EP4018492A1 - Verfahren zur elektrisch leitenden kontaktierung eines mindestens eine schutzschicht aufweisenden optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement mit einer solchen kontaktierung - Google Patents

Verfahren zur elektrisch leitenden kontaktierung eines mindestens eine schutzschicht aufweisenden optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement mit einer solchen kontaktierung

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EP4018492A1
EP4018492A1 EP20780556.5A EP20780556A EP4018492A1 EP 4018492 A1 EP4018492 A1 EP 4018492A1 EP 20780556 A EP20780556 A EP 20780556A EP 4018492 A1 EP4018492 A1 EP 4018492A1
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EP
European Patent Office
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electrically conductive
optoelectronic component
protective layer
busbar
layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP20780556.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Eritt
Christian Kirchhof
Susanne Müller
Ingrid PANICKE
Christian WISINGER
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Heliatek GmbH
Original Assignee
Heliatek GmbH
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Filing date
Publication date
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    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the invention relates to a method for electrically conductive contacting of an optoelectronic component having at least one protective layer, as well as an optoelectronic component with such contacting.
  • Optoelectronics is made up of the fields of optics and semiconductor electronics. In particular, it includes systems and methods that enable the conversion of electronically generated energies into light emission or convert light emissions into energy.
  • Optoelectronic components in particular organic photovoltaic elements (OPVs) and organic light emitting diodes (OLED), generate electrical energy or convert electrical energy into light emissions, which have to be led out of or into the photovoltaic element for further use.
  • So-called busbars also called busbars, are required for this, which must meet the requirements of a flexible photovoltaic element. Busbars represent a point in an optoelectronic component at which the converted energy is bundled and passed on in the form of electrical currents.
  • busbars In the field of photovoltaic elements, busbars are known which are applied to the front or the rear of the photovoltaic elements. The dimensions of the cross section of a busbar depend on the current to be transmitted.
  • photovoltaic elements are provided with a protective layer or encapsulated to protect them from external influences, in particular to protect them mechanically and against environmental influences, for example moisture or diffusion of oxygen.
  • the busbars are arranged under the protective layer. To generate electrical energy from photovoltaic elements through the protective layer lead out, the busbars lying within the protective layer have to be electrically conductively contacted through the protective layer.
  • WO2009 / 13468A1 discloses a contacting method for optoelectronic components, the contacting being carried out by means of drilling or milling. In this case, after a complete lamination of the optoelectronic component, a specific area of the lamination layer is completely pierced or removed, and the exposed contact area is contacted by means of a connection element that can be tapped from the outside.
  • DE102007052972A1 discloses a method for connecting thin metal layers on polymeric carriers, for example solar cells, using a laser beam to open a polymer layer and then riveting the thin metal layers to connect the metal layers.
  • a laser with different energies and time control of the applied laser energy is used to make the opening in the polymer carrier film and to rivet the thin metal layers.
  • JP2015154049A discloses a flexible thin-film solar cell with a protective layer on the front side and a protective layer on the rear side of the solar cell, with a connection element and a connection connection which is connected to the connection element.
  • the connection connection is connected to a connection terminal, which is arranged on a side surface of the solar cell, in order to draw the electrical current, the connection terminal having a smaller thickness compared to the layer thickness of the solar cell.
  • US20110308562A1 discloses a junction box for photovoltaic elements with a protective layer, the junction box Has contact points which are designed to pierce a protective layer and thereby form an electrically conductive contact with the photovoltaic element having the protective layer.
  • a disadvantage of the prior art is that known methods for electrically conductive contacting of optoelectronic components with at least one protective layer impair the function of the protective layer and / or at least partially damage the underlying elements. Furthermore, the known methods are in particular not suitable for a roll-to-roll process for the production of photovoltaic elements.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for electrically conductive contacting of an optoelectronic component having at least one protective layer, the disadvantages mentioned not occurring, and in particular simple and reliable electrical contacting of an optoelectronic component with at least one protective layer, in particular in one Roll-to-roll method is provided, wherein in particular the function of the at least one protective layer and / or elements arranged underneath is not impaired, in particular these are not damaged.
  • the object is achieved in particular by providing a method for electrically conductive contacting of an optoelectronic component having at least one protective layer, in particular a flexible optoelectronic component.
  • the method comprises the following method steps: a) providing the one having the at least one protective layer Optoelectronic component, the optoelectronic component having at least one busbar which is arranged under the at least one protective layer, b) forming at least one opening by means of laser ablation with at least one laser beam in the at least one protective layer, the wavelength range of the laser being 8 pm to 12 pm , wherein at least one busbar arranged under the at least one protective layer is partially exposed so that the at least one busbar is not damaged, c) introducing a low-melting solder into the at least one opening of the at least one protective layer, and aligning and fixing a flexible electrically conductive element on a side of the at least one opening opposite the at least one busbar, and d) forming at least one electrically conductive connecting element in the at
  • the electrically conductive element is coated on the outside at least in regions with an insulating layer.
  • the at least one opening is formed in the protective layer by means of laser ablation in such a way that electrically conductive contact between the busbar and the electrically conductive element is possible.
  • parameters preferably an energy density, a pulse duration, a pulse shape, a pulse frequency and / or a wavelength of the at least one laser beam, depending on the material and the Layer thickness of the at least one protective layer adapted.
  • a continuous laser is used.
  • a pulsed laser is used.
  • the pulse duration of the laser in step b) is less than 60 ps, preferably less than 40 ps, preferably less than 20 ps, preferably less than 10 ps, preferably less than 8 ps, preferably less than 6 ps, or preferably less than 4 ps.
  • the wavelength range of the laser in step b) is 8 pm to 12 pm, preferably 9 pm to 12 pm, preferably 10 pm to 12 pm, preferably 11 pm to 12 pm, preferably 8 pm to 11 pm, preferably 8 pm to 10 pm, preferably 8 pm to 9 pm, preferably 9 pm to 11 pm, preferably 9 pm to 10 pm, or preferably 10 pm to 11 pm.
  • parameters are adapted depending on the material and the dimensions of the connecting element to be formed, so that the inductive soldering causes the formation of the connecting element for electrically conductive contacting of the at least one busbar and the electrically Conductive element guaranteed, and the at least one busbar and the layer system is not damaged.
  • evaporated material is extracted.
  • an energy density of the at least one laser beam during the laser ablation in step b) is adapted during the ablation as a function of an ablation depth of the at least one protective layer.
  • the cycle time of the laser ablation in step b) is less than 4s, preferably less than 2s, and / or the cycle time of the inductive soldering in step d) is less than 10s, preferably less than 4s.
  • the at least one opening in step b) is introduced into the at least one protective layer on a side of the optoelectronic component that is intended to be facing away from the sun, preferably a solar cell.
  • a busbar a so-called busbar, is understood to mean in particular an arrangement that is electrically conductively connected for electrical contact as a central distributor of electrical energy to incoming and outgoing lines, preferably with at least one electrode and / or at least one counter electrode.
  • the busbar is designed in particular in a planar manner as a band, strip, plate or as a metal layer.
  • the at least one busbar has a layer thickness of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 50 ⁇ m , or preferably from 20 pm to 40 pm.
  • the at least one busbar has a low degree of absorption for heat and / or a high reflection of the wavelength of the at least one laser beam, so that the at least one busbar is only slightly heated during the laser ablation in step b).
  • An optoelectronic component is understood to mean, in particular, a photovoltaic element.
  • a photovoltaic element is understood to mean, in particular, a photovoltaic cell, in particular a solar cell.
  • the photovoltaic element is preferably composed of several photovoltaic cells which can be connected in series or in parallel. The plurality of photovoltaic cells can be arranged and / or connected in different ways in the optoelectronic component.
  • the optoelectronic component in particular the photovoltaic element, comprises at least one electrode, a counter electrode, and a layer system with at least one photoactive layer, the layer system being arranged between the two electrodes, and the at least one busbar at least partially on the Electrode and / or the counter electrode is electrically conductively contacted.
  • the electrode, the layer system and the counter-electrode are laser-structured so that the electrode and / or the counter-electrode can each be electrically conductively contacted from a side of the optoelectronic component that is intended to be turned away from the sun or from a side of the optoelectronic component intended to be facing the sun.
  • the electrically conductive contacting of different potentials on a plane of the optoelectronic component in particular a plane parallel to the extension of the layer system, via at least one busbar is possible.
  • two busbars are arranged on the electrode and / or the counter electrode, a first busbar being assigned to a first potential and a second busbar to a second potential.
  • the flexible optoelectronic component is a flexible photovoltaic element, in particular a flexible organic photovoltaic element.
  • a flexible optoelectronic component is understood to mean, in particular, an optoelectronic component that can be bent and / or stretched in a specific area.
  • the photovoltaic element has a cell with at least one photoactive layer, in particular a CIS, CIGS, GaAs, or Si cell, a perovskite cell or an organic photovoltaic element (OPV), a so-called organic solar cell .
  • An organic photovoltaic element is understood to mean, in particular, a photovoltaic element with at least one organic photoactive layer, in particular a polymeric organic photovoltaic element or an organic photovoltaic element based on small molecules.
  • the photovoltaic element is particularly preferably a flexible organic photovoltaic element based on small molecules.
  • the photoactive layer of the layer system comprises small molecules which can be evaporated in a vacuum. In a preferred embodiment, at least the photoactive layer of the layer system is vapor-deposited in a vacuum.
  • Small molecules include, in particular, non-polymeric organic molecules with monodisperse molar masses between 100 and 2000 g / mol understood, which are present under normal pressure (air pressure of the atmosphere surrounding us) and at room temperature in the solid phase.
  • the small molecules are photoactive, whereby photoactive is understood to mean that the molecules change their charge state and / or their polarization state when light is introduced.
  • a protective layer is understood to mean, in particular, a barrier layer to prevent the permeability of external influences, in particular atmospheric oxygen and / or moisture, a protective layer to increase mechanical resistance, in particular scratch resistance, and / or a filter layer, preferably a layer with a UV filter .
  • An element arranged under a protective layer is understood to mean in particular an element that is arranged on the protective layer in such a way that it is protected from external influences by the protective layer.
  • the optoelectronic component has at least one protective layer on the front side and at least one protective layer on the rear side of the optoelectronic component.
  • at least one of the at least one protective layer on the front side is glued to one of the at least one protective layer on the rear side.
  • a front side of an optoelectronic component is understood to mean in particular a side of the optoelectronic component that is intended to be facing the sun. Accordingly, a rear side of an optoelectronic component is understood to mean in particular a side of the optoelectronic component that is intended to be facing away from the sun.
  • the optoelectronic component has an encapsulation comprising at least one protective layer, which encloses the optoelectronic component in a diffusion-tight manner, that is to say seals it.
  • the encapsulation is a polymer encapsulation.
  • the optoelectronic component is electrically conductively contacted with the electrically conductive element from the side facing away from the sun as intended.
  • the electrically conductive element is arranged directly on the at least one protective layer. In an alternatively preferred embodiment, the electrically conductive element is arranged on an electrically conductive connecting layer applied to the at least one protective layer.
  • the electrically conductive element is designed as a cross connector.
  • a functional layer preferably a colored layer, a filter layer and / or an adhesive layer, is at least partially arranged between the at least one protective layer and the electrically conductive element.
  • the functional layer is applied to the at least one protective layer by means of a roll-to-roll method.
  • the flexible electrically conductive element is fixed in step c) and / or d) on a side of the at least one opening opposite the at least one busbar.
  • the flexible is electrical
  • the conductive element is fixed in step c) on a side of the at least one opening opposite the at least one busbar by means of a fixing tape, preferably an adhesive tape.
  • the electrically conductive element is fixed in step c) and / or d) on a side of the at least one opening opposite the at least one busbar by the application of pressure.
  • a connecting material in particular an adhesive, is attached between the at least one busbar and the at least one protective layer, the at least one protective layer and the at least one busbar preferably being connected in a form-fitting manner.
  • the connecting material is at least largely transparent to visible light.
  • the optoelectronic component has two protective layers arranged one above the other, preferably three protective layers arranged one above the other, or preferably four protective layers arranged one above the other.
  • at least one connecting material in particular an adhesive, is arranged between the protective layers, it being possible for the type of the at least one connecting material to differ between the individual protective layers.
  • the at least one protective layer is formed from a film or a coating, preferably from a lacquer or a polymer.
  • the at least one protective layer is composed of at least one front side film and at least one rear side film of the optoelectronic component educated. In a preferred embodiment, the at least one protective layer is designed as an encapsulation.
  • the at least one busbar is covered by the at least one protective layer, so that the at least one busbar does not extend beyond the protective layer, and thus cannot be electrically contacted outside the at least one protective layer via cables.
  • a uniform heat input is understood to mean, in particular, a soldering point that is heated uniformly from all sides during inductive soldering, in particular in order to achieve as uniform a temperature distribution as possible in the soldering point.
  • a low-melting solder is understood in particular to be a solder which melts below a certain temperature at which at least the electrode and the layer system of the optoelectronic component are not damaged; the low-melting solder is preferably soldered without flux.
  • the method according to the invention for electrically conductive contacting of an optoelectronic component having at least one protective layer has advantages compared to the prior art.
  • a simple and reliable electrically conductive contacting of the optoelectronic component is advantageously ensured. Damage to the layer system and / or the electrodes is advantageously avoided.
  • the heat input is advantageously limited in time and also thermally, as a result of which damage to the adjacent layer system is avoided.
  • the busbars, in particular the busbars designed as thin metal layers, and the between the electrode and / or the counter electrode and the at least one busbar arranged electrically conductive connecting material is not damaged.
  • the diffusion tightness of the at least one protective layer is advantageously not reduced.
  • the method is advantageously particularly inexpensive.
  • the method can advantageously be carried out in a roll-to-roll method.
  • mechanical stresses between the at least one busbar and the electrically conductive element and thereby cracking are avoided by a contactless and uniform introduction of heat.
  • no cable is required for electrically conductive contact between the at least one busbar and the junction box.
  • a plurality of busbars, in particular a plurality of connecting elements can advantageously be connected via an electrically conductive contact.
  • only one junction box is required for electrically conductive contacting of the optoelectronic component.
  • a precise repeatability and a high degree of automation with short cycle times are advantageously possible.
  • a junction box can advantageously be easily integrated in different areas of the optoelectronic component.
  • the number of potential weak points in the integration of the junction box is advantageously reduced.
  • the photovoltaic element can advantageously be fastened to a surface in a form-fitting manner with such a contact.
  • the at least one electrically conductive element is electrically conductively connected to a junction box, the junction box being arranged on the optoelectronic component, preferably in an area remote from a corner of the optoelectronic component.
  • the junction box is arranged directly on the surface of the optoelectronic component. In a preferred embodiment, the junction box is arranged on an edge of the at least one protective layer and / or the encapsulation of the optoelectronic component. In a preferred embodiment, the junction box is glued to the surface of the optoelectronic component.
  • a junction box is understood to mean, in particular, an element for connecting the optoelectronic component to an electrical circuit.
  • the junction box is used in particular for the electrically conductive connection of at least one busbar arranged under the at least one protective layer of the optoelectronic component to an electrical circuit.
  • the junction box is arranged on a region of the optoelectronic component without a layer system, in particular without a photoactive layer. This avoids degradation processes in the photoactive layer.
  • the laser medium of the at least one laser beam in step b) is CO2.
  • step c) a solder preform is introduced into the at least one opening.
  • the solder preform is formed from the low-melting solder.
  • the at least one opening has a cross-sectional area of 0.1 to 75 mm 2 , preferably 1 to 30 mm 2 , with a contact area of the connecting element with the at least one busbar and / or with the electrical conductive element is smaller than the surface of the busbar facing the connecting element.
  • the at least one opening has a cross-sectional area of 0.1 to 75 mm 2 , preferably 0.1 to 30 mm 2 , preferably 1 to 75 mm 2 , preferably 1 to 30 mm 2 , preferably 1 up to 10 mm 2 , preferably from 0.1 to 10 mm 2 , preferably from 20 to 50 mm 2 , or preferably from 10 to 30 mm 2 .
  • the opening is formed in a circular shape, but in an alternatively preferred embodiment, the opening can be formed in another polygonal shape or in an elliptical shape, in particular a square, triangular, hexagonal or octagonal shape.
  • the at least one opening has a diameter of 10 ⁇ m to 5 mm, preferably 100 ⁇ m to 5 mm, 1 mm to 5 mm, preferably 1 mm to 2 mm, preferably 10 ⁇ m to 1 mm, preferably from 100 pm to 1 mm, or preferably from 10 pm to 100 pm.
  • the connecting element has a cross-sectional area 0.1 to 75 mm 2 , preferably 0.1 to 30 mm 2 , preferably 1 to 75 mm 2 , preferably 1 to 30 mm 2 , preferably 1 to 10 mm 2 , preferably from 0.1 to 10 mm 2 , preferably from 20 to 50 mm 2 , or preferably from 10 to 30 mm 2 .
  • the connecting element is formed in a circular shape, but in an alternatively preferred embodiment the opening can be formed in another polygonal shape or in an elliptical shape, in particular a square, triangular, hexagonal or octagonal shape.
  • the connecting element has a diameter of 10 ⁇ m to 5 mm, preferably 100 ⁇ m to 5 mm, preferably 1 mm to 5 mm, preferably 1 mm to 2 mm, preferably from 10 pm to 1 mm, preferably from 100 pm to 1 mm, or preferably from 10 pm to 100 pm.
  • Cross-sectional area of the at least one opening at least largely the cross-sectional area of the connecting element.
  • the low-melting solder for forming the connecting element is selected from the group consisting of bismuth, copper, silver and tin, and an alloy of at least one of these elements.
  • the low-melting solder for forming the connecting element is formed from tin and bismuth or an alloy thereof, preferably from tin, bismuth, copper and silver.
  • the low-melting solder has impurities on further elements in an amount of a maximum of 5% by weight, preferably of a maximum of 2% by weight.
  • the at least one protective layer is formed from a film, in particular a light-permeable film.
  • the at least one protective layer is made of ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), ethylene vinyl acetate (EVA), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene (PP), or thermoplastic polyurethane (TPU).
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PC polycarbonate
  • PE polyethylene
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PP polypropylene
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • At least one connecting material is arranged between the at least one protective layer and the at least one busbar, preferably an adhesive, the at least one opening in step b) in the at least one protective layer and in the at least one Protective layer arranged connecting material is formed.
  • the connecting material is positively connected to the at least one protective layer and / or the at least one busbar.
  • the connecting material is an at least largely translucent adhesive.
  • the electrically conductive contacting of the at least one busbar with the electrically conductive element and the electrically conductive element with the junction box is carried out without a cable.
  • the electrically conductive contact between the electrically conductive element and the junction box is carried out via at least one cable.
  • the at least one protective layer has a layer thickness of 10 gm to 500 gm, preferably 100 gm to 500 gm, preferably 10 gm to 100 gm, preferably 10 gm to 50 gm, or preferably 20 gm to 40 gm gm.
  • the electrically conductive element is designed as a plate or a strip, the plate or the strip preferably having a layer thickness of 10 gm to 100 gm, preferably 10 gm to 60 gm, or as a Wire is formed, the wire preferably having a cross-sectional area of 0.1 mm 2 to 2 mm 2 , preferably from 0.5 mm 2 to 1 mm 2 .
  • the electrically conductive element has a layer thickness of 10 gm to 500 gm, 10 gm to 200 gm, preferably 100 gm to 200 gm, preferably 10 gm to 100 gm, preferably 10 gm to 60 gm, or preferably from 20 gm to 40 gm.
  • the electrically conductive element has a cross-sectional area of 0.1 mm 2 to 2 mm 2 , preferably 0.1 mm 2 to 1.5 mm 2 , preferably 0.2 mm 2 to 1.5 mm 2 , preferably from 0.5 mm 2 to 1.5 mm 2 , preferably from 0.2 mm 2 to 1 mm 2 , or preferably from 0.5 mm 2 to 1 mm 2 .
  • the at least one busbar is designed as a metal layer made of at least one metal or an alloy thereof, preferably made of copper and tin, the at least one busbar and the electrically conductive element preferably being made of the same material .
  • the at least one busbar is materially connected to the connecting element and / or the electrically conductive element is connected to the connecting element.
  • a sealing material is applied in and / or on the opening having the connecting element, so that the at least one opening is sealed with the connecting element.
  • the at least one electrically conductive element is electrically conductively connected to a junction box, the junction box being arranged on the optoelectronic component.
  • At least one connection opening is included in step e) by means of laser ablation at least one laser beam in the at least one protective layer, preferably from the side of the optoelectronic component having the at least one protective layer, which is directed towards the sun, with the electrically conductive element obtained in step d), the wavelength range of the laser being 8 pm to 12 pm, the behind the at least one protective layer on the intended side facing away from the sun is partially exposed electrically conductive element, so that the electrically conductive element is not damaged.
  • the at least one connection opening in step e) is introduced into an insulating layer of the electrically conductive element on a side of the optoelectronic component that is intended to be remote from the sun, preferably a solar cell.
  • step e) The implementation of the laser ablation in step e) with the associated parameters essentially corresponds to that of step b).
  • parameters preferably an energy density, a pulse duration, a pulse shape, a pulse frequency and / or a wavelength of the at least one laser beam, depending on the material and the layer thickness, are used to form the at least one connection opening by means of laser ablation in step e) adapted to the at least one protective layer.
  • the laser medium of the at least one laser beam in step e) is CO2.
  • the at least one connection opening has a cross-sectional area of 0.1 to 75 mm 2 , preferably 1 to 40 mm 2 , or preferably 1 to 30 mm 2 .
  • a solder is introduced into the at least one connection opening of the at least one protective layer formed in step e) in step f), and the connection box is aligned and fixed on a side of the at least one connection opening opposite the electrically conductive element and in a step g) an electrically conductive connection element is formed in the at least one connection opening by means of inductive soldering, so that the electrically conductive element and the connection box are electrically conductively contacted via the at least one connection element.
  • the junction box is fixed on a side of the at least one connection opening opposite the electrically conductive element in step f) and / or step g).
  • the at least one connection opening in step e) is introduced into the at least one protective layer on a side of the optoelectronic component that is intended to face the sun, preferably a solar cell.
  • connection element by means of inductive soldering in step g), parameters are adapted as a function of the material and the dimensions of the connection element to be formed.
  • a solder preform is introduced into the at least one opening in step f).
  • the junction box has the solder preform.
  • the connection box, in particular connection lines of the connection box is materially connected to the connection element in step g).
  • the connection element has a cross-sectional area of 0.1 to 75 mm 2 , preferably 1 to 40 mm 2 , or preferably 1 to 30 mm 2 .
  • solder for forming the connection element is selected from the group consisting of bismuth, copper, silver and tin, and an alloy of at least one of these elements.
  • the electrically conductive element and the junction box are contacted in an electrically conductive manner directly via the connection element, in particular no additional cable being arranged between the electrically conductive element and the junction box for electrically conductive contacting.
  • a sealing material is applied and / or entered in and / or on the connection opening having the connection element, so that the at least one connection opening is sealed with the connection element, this is preferred Sealing material a silicone and / or a resin.
  • the junction box is connected in an electrically conductive manner to the electrically conductive element by means of a plug connection.
  • the junction box can be installed reversibly on the optoelectronic component particularly easily, in particular at the location where the optoelectronic component is installed.
  • the junction box has a diode.
  • Organic photovoltaic elements in particular organic solar cells, consist of a sequence of thin layers with at least one photoactive layer, which are preferably evaporated in a vacuum or processed from a solution.
  • the electrical connection can be made by metal layers, transparent conductive oxides and / or transparent conductive polymers.
  • the vacuum vapor deposition of the organic layers is particularly advantageous in the production of multilayer solar cells, in particular tandem or triple cells.
  • the photovoltaic element in particular the organic photovoltaic element, is formed from at least one cell.
  • the cell is a single, tandem or multiple cell. Tandem and multiple cells consist of at least two cells which are arranged one above the other between the electrodes, each cell having at least one photoactive layer.
  • each cell preferably has its own electrode and counter electrode.
  • the series connection is made by electrically connecting the electrode of one cell to the counter electrode of the next cell.
  • the optoelectronic component is additionally provided with a barrier layer and / or additionally encapsulated with a barrier layer in order to minimize degradation due to external influences.
  • the method for electrically conductive contacting of an optoelectronic component is used in a roll-to-roll method.
  • the object of the present invention is also achieved by providing an optoelectronic component, in particular a flexible optoelectronic component, with at least one protective layer and with at least one busbar, which is arranged under the at least one protective layer of the optoelectronic component, preferably produced by a method according to the invention is, in particular according to one of the embodiments described above.
  • the optoelectronic component has at least one electrically conductive contact, the at least one electrically conductive contact making electrically conductive contact with the at least one busbar by means of an electrically conductive connecting element with a flexible, electrically conductive element, and the optoelectronic component preferably being connected to a junction box.
  • this results in particular in the advantages that have already been described in connection with the method for electrically conductive contacting of an optoelectronic component having at least one protective layer.
  • the electrically conductive element is arranged directly on the at least one protective layer. In an alternatively preferred embodiment, the electrically conductive element is arranged on a connection layer applied to the at least one protective layer.
  • the at least one busbar is arranged on an electrode or a counter electrode. In a preferred embodiment, the at least one busbar is arranged on a side of the optoelectronic component, in particular a photovoltaic element, which is intended to be facing away from the sun. In a preferred embodiment, the at least one busbar is arranged at least largely over the width or length of the layer system, which leads the two poles, including the minus and plus poles of the photovoltaic element, to a connection point.
  • the at least one busbar is applied directly to the electrode or the counter electrode.
  • an electrically conductive layer is arranged between the at least one busbar and the electrode or the counter electrode.
  • At least one connecting material is arranged between the at least one protective layer and the at least one busbar, preferably an adhesive, the at least one opening being formed in the at least one protective layer and in the connecting material arranged on the at least one protective layer is.
  • the at least one connecting material is arranged over the entire extent of the at least one protective layer.
  • the flexible optoelectronic component is a flexible solar cell, with an electrode, a counter electrode, and a layer system with at least one photoactive layer, the layer system being arranged between the two electrodes, and the at least one busbar is at least partially electrically conductively contacted on the electrode and / or the counter-electrode.
  • a first busbar makes electrically conductive contact with at least one electrode and a second busbar makes electrically conductive contact with at least one counter electrode, the first Busbar leads to a first electrically conductive element and the second busbar leads to a second electrically conductive element, the two electrically conductive elements preferably being electrically conductively connected to the junction box.
  • the junction box is arranged in a region remote from an edge of the optoelectronic component. In an alternatively preferred embodiment, the junction box is arranged on an edge of the at least one protective layer and / or the encapsulation of the optoelectronic component.
  • the junction box is arranged on the front side of the solar cell, in particular in an area on an edge of the solar cell. In an alternative embodiment of the invention, the junction box is arranged on the front side of the solar cell, in particular in an area remote from the layer system of the optoelectronic component.
  • the junction box is arranged on the side of the solar cell that is intended to be facing away from the sun. In an alternative preferred embodiment, the junction box is arranged on the side of the solar cell that is intended to be turned away from the sun.
  • the electrically conductive element connects at least two busbars in an electrically conductive manner, preferably busbars from different cells, and leads them to the junction box.
  • the junction box is arranged on a side of the optoelectronic component, preferably a solar cell, facing the sun, and the electrically conductive element is arranged on one
  • the side of the optoelectronic component, preferably a solar cell, facing away from the sun is arranged.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a method for electrically conductive contacting of an optoelectronic component having at least one protective layer in a flow diagram
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an optoelectronic component having a protective layer with an electrically conductive contact in a side view
  • FIG. 3 shows schematic representations of two exemplary embodiments of an optoelectronic component having a protective layer with an electrically conductive contact in a top view.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a method for electrically conductive contacting of an optoelectronic component 10 having at least one protective layer 7 in a flow diagram.
  • the optoelectronic component 10 in particular a photovoltaic element, comprises at least one electrode 6, a counter electrode 5, and a layer system 4 with at least one photoactive layer, the layer system 4 being arranged between the two electrodes 5, 6 and the at least one busbar 1 is at least partially contacted in an electrically conductive manner on the electrode 6 and / or the counter-electrode 5.
  • the method for electrically conductive contacting of the optoelectronic component 10 having at least one protective layer 7, in particular a flexible optoelectronic component 10 comprises the following method steps: a) providing the optoelectronic component 10 having the at least one protective layer 7, the optoelectronic component 10 having at least one busbar 1 which is arranged under the at least one protective layer 7, b) forming at least an opening 8 by means of laser ablation with at least one laser beam in the at least one protective layer 7, the wavelength range of the laser being 8 pm to 12 pm, with at least one busbar 1 arranged under the at least one protective layer 7 being partially exposed so that the at least one busbar 1 is not damaged, c) introducing a low-melting solder into the at least one opening 8 of the at least one protective layer 7, and aligning and fixing a flexible electrically conductive element 2 on one of the at least one busbar 1 opposite Side of the at least one opening 8, and d) forming an electrically conductive connecting element 11 in the at least one opening 8 by means
  • the busbars in particular the busbars designed as thin metal layers, and the electrically conductive connecting material arranged between the electrode and / or the counter-electrode and the at least one busbar are advantageously not damaged.
  • the heat input is advantageously limited in time and also thermally, as a result of which damage to the adjacent layer system is avoided.
  • several connecting elements in particular several busbars, can be connected via an electrically conductive contact get connected. The method is advantageously in one
  • the parameters of the laser ablation are set depending on the material and the layer thickness of the at least one protective layer 7 in such a way that the laser ablation of the protective layer 7 denotes Removal of the protective layer 7 to expose the busbar 1 without damaging the at least one busbar and the layer system 4 is guaranteed.
  • the parameters of the inductive soldering are set depending on the material and dimensions of the connecting element 11 to be formed in such a way that the inductive soldering ensures the formation of the connecting element 11 for electrically conductive contacting of the at least one busbar 1 and the electrically conductive element 2, and the at least a busbar 1 and the layer system 4 are not damaged.
  • the electrode 6, the counterelectrode 5 and the layer system 4 are laser-structured, so that the electrode 6 and / or the counterelectrode 5 each from a side of the optoelectronic component 10 as intended facing away from the sun or from a side of the optoelectronic component 10 as intended, facing away from the sun a busbar 1 can be contacted in an electrically conductive manner.
  • the electrically conductive contacting of different potentials on a plane of the optoelectronic component 10, in particular a plane parallel to the extent of the layer system 4, via at least one busbar 1 is possible.
  • two busbars 1 are arranged on the electrode 6 and / or the counter electrode 5.
  • the at least one electrically conductive element 2 is electrically conductively connected to a junction box 3, the junction box 3 being arranged on the optoelectronic component 10, preferably in an area remote from a corner of the optoelectronic component 10.
  • the laser medium of the at least one laser beam in step b) is CO2.
  • a solder preform is introduced into the at least one opening 8 in step c).
  • the at least one opening 8 has a cross-sectional area of 0.1 to 75 mm 2 , preferably 1 to 30 mm 2 , with a contact surface of the connecting element 11 with the at least one busbar 1 and / or with the The electrically conductive element 2 is smaller than the surface of the at least one busbar 1 facing the connecting element 11.
  • the cross-sectional area of the at least one opening corresponds to the cross-sectional area of the connecting element.
  • the low-melting solder for forming the connecting element 11 is selected from the group consisting of bismuth, copper, silver and tin, and an alloy of at least one of these elements.
  • At least one connecting material 9 is arranged between the at least one protective layer 7 and the at least one busbar 1, preferably an adhesive, the at least one opening 8 being formed in step b) in the at least one protective layer 7 and in the connecting material 9 arranged on the at least one protective layer 7.
  • the connecting material 9 shown in FIG. 2 is also formed as an alternative.
  • the electrically conductive element 2 is designed as a plate or a strip, the plate or the strip preferably having a layer thickness of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably from 10 ⁇ m to 60 ⁇ m, or designed as a wire , the wire preferably having a cross-sectional area of 0.1 mm 2 to 2 mm 2 , preferably of 0.5 mm 2 to 1 mm 2 .
  • the at least one busbar 1 is designed as a metal layer made of at least one metal or an alloy thereof, preferably made of copper and tin, the at least one busbar 1 and the electrically conductive element 2 preferably being made of the same material .
  • the electrically conductive element 2 is coated on the outside at least in regions with an insulating layer 13.
  • step d) for the electrically conductive connection of the junction box 3 to the electrically conductive element 2 of the optoelectronic component 10 having the at least one protective layer 7, according to step d), at least one connection opening is made in step e) by means of laser ablation with at least one laser beam in the at least one protective layer 7, preferably from the side of the optoelectronic component 10 having the at least one protective layer 7, which is directed towards the sun, with the step in step d) formed electrically conductive element 2 obtained, wherein the wavelength range of the laser is 8 pm to 12 pm, whereby the electrically conductive element 2 arranged behind the at least one protective layer 7 on the side facing away from the sun is partially exposed, so that the electrically conductive 2 element is not damaged.
  • a solder is introduced into the at least one connection opening formed in step e) of the at least one protective layer 7 in step f), and the connection box 3 on a side of the at least one connection opposite the electrically conductive element 2 -Opening aligned and fixed, and in a step g) an electrically conductive connection element 12 is formed in the at least one connection opening by means of inductive soldering, so that electrically conductive contact is made between the electrically conductive element 2 and the connection box 3 via the at least one connection element 12 .
  • the method is used for electrically conductive contacting of an optoelectronic component 10 in a roll-to-roll method.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an optoelectronic component 10 having a protective layer 7 with an electrically conductive contact in a side view. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that in this respect reference is made to the preceding description.
  • the optoelectronic component 10 in particular a flexible optoelectronic component 10, has at least one protective layer 7 and at least one busbar 1, which is arranged under the at least one protective layer 7 of the optoelectronic component 10. Furthermore, the optoelectronic component 10 has at least one electrically conductive one Contacting, in particular produced according to a method according to the invention, for electrically conductive contacting of the optoelectronic component 10 having at least one protective layer 7, the at least one electrically conductive contacting the at least one busbar 1 electrically by means of an electrically conductive connecting element 11 with a flexible electrically conductive element 2 conductively contacted.
  • the at least one electrically conductive element 2 is electrically conductively connected to a junction box 3, the junction box 3 being arranged on the optoelectronic component 10.
  • the junction box 3 is arranged in a region remote from a corner of the optoelectronic component 10.
  • At least one connecting material 9, preferably an adhesive, is arranged between the at least one protective layer 7 and the at least one busbar 1.
  • the flexible optoelectronic component 10 is a flexible solar cell, and has an electrode 6, a counter electrode 5, and a layer system 4 with at least one photoactive layer, the layer system 4 being arranged between the two electrodes 5, 6 , and wherein the at least one busbar 1 is at least partially connected to the electrode 6 and / or the counter electrode 5 is electrically conductively contacted.
  • the basic structure of a solar cell is represented by the two electrodes 5, 6 and the layer system 4 arranged between them.
  • the layer system 4 can be designed in different ways, in particular have a different number of absorber materials and / or a different number of photoactive layers.
  • the production of the optoelectronic component 10, in particular a photovoltaic element with a layer system 4 can be carried out by evaporation in a vacuum, with or without carrier gas, or processing from a solution or suspension, for example during coating or printing. Individual layers can also be applied by sputtering. It is preferred to produce the layers by evaporating the small molecules in a vacuum.
  • a first busbar 1 makes electrically conductive contact with the at least one electrode 6 and a second busbar 15 contacts the at least one counterelectrode 5 in an electrically conductive manner, the first busbar 1 leading to a first electrically conductive element 2 and the second busbar 15 leads to a second electrically conductive element 16, and wherein the two electrically conductive elements 2, 16 are preferably connected to the junction box 3 in an electrically conductive manner.
  • the optoelectronic component 10 is a flexible optoelectronic component 10, in particular a flexible solar cell.
  • the flexible solar cell is in particular an organic solar cell with at least one photoactive layer based on small molecules, but the use of other flexible organic solar cells is also conceivable.
  • the junction box 3 is on a side of the intended facing the sun optoelectronic component 10, preferably a solar cell, and the electrically conductive element 2 is arranged on a side of the optoelectronic component 10, preferably a solar cell, which is intended to be remote from the sun.
  • a functional layer 14, preferably a color layer, a filter layer and / or an adhesive layer, can be arranged at least partially between the at least one protective layer 7 and the electrically conductive element 2.
  • FIG. 3 shows schematic representations of two exemplary embodiments of an optoelectronic component 10 having a protective layer 7 with an electrically conductive contact in a top view. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that in this respect reference is made to the preceding description.
  • two busbars 1, 15 are arranged on an electrode 6 and / or a counter electrode 5, a first busbar 1 being assigned to a first potential and a second busbar 15 to a second potential.
  • the electrode 6, the counterelectrode 5 and the layer system 4 are laser-structured, the electrode 6 and / or the counterelectrode 5 each making electrically conductive contact with the busbars 1, 15 from a side of the optoelectronic component 10 that is intended to be turned away from the sun or from a side of the optoelectronic component 10 that is intended to be facing the sun are.
  • FIG. 3A there are two electrically conductive contacts which are produced by a method according to the invention for electrically conductive contacting of the optoelectronic component 10 having the at least one protective layer 7 in accordance with steps a) to d).
  • the busbar 1 is connected to an electrically conductive element 2 via a Connecting element 11 and the busbar 15 are electrically conductively connected to an electrically conductive element 16 via a connecting element 11.
  • the electrically conductive elements 2, 16 are coated on the outside at least in some areas with an insulating layer 13.
  • two connection openings are provided by means of laser ablation with at least one laser beam in the at least one protective layer 7, preferably from the side of the optoelectronic component 10 having the at least one protective layer that is intended to be facing the sun , formed according to step e), wherein the wavelength range of the laser is 8 pm to 12 pm.
  • the electrically conductive elements 2, 16 arranged behind the at least one protective layer 7 on the intended side facing away from the sun are thereby partially exposed, so that the electrically conductive elements 2, 16 are not damaged.
  • electrically conductive connection elements 12 are formed in the two connection openings in the two connection openings of the at least one protective layer 7, so that the electrically conductive elements 2, 16 and the connection box 3 are electrically connected via the two connection elements 12 are conductively contacted.
  • the junction box 3 is located partially behind the at least one protective layer 7 when viewed from above.
  • FIG. 3B there are two electrically conductive contacts which are produced by a method according to the invention for electrically conductive contacting of the optoelectronic component 10 having the at least one protective layer 7 in accordance with steps a) to d).
  • the busbar 1 is connected in an electrically conductive manner to an electrically conductive element 2 via a connecting element 11 and the busbar 15 is connected to an electrically conductive element 16 via a connecting element 11.
  • the electrically conductive elements 2, 16 are coated on the outside at least in some areas with an insulating layer 13.
  • the electric Conductive elements 2, 16 are designed in the form of a wire or a narrow strip, guided on the surface of the optoelectronic component 10 to a junction box 3, and connected to the junction box 3 in an electrically conductive manner.
  • the electrically conductive elements 2, 16 are coated on the outside at least in some areas with an insulating layer 13.
  • the electrically conductive elements 2, 16 are routed to the junction box 3 on the side of the optoelectronic component 10 that is intended to face away from the sun.
  • the electrically conductive elements 2, 16 are routed to the junction box 3 on the side of the optoelectronic component 10 that is intended to face away from the sun.
  • the electrically conductive elements 2, 16 are routed to the junction box 3 on the side of the optoelectronic component 10 that is intended to face away from the sun.
  • the electrically conductive elements 2, 16 are routed to the junction box 3 on the side of the optoelectronic component 10 that is intended to face away from the sun.
  • Elements 2, 16 according to steps e) to g) through an edge region of the at least one protective layer 7, in particular an area on which no layer system 4 is arranged, to the side of the optoelectronic component 10 that is intended to be facing the sun and / or there with the Junction box 3 are electrically connected.
  • the junction box 3 is located partially behind the at least one protective layer 7 when viewed from above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht (7) aufweisenden optoelektronischen Bauelements (10), wobei a) das die mindestens eine Schutzschicht (7) aufweisende optoelektronische Bauelement (10) bereitgestellt wird, wobei das optoelektronische Bauelement (10) mindestens eine Sammelschiene (1) aufweist, die unter der mindestens einen Schutzschicht (7) angeordnet ist, b) mindestens eine Öffnung (8) mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl in der mindestens einen Schutzschicht (7) gebildet wird, wobei der Wellenlängenbereich des Lasers 8 pm bis 12 pm beträgt, wobei mindestens eine unter der mindestens einen Schutzschicht (7) angeordnete Sammelschiene (1) teilweise freigelegt wird, so dass die mindestens eine Sammelschiene (1) nicht beschädigt wird, c) ein niedrigschmelzendes Lot in die mindestens eine Öffnung (8) der mindestens einen Schutzschicht (7) eingebracht wird, und ein flexibles elektrisch leitfähiges Element (2) an einer der mindestens einen Sammelschiene (1) gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Öffnung (8) ausgerichtet und fixiert wird, und d) mittels induktivem Löten mit gleichmäßigem Wärmeeintrag ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (11) in der mindestens einen Öffnung (8) gebildet wird, so dass das elektrisch leitfähige Element (2) und die mindestens eine Sammelschiene (1) über das mindestens eine Verbindungselement (11) elektrisch leitend kontaktiert werden.

Description

Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements und optoelektronisches Bauelement mit einer solchen Kontaktierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements, sowie ein optoelektronisches Bauelement mit einer solchen Kontaktierung.
Die Optoelektronik setzt sich aus dem Gebiet der Optik und der Halbleiterelektronik zusammen. Sie umfasst insbesondere Systeme und Verfahren, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Energien in Lichtemission ermöglichen oder Lichtemissionen in Energie umwandeln. Optoelektronische Bauelemente, insbesondere organische photovoltaische Elemente (OPVs) und organische Leuchtdioden (organic light emitting diode, OLED), erzeugen elektrische Energie oder wandeln elektrische Energie in Lichtemissionen um, welche zur Anwendung im weiteren Verlauf aus dem photovoltaischen Element herausgeführt oder hineingeführt werden muss. Dazu sind sogenannte Sammelschienen, auch Busbars genannt, erforderlich, welche den Anforderungen eines flexiblen photovoltaischen Elements gerecht werden müssen. Sammelschienen stellen einen Punkt in einem optoelektronischen Bauelement dar, an dem die umgewandelte Energie gebündelt und in Form von elektrischen Strömen weitergeleitet wird. Im Bereich der photovoltaische Elemente sind Sammelschienen bekannt, welche auf der Vorderseite oder auf der Rückseite der photovoltaischen Elemente aufgebracht sind. Die Ausmaße des Querschnitts einer Sammelschiene richtet sich nach der zu übertragenden Stromstärke. Photovoltaische Elemente werden in der Regel jedoch zum Schutz vor äußeren Einflüssen mit einer Schutzschicht versehen oder eingekapselt, insbesondere um diese mechanisch und gegen Umwelteinflüsse, beispielsweise Feuchtigkeit oder Diffusion von Sauerstoff, zu schützen. Die Sammelschienen sind unter der Schutzschicht angeordnet. Um erzeugte elektrische Energie von photovoltaische Elementen durch die Schutzschicht herauszuführen, müssen die innerhalb der Schutzschicht liegenden Sammelschienen durch die Schutzschicht hindurch elektrisch leitend kontaktiert werden.
WO2009/13468A1 offenbart ein Kontaktierungsverfahren von optoelektronischen Bauteilen, wobei die Kontaktierung mittels Bohren oder Fräsen durchgeführt wird. Dabei wird nach einer vollständigen Lamination des optoelektronischen Bauteils ein bestimmter Bereich der Laminationsschicht vollständig durchstoßen oder abgetragen, und der freigelegte Kontaktierungsbereich mittels eines von außen abgreifbaren Anschlusselements kontaktiert.
DE102007052972A1 offenbart ein Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten auf polymeren Trägern, beispielsweise Solarzellen, unter Anwendung eines Laserstrahls zur Öffnung einer Polymerschicht und anschließender Vernietung der dünnen Metallschichten zum Verbinden der Metallschichten. In dem Verfahren wird ein Laser mit unterschiedlicher Energie und zeitlicher Steuerung der applizierten Laserenergie für das Einbringen der Öffnung in die Polymerträgerfolie und die Vernietung der dünnen Metallschichten eingesetzt.
JP2015154049A offenbart eine flexible Dünnschichtsolarzelle mit einer Schutzschicht auf der Frontseite und einer Schutzschicht auf der Rückseite der Solarzelle, mit einem Anschlusselement und einer Anschlussverbindung, die mit dem Anschlusselement verbunden ist. Die Anschlussverbindung ist an eine Anschlussklemme, die an einer Seitenfläche der Solarzelle angeordnet ist, zur Entnahme des elektrischen Stroms verbunden, wobei die Anschlussklemme eine geringere Dicke aufweist im Vergleich zur Schichtdicke der Solarzelle.
US20110308562A1 offenbart eine Anschlussdose für photovoltaische Elemente mit einer Schutzschicht, wobei die Anschlussdose Kontaktstellen aufweist, die ausgebildet sind eine Schutzschicht zu durchstoßen, und dadurch eine elektrisch leitende Kontaktierung mit dem die Schutzschicht aufweisenden photovoltaischen Element bilden.
Nachteilig aus dem Stand der Technik ist jedoch, dass bekannte Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung optoelektronischer Bauelemente mit mindestens einer Schutzschicht die Funktion der Schutzschicht beeinträchtigen und/oder darunter liegende Elemente zumindest teilweise beschädigen. Des Weiteren sind die bekannten Verfahren insbesondere nicht für ein Rolle-zu-Rolle Verfahren zur Herstellung von photovoltaischen Elementen geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere eine einfache und sichere elektrische Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelements mit mindestens einer Schutzschicht, insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren, bereitgestellt wird, wobei insbesondere die Funktion der mindestens einen Schutzschicht und/oder darunter angeordneter Elemente nicht beeinträchtigt wird, diese insbesondere nicht beschädigt werden.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements, insbesondere eines flexiblen optoelektronischen Bauelements, bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen des die mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements, wobei das optoelektronische Bauelement mindestens eine Sammelschiene aufweist, die unter der mindestens einen Schutzschicht angeordnet ist, b) Bilden mindestens einer Öffnung mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl in der mindestens einen Schutzschicht, wobei der Wellenlängenbereich des Lasers 8 pm bis 12 pm beträgt, wobei mindestens eine unter der mindestens einen Schutzschicht angeordnete Sammelschiene teilweise freigelegt wird, so dass die mindestens eine Sammelschiene nicht beschädigt wird, c) Einbringen eines niedrigschmelzenden Lots in die mindestens eine Öffnung der mindestens einen Schutzschicht, und Ausrichten und Fixieren eines flexiblen elektrisch leitfähigen Elements an einer der mindestens einen Sammelschiene gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Öffnung, und d) Bilden mittels induktivem Löten mit gleichmäßigem Wärmeeintrag mindestens eines elektrischen leitfähigen Verbindungselements in der mindestens einen Öffnung, so dass das elektrisch leitfähige Element und die mindestens eine Sammelschiene über das mindestens eine Verbindungselement elektrisch leitend kontaktiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das elektrisch leitfähige Element nach Schritt d) zumindest bereichsweise nach außen mit einer Isolierschicht beschichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die mindestens eine Öffnung mittels Laserablation derart in der Schutzschicht gebildet, dass eine elektrisch leitende Kontaktierung der Sammelschiene mit dem elektrisch leitfähigen Element möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Bildung der mindestens einen Öffnung mittels Laserablation in Schritt b) Parameter, bevorzugt eine Energiedichte, eine Pulsdauer, eine Pulsform, eine Pulsfrequenz und/oder eine Wellenlänge des mindestens einen Laserstrahls, in Abhängigkeit des Materials und der Schichtdicke der mindestens einen Schutzschicht angepasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein kontinuierlicher Laser eingesetzt. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform wird ein gepulster Laser eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Pulsdauer des Lasers in Schritt b) weniger als 60 ps, bevorzugt weniger als 40 ps, bevorzugt weniger als 20 ps, bevorzugt weniger als 10 ps, bevorzugt weniger als 8 ps, bevorzugt weniger als 6 ps, oder bevorzugt weniger als 4 ps.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Wellenlängenbereich des Lasers in Schritt b) 8 pm bis 12 pm, bevorzugt 9 pm bis 12 pm, bevorzugt 10 pm bis 12 pm, bevorzugt 11 pm bis 12 pm, bevorzugt 8 pm bis 11 pm, bevorzugt 8 pm bis 10 pm, bevorzugt 8 pm bis 9 pm, bevorzugt 9 pm bis 11 pm, bevorzugt 9 pm bis 10 pm, oder bevorzugt 10 pm bis 11 pm.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Bildung des Verbindungselements mittels induktivem Löten in Schritt d) Parameter in Abhängigkeit des Materials und der Abmessungen des zu bildenden Verbindungselements angepasst, so dass das induktive Löten die Bildung des Verbindungselements zur elektrisch leitenden Kontaktierung der mindestens einen Sammelschiene und des elektrisch leitfähigen Elements gewährleistet, und dabei die mindestens eine Sammelschiene und das Schichtsystem nicht beschädigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Laserablation in Schritt b) und/oder beim induktiven Löten in Schritt d) verdampftes Material abgesaugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Energiedichte des mindestens einen Laserstrahls bei der Laserablation in Schritt b) während der Ablation in Abhängigkeit einer Abtragstiefe der mindestens einen Schutzschicht angepasst. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Taktzeit der Laserablation in Schritt b) weniger als 4s, bevorzugt weniger als 2s, und/oder die Taktzeit des induktiven Lötens in Schritt d) weniger als 10s, bevorzugt weniger als 4s.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die mindestens eine Öffnung in Schritt b) auf einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des optoelektronischen Bauelements, bevorzugt einer Solarzelle, in die mindestens eine Schutzschicht eingebracht.
Unter einer Sammelschiene, einem sogenannten Busbar, wird insbesondere eine Anordnung verstanden, die zur elektrischen Kontaktierung als zentraler Verteiler von elektrischer Energie an ankommende und abgehende Leitungen elektrisch leitend verbunden ist, bevorzugt mit mindestens einer Elektrode und/oder mindestens einer Gegenelektrode. Die Sammelschiene ist insbesondere planar als Band, Streifen, Platte oder als Metallschicht ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Sammelschiene eine Schichtdicke von 10 pm bis 500 pm auf, bevorzugt von 100 pm bis 500 pm, bevorzugt von 10 pm bis 200 pm, bevorzugt von 10 pm bis 100 pm, bevorzugt von 10 pm bis 50 pm, oder bevorzugt von 20 pm bis 40 pm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Sammelschiene einen niedrigen Absorptionsgrad für Wärme und/oder eine hohe Reflexion der Wellenlänge des mindestens einen Laserstrahls auf, so dass die mindestens eine Sammelschiene bei der Laserablation in Schritt b) nur geringfügig erwärmt wird.
Unter einem optoelektronischen Bauelement wird insbesondere ein photovoltaisches Element verstanden. Unter einem photovoltaischen Element wird insbesondere eine photovoltaische Zelle verstanden, insbesondere eine Solarzelle. Das photovoltaische Element ist bevorzugt aus mehreren photovoltaischen Zellen aufgebaut, die in Reihe oder parallel verschaltet sein können. Die mehreren photovoltaischen Zellen können auf unterschiedliche Weise in dem optoelektronischen Bauelement angeordnet und/oder verschaltet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement, insbesondere das photovoltaische Element, zumindest eine Elektrode, eine Gegenelektrode, und ein Schichtsystem mit mindestens einer photoaktiven Schicht, wobei das Schichtsystem zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Sammelschiene zumindest teilweise an der Elektrode und/oder der Gegenelektrode elektrisch leitend kontaktiert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektrode, das Schichtsystem und die Gegenelektrode laserstrukturiert, so dass die Elektrode und/oder die Gegenelektrode jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite oder jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des optoelektronischen Bauelements mit der mindestens einen Sammelschiene elektrisch leitend kontaktierbar sind. Dadurch ist insbesondere das elektrisch leitende Kontaktieren unterschiedlicher Potentiale auf einer Ebene des optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Ebene parallel zur Ausdehnung des Schichtsystems, über mindestens eine Sammelschiene möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Sammelschienen an der Elektrode und/oder der Gegenelektrode angeordnet, wobei eine erste Sammelschiene einem ersten Potential und eine zweite Sammelschiene einem zweiten Potential zugeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement ein flexibles optoelektronisches Bauelement. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das flexible optoelektronische Bauelement ein flexibles photovoltaisches Element, insbesondere ein flexibles organisches photovoltaisches Element.
Unter einem flexiblen optoelektronischen Bauelement wird insbesondere ein optoelektronisches Bauelement verstanden, dass in einem bestimmten Bereich biegbar und/oder dehnbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das photovoltaische Element eine Zelle mit mindestens einer photoaktiven Schicht auf, insbesondere eine CIS-, CIGS-, GaAs-, oder Si-Zelle, eine Perovskit- Zelle oder ein organisches photovoltaisches Element (OPV), eine sogenannte organische Solarzelle. Unter einem organische photovoltaische Element wird insbesondere ein photovoltaisches Element mit mindestens einer organischen photoaktiven Schicht verstanden, insbesondere ein polymeres organisches photovoltaisches Element oder ein organisches photovoltaisches Element auf Basis kleiner Moleküle. Während Polymere sich dadurch auszeichnen, dass diese nicht verdampfbar und daher nur aus Lösungen aufgebracht werden können, sind kleine Moleküle meist verdampfbar und können entweder wie Polymere als Lösung aufgebracht werden, aber auch mittels Verdampfungstechnik, insbesondere durch Verdampfen aus dem Vakuum. Insbesondere bevorzugt ist das photovoltaische Element ein flexibles organisches photovoltaisches Element auf Basis kleiner Moleküle.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die photoaktive Schicht des Schichtsystems kleine Moleküle, welche im Vakuum verdampfbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest die photoaktive Schicht des Schichtsystems im Vakuum aufgedampft.
Unter kleinen Molekülen werden insbesondere nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen molaren Massen zwischen 100 und 2000 g/mol verstanden, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere sind die kleinen Moleküle photoaktiv, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteintrag ihren Ladungszustand und/oder ihren Polarisierungszustand ändern.
Unter einer Schutzschicht wird insbesondere eine Barriereschicht zum Verhindern der Durchlässigkeit von äußeren Einflüssen, insbesondere von Luftsauerstoff und/oder Feuchtigkeit, eine Schutzschicht zur Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit, insbesondere Kratzfestigkeit, und/oder eine Filterschicht, bevorzugt eine Schicht mit einem UV-Filter, verstanden.
Unter einem unter einer Schutzschicht angeordneten Element wird insbesondere ein Element verstanden, dass derart an der Schutzschicht angeordnet ist, dass es von der Schutzschicht vor äußeren Einflüssen geschützt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement mindestens eine Schutzschicht auf der Vorderseite und mindestens eine Schutzschicht auf der Rückseite des optoelektronischen Bauelements auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine der mindestens einen Schutzschicht der Vorderseite mit einer der mindestens einen Schutzschicht der Rückseite verklebt.
Unter einer Vorderseite eines optoelektronischen Bauelements wird insbesondere eine bestimmungsgemäß sonnenzugewandte Seite des optoelektronischen Bauelements verstanden. Dementsprechend wird unter einer Rückseite eines optoelektronischen Bauelements insbesondere eine bestimmungsgemäß sonnenabgewandte Seite des optoelektronischen Bauelements verstanden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine Verkapselung aus mindestens einer Schutzschicht auf, die das optoelektronische Bauelement diffusionsdicht umschließt, also abdichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verkapselung eine Polymerverkapselung.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das optoelektronische Bauelement von der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite mit dem elektrisch leitfähigen Element elektrisch leitend kontaktiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das elektrisch leitfähige Element direkt auf die mindestens eine Schutzschicht angeordnet. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform wird das elektrisch leitfähige Element auf eine auf der mindestens einen Schutzschicht aufgebrachte elektrisch leitende Verbindungsschicht angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das elektrisch leitfähige Element als Kreuzverbinder ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zwischen der mindestens einen Schutzschicht und dem elektrisch leitfähigen Element zumindest teilweise eine Funktionsschicht angeordnet, bevorzugt eine Farbschicht, eine Filterschicht und/oder eine Klebeschicht. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Funktionsschicht mittels eines Rolle-zu-Rolle Verfahrens auf die mindestens eine Schutzschicht aufgetragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das flexible elektrisch leitfähige Element in Schritt c) und/oder d) an einer der mindestens einen Sammelschiene gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Öffnung fixiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das flexible elektrisch leitfähige Element in Schritt c) an einer der mindestens einen Sammelschiene gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Öffnung mittels eines Fixierbands fixiert, bevorzugt ein Klebeband.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das elektrisch leitfähige Element in Schritt c) und/oder d) an einer der mindestens einen Sammelschiene gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Öffnung durch Druckbeaufschlagung fixiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der mindestens einen Sammelschiene und der mindestens einen Schutzschicht ein Verbindungsmaterial angebracht, insbesondere ein Klebstoff, wobei bevorzugt die mindestens eine Schutzschicht und die mindestens eine Sammelschiene formschlüssig verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungsmaterial zumindest weitgehend für sichtbares Licht durchlässig.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement zwei übereinander angeordnete Schutzschichten auf, bevorzugt drei übereinander angeordnete Schutzschichten, oder bevorzugt vier übereinander angeordnete Schutzschichten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Schutzschichten mindestens ein Verbindungsmaterial angeordnet, insbesondere ein Klebstoff, wobei sich die Art des mindestens einen Verbindungsmaterials zwischen den einzelnen Schutzschichten unterscheiden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht aus einer Folie oder einer Beschichtung, bevorzugt aus einem Lack oder einem Polymer, ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht aus mindestens einer Vorderseitenfolie und mindestens einer Rückseitenfolie des optoelektronischen Bauelements ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht als Verkapselung ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Sammelschiene von der mindestens einen Schutzschicht bedeckt, so dass sich die mindestens eine Sammelschiene nicht über die Schutzschicht hinaus erstreckt, und somit nicht außerhalb der mindestens einen Schutzschicht über Kabel elektrisch kontaktierbar ist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem gleichmäßigen Wärmeeintrag insbesondere eine bei einem induktiven Löten von allen Seiten gleichmäßig erwärmte Lötstelle verstanden, insbesondere um in der Lötstelle eine möglichst gleiche Temperaturverteilung zu erzielen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem niedrigschmelzenden Lot insbesondere ein Lot verstanden, welches unterhalb einer bestimmten Temperatur schmilzt, bei der zumindest die Elektrode und das Schichtsystem des optoelektronischen Bauelements nicht beschädigt werden, bevorzugt wird das niedrigschmelzende Lot flussmittelfrei verlötet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise wird eine einfache und sichere elektrisch leitende Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements gewährleistet. Vorteilhafterweise wird eine Beschädigung des Schichtsystems und/oder der Elektroden vermieden. Vorteilhafterweise wird der Wärmeeintrag zeitlich wie auch thermisch begrenzt, wodurch Beschädigungen an dem angrenzenden Schichtsystem vermieden werden. Vorteilhafterweise werden die Sammelschienen, insbesondere die als dünne Metallschichten ausgebildete Sammelschienen, und das zwischen der Elektrode und/oder der Gegenelektrode und der mindestens einen Sammelschiene angeordnete elektrisch leitfähige Verbindungsmaterial nicht beschädigt. Vorteilhafterweise wird die Diffusionsdichtigkeit der mindestens einen Schutzschicht nicht verringert. Vorteilhafterweise ist das Verfahren besonderes kostengünstig. Vorteilhafterweise ist das Verfahren in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren durchführbar. Vorteilhafterweise werden durch einen berührungslosen und gleichmäßigen Wärmeeintrag mechanische Spannungen zwischen der mindestens einen Sammelschiene und dem elektrisch leitfähigen Element und dadurch Rissbildungen vermieden. Vorteilhafterweise wird kein Kabel zur elektrisch leitenden Kontaktierung der mindestens einen Sammelschiene mit der Anschlussdose benötigt. Vorteilhafterweise können mehrere Sammelschienen, insbesondere mehrere Verbindungselemente, über eine elektrische leitende Kontaktierung verbunden werden. Vorteilhafterweise wird nur eine Anschlussdose zur elektrisch leitenden Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements benötigt. Vorteilhafterweise ist eine präzise Wiederholgenauigkeit und ein hoher Automatisierungsgrad mit kurzen Taktzeiten möglich. Vorteilhafterweise lässt sich eine Anschlussdose einfach an verschiedenen Bereichen des optoelektronischen Bauelements integrieren. Vorteilhafterweise wird die Anzahl potentieller Schwachstellen bei der Integration der Anschlussdose reduziert. Vorteilhafterweise ist das photovoltaische Element mit einer solchen Kontaktierung formschlüssig an einer Oberfläche befestigbar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach Schritt d) das mindestens eine elektrisch leitfähige Element mit einer Anschlussdose elektrisch leitend verbunden wird, wobei die Anschlussdose an dem optoelektronischen Bauelement angeordnet wird, bevorzugt an einem von einer Ecke des optoelektronischen Bauelements entfernten Bereich.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anschlussdose direkt auf der Oberfläche des optoelektronischen Bauelements angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anschlussdose an einem Rand der mindestens einen Schutzschicht und/oder der Verkapselung des optoelektronischen Bauelements angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anschlussdose an die Oberfläche des optoelektronischen Bauelements geklebt.
Unter einer Anschlussdose wird insbesondere ein Element zum Anschluss des optoelektronischen Bauelements an einen elektrischen Stromkreislauf verstanden. Die Anschlussdose dient insbesondere zur elektrisch leitenden Verbindung mindestens einer unter der mindestens einen Schutzschicht des optoelektronischen Bauelements angeordneten Sammelschiene an einen elektrischen Stromkreislauf.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anschlussdose an einem Bereich des optoelektronischen Bauelements ohne Schichtsystem, insbesondere ohne photoaktive Schicht, angeordnet. Dadurch werden Degradationsvorgänge der photoaktiven Schicht vermieden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lasermedium des mindestens einen Laserstrahls in Schritt b) CO2 ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt c) eine Lotpreform in die mindestens eine Öffnung eingebracht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lotpreform aus dem niedrigschmelzenden Lot gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Öffnung eine Querschnittsfläche von 0,1 bis 75 mm2 aufweist, bevorzugt von 1 bis 30 mm2, wobei bevorzugt eine Kontaktfläche des Verbindungselements mit der mindestens einen Sammelschiene und/oder mit dem elektrisch leitfähigen Element kleiner ist als die die dem Verbindungselement zugewandte Fläche der Sammelschiene. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Öffnung eine Querschnittsfläche von 0,1 bis 75 mm2 auf, bevorzugt von 0,1 bis 30 mm2, bevorzugt von 1 bis 75 mm2, bevorzugt von 1 bis 30 mm2, bevorzugt von 1 bis 10 mm2, bevorzugt von 0,1 bis 10 mm2, bevorzugt von 20 bis 50 mm2, oder bevorzugt von 10 bis 30 mm2.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Öffnung in einer kreisrunden Form gebildet, die Öffnung kann jedoch in einer alternativ bevorzugten Ausführungsform in einer anderen polygonen Form oder in einer elliptischen Form gebildet werden, insbesondere eine quadratische, dreieckige, sechseckige oder achteckige Form.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Öffnung einen Durchmesser von 10 pm bis 5 mm auf, bevorzugt von 100 pm bis 5 mm, 1 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1 mm bis 2 mm, bevorzugt von 10 pm bis 1 mm, bevorzugt von 100 pm bis 1 mm, oder bevorzugt von 10 pm bis 100 pm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungselement eine Querschnittsfläche 0,1 bis 75 mm2 auf, bevorzugt von 0,1 bis 30 mm2, bevorzugt von 1 bis 75 mm2, bevorzugt von 1 bis 30 mm2, bevorzugt von 1 bis 10 mm2, bevorzugt von 0,1 bis 10 mm2, bevorzugt von 20 bis 50 mm2, oder bevorzugt von 10 bis 30 mm2.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verbindungselement in einer kreisrunden Form gebildet, die Öffnung kann jedoch in einer alternativ bevorzugten Ausführungsform in einer anderen polygonen Form oder in einer eliptischen Form gebildet werden, insbesondere eine quadratische, dreieckige, sechseckige oder achteckige Form.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungselement einen Durchmesser von 10 pm bis 5 mm auf, bevorzugt von 100 pm bis 5 mm, bevorzugt von 1 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1 mm bis 2 mm, bevorzugt von 10 pm bis 1 mm, bevorzugt von 100 pm bis 1 mm, oder bevorzugt von 10 pm bis 100 pm.
In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die
Querschnittsfläche der mindestens eine Öffnung zumindest weitgehend der Querschnittsfläche des Verbindungselements.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der niedrigschmelzende Lot zur Bildung des Verbindungselements ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bismut, Kupfer, Silber und Zinn, und einer Legierung mindestens eines dieser Elemente. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der niedrigschmelzende Lot zur Bildung des Verbindungselements aus Zinn und Bismut oder einer Legierung davon gebildet, bevorzugt aus Zinn, Bismut, Kupfer und Silber. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der niedrigschmelzende Lot Verunreinigungen an weiteren Elementen in einer Menge von maximal 5 Gew.-% auf, bevorzugt von maximal 2 Gew.-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht aus einer Folie, insbesondere einer lichtdurchlässigen Folie, ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht aus Ethylentetrafluorethylen (ETFE), Ethylenvinylacetat (EVA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen (PP), oder thermoplastisches Polyurethan (TPU) ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der mindestens einen Schutzschicht und der mindestens einen Sammelschiene mindestens ein Verbindungsmaterial angeordnet ist, bevorzugt ein Klebstoff, wobei die mindestens eine Öffnung in Schritt b) in der mindestens eine Schutzschicht und in dem an der mindestens einen Schutzschicht angeordneten Verbindungsmaterial gebildet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungsmaterial formschlüssig mit der mindestens einen Schutzschicht und/oder der mindestens einen Sammelschiene verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungsmaterial ein zumindest weitgehend lichtdurchlässiger Klebstoff.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die elektrisch leitende Kontaktierung der mindestens einen Sammelschiene mit dem elektrisch leitfähigen Element und des elektrisch leitfähigen Elements mit der Anschlussdose ohne Kabel durchgeführt. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform wird die elektrisch leitende Kontaktierung des elektrisch leitfähigen Elements mit der Anschlussdose über mindestens ein Kabel durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Schutzschicht eine Schichtdicke von 10 gm bis 500 gm auf, bevorzugt von 100 gm bis 500 gm, bevorzugt von 10 gm bis 100 gm, bevorzugt von 10 gm bis 50 gm, oder bevorzugt von 20 gm bis 40 gm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige Element als eine Platte oder ein Streifen ausgebildet ist, wobei die Platte oder der Streifen bevorzugt eine Schichtdicke von 10 gm bis 100 gm aufweist, bevorzugt von 10 gm bis 60 gm, oder als ein Draht ausgebildet ist, wobei der Draht bevorzugt eine Querschnittsfläche von 0,1 mm2 bis 2 mm2 aufweist, bevorzugt von 0,5 mm2 bis 1 mm2.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das elektrisch leitfähige Element eine Schichtdicke von 10 gm bis 500 gm auf, von 10 gm bis 200 gm, bevorzugt von 100 gm bis 200 gm, bevorzugt von 10 gm bis 100 gm, bevorzugt von 10 gm bis 60 gm, oder bevorzugt von 20 gm bis 40 gm. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das elektrisch leitfähige Element eine Querschnittsfläche von 0,1 mm2 bis 2 mm2 auf, bevorzugt 0,1 mm2 bis 1,5 mm2, bevorzugt von 0,2 mm2 bis 1,5 mm2, bevorzugt von 0,5 mm2 bis 1,5 mm2, bevorzugt von 0,2 mm2 bis 1 mm2, oder bevorzugt von 0,5 mm2 bis 1 mm2.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Sammelschiene als eine Metallschicht aus mindestens einem Metall oder einer Legierung davon ausgebildet ist, bevorzugt aus Kupfer und Zinn, wobei bevorzugt die mindestens eine Sammelschiene und das elektrisch leitfähige Element aus dem gleichen Material ausgebildet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die mindestens eine Sammelschiene mit dem Verbindungselement und/oder das elektrisch leitfähige Element mit dem Verbindungselement stoffschlüssig verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem induktiven Löten in Schritt d) ein Abdichtmaterial in und/oder an die das Verbindungselement aufweisende Öffnung aufgetragen, so dass die mindestens eine Öffnung mit dem Verbindungselement abgedichtet wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach Schritt d) das mindestens eine elektrisch leitfähige Element mit einer Anschlussdose elektrisch leitend verbunden wird, wobei die Anschlussdose an dem optoelektronischen Bauelement angeordnet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zum elektrisch leitenden Anschluss der Anschlussdose mit dem elektrisch leitfähigen Element des die mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements nach Schritt d) in einem Schritt e) mindestens eine Anschluss-Öffnung mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl in der mindestens einen Schutzschicht, bevorzugt von der bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des die mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements, mit dem in Schritt d) erhaltenen elektrisch leitfähigen Element gebildet, wobei der Wellenlängenbereich des Lasers 8 pm bis 12 pm beträgt, wobei das hinter der mindestens einen Schutzschicht auf der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite angeordnete elektrisch leitfähige Element teilweise freigelegt wird, so dass das elektrisch leitfähige Element nicht beschädigt wird.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform wird die mindestens eine Anschluss-Öffnung in Schritt e) auf einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des optoelektronischen Bauelements, bevorzugt einer Solarzelle, in eine Isolierschicht des elektrisch leitfähigen Elements eingebracht.
Die Durchführung der Laserablation in Schritt e) mit den zugehörigen Parametern entspricht im Wesentlichen der von Schritt b).
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Bildung der mindestens einen Anschluss-Öffnung mittels Laserablation in Schritt e) Paramter, bevorzugt eine Energiedichte, eine Pulsdauer, eine Pulsform, eine Pulsfrequenz und/oder eine Wellenlänge des mindestens einen Laserstrahls, in Abhängigkeit des Materials und der Schichtdicke der mindestens einen Schutzschicht angepasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lasermedium des mindestens einen Laserstrahls in Schritt e) CO2.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Anschluss-Öffnung eine Querschnittsfläche von 0,1 bis 75 mm2 auf, bevorzugt von 1 bis 40 mm2, oder bevorzugt von 1 bis 30 mm2. In einer bevorzugten Ausführungsform wird in die mindestens eine in Schritt e) gebildete Anschluss-Öffnung der mindestens einen Schutzschicht in einem Schritt f) ein Lot eingebracht, und die Anschlussdose an einer dem elektrisch leitfähigen Element gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Anschluss-Öffnung ausgerichtet und fixiert, und in einem Schritt g) mittels induktivem Löten ein elektrisch leitfähiges Anschlusselement in der mindestens einen Anschluss-Öffnung gebildet, so dass das elektrisch leitfähige Element und die Anschlussdose über das mindestens eine Anschlusselement elektrisch leitend kontaktiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anschlussdose an einer dem elektrisch leitfähigen Element gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Anschluss-Öffnung in Schritt f) und/oder Schritt g) fixiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die mindestens eine Anschluss-Öffnung in Schritt e) auf einer bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des optoelektronischen Bauelements, bevorzugt einer Solarzelle, in die mindestens eine Schutzschicht eingebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Bildung des Anschlusselements mittels induktivem Löten in Schritt g) Parameter in Abhängigkeit des Materials und der Abmessungen des zu bildenden Anschlusselements angepasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt f) eine Lotpreform in die mindestens eine Öffnung eingebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anschlussdose die Lotpreform auf. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform wird die Anschlussdose, insbesondere Anschlussleitungen der Anschlussdose, in Schritt g) mit dem Anschlusselement stoffschlüssig verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Anschlusselement eine Querschnittsfläche von 0,1 bis 75 mm2 auf, bevorzugt von 1 bis 40 mm2, oder bevorzugt von 1 bis 30 mm2.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lot zur Bildung des Anschlusselements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bismut, Kupfer, Silber und Zinn, und einer Legierung mindestens eines dieser Elemente.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden das elektrisch leitfähige Element und die Anschlussdose direkt über das Anschlusselement elektrisch leitend kontaktiert, wobei insbesondere kein zusätzliches Kabel zwischen dem elektrisch leitfähigen Element und der Anschlussdose zur elektrisch leitenden Kontaktierung angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem induktiven Löten in Schritt g) ein Abdichtmaterial in und/oder an die das Anschlusselement aufweisende Anschluss-Öffnung aufgetragen und/oder eingetragen, so dass die mindestens eine Anschluss-Öffnung mit dem Anschlusselement abgedichtet wird, bevorzugt ist das Abdichtmaterial ein Silikon und/oder ein Harz.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose mittels einer Steckverbindung mit dem elektrisch leitfähigen Element elektrisch leitend verbunden. Dadurch kann die Anschlussdose besonders leicht reversibel an dem optoelektronischen Bauelement installiert werden, insbesondere am Ort der Installation des optoelektronischen Bauelements.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anschlussdose eine Diode auf. Organische photovoltaische Elemente, insbesondere organische Solarzellen, bestehen aus einer Folge dünner Schichten mit mindestens einer photoaktiven Schicht, welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder aus einer Lösung prozessiert werden. Die elektrische Anbindung kann durch Metallschichten, transparente leitfähige Oxide und/oder transparente leitfähige Polymere erfolgen. Das Vakuum-Aufdampfen der organischen Schichten ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung von mehrschichtigen Solarzellen, insbesondere Tandem- oder Triple-Zellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das photovoltaische Element, insbesondere das organische photovoltaische Element, aus mindestens einer Zelle ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zelle eine Single-, Tandem- oder Mehrfachzelle. Tandem- und Mehrfachzellen bestehen aus mindestens zwei Zellen, die übereinander zwischen den Elektroden angeordnet sind, wobei jede Zelle mindestens eine photoaktive Schicht aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Zellen des photovoltaischen Elements als Streifen mit Kontakten nebeneinander angeordnet und in Reihe verschaltet. Vorzugsweise hat dabei jede Zelle eine eigene Elektrode und Gegenelektrode. Die Reihenschaltung erfolgt durch elektrisches Verbinden der Elektrode einer Zelle mit der Gegenelektrode der nächsten Zelle.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement mit zusätzlich einer Barriereschicht versehen und/oder zusätzlich mit einer Barriereschicht eingekapselt, um eine Degradierung durch äußere Einflüsse zu minimieren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelements in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren eingesetzt wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst, indem ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere ein flexibles optoelektronisches Bauelement, mit mindestens einer Schutzschicht und mit mindestens einer Sammelschiene, die unter der mindestens einen Schutzschicht des optoelektronischen Bauelements angeordnet ist, bevorzugt hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Das optoelektronische Bauelement weist dabei mindestens eine elektrisch leitende Kontaktierung auf, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Kontaktierung die mindestens eine Sammelschiene mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements mit einem flexiblen elektrisch leitfähigen Element elektrisch leitend kontaktiert, und wobei das optoelektronische Bauelement bevorzugt mit einer Anschlussdose verbunden ist. Dabei ergeben sich für das optoelektronische Bauelement insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements beschrieben wurden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das elektrisch leitfähige Element direkt auf der mindestens einen Schutzschicht angeordnet. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist das elektrisch leitfähige Element auf eine auf der mindestens einen Schutzschicht aufgebrachten Verbindungsschicht angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Sammelschiene auf einer Elektrode oder einer Gegenelektrode angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Sammelschiene auf einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des optoelektronischen Bauelements, insbesondere eines photovoltaischen Elements, angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Sammelschiene zumindest weitgehend über die Breite oder Länge des Schichtsystems angeordnet, welche die beiden Pole, umfassend den Minus- und Plus-Pol des photovoltaischen Elements zu einem Anschlusspunkt führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Sammelschiene direkt auf die Elektrode oder die Gegenelektrode aufgebracht. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der mindestens einen Sammelschiene und der Elektrode oder der Gegenelektrode eine elektrisch leitende Schicht angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der mindestens einen Schutzschicht und der mindestens einen Sammelschiene mindestens ein Verbindungsmaterial angeordnet ist, bevorzugt ein Klebstoff, wobei die mindestens eine Öffnung in der mindestens einen Schutzschicht und in dem an der mindestens einen Schutzschicht angeordneten Verbindungsmaterial gebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Verbindungsmaterial über die gesamte Ausdehnung der mindestens einen Schutzschicht angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das flexible optoelektronische Bauelement eine flexible Solarzelle ist, mit einer Elektrode, einer Gegenelektrode, und einem Schichtsystem mit mindestens einer photoaktiven Schicht, wobei das Schichtsystem zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Sammelschiene zumindest teilweise an der Elektrode und/oder der Gegenelektrode elektrisch leitend kontaktiert ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Sammelschiene mindestens eine Elektrode elektrisch leitend kontaktiert und eine zweite Sammelschiene mindestens eine Gegenelektrode elektrisch leitend kontaktiert, wobei die erste Sammelschiene zu einem ersten elektrisch leitfähigen Element führt und die zweite Sammelschiene zu einem zweiten elektrisch leitfähigen Element führt, wobei bevorzugt die beiden elektrisch leitfähigen Elemente elektrisch leitend mit der Anschlussdose verbunden sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose an einem von einem Rand des optoelektronischen Bauelements entfernten Bereich angeordnet. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose an einem Rand der mindestens einen Schutzschicht und/oder der Verkapselung des optoelektronischen Bauelements angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose auf der Vorderseite der Solarzelle angeordnet, insbesondere an einem Bereich an einem Rand der Solarzelle. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Anschlussdose auf der Vorderseite der Solarzelle angeordnet, insbesondere an einem von dem Schichtsystem des optoelektronischen Bauelements entfernten Bereich.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose auf der bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite der Solarzelle angeordnet In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose auf der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite der Solarzelle angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform verbindet das elektrisch leitfähige Element mindestens zwei Sammelschienen elektrisch leitend, bevorzugt Sammelschienen unterschiedlicher Zellen, und führt diese zu der Anschlussdose.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anschlussdose auf einer sonnenzugewandten Seite des optoelektronischen Bauelements, bevorzugt einer Solarzelle, angeordnet ist, und das elektrisch leitfähige Element auf einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des optoelektronischen Bauelements, bevorzugt einer Solarzelle, angeordnet ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements in einem Fließdiagramm;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements mit einer elektrisch leitenden Kontaktierung in einer Seitenansicht; und
Fig. 3 schematische Darstellungen von zwei Ausführungsbeispielen eines eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements mit einer elektrisch leitenden Kontaktierung in einer Draufsicht.
Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10 in einem Fließdiagramm.
Das optoelektronische Bauelement 10, insbesondere ein photovoltaisches Element, umfasst zumindest eine Elektrode 6, eine Gegenelektrode 5, und ein Schichtsystem 4 mit mindestens einer photoaktiven Schicht, wobei das Schichtsystem 4 zwischen den beiden Elektroden 5,6 angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Sammelschiene 1 zumindest teilweise an der Elektrode 6 und/oder der Gegenelektrode 5 elektrisch leitend kontaktiert ist.
Das Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung des mindestens eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10, insbesondere eines flexiblen optoelektronischen Bauelements 10 umfasst die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen des die mindestens eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10, wobei das optoelektronische Bauelement 10 mindestens eine Sammelschiene 1 aufweist, die unter der mindestens einen Schutzschicht 7 angeordnet ist, b) Bilden mindestens einer Öffnung 8 mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl in der mindestens einen Schutzschicht 7, wobei der Wellenlängenbereich des Lasers 8 pm bis 12 pm beträgt, wobei mindestens eine unter der mindestens einen Schutzschicht 7 angeordnete Sammelschiene 1 teilweise freigelegt wird, so dass die mindestens eine Sammelschiene 1 nicht beschädigt wird, c) Einbringen eines niedrigschmelzenden Lots in die mindestens eine Öffnung 8 der mindestens einen Schutzschicht 7, und Ausrichten und Fixieren eines flexiblen elektrisch leitfähigen Elements 2 an einer der mindestens einen Sammelschiene 1 gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Öffnung 8, und d) Bilden mittels induktivem Löten mit gleichmäßigem Wärmeeintrag eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements 11 in der mindestens einen Öffnung 8, so dass das elektrisch leitfähige Element 2 und die mindestens eine Sammelschiene 1 über das mindestens eine Verbindungselement 11 elektrisch leitend kontaktiert werden.
Dadurch wird eine einfache und sichere elektrisch leitende Kontaktierung gewährleistet. Des Weiteren wird eine Beschädigung des sensiblen Schichtsystems und/oder der Elektroden vermieden. Vorteilhafterweise werden die Sammelschienen, insbesondere die als dünne Metallschichten ausgebildete Sammelschienen, und das zwischen der Elektrode und/oder der Gegenelektrode und der mindestens einen Sammelschiene angeordnete elektrisch leitfähige Verbindungsmaterial nicht beschädigt. Vorteilhafterweise wird der Wärmeeintrag zeitlich wie auch thermisch begrenzt, wodurch Beschädigungen an dem angrenzenden Schichtsystem vermieden werden. Vorteilhafterweise können mehrere Verbindungselemente, insbesondere mehrere Sammelschienen, über eine elektrische leitende Kontaktierung verbunden werden. Vorteilhafterweise ist das Verfahren in einem
Rolle-zu-Rolle Verfahren durchführbar.
Die Parameter der Laserablation, insbesondere eine Energiedichte, eine Pulsdauer, eine Pulsform, eine Pulsfrequenz und/oder eine Wellenlänge des mindestens einen Laserstrahls, werden in Abhängigkeit des Materials und der Schichtdicke der mindestens einen Schutzschicht 7 derart eingestellt, dass die Laserablation der Schutzschicht 7 den Abtrag der Schutzschicht 7 zur Freilegung der Sammelschiene 1 ohne eine Beschädigung der mindestens einen Sammelschiene und des Schichtsystems 4 gewährleistet.
Die Parameter des induktiven Lötens werden in Abhängigkeit des Materials und Abmessungen des zu bildenden Verbindungselements 11 derart eingestellt, dass das induktive Löten die Bildung des Verbindungselements 11 zur elektrisch leitenden Kontaktierung der mindestens einen Sammelschiene 1 und des elektrisch leitfähigen Elements 2 gewährleistet, und dabei die mindestens eine Sammelschiene 1 und das Schichtsystem 4 nicht beschädigt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektrode 6, die Gegenelektrode 5 und das Schichtsystem 4 laserstrukturiert, so dass die Elektrode 6 und/oder die Gegenelektrode 5 jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite oder jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des optoelektronischen Bauelements 10 mit der mindestens einen Sammelschiene 1 elektrisch leitend kontaktierbar sind. Dadurch ist insbesondere das elektrisch leitende Kontaktieren unterschiedlicher Potentiale auf einer Ebene des optoelektronischen Bauelements 10, insbesondere einer Ebene parallel zur Ausdehnung des Schichtsystems 4, über mindestens eine Sammelschiene 1 möglich. In einer Ausgestaltung der Erfindung werden zwei Sammelschienen 1 an der Elektrode 6 und/oder der Gegenelektrode 5 angeordnet. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird nach Schritt d) das mindestens eine elektrisch leitfähige Element 2 mit einer Anschlussdose 3 elektrisch leitend verbunden, wobei die Anschlussdose 3 an dem optoelektronischen Bauelement 10 angeordnet wird, bevorzugt an einem von einer Ecke des optoelektronischen Bauelements 10 entfernten Bereich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Lasermedium des mindestens einen Laserstrahls in Schritt b) CO2.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird in Schritt c) eine Lotpreform in die mindestens eine Öffnung 8 eingebracht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Öffnung 8 eine Querschnittsfläche von 0,1 bis 75 mm2 auf, bevorzugt von 1 bis 30 mm2, wobei bevorzugt eine Kontaktfläche des Verbindungselements 11 mit der mindestens einen Sammelschiene 1 und/oder mit dem elektrisch leitfähigen Element 2 ist kleiner als die die dem Verbindungselement 11 zugewandte Fläche der mindestens einen Sammelschiene 1.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Querschnittsfläche der mindestens eine Öffnung der Querschnittsfläche des Verbindungselements.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der niedrigschmelzende Lot zur Bildung des Verbindungselements 11 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bismut, Kupfer, Silber und Zinn, und einer Legierung mindestens eines dieser Elemente.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der mindestens einen Schutzschicht 7 und der mindestens einen Sammelschiene 1 mindestens ein Verbindungsmaterial 9 angeordnet, bevorzugt ein Klebstoff, wobei die mindestens eine Öffnung 8 in Schritt b) in der mindestens eine Schutzschicht 7 und in dem an der mindestens einen Schutzschicht 7 angeordneten Verbindungsmaterial 9 gebildet wird. Das in Fig. 2 dargestellte Verbindungsmaterial 9 ist alternativ zusätzlich ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das elektrisch leitfähige Element 2 als eine Platte oder ein Streifen ausgebildet, wobei die Platte oder der Streifen bevorzugt eine Schichtdicke von 10 gm bis 100 gm aufweist, bevorzugt von 10 gm bis 60 gm, oder als ein Draht ausgebildet, wobei der Draht bevorzugt eine Querschnittsfläche von 0,1 mm2 bis 2 mm2 aufweist, bevorzugt von 0,5 mm2 bis 1 mm2.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Sammelschiene 1 als eine Metallschicht aus mindestens einem Metall oder einer Legierung davon ausgebildet, bevorzugt aus Kupfer und Zinn, wobei bevorzugt die mindestens eine Sammelschiene 1 und das elektrisch leitfähige Element 2 aus dem gleichen Material ausgebildet sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das elektrisch leitfähige Element 2 nach Schritt d) zumindest bereichsweise nach außen mit einer Isolierschicht 13 beschichtet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zum elektrisch leitenden Anschluss der Anschlussdose 3 mit dem elektrisch leitfähigen Element 2 des die mindestens eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10 nach Schritt d) in einem Schritt e) mindestens eine Anschluss-Öffnung mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl in der mindestens einen Schutzschicht 7, bevorzugt von der bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des die mindestens eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10, mit dem in Schritt d) erhaltenen elektrisch leitfähigen Element 2 gebildet, wobei der Wellenlängenbereich des Lasers 8 pm bis 12 pm beträgt, wobei das hinter der mindestens einen Schutzschicht 7 auf der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite angeordnete elektrisch leitfähige Element 2 teilweise freigelegt wird, so dass das elektrisch leitfähige 2 Element nicht beschädigt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird in die mindestens eine in Schritt e) gebildete Anschluss-Öffnung der mindestens einen Schutzschicht 7 in einem Schritt f) ein Lot eingebracht, und die Anschlussdose 3 an einer dem elektrisch leitfähigen Element 2 gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Anschluss-Öffnung ausgerichtet und fixiert, und in einem Schritt g) mittels induktivem Löten ein elektrisch leitfähiges Anschlusselement 12 in der mindestens einen Anschluss-Öffnung gebildet, so dass das elektrisch leitfähige Element 2 und die Anschlussdose 3 über das mindestens eine Anschlusselement 12 elektrisch leitend kontaktiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelements 10 in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren eingesetzt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10 mit einer elektrisch leitenden Kontaktierung in einer Seitenansicht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Das optoelektronische Bauelement 10, insbesondere ein flexibles optoelektronisches Bauelement 10, weist mindestens eine Schutzschicht 7 und mindestens eine Sammelschiene 1 auf, die unter der mindestens eine Schutzschicht 7 des optoelektronischen Bauelements 10 angeordnet ist. Des Weiteren weist das optoelektronische Bauelement 10 mindestens eine elektrisch leitende Kontaktierung auf, insbesondere hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, zur elektrisch leitenden Kontaktierung des mindestens eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Kontaktierung die mindestens eine Sammelschiene 1 mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements 11 mit einem flexiblen elektrisch leitfähigen Element 2 elektrisch leitend kontaktiert.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine elektrisch leitfähige Element 2 mit einer Anschlussdose 3 elektrisch leitend verbunden, wobei die Anschlussdose 3 an dem optoelektronischen Bauelement 10 angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Anschlussdose 3 an einem von einer Ecke des optoelektronischen Bauelements 10 entfernten Bereich angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der mindestens einen Schutzschicht 7 und der mindestens einen Sammelschiene 1 mindestens ein Verbindungsmaterial 9 angeordnet, bevorzugt ein Klebstoff.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der mindestens einen Schutzschicht 7 und dem elektrisch leitfähigen Element 2 zumindest teilweise eine Funktionsschicht 14 angeordnet, bevorzugt eine Farbschicht, eine Filterschicht und/oder eine Klebeschicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das flexible optoelektronische Bauelement 10 eine flexible Solarzelle, und weist eine Elektrode 6, eine Gegenelektrode 5, und ein Schichtsystem 4 mit mindestens einer photoaktiven Schicht auf, wobei das Schichtsystem 4 zwischen den beiden Elektroden 5,6 angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Sammelschiene 1 zumindest teilweise an der Elektrode 6 und/oder der Gegenelektrode 5 elektrisch leitend kontaktiert ist. Durch die beiden Elektroden 5,6 und das dazwischen angeordnete Schichtsystem 4 wird der prinzipielle Aufbau einer Solarzelle dargestellt. Das Schichtsystem 4 kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein, insbesondere eine unterschiedliche Anzahl von Absorbermaterialien und/oder eine unterschiedliche Anzahl an photoaktiven Schichten aufweisen. Die Herstellung des optoelektronischen Bauelements 10, insbesondere eines photovoltaischen Elements mit einem Schichtsystem 4, kann durch Verdampfen im Vakuum, mit oder ohne Trägergas, oder Prozessieren aus einer Lösung oder Suspension durchgeführt werden, wie zum Beispiel beim Coaten oder Drucken. Einzelne Schichten können ebenso durch Sputtern aufgetragen werden. Bevorzugt ist die Herstellung der Schichten durch Verdampfen der kleinen Moleküle im Vakuum.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kontaktiert eine erste Sammelschiene 1 die mindestens eine Elektrode 6 elektrisch leitend und eine zweite Sammelschiene 15 kontaktiert die mindestens eine Gegenelektrode 5 elektrisch leitend, wobei die erste Sammelschiene 1 zu einem ersten elektrisch leitfähigen Element 2 führt und die zweite Sammelschiene 15 zu einem zweiten elektrisch leitfähigen Element 16 führt, und wobei bevorzugt die beiden elektrisch leitfähigen Elemente 2,16 elektrisch leitend mit der Anschlussdose 3 verbunden sind.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement 10 ein flexibles optoelektronisches Bauelement 10, insbesondere eine flexible Solarzelle. Die flexible Solarzelle ist insbesondere eine organische Solarzelle mit mindestens einer photoaktiven Schicht auf Basis kleiner Moleküle, es ist aber auch die Verwendung anderer flexibler organischer Solarzellen denkbar.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anschlussdose 3 auf einer bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des optoelektronischen Bauelements 10, bevorzugt einer Solarzelle, angeordnet, und das elektrisch leitfähige Element 2 auf einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des optoelektronischen Bauelements 10, bevorzugt einer Solarzelle, angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen der mindestens einen Schutzschicht 7 und dem elektrisch leitfähigen Element 2 zumindest teilweise eine Funktionsschicht 14 angeordnet sein, bevorzugt eine Farbschicht, eine Filterschicht und/oder eine Klebeschicht.
Fig. 3 zeigt schematische Darstellungen von zwei Ausführungsbeispielen eines eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10 mit einer elektrisch leitenden Kontaktierung in einer Draufsicht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
In diesen Ausführungsbeispielen werden zwei Sammelschienen 1,15 an einer Elektrode 6 und/oder einer Gegenelektrode 5 angeordnet, wobei eine erste Sammelschiene 1 einem ersten Potential und eine zweite Sammelschiene 15 einem zweiten Potential zugeordnet ist. Die Elektrode 6, die Gegenelektrode 5 und das Schichtsystem 4 sind laserstrukturiert, wobei die Elektrode 6 und/oder die Gegenelektrode 5 jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite oder jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des optoelektronischen Bauelements 10 mit den Sammelschienen 1,15 elektrisch leitend kontaktiert sind.
In dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 3A) liegen zwei elektrisch leitfähige Kontaktierungen vor, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung des die mindestens eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10 gemäß der Schritte a) bis d) hergestellt sind. Dabei sind die Sammelschiene 1 mit einem elektrisch leitfähigen Element 2 über ein Verbindungselement 11 und die Sammelschiene 15 mit einem elektrisch leitfähigen Element 16 über ein Verbindungselement 11 elektrisch leitend verbunden. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrisch leitfähigen Elemente 2,16 zumindest bereichsweise nach außen mit einer Isolierschicht 13 beschichtet. Des Weiteren sind zum elektrisch leitenden Anschluss der Anschlussdose 3 mit den elektrisch leitfähigen Elementen 2,16 zwei Anschluss-Öffnungen mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl in der mindestens einen Schutzschicht 7, bevorzugt von der bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des die mindestens eine Schutzschicht aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10, gemäß Schritt e) gebildet, wobei der Wellenlängenbereich des Lasers 8 pm bis 12 pm beträgt. Die hinter der mindestens einen Schutzschicht 7 auf der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite angeordneten elektrisch leitfähigen Elemente 2,16 sind dadurch teilweise freigelegt, so dass die elektrisch leitfähigen Elemente 2,16 nicht beschädigt sind. In die beiden Anschluss-Öffnungen der mindestens einen Schutzschicht 7 sind gemäß Schritt f) und g) elektrisch leitfähige Anschlusselement 12 in den beiden Anschluss-Öffnungen gebildet, so dass die elektrisch leitfähigen Elemente 2,16 und die Anschlussdose 3 über die beiden Anschlusselemente 12 elektrisch leitend kontaktiert sind. Die Anschlussdose 3 befindet sich in der Draufsicht gesehen teilweise hinter der mindestens einen Schutzschicht 7.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 3B) liegen zwei elektrisch leitfähige Kontaktierungen vor, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung des die mindestens eine Schutzschicht 7 aufweisenden optoelektronischen Bauelements 10 gemäß der Schritte a) bis d) hergestellt sind. Dabei sind die Sammelschiene 1 mit einem elektrisch leitfähigen Element 2 über ein Verbindungselement 11 und die Sammelschiene 15 mit einem elektrisch leitfähigen Element 16 über ein Verbindungselement 11 elektrisch leitend verbunden. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrisch leitfähigen Elemente 2,16 zumindest bereichsweise nach außen mit einer Isolierschicht 13 beschichtet. Die elektrisch leitfähigen Elemente 2,16 sind in der Form eines Drahts oder eines schmalen Streifens ausgebildet, an der Oberfläche des optoelektronischen Bauteils 10 zu einer Anschlussdose 3 geführt, und mit der Anschlussdose 3 elektrisch leitend verbunden. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrisch leitfähigen Elemente 2,16 zumindest bereichsweise nach außen mit einer Isolierschicht 13 beschichtet. Die elektrisch leitfähigen Elemente 2,16 sind auf der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des optoelektronischen Bauelements 10 zu der Anschlussdose 3 geführt. Es ist alternativ auch denkbar, dass die elektrisch leitfähigen
Elemente 2,16 gemäß der Schritte e) bis g) durch einen Randbereich der mindestens einen Schutzschicht 7 hindurch, insbesondere einen Bereich an dem kein Schichtsystem 4 angeordnet ist, an die bestimmungsgemäß sonnenzugewandte Seite des optoelektronischen Bauelements 10 geführt sind und/oder dort mit der Anschlussdose 3 elektrisch leitend verbunden sind. Die Anschlussdose 3 befindet sich in der Draufsicht gesehen teilweise hinter der mindestens einen Schutzschicht 7.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines mindestens eine Schutzschicht (7) aufweisenden optoelektronischen Bauelements (10), insbesondere eines flexiblen optoelektronischen Bauelements (10), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen des die mindestens eine Schutzschicht (7) aufweisenden optoelektronischen Bauelements (10), wobei das optoelektronische Bauelement (10) mindestens eine Sammelschiene (1) aufweist, die unter der mindestens einen Schutzschicht (7) angeordnet ist, b) Bilden mindestens einer Öffnung (8) mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl in der mindestens einen Schutzschicht (7), wobei der Wellenlängenbereich des Lasers 8 pm bis 12 pm beträgt, wobei mindestens eine unter der mindestens einen Schutzschicht (7) angeordnete Sammelschiene (1) teilweise freigelegt wird, so dass die mindestens eine Sammelschiene (1) nicht beschädigt wird, c) Einbringen eines niedrigschmelzenden Lots in die mindestens eine Öffnung (8) der mindestens einen Schutzschicht (7), und Ausrichten und Fixieren eines flexiblen elektrisch leitfähigen Elements (2) an einer der mindestens einen Sammelschiene (1) gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Öffnung (8), und d) Bilden mittels induktivem Löten mit gleichmäßigem Wärmeeintrag eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements (11) in der mindestens einen Öffnung (8), so dass das elektrisch leitfähige Element (2) und die mindestens eine Sammelschiene (1) über das mindestens eine Verbindungselement (11) elektrisch leitend kontaktiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach Schritt d) das mindestens eine elektrisch leitfähige Element (2) mit einer Anschlussdose (3) elektrisch leitend verbunden wird, wobei die Anschlussdose (3) an dem optoelektronischen Bauelement (10) angeordnet wird, bevorzugt an einem von einer Ecke des optoelektronischen Bauelements (10) entfernten Bereich.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lasermedium des mindestens einen Laserstrahls in Schritt b) CO2 ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) eine Lotpreform in die mindestens eine Öffnung (8) eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Öffnung (8) eine Querschnittsfläche von 0,1 bis 75 mm2 aufweist, bevorzugt von 1 bis 30 mm2, wobei bevorzugt eine Kontaktfläche des Verbindungselements (11) mit der mindestens einen Sammelschiene (1) und/oder mit dem elektrisch leitfähigen Element (2) kleiner ist als die die dem Verbindungselement (11) zugewandte Fläche der mindestens einen Sammelschiene (1).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der niedrigschmelzende Lot zur Bildung des Verbindungselements (11) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bismut, Kupfer, Silber und Zinn, und einer Legierung mindestens eines dieser Elemente.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der mindestens einen Schutzschicht (7) und der mindestens einen Sammelschiene (1) mindestens ein Verbindungsmaterial (9) angeordnet ist, bevorzugt ein Klebstoff, wobei die mindestens eine Öffnung (8) in Schritt b) in der mindestens eine Schutzschicht (7) und in dem an der mindestens einen Schutzschicht (7) angeordneten Verbindungsmaterial (9) gebildet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Element (2) als eine Platte oder ein Streifen ausgebildet ist, wobei die Platte oder der Streifen bevorzugt eine Schichtdicke von 10 pm bis 100 pm aufweist, bevorzugt von 10 pm bis 60 pm, oder als ein Draht ausgebildet ist, wobei der Draht bevorzugt eine Querschnittsfläche von 0,1 mm2 bis 2 mm2 aufweist, bevorzugt von 0,5 mm2 bis 1 mm2.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sammelschiene (1) als eine Metallschicht aus mindestens einem Metall oder einer Legierung davon ausgebildet ist, bevorzugt aus Kupfer und Zinn, wobei bevorzugt die mindestens eine Sammelschiene (1) und das elektrisch leitfähige Element (2) aus dem gleichen Material ausgebildet sind.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelements (10) in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren eingesetzt wird.
11. Optoelektronisches Bauelement (10), insbesondere ein flexibles optoelektronisches Bauelement (10), mit mindestens einer Schutzschicht (7) und mit mindestens einer Sammelschiene (1), die unter der mindestens einen Schutzschicht (7) des optoelektronischen Bauelements (10) angeordnet ist, wobei das optoelektronische Bauelement (10) mindestens eine elektrisch leitende Kontaktierung aufweist, bevorzugt hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Kontaktierung die mindestens eine Sammelschiene (1) mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements (11) mit einem flexiblen elektrisch leitfähigen Element (2) elektrisch leitend kontaktiert, und wobei das optoelektronische Bauelement (10) bevorzugt mit einer Anschlussdose (3) elektrisch leitend verbunden ist.
12. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 11, wobei zwischen der mindestens einen Schutzschicht (7) und der mindestens einen Sammelschiene (1) mindestens ein Verbindungsmaterial (9) angeordnet ist, bevorzugt ein Klebstoff.
13. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das flexible optoelektronische Bauelement (10) eine flexible Solarzelle ist, mit einer Elektrode (6), einer Gegenelektrode (5), und einem Schichtsystem (4) mit mindestens einer photoaktiven Schicht, wobei das Schichtsystem (4) zwischen den beiden Elektroden (5,6) angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Sammelschiene (1) zumindest teilweise an der Elektrode (6) und/oder der Gegenelektrode (5) elektrisch leitend kontaktiert ist.
14. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine erste Sammelschiene (1) die mindestens eine Elektrode (6) elektrisch leitend kontaktiert und eine zweite Sammelschiene (15) die mindestens eine Gegenelektrode (5) elektrisch leitend kontaktiert, wobei die erste Sammelschiene (1) zu einem ersten elektrisch leitfähigen Element (2) führt und die zweite Sammelschiene (15) zu einem zweiten elektrisch leitfähigen Element (16) führt, wobei bevorzugt die beiden elektrisch leitfähigen Elemente (2,16) elektrisch leitend mit der Anschlussdose (3) verbunden sind.
15. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Anschlussdose (3) auf einer bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des optoelektronischen Bauelements, bevorzugt einer Solarzelle, angeordnet ist, und das elektrisch leitfähige Element (2) auf einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des optoelektronischen Bauelements, bevorzugt einer Solarzelle, angeordnet ist.
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