die Rückscheibe (2) eine Zwischenschicht (4) und eine Vorderscheibe (1 ) aufgelegt und ein laminierter Verbund hergestellt wird
oder
auf die Vorderscheibe (1 ) eine Zwischenschicht (4) und eine Rückscheibe (2) aufgelegt und ein laminierter Verbund hergestellt wird
h) ein Kontaktelement (9) in das Kontaktloch (5) eingesetzt wird und
i) eine Anschlussdose (7) mit Anschlusskabel (8) auf das Kontaktelement (9) aufgesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei ein Gegenhalter (17) im Bereich des Sammelleiters (13) eine thermische Isolierung (18) umfasst.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das Kontaktelement (9) mittels eines Abdichtmittels (6) im Kontaktloch (5) fixiert wird.
14. Vorrichtung zur automatisierten Ultraschallverzinnung des Sammelleiters (13) eines Photovoltaik-Moduls nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 mindestens umfassend:
einen Gegenhalter (17) mit thermischer Isolierung (18),
einen Ultraschalllötkolben (19) unterhalb des Gegenhalters (17) im Bereich der thermischen Isolierung (18) und
seitlich angebrachte Halterungen (20), die den Bereich zwischen Gegenhalter (17) und Ultraschalllötkolben (19) nicht bedecken,
wobei
der Gegenhalter (17) und der Ultraschallötkolben (19) unabhängig voneinander vertikal verfahrbar sind,
die Lötspitze des Ultraschallötkolbens (19) in Richtung des Gegenhalters (17) zeigt und
die Lötspitze des Ultraschalllötkolbens (19) ein Lotdepot (21 ) aufnehmen kann.
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