EP4309210A1 - Verfahren zur herstellung eines solarzellenstrings, solarzellenstring, bearbeitungsvorrichtung für einen solarzellenstring und verwendung einer solchen bearbeitungsvorrichtung zur herstellung eines solarzellenstrings - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines solarzellenstrings, solarzellenstring, bearbeitungsvorrichtung für einen solarzellenstring und verwendung einer solchen bearbeitungsvorrichtung zur herstellung eines solarzellenstrings

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EP4309210A1
EP4309210A1 EP22716195.7A EP22716195A EP4309210A1 EP 4309210 A1 EP4309210 A1 EP 4309210A1 EP 22716195 A EP22716195 A EP 22716195A EP 4309210 A1 EP4309210 A1 EP 4309210A1
Authority
EP
European Patent Office
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solar cell
solar cells
solar
connecting element
cell
Prior art date
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Pending
Application number
EP22716195.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Tobias PASCHEN
Jan Nekarda
Andreas Brand
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4309210A1 publication Critical patent/EP4309210A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • Processing device for a solar cell string and use of such a processing device for the production of a solar cell string
  • the invention relates to a method for producing a solar cell string according to claim 1, a solar cell string according to claim 12, a processing device for a solar cell string according to claim 13 and the use of a processing device for producing a solar cell string according to claim 14.
  • Photovoltaic solar cells are typically used to convert electromagnetic radiation into electrical energy with a solar cell module that has a plurality of solar cells.
  • Such solar cell modules typically have a plurality of solar cell strings.
  • a solar cell string comprises a number of solar cells which are connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the solar cells in a solar cell string are typically connected in series, since a single solar cell generates a rather low voltage but a high current.
  • Typical solar cells have two metallic contacting structures, so-called electrodes.
  • a p-electrode is electrically conductively connected to a p-doped area of the solar cell and an n-electrode is electrically conductively connected to an n-doped area of the solar cell.
  • the series connection of solar cells in a solar cell string typically takes place by means of a rigid cell connector, which electrically conductively connects the metallic contact structure of a solar cell to a metallic contact structure of an adjacent solar cell.
  • the electrically conductive connection is used to form a series circuit, so that the n-electrode of one solar cell is electrically conductively connected to the p-electrode of the neighboring solar cell, or vice versa.
  • a cell connector has disadvantages in terms of handling when manufacturing the solar cell string.
  • mechanical stresses due to mechanical stress on the solar cell string in particular due to thermal stress, can lead to an increase in the contact resistance between the cell connector and the solar cell and even to a contact interruption when the cell connector is detached.
  • these rigid cell connectors exert thermomechanical stress on the cells, which can lead to cell rupture.
  • the object of the present invention is therefore to provide such a method for producing a solar cell string and such a solar cell string.
  • This object is achieved by a method for producing a solar cell string according to claim 1, a solar cell string according to claim 12, a processing device for a solar cell string according to claim 13 and use of such a processing device to carry out the method according to the invention.
  • the method according to the invention for producing a solar cell string according to claim 1 has method steps A and B:
  • a solar cell stack is provided with at least 5 solar cells, each of which has a front side and a back side, the solar cells being arranged in an overlapping manner, so that in each solar cell there is a peripheral contact area on the front side of the solar cell and an edge contact area on the Back of the solar cell is not covered by an adjacent solar cell.
  • electrically conductive connections are formed between the solar cells
  • the method according to the invention enables a particularly cost-effective formation of a solar cell string, since only two connecting elements are applied to the solar cell stack, which are only isolated after the electrical connection with the solar cells in cell connectors, which electrically conductively connect two adjacent solar cells in the subsequent solar cell string .
  • the electrical interconnection of the solar cells in the solar cell string is advantageously carried out in a manner known per se, the front side of a solar cell being electrically conductively connected to the rear side of an adjacent solar cell in the solar cell string.
  • typical solar cells each have a metallic electrode on the front and on the back.
  • the metallic electrode on the front side of a solar cell is electrically conductively connected to the metallic electrode on the back side of the adjacent solar cell or vice versa by the cell connector.
  • the solar cells in the stack are arranged on front sides facing one another or back sides facing one another, in particular are arranged alternating front sides facing one another and rear sides facing one another.
  • the solar cells are arranged in an alternating order with the front sides facing each other and the back sides facing each other in ascending order, or vice versa, starting with the back sides facing each other, the front sides facing each other and continuing in an alternating sequence.
  • the first connecting element is arranged on the first side of the solar cell stack and the second connecting element is arranged on the second side of the solar cell stack and the two connecting elements are then divided into the first and second groups of cell connectors. It is advantageous to separate the first connecting element before arranging the second connecting element in order to form the first group of cell connectors. This has the advantage that the processing on the first side of the solar cell stack can be completed before the processing on the second side of the solar cell stack takes place.
  • the solar cell stack is turned over between arranging the first connecting element and arranging the second connecting element.
  • step B in addition to the dividing of the first and second connecting element, excess material of the first and second connecting element is removed.
  • a solar cell stack with solar cells is formed, with two superimposed solar cells being electrically conductively connected to one another by a cell connector through the first and second group of cell connectors.
  • a solar cell string arrangement is advantageously formed after method step B by rotary movements of the solar cells from the stack arrangement, with solar cells lying next to one another or with solar cells arranged in a shingle arrangement.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the method for forming a solar cell string, in which the solar cells are arranged in a row next to one another in one plane, is suitable as well as for the formation of a shingle arrangement.
  • a shingle arrangement of solar cells is known per se, the solar cells are arranged in an overlapping manner in the manner of shingles, so that each solar cell slightly overlaps an adjacent solar cell on one side and is slightly overlapped on another side by another adjacent solar cell.
  • the electrically conductive connection of the first and second connecting element to the solar cells is formed in a manner known per se, in particular preferably by the action of heat. It is within the scope of the invention that the electrically conductive connection is made by means of soldering and in particular by direct contact with a heated soldering element. It is also within the scope of the invention to form the electrically conductive connection by means of gluing, in particular by means of conductive adhesive.
  • method step B it is particularly advantageous, in method step B, to carry out the formation of electrically conductive connections between the first and the second connecting element with the solar cells by means of laser radiation. It is known per se to generate heat by means of laser radiation in order to form an electrically conductive connection between two metal surfaces.
  • precision units known per se in particular precision units with lasers and laser deflection units, can be used. It is therefore particularly advantageous that, in method step B, the first and second connecting elements are divided and the first and second connecting elements are electrically connected to the solar cells by means of laser radiation. This enables both process steps to be processed quickly and inexpensively.
  • step A at least the outer sides of the two terminal solar cells of the solar cell LenStacks one end connector is arranged and is electrically conductively connected to the outer lying the solar cell. Each of the two solar cells on the outside is thus electrically conductively connected to an end connector.
  • one of the end connectors is preferably electrically conductively connected to the first connecting element in method step B and the other end connector is electrically connected to the second connecting element.
  • both end connectors are preferably electrically conductively connected to the same connecting element, particularly preferably to the first connecting element.
  • process steps A and B not only is an electrical connection of the solar cells of the solar cell string achieved, but also an electrical connection of the first solar cell of the solar cell string with one of the connectors and the last solar cell of the solar cell string with the other end connector in a process-economical manner.
  • the end connectors are preferably in the form of metallic elements, in particular in the form of elongated metallic elements, which preferably have a length which corresponds to the edge length of the solar cells transversely to the longitudinal extension of the solar cell string.
  • the first and the second connecting element are preferably designed as a flexible connecting element. As a result, the mechanical stress on the contact surfaces between the cell connectors and the solar cells is reduced and a smaller distance between the solar cells in the solar cell string is possible compared to rigid cell connectors.
  • the thickness of the first and second connecting element and thus also of the cell connector is preferably less than 100 ⁇ m, particularly preferably less than 50 ⁇ m, more preferably less than 20 ⁇ m.
  • the thickness is preferably in the range from 5 ⁇ m to 30 ⁇ m. It is within the scope of the invention to form the connecting elements as coated connecting elements, in particular metallically coated connecting elements, preferably metallically coated foils.
  • first and the second connecting element are designed as a metal foil, preferably as a single-layer metal foil.
  • a cost-effective element that can be produced cost-effectively in comparison to coated or multi-layer films is used as the cell connector.
  • typical solar cells have an electrically conductive electrode on the front and on the back, at least in the contact area.
  • such solar cells are provided which have an electrically conductive electrode on the front and on the rear at least in the contacting area, and in method step B the first and the second connecting element are electrically conductively connected to the electrodes of the solar cells.
  • an electrical series connection of solar cells in a solar cell string is advantageous.
  • the solar cells are electrically connected in series by means of the first and second groups of cell connectors.
  • the method according to the invention also has the advantage that the cell connector only slightly covers the solar cells in a direction in which the solar cell string extends, at least on the front side of the solar cells.
  • a cell connector overlapping area in which the cell connector on the front side covers the solar cell, in particular an electrode arranged on the front side of the solar cell therefore preferably has a width of less than 1000 ⁇ m, in particular less than 500 ⁇ m, preferably less than 300 ⁇ m on. This width thus extends perpendicularly to the edge of the solar cell on which the cell connector is arranged and parallel to the extension direction of the solar cell string.
  • the width of the contact area is preferably more than 100 ⁇ m, more preferably more than 200 ⁇ m, in particular more than 250 ⁇ m, in order to form a mechanically stable connection between the cell connector and the solar cell.
  • the method according to the invention enables the solar cell to be covered perpendicularly to the extension direction of the solar cell over a large length, so that a mechanically well adhering contact and an electrical contact with a low contact resistance are formed.
  • the cell connector overlap area in which the cell connectors cover the front sides of the solar cell, has a length that is greater than 80%, preferably greater than 90%, particularly preferably greater than 95% of the side length of the solar cell and thus the width of the solar cell string.
  • This length of the contacting area thus extends parallel to the edge on which the cell connector is arranged and perpendicular to the direction in which the solar cell string extends.
  • the present invention is further achieved by a solar cell string according to claim 12.
  • the solar cell string has at least five solar cells, each solar cell having an electrode on the front and an electrode on the back, the solar cells are arranged in a row along a longitudinal extension of the solar cell string and are electrically connected in series, the electrode on the front of a Solar cell is electrically connected by means of a cell connector with the electrode on the back of an adjacent solar cell.
  • the cell connectors are designed as flexible cell connectors and each cell connector has at least one fold, preferably precisely one fold with partial areas of the cell connectors lying parallel one on top of the other, with the opening of the fold running perpendicular to the longitudinal extension of the solar cell string and along the longitudinal extension of the solar cell string around the opening side of the folding is alternating.
  • adjacent pairs of solar cells thus alternately have openings in the fold of the cell connectors facing one another and openings in the fold of the cell connectors facing away from one another.
  • This advantageous embodiment results from the method according to the invention with arranging the cell connectors on the solar cell stack and then folding the solar cell stack open to form the solar cell string. It is within the scope of the invention that the inventive Solar cell string is formed with solar cells lying side by side in one plane or with solar cells in a shingle arrangement.
  • a processing device for a solar cell string according to claim 13 .
  • the processing device has a plurality of bearing surfaces for a plurality of solar cells, the bearing surfaces being arranged in steps and parallel to one another. This enables the formation of a solar cell stack for providing the solar cell stack according to method step A in a simple manner.
  • the steps, which are formed by the contact surfaces thus preferably have a step height that corresponds approximately to the total thickness of the solar cell, preferably deviating from the total thickness of the solar cell by less than 50%, in particular less than 30%.
  • the width of the bearing surface is preferably smaller than the width of the solar cell that is placed on the bearing surface; the width of the bearing surface of the contacting device particularly preferably corresponds to the solar cell surface minus the contacting area.
  • each solar cell of the solar cell stack is placed in a partial area on a support surface of the processing device and the solar cells have a greater width than the width of the bearing surfaces.
  • the solar cell string according to the invention is preferably produced by means of the method according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof.
  • the method according to the invention is preferred for training of the solar cell string according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof.
  • the present invention is not limited to the production of solar cell strings with five solar cells. It is particularly within the scope of the invention that the solar cell stack has five to twenty solar cells and all solar cells of the solar cell stack are electrically connected to one another according to the method according to the invention, in particular an advantageous embodiment, by means of the first and second groups of cell connectors, in particular in series connection.
  • the solar cell stack preferably has more than five, preferably more than eight, particularly preferably more than 10 solar cells.
  • FIG. 1 and FIG. 2 partial steps of method step B of an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a side view and a plan view from above of a first exemplary embodiment of a solar cell string according to the invention
  • FIG. 4 shows a side view and a plan view from above of a second exemplary embodiment of a solar cell string according to the invention
  • FIG. 5 shows a sectional drawing of an exemplary embodiment of a processing device according to the invention.
  • FIG. 6 is a plan view from above of the processing device shown in FIG.
  • a method step A has already taken place, in which a solar cell stack with five solar cells 1 in the present case was provided.
  • the solar cells 1 each have a front and a back, the solar cells being arranged overlapping so that in each solar cell a peripheral contacting area 2 on the front and an edged contacting area 3 on the back is not covered by an adjacent solar cell.
  • the solar cells 1 in the solar cell stack are thus arranged parallel to one another and form steps as a result of the only partial overlap.
  • Method step B involves arranging an electrically conductive first connecting element 4, which is designed as a metal foil.
  • the first connecting element 4 follows approximately the stepped shape on a first side of the solar cell stack on the left in FIG. 1 and by means of laser beams, which are shown in FIG Connections of the first connecting element 4 on the first side of the solar cell stack to the contacting areas 2, 3 of the solar cells 1 on the first side of the solar cell stack.
  • a first end connector 7 was additionally arranged on the topmost solar cell 1 of the solar cell stack.
  • the first end connector 7 is spaced apart from the edge of the uppermost solar cell 1 that is on the left in FIG.
  • the first connecting element 4 is also arranged on the first end connector 7 in that an electrically conductive connection between the first end connector 7 and the first connecting element 4 is formed by means of a laser beam 6 through the action of heat.
  • first laser beams 9 separate the first connecting element 4 in order to divide the first connecting element 4 into a first group of cell connectors 11 .
  • the first laser beams 9 for separating the first connecting element 4 are shown as dashed lines.
  • pairs of adjacent solar cells 1 on the first side of the solar cell stack are electrically conductively connected to one another.
  • this is a first pair consisting of the first and second solar cell, starting from the lowest solar cell, and a second pair consisting of the third and fourth solar cell.
  • the topmost fifth solar cell is electrically conductively connected to the first end connector 7 by a cell connector 11 of the first group.
  • the first laser beams 9 for separating the first connecting element 4 are sufficient to form the first group of cell connectors. However, excess material of the first connecting element 4 remains. Since excess material of the first connecting element 4 is separated with second laser beams 10 for the separation.
  • the solar cell stack is then turned over, with a rotation of 180° taking place about an axis perpendicular to the plane of the drawing in FIG.
  • FIG. 2 The resulting configuration is shown in FIG. 2, with a second connecting element 5, which is also designed as a metal foil, being arranged on the solar cell stack on a second side in a further partial step of method step B.
  • the second side of the solar cell stack is opposite the first side, due to the rotation described above, the second side of the solar cell stack is arranged on the left in FIG. 2, whereas in FIG. 1 the first side of the solar cell stack is arranged on the left.
  • the electrically conductive connection between the second connecting element and the solar cells 1 is also formed in the second connecting element by means of laser beams 6 and the heat effect generated thereby. Also became after turning over the solar cell stack, a second end connector 8 is arranged on the solar cell 1 lying at the top after turning over the solar cell stack.
  • the second end connector 8 is also electrically conductively connected to the second connecting element 5 by means of a laser beam 6 .
  • the second connecting element 5 is also separated by means of the first laser beams 9, so that cell connectors 12 of a second group of cell connectors are formed by the second connecting element 5 being distributed.
  • the cell connectors 12 of the second group of cell connectors thus also electrically conductively connect pairs of adjacent solar cells 1 to one another on the second side (on the left in FIG. 2) of the solar cell stack. According to the illustration in FIG. 2, it is a pair consisting of the first solar cell at the bottom and the adjacent second solar cell starting therefrom, and a pair consisting of the third and method solar cell with numbering beginning at the bottom. Likewise, the uppermost solar cell 1 is electrically conductively connected to the second end connector 8 by a cell connector 12 of the second group of cell connectors.
  • the second connecting element is also carried out by means of second laser beams 10 separating steps in order to remove superfluous material of the second connecting element 5 .
  • the excess material has already been removed from the first connecting element 4, so that only the cell connectors 11 of the first group of cell connectors remain.
  • each cell connector 11 of the first group and also the cell connectors 12 of the second group make the front of a solar cell electrically conductive with the back of a solar cell lying above or below tied together.
  • the solar cells are of identical design and each have a metallic front-side electrode (not shown) on the front in the contacting area, and also a metallic contacting electrode on the back in the contacting area.
  • the cell connector 11 of the first group and Cell connectors 12 of the second group are each electrically conductively connected to the solar cells with the electrodes described above.
  • the electrodes on the front are designed as n-electrodes and the electrodes on the back are designed as p-electrodes, resulting in an electrical series connection of the solar cells.
  • FIG. 3a shows a side view of the solar cell string which is produced after the solar cell stack shown in FIG.
  • the length of the cell connectors 11 of the first group and of the cell connectors 12 of the second group is selected such that a shingle arrangement is formed.
  • each solar cell covers the neighboring solar cell on the right-hand side in the contacting area and is covered by the neighboring solar cell on the left-hand side in the contacting area, resulting in a shingle arrangement known per se.
  • the peripheral solar cells are electrically conductively connected to the outer edges of the end connectors 7 and 8 described above.
  • an extension direction 13 of the solar cell string is represented by an arrow.
  • the solar cells 1 are arranged in a row along the extension direction 13 .
  • the cell connector 11 of the first group and cell connector 12 of the second group each have a fold with parallel superposed parts of the cell connector, the opening of the fold perpendicular to the Longitudinal extension 13 of the solar cell string runs and along the longitudinal extension of the solar cell string the opening side of the fold is alternating.
  • FIG. 3a starting from the solar cell on the left, the fold of the cell connector between the first and second solar cell is open on the right, whereas the fold of the cell connector between the second and third solar cell is open on the left.
  • the side of the opening of the fold thus alternates between left and right along the longitudinal extension 13 of the solar cell string.
  • FIG. 3b shows a top view of the solar cell string. It can be seen here that the solar cells 1 have contacting structures known per se, so-called contacting fingers, on the front side, which run parallel and are represented by black lines.
  • the cell connectors between the solar cells are each covered by a solar cell due to the overlapping arrangement when viewed from above.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a solar cell string according to the invention. To avoid repetition, only the essential differences from the first exemplary embodiment shown in FIG. 3 will be discussed below.
  • the solar cell string shown in FIG. 4 was also produced using process steps as described for FIG. 1 and FIG.
  • the cell connectors 11 of the first group and the cell connectors 12 of the second group are longer, so that a non-overlapping arrangement of the solar cells 1 is next to one another, so that the solar cells form a plane in the direction of extension 13 of the solar cell string , is made possible.
  • the cell connectors 11 of the first group and cell connectors 12 of the second group of cell connectors thus run from the contacting area on the front side of a solar cell 11 between two adjacent solar cells through to the contacting area on the rear side of the adjacent solar cell.
  • the solar cells 1 are identical to the solar cells 1 according to the first exemplary embodiment described in FIG. 3 and also have electrodes on the front and back, which are electrically conductively connected to the cell connectors, so that this solar cell string is also electrically connected in series is.
  • each cell connector also has a fold in this arrangement and the opening direction of the folds of the cell connectors also alternates in the direction of extent 13 of the solar cell string in this arrangement.
  • FIG. 4b shows a top view of the solar cell string according to the second exemplary embodiment. Since there is no shingle arrangement here, the cell connectors are partially visible when viewed from above.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a processing device 14 according to the invention.
  • the processing device has a plurality of step-like support surfaces on which five solar cells 1 are placed in the present case.
  • the bearing surfaces are arranged in steps and parallel to one another, so that the solar cells are arranged in a stack in parallel, one above the other, with each solar cell not covering a peripheral contacting area on the front side and a peripheral contacting area on the back of the solar cell 1 by an adjacent solar cell 1 is.
  • the processing device 14 has a plurality of bores 15 in order to generate a vacuum by means of a pump, so that the solar cells 1 are arranged stably on the processing device 14 by means of the vacuum.
  • FIG. 6 shows a plan view from above of the processing device shown in FIG.
  • a plurality of bores 15, which are represented by circles, are arranged circumferentially around the support surface for the solar cells 1 in an edge of the processing device 14.
  • the hole in the upper left corner is marked with the reference number 15 as an example.
  • the electrically conductive connection is formed and the connecting element is severed, ie in the present case the metal foil, as previously described.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenstrings, wobei Solarzellen in einem Solarzellenstapel bereitgestellt und mittels Zellverbindern elektrisch leitend verbunden werden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenstrings, Solarzellenstring,
Bearbeitungsvorrichtung für einen Solarzellenstring und Verwendung einer solchen Bearbeitungsvorrichtung zur Herstellung eines Solarzellenstrings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenstrings ge mäß Anspruch 1 , einen Solarzellenstring gemäß Anspruch 12, eine Bearbei tungsvorrichtung für einen Solarzellenstring gemäß Anspruch 13 und die Ver wendung einer Bearbeitungsvorrichtung zur Herstellung eines Solarzellenstrings gemäß Anspruch 14.
Die Verwendung von photovoltaischen Solarzellen zur Umwandlung elektromag netischer Strahlung in elektrische Energie erfolgt typischerweise mit einem So larzellenmodul, welches eine Mehrzahl von Solarzellen aufweist.
Solche Solarzellenmodule weisen typischerweise eine Mehrzahl von Solarzel lenstrings auf. Ein Solarzellenstring umfasst mehrere Solarzellen, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Typischerweise sind die Solarzellen in ei nem Solarzellenstring in Reihe geschaltet, da eine einzelne Solarzelle eine eher geringe Spannung, jedoch einen hohen Strom erzeugt.
Typische Solarzellen weisen zwei metallische Kontaktierungsstrukturen, soge nannte Elektroden, auf. Eine p-Elektrode ist mit einem p-dotierten Bereich der Solarzelle und eine n-Elektrode ist mit einem n-dotierten Bereich der Solarzelle elektrisch leitend verbunden.
Die Reihenverschaltung von Solarzellen in einem Solarzellenstring erfolgt typi scherweise mittels eines starren Zellverbinders, welcher die metallische Kontak tierungsstruktur einer Solarzelle mit einer metallischen Kontaktierungsstruktur einer benachbarten Solarzelle elektrisch leitend verbindet. Typischerweise er folgt die elektrisch leitende Verbindung zur Ausbildung einer Reihenschaltung, sodass die n-Elektrode der einen Solarzelle mit der p-Elektrode der benachbar ten Solarzelle elektrisch leitend verbunden ist oder umgekehrt. Ein solcher Zellverbinder weist jedoch Nachteile in der Handhabung bei der Her stellung des Solarzellenstrings auf. Zudem können mechanische Spannungen durch eine mechanische Belastung des Solarzellenstrings, insbesondere auf grund einer thermischen Belastung zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes zwischen Zellverbinder und Solarzelle bis hin zu einer Kontaktunterbrechung bei Ablösen des Zellverbinders führen. Weiterhin üben diese starren Zellverbinder thermomechanischen Stress auf die Zellen aus, der zu Zellbruch führen kann.
Es besteht daher Bedarf an einem kostengünstig herstellbaren und dennoch ro busten Solarzellenstring sowie einem Verfahren für dessen Herstellung. Darüber hinaus benötigen typische Zellverbinder aufgrund der Dicke der Zellverbinder und der Begrenzung der Biegeradien einen Mindestabstand zwischen den be nachbarten Solarzellen. Es besteht Bedarf, diesen Mindestabstand zu verrin gern.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein solches Ver fahren zur Herstellung eines Solarzellenstrings und einen solchen Solarzel lenstring zur Verfügung zu stellen.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzel lenstrings gemäß Anspruch 1 , einen Solarzellenstring gemäß Anspruch 12, eine Bearbeitungsvorrichtung für einen Solarzellenstring gemäß Anspruch 13 und eine Verwendung einer solchen Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenstrings ge mäß Anspruch 1 weist Verfahrensschritte A und B auf:
In einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Bereitstellen eines Solarzellenstapels mit zumindest 5 Solarzellen, welche jeweils eine Vorder- und eine Rückseite aufweisen, wobei die Solarzellen überlappend angeordnet sind, sodass bei jeder Solarzelle ein randständiger Kontaktierungsbereich an der Vorderseite der So larzelle und ein randständiger Kontaktierungsbereich an der Rückseite der So larzelle nicht durch eine benachbarte Solarzelle bedeckt ist. In Verfahrensschritt B erfolgt ein Ausbilden von elektrisch leitenden Verbindun gen zwischen den Solarzellen mit
- Anordnen eines elektrisch leitenden ersten Verbindungselements an dem Solarzellenstapel und Ausbilden von elektrisch leitenden Verbindungen, sodass das erste Verbindungselement an einer ersten Seite des Solarzel lenstapels mit den Kontaktierungsbereichen der Solarzelle an der ersten Seite elektrisch leitend verbunden ist;
Zerteilen des ersten Verbindungselementes in eine erste Gruppe von Zellverbinder, sodass durch die Zellverbinder der ersten Gruppe Paare von benachbarten Solarzellen an der ersten Seite des Solarzellenstapels miteinander elektrisch leitend verbunden sind;
- Anordnen eines elektrisch leitenden zweiten Verbindungselements an dem Solarzellenstapel und Ausbilden von elektrisch leitenden Verbindun gen, sodass das zweite Verbindungselement an einer zweiten Seite des Solarzellenstapels mit den Kontaktierungsbereichen der Solarzellen an der zweiten Seite elektrisch leitend verbunden ist;
Zerteilen des zweiten Verbindungselements in eine zweite Gruppe von Zellverbinder, sodass durch die Zellverbinder der zweiten Gruppe Paare von benachbarten Solarzellen an der zweiten Seite des Solarzellensta pels miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein besonders kostengünstiges Ausbilden eines Solarzellenstrings, da lediglich zwei Verbindungselemente an den Solarzellenstapel angelegt werden, welche erst nach dem elektrischen Ver binden mit den Solarzellen in Zellverbinder, die jeweils zwei im späteren Solar zellenstring benachbarte Solarzellen elektrisch leitend miteinander verbinden, vereinzelt werden. Vorteilhafterweise erfolgt die elektrische Verschaltung der Solarzellen im Solar zellenstring in an sich bekannter Weise, wobei im Solarzellenstring die Vorder seite einer Solarzelle mit der Rückseite einer benachbarten Solarzelle elektrisch leitend verbunden ist. Wie zuvor beschrieben, weisen typische Solarzellen an der Vorderseite und an der Rückseite jeweils eine metallische Elektrode auf. Vorteilhafterweise wird durch die Zellverbinder jeweils die metallische Elektrode an der Vorderseite einer Solarzelle mit der metallischen Elektrode an der Rück seite der benachbarten Solarzelle elektrisch leitend miteinander verbunden oder umgekehrt.
Um eine Verbindung zwischen Vorder- und Rückseite zweier benachbarten So larzellen auszubilden ist es vorteilhaft, dass in Verfahrensschritt A die Solarzel len im Stapel miteinander zugewandten Vorderseiten oder miteinander zuge wandten Rückseiten angeordnet sind, insbesondere alternierend miteinander zu gewandten Vorderseiten untereinander zugewandten Rückseiten angeordnet sind.
In dieser vorteilhaften Ausführungsform sind somit ausgehend von einer unters ten Solarzelle im Solarzellenstapel in aufsteigender Reihenfolge die Solarzellen miteinander zugewandten Vorderseiten untereinander zugewandten Rückseiten in abwechselnder Reihenfolge angeordnet oder umgekehrt beginnend miteinan der zugewandten Rückseiten, weiter miteinander zugewandten Vorderseiten und weitergehend in abwechselnder Reihenfolge angeordnet.
Hierdurch ist gewährleistet, dass ein Zellverbinder, welcher an einer Seite des Solarzellenstapels zwei übereinanderliegende Solarzellen miteinander elektrisch leitend verbindet, stets eine Vorderseite einer Solarzelle mit einer Rückseite ei ner Solarzelle elektrisch leitend verbindet.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das erste Verbindungselement an der ersten Seite des Solarzellenstapels und das zweite Verbindungselement an der zweiten Seite des Solarzellenstapels angeordnet werden und anschließend das Zerteilen beider Verbindungselemente in die erste und zweite Gruppe von Zell verbindern erfolgt. Vorteilhaft ist es, vor Anordnen des zweiten Verbindungselementes das erste Verbindungselement zu zerteilen, um die erste Gruppe von Zellverbindern aus zubilden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Bearbeitung an der ersten Seite des Solarzellenstapels abgeschlossen werden kann, bevor die Bearbei tung an der zweiten Seite des Solarzellenstapels erfolgt.
Vorteilhafterweise wird in Verfahrensschritt B zwischen dem Anordnen des ers ten Verbindungselements und anordnen des zweiten Verbindungselements der Solarzellenstapel umgedreht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Bear beitung aus einer gleichbleibenden Raumrichtungen erfolgen kann. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, zunächst wie zuvor beschrieben sowohl das Anord nen als auch das Zerteilen des ersten Verbindungselementes durchzuführen, anschließend den Solarzellenstapel umzudrehen und anschließend das zweite Verbindungselement an der zweiten Seite des Solarzellenstapels anzuordnen und zu zerteilen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt in Verfahrensschritt B zusätzlich zu dem Zerteilen des ersten und zweiten Verbindungselements ein Entfernen von überschüssigem Material des ersten und zweiten Verbindungselements. Insbe sondere ist es vorteilhaft, das überschüssige Material mittels Laserstrahlung ab zutrennen.
Nach Abschluss von Verfahrensschritt B ist ein Solarzellenstapel mit Solarzellen ausgebildet, wobei durch die erste und zweite Gruppe von Zellverbindern jeweils zwei übereinander liegende Solarzellen elektrisch leitend durch einen Zellver binder miteinander verbunden sind.
Vorteilhafterweise wird nach Verfahrensschritt B durch Drehbewegungen der Solarzellen aus der Stapelanordnung eine Solarzellenstringanordnung gebildet, mit nebeneinanderliegenden Solarzellen oder mit Solarzellen in Schindelanord nung.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Verfahren sowohl zum Ausbilden eines Solarzellenstrings, bei welchem die So larzellen in einer Reihe nebeneinanderliegend in einer Ebene angeordnet sind, geeignet ist als auch zur Ausbildung einer Schindelanordnung. Eine Schindelan ordnung von Solarzellen ist an sich bekannt, die Solarzellen werden in der Art von Dachschindeln überlappend angeordnet, sodass jede Solarzelle an einer Seite geringfügig eine benachbarte Solarzelle überdeckt und an einer anderen Seite geringfügig von einer anderen benachbarten Solarzelle überdeckt wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass in Verfahrensschritt B das Ausbilden der elektrisch leitenden Verbindung des ersten und zweiten Verbindungsele ments mit den Solarzellen in an sich bekannter Weise erfolgt, insbesondere be- vorzugt durch Wärmeeinwirkung. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die elektrisch leitende Verbindung mittels Löten und insbesondere durch direkten Kontakt mit einem erhitzten Lötelement erfolgt. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die elektrisch leitende Verbindung mittels Kleben auszubilden, insbe sondere mittels Leitkleber.
Besonders vorteilhaft ist es, in Verfahrensschritt B das Ausbilden elektrisch lei tenden Verbindungen des ersten und des zweiten Verbindungselements mit den Solarzellen mittels Laserstrahlung durchzuführen. Es ist an sich bekannt, mittels Laserstrahlung eine Wärmeeinwirkung zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei metallischen Flächen zu erzeugen. Bei dieser vorteil haften Ausführungsform kann somit auf an sich bekannte Präzisierungseinhei ten, insbesondere Präzisierungseinheiten mit Lasern und Laserablenkeinheiten zurückgegriffen werden. Es ist daher insbesondere vorteilhaft, dass in Verfahrensschritt B das Zerteilen des ersten und des zweiten Verbindungselements und das elektrisch leitende Verbinden des ersten und zweiten Verbindungselements mit den Solarzellen mittels Laserstrahlung erfolgt. Hierdurch wird eine kostengünstige und schnelle Prozessierung beider Verfahrensschritte ermöglicht.
Um den Solarzellenstring in einem Solarzellenmodul mit weiteren Verbindungs elementen, insbesondere mit weiteren Solarzellenstrings, elektrisch leitend ver binden zu können, ist es vorteilhaft, dass in Verfahrensschritt A zumindest an den außen liegenden Seiten der beiden endständigen Solarzellen des Solarzel- lenstapels jeweils ein Endverbinder angeordnet wird und mit der außenliegen den Solarzelle elektrisch leitend verbunden wird. Jede der beiden außenliegen den Solarzellen ist somit mit einem Endverbinder elektrisch leitend verbunden.
Weist der Solarzellenstapel eine ungerade Anzahl von Solarzellen auf, so wird bevorzugt in Verfahrensschritt B einer der Endverbinder mit dem ersten Verbin dungselement und der andere Endverbinder mit dem zweiten Verbindungsele ment elektrisch leitend verbunden.
Weist der Solarzellenstapel eine gerade Anzahl von Solarzellen auf, so werden bevorzugt beide Endverbinder mit demseleben Verbindungselement elektrisch leitend verbunden, insbesondere bevorzugt mit dem ersten Verbindungsele ment.
Hierdurch wird in den Verfahrensschritten A und B nicht nur eine elektrische Verschaltung der Solarzellen des Solarzellenstrings sondern darüber hinaus eine elektrische Verschaltung der ersten Solarzelle des Solarzellenstrings mit einem der in Verbinder und der letzten Solarzelle des Solarzellenstrings mit dem anderen Endverbinder in prozessökonomischer Weise erzielt.
Die Endverbinder sind bevorzugt als metallische Elemente, insbesondere bevor zugt als metallische längliche Elemente, welche bevorzugt eine Länge aufwei sen, die der Kantenlänge der Solarzellen quer zur Längserstreckung des Solar zellenstrings entspricht.
Das erste und das zweite Verbindungselement sind bevorzugt als biegeschlaffes Verbindungselement ausgebildet. Hierdurch wird die mechanische Belastung an den Kontaktflächen zwischen Zellverbindern und Solarzellen verringert und es ist ein geringerer Abstand der Solarzellen im Solarzellenstring verglichen mit starren Zellverbindern möglich.
Die Dicke des ersten und zweiten Verbindungselements und somit auch der Zellverbinder ist bevorzugt kleiner 100 pm, insbesondere bevorzugt kleiner 50 pm, weiter bevorzugt kleiner 20 pm. Bevorzugt liegt die Dicke im Bereich 5 pm bis 30 pm. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Verbindungselemente als beschichtete Verbindungselemente, insbesondere metallisch beschichtete Verbindungsele mente, bevorzugt metallisch beschichtete Folien auszubilden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, indem das erste und das zweite Verbindungselement als Metallfolie, bevorzugt als einschichtige Metallfo lie ausgebildet sind. Hierdurch wird ein kostengünstiges, im Vergleich zu be schichteten oder mehrschichtigen Folien kostengünstig herstellbares Element als Zellverbinder verwendet.
Wie zuvor beschrieben, weisen typische Solarzellen an der Vorderseite und an der Rückseite zumindest im Kontaktierungsbereich eine elektrisch leitende Elektrode auf. Vorteilhafterweise werden in Verfahrensschritt A somit solche So larzellen bereitgestellt, welche an der Vorderseite und an der Rückseite zumin dest im Kontaktierungsbereich eine elektrisch leitende Elektrode aufweisen und in Verfahrensschritt B werden das erste und das zweite Verbindungselement elektrisch leitend mit den Elektroden der Solarzellen verbunden.
Wie eingangs ausgeführt, ist eine elektrische Reihenschaltung von Solarzellen in einem Solarzellenstring vorteilhaft. Vorteilhafterweise werden daher in Ver fahrensschritt B die Solarzellen mittels der erste und zweite Gruppe von Zellver bindern elektrisch in Reihe verschaltet.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass der Zellverbinder zumindest an der Vorderseite der Solarzellen die Solarzellen in ei ner Erstreckungsrichtung des Solarzellenstrings nur geringfügig überdeckt. Ein Zellverbinder-Überdeckungsbereich, in welchem der Zellverbinder an der Vor derseite die Solarzelle, insbesondere eine an der Vorderseite der Solarzelle an geordnete Elektrode überdeckt, weist daher bevorzugt eine Breite von weniger als 1000 pm, insbesondere weniger als 500 pm, bevorzugt weniger als 300 pm auf. Diese Breite erstreckt sich somit senkrecht zu der Kante der Solarzelle, an welcher der Zellverbinder angeordnet ist und parallel zu der Erstreckungsrich tung des Solarzellenstrings. Die Breite des Kontaktbereichs beträgt bevorzugt mehr als 100 pm, weiter bevorzugt mehr als 200 pm, insbesondere mehr als 250 pm, um eine mechanisch stabile Verbindung zwischen Zellverbinder und Solarzelle auszubilden. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Solarzelle die Deckung der Solarzelle mit einer großen Länge, sodass ein mechanisch gut haftender Kontakt und ein elektrischer Kon takt mit einem geringen Kontaktwiderstand ausgebildet wird.
Vorteilhafterweise weist der Zellverbinder-Überdeckungsbereich, in welchem die Zellverbinder die Vorderseiten der Solarzelle überdecken, eine Länge auf, wel che größer 80 %, bevorzugt größer 90 %, insbesondere bevorzugt größer 95 % der Seitenlänge der Solarzelle und somit Breite des Solarzellenstrings ist. Diese Länge des Kontaktierungsbereichs erstreckt sich somit parallel zu der Kante, an welcher der Zellverbinder angeordnet ist und senkrecht zu der Erstreckungsrich tung des Solarzellenstrings.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin durch einen Solarzellenstring gemäß An spruch 12 gelöst. Der Solarzellenstring weist zumindest fünf Solarzellen auf, wobei jede Solarzelle an einer Vorderseite eine Elektrode und an der Rückseite eine Elektrode aufweist, die Solarzellen in einer Reihe entlang einer Längser streckung des Solarzellenstrings angeordnet und elektrisch in Reihe verschaltet sind, wobei die Elektrode an der Vorderseite einer Solarzelle mittels eines Zell verbinders mit der Elektrode an der Rückseite einer benachbarten Solarzelle elektrisch leitend verbunden ist. Die Zellverbinder sind als biegeschlaffe Zellver binder ausgebildet und jeder Zellverbinder weist zumindest eine, bevorzugt ge nau eine Faltung mit parallel übereinanderliegenden Teilbereichen der Zellver binder auf, wobei die Öffnung der Faltung senkrecht zur Längserstreckung des Solarzellenstrings verläuft und entlang der Längserstreckung des Solarzellenst rings die Öffnungsseite der Faltung alternierend ist.
Bei diesem erfindungsgemäßen Solarzellenstring weisen benachbarte Solarzel lenpaare somit abwechselnd einander zugewandte Öffnungen der Faltung der Zellverbinder und einander abgewandte Öffnungen der Faltung der Zellverbinder auf. Diese vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren mit Anordnen der Zellverbinder an den Solarzellenstapel und an schließendem Aufklappen des Solarzellenstapels zur Ausbildung des Solarzel lenstrings. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, das der erfindungsgemäße Solarzellenstring mit nebeneinander in einer Ebene liegenden Solarzellen aus gebildet ist oder mit Solarzellen in Schindelanordnung.
Eine besonders einfache und damit fehlerunanfällige und kostengünstige Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch eine erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung für einen Solarzellenstring gemäß Anspruch 13 ermög licht. Die Bearbeitungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von Auflageflächen für eine Mehrzahl von Solarzellen auf, wobei die Auflageflächen stufenartig und pa rallel zueinander angeordnet sind. Hierdurch wird in einfacher Weise das Ausbil den eines Solarzellenstapels zum Bereitstellen des Solarzellenstapels gemäß Verfahrensschritt A ermöglicht.
Die Stufen, welche durch die Auflageflächen ausgebildet werden, weisen somit bevorzugt eine Stufenhöhe auf, die in etwa der Gesamtdicke der Solarzelle ent spricht, bevorzugt um weniger als 50 %, insbesondere weniger als 30 %, von der Gesamtdicke der Solarzelle abweicht. Die Breite der Auflagefläche ist bevor zugt kleiner als die Breite der Solarzelle, welche auf die Auflagefläche aufgelegt wird, insbesondere bevorzugt entspricht die Breite der Auflagefläche der Kon taktierungsvorrichtung der Solarzellenfläche abzüglich des Kontaktierungsbe reichs.
Dadurch wird erzielt, dass bei Auflegen der Solarzellen auf die Auflageflächen ein Solarzellenstapel mit überlappend angeordneten Solarzellen gemäß Verfah rensschritt A des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet werden kann.
Es ist daher vorteilhaft, die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer bevor zugten Ausführungsform hiervon, zu verwenden, wobei in Verfahrensschritt A jede Solarzelle des Solarzellenstapels in einem Teilbereich auf eine Auflageflä che der Bearbeitungsvorrichtung aufgelegt wird und die Solarzellen eine grö ßere Breite als die Breite der Auflageflächen aufweisen.
Der erfindungsgemäße Solarzellenstring ist bevorzugt mittels des erfindungsge mäßen Verfahrens hergestellt, insbesondere einer bevorzugten Ausführungs form hiervon. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Solarzellenstrings, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon, ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung nicht auf das Herstellen von Solarzellenstrings mit fünf Solarzellen begrenzt. Es liegt insbesondere im Rahmen der Erfindung, dass der Solarzellenstapel im Bereich fünf bis zwanzig Solarzellen aufweist und alle Solarzellen des Solarzellenstapels gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform, mittels der ersten und zwei ten Gruppe von Zellverbindern miteinander elektrisch verschaltet werden, insbe sondere in Reihenschaltung. Insbesondere weist der Solarzellenstapel bevor zugt mehr als fünf, bevorzugt mehr als acht, insbesondere bevorzugt mehr als 10 Solarzellen auf.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen werden im Folgenden an hand der Figuren und von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 und Figur 2 Teilschritte des Verfahrensschritt B eines Ausfüh rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 3 eine Seitenansicht und eine Draufsicht von oben eines ersten Aus führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarzellenstrings;
Figur 4 eine Seitenansicht und eine Draufsicht von oben eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarzellenstrings;
Figur 5 eine Schnittzeichnung eines Ausführungsbeispiels einer erfin dungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung und
Figur 6 eine Draufsicht von oben auf die in Figur 5 gezeigte Bearbeitungs vorrichtung.
Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. In den Figuren 1 und 2 sind Teilschritte eines Verfahrensschritts B eines Aus führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In der Darstellung gemäß Figur 1 ist bereits ein Verfahrensschritt A erfolgt, bei welchem ein Solarzellenstapel mit vorliegend fünf Solarzellen 1 bereitgestellt wurde. Die Solarzellen 1 weisen jeweils eine Vorder- und eine Rückseite auf, wobei die Solarzellen überlappend angeordnet sind, sodass bei jeder Solarzelle ein randständiger Kontaktierungsbereich 2 an der Vorderseite und ein randstän diger Kontaktierungsbereich 3 an der Rückseite nicht durch eine benachbarte Solarzelle bedeckt ist.
Wie in Figur 1 ersichtlich, sind die Solarzellen 1 im Solarzellenstapel somit pa rallel zueinander angeordnet und bilden durch die lediglich teilweise Überlap pungen Stufen aus.
In Verfahrensschritt B verfolgt ein Anordnen eines elektrisch leitenden ersten Verbindungselements 4, welches als Metallfolie ausgebildet ist.
Das erste Verbindungselement 4 folgt annähernd der Stufenform an einer in Fi gur 1 links liegenden ersten Seite des Solarzellenstapels und mittels Laserstrah len, welche in Figur 1 mit durchgezogenen Pfeilen 6 dargestellt sind, erfolgt durch die mittels der Laserstrahlen 6 erzeugten Wärmeeinwirkung das Ausbilden von elektrisch leitenden Verbindungen des ersten Verbindungselements 4 an der ersten Seite des Solarzellenstapels mit den Kontaktierungsbereichen 2, 3 der Solarzellen 1 an der ersten Seite des Solarzellenstapels.
Wie in Figur 1 ersichtlich, wurde in Verfahrensschritt A zusätzlich ein erster Endverbinder 7 auf der zuoberst liegenden Solarzelle 1 des Solarzellenstapels angeordnet. Der erste Endverbinder 7 ist hierbei von der in Figur 1 links liegen den Kante der zuoberst liegenden Solarzelle 1 beabstandet, sodass sich die Stufenform durch den ersten Endverbinder 7 fortsetzt. In Verfahrensschritt B wird das erste Verbindungselement 4 ebenfalls an dem ersten Endverbinder 7 angeordnet, indem mittels eines Laserstrahls 6 durch Wärmeeinwirkung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen erstem Endverbinder 7 und erstem Ver bindungselement 4 ausgebildet wird. In einem weiteren Teilschritt des Verfahrensschritts B erfolgt mit ersten Laser strahlen 9 eine Trennung des ersten Verbindungselements 4, um das erste Ver bindungselement 4 in eine erste Gruppe von Zellverbindern 11 aufzuteilen. Die ersten Laserstrahlen 9 zur Trennung des ersten Verbindungselementes 4 sind als gestrichelte Linien dargestellt.
Durch dieses Verteilen des ersten Verbindungselements 4 und die sich hier durch ergebende Zellverbinder 11 sind Paare von benachbarten Solarzellen 1 an der ersten Seite des Solarzellenstapels miteinander elektrisch leitend ver bunden. Vorliegend ist dies ein erstes Paar bestehend ausgehend von der un tersten Solarzelle auf der ersten und zweiten Solarzelle, sowie ein zweites Paar, bestehend aus der dritten und vierten Solarzelle. Darüber hinaus ist die zu oberst liegende fünfte Solarzelle durch einen Zellverbinder 11 der ersten Gruppe mit den ersten Endverbinder 7 elektrisch leitend verbunden.
Die ersten Laserstrahlen 9 zur Trennung des ersten Verbindungselementes 4 sind ausreichend, um die erste Gruppe von Zellverbindern auszubilden. Es ver bleibt jedoch überschüssiges Material des ersten Verbindungselementes 4. Da her wird mit zweiten Laserstrahlen 10 zur Trennung überschüssiges Material des ersten Verbindungselementes 4 abgetrennt.
Anschließend erfolgt ein Umdrehen des Solarzellenstapels, wobei eine Drehung um 180° um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1 erfolgt.
Die sich ergebende Konfiguration ist in Figur 2 dargestellt, wobei in einem wei teren Teilschritt des Verfahrensschritts B ein zweites Verbindungselement 5, welches ebenfalls als Metallfolie ausgebildet ist, an dem Solarzellenstapel an ei ner zweiten Seite angeordnet wird. Die zweite Seite des Solarzellenstapels ist der ersten Seite gegenüberliegend, durch die zuvor beschriebene Drehung ist in Figur 2 die zweite Seite des Solarzellenstapels links angeordnet, wohingegen in Figur 1 die erste Seite des Solarzellenstapels links angeordnet ist.
Wie bereits zu dem ersten Verbindungselement 4 beschrieben, erfolgt auch bei dem zweiten Verbindungselement das Ausbilden der elektrisch leitenden Verbin dung zwischen zweitem Verbindungselement und den Solarzellen 1 mittels La serstrahlen 6 und der hierdurch erzeugten Wärmeeinwirkung. Ebenso wurde nach Umdrehen des Solarzellenstapels ein zweiter Endverbinder 8 auf die nach Umdrehen des Solarzellenstapels zuoberst liegende Solarzelle 1 angeordnet.
Der zweite Endverbinder 8 wird ebenfalls mittels eines Laserstrahls 6 elektrisch leitend mit dem zweiten Verbindungselement 5 verbunden.
Ebenso erfolgt mittels ersten Laserstrahlen 9 ein Trennen des zweiten Verbin dungselementes 5, sodass Zellverbinder 12 einer zweiten Gruppe von Zellver bindern ausgebildet werden, indem das zweiten Verbindungselement 5 verteilt wird.
Durch die Zellverbinder 12 der zweiten Gruppe von Zellverbindern sind somit ebenfalls Paare von benachbarten Solarzellen 1 an der zweiten Seite (in Figur 2 links liegend) des Solarzellenstapels miteinander elektrisch leitend verbunden. Vorliegend ist es gemäß der Darstellung in Figur 2 ein Paar bestehend aus der zuunterst liegenden ersten Solarzelle und hiervon ausgehend der benachbarten zweiten Solarzelle, sowie ein Paar bestehend aus der dritten und Verfahren So larzelle bei unten beginnender Nummerierung. Ebenso ist die zuoberst liegende Solarzelle 1 durch einen Zellverbinder 12. Der zweiten Gruppe von Zellverbin dern mit dem zweiten Endverbinder 8 elektrisch leitend verbunden.
Auch bei dem zweiten Verbindungselement erfolgen mittels zweiter Laserstrah len 10 Trennschritte, um überflüssiges Material des zweiten Verbindungsele mentes 5 zur entfernen. In der Darstellung gemäß Figur 2 ist bei dem ersten Verbindungselement 4 das überschüssige Material bereits entfernt, sodass le diglich die Zellverbinder 11 der ersten Gruppe von Zellverbindern verbleiben.
Aufgrund der Anordnung der Solarzellen 1 in dem Solarzellenstapel mit alternie rend angeordneten Vorderseiten und Rückseiten ist durch jeden Zellverbinder 11 der ersten Gruppe und auch durch die Zellverbinder 12 der zweiten Gruppe jeweils die Vorderseite einer Solarzelle mit der Rückseite einer darüber oder da runter liegenden Solarzelle elektrisch leitend verbunden.
Die Solarzellen sind identisch ausgebildet und weisen jeweils an der Vorderseite im Kontaktierungsbereich eine nicht dargestellte metallische Vorderseitenelekt rode auf, sowie an der Rückseite im Kontaktierungsbereich ebenfalls eine metal lische Kontaktierungselektrode auf. Die Zellverbinder 11 der ersten Gruppe und Zellverbinder 12 der zweiten Gruppe sind jeweils an den Solarzellen mit den zu vor beschriebenen Elektroden elektrisch leitend verbunden.
Bei den vorliegenden Solarzellen sind die an der Vorderseite liegenden Elektro den als n-Elektroden ausgebildet und an der Rückseite liegenden Elektroden als p-Elektroden ausgebildet, sodass sich eine elektrische Reihenschaltung der So larzellen ergibt.
Durch Drehbewegungen der Solarzellen erfolgt nun ein Aufklappen des Solar zellenstapels, sodass die Solarzellen in einem Solarzellenstring angeordnet sind und sich somit entlang einer Längserstreckung des Solarzellenstrings erstre cken. Dies ist in Figur 3 dargestellt:
In Figur 3a) ist eine Seitenansicht des Solarzellenstrings gezeigt, welcher nach Aufklappen des in Figur 2 dargestellten Solarzellenstapels nach Durchführen der elektrisch leitenden Verbindung und Trennschritte mittels der Laserstrahlen 6, 9 und 10 entsteht.
Bei diesem in Figur 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Solarzellenstrings ist die Länge der Zellverbinder 11 der ersten Gruppe und der Zellverbinder 12 der zweiten Gruppe derart gewählt, dass eine Schindelanordnung entsteht. Wie in Figur 3a) ersichtlich, überdeckt jede Solar zelle an der rechten Seite im Kontaktierungsbereich die benachbarte Solarzelle und wird an der linken Seite im Kontaktierungsbereich von der benachbarten Solarzelle überdeckt, sodass sich eine an sich bekannte Schindelanordnung ergibt. Die randständigen Solarzellen sind jeweils an den außen liegenden Rän dern mit den zuvor beschriebenen Endverbindern 7 und 8 elektrisch leitend ver bunden.
Zur Verdeutlichung ist durch einen Pfeil eine Erstreckungsrichtung 13 des Solar zellenstrings dargestellt. Die Solarzellen 1 sind entlang der Erstreckungsrich tung 13 in einer Reihe angeordnet.
Die Zellverbinder 11 der ersten Gruppe und Zellverbinder 12 der zweiten Gruppe weisen jeweils eine Faltung mit parallel übereinander liegenden Teilbe reichen des Zellverbinders auf, wobei die Öffnung der Faltung senkrecht zu der Längserstreckung 13 des Solarzellenstrings verläuft und entlang der Längser streckung des Solarzellenstrings die Öffnungsseite der Faltung alternierend ist. Wie in Figur 3a) ersichtlich ist ausgehend von der linken Solarzelle die Faltung des Zellverbinders zwischen der ersten und zweiten Solarzelle rechts geöffnet, wohingegen die Faltung des Zellverbinders zwischen der zweiten und dritten So larzelle links geöffnet ist. Die Seite der Öffnung der Faltung wechselt somit al ternierend zwischen links und rechts entlang der Längserstreckung 13 des So larzellenstrings.
In Figur 3b) ist eine Draufsicht von oben auf den Solarzellenstring gezeigt. Hier bei ist ersichtlich, dass die Solarzellen 1 auf der Vorderseite an sich bekannte Kontaktierungsstrukturen, sogenannte Kontaktierungsfinger, aufweisen, welche parallel verlaufen und durch schwarze Linien dargestellt sind.
Aufgrund der Schindelanordnung sind die Zellverbinder zwischen den Solarzel len durch die überlappende Anordnung in Draufsicht von oben jeweils durch eine Solarzelle verdeckt.
In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solar zellenstrings gezeigt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nachfolgend le diglich auf die wesentlichen Unterschiede zu dem in Figur 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel eingegangen.
Auch der in Figur 4 dargestellte Solarzellenstring ist mit Verfahrensschritten wie zu Figur 1 und Figur 2 beschrieben hergestellt worden. Im Unterschied zu den in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispielen weisen die Zellverbinder 11 der ersten Gruppe und die Zellverbinder 12 der zweiten Gruppe eine größere Länge auf, sodass eine nicht überlappende Anordnung der Solarzellen 1 nebeneinanderlie gend, sodass die Solarzellen in Erstreckungsrichtung 13 des Solarzellenstrings eine Ebene bilden, ermöglicht wird.
Die Zellverbinder 11 der ersten Gruppe und Zellverbinder 12 der zweiten Gruppe von Zellverbindern verlaufen somit von dem Kontaktierungsbereich an der Vorderseite einer Solarzelle 11 zwischen zwei benachbarten Solarzellen hin durch zu dem Kontaktierungsbereich der Rückseite der benachbarten Solarzelle. Die Solarzellen 1 sind identisch zu den Solarzellen 1 gemäß dem in Figur 3 be schriebenen ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet und weisen ebenfalls Elekt roden an Vorder- und Rückseite auf, welche elektrisch leitend mit den Zellver bindern verbunden sind, sodass auch bei diesem Solarzellenstring elektrisch eine Reihenschaltung ausgebildet ist.
Wie in Figur 4a) ersichtlich, weist auch bei dieser Anordnung jeder Zellverbinder eine Faltung auf und auch bei dieser Anordnung ist die Öffnungsrichtung der Faltung der Zellverbinder in Erstreckungsrichtung 13 des Solarzellenstrings al ternierend.
In Figur 4b) ist eine Draufsicht von oben auf den Solarzellenstring gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Da hier keine Schindelanordnung vorliegt, sind die Zellverbinder bei Draufsicht von oben teilweise ersichtlich.
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bearbeitungs vorrichtung 14 gezeigt. Die Bearbeitungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von stufenartig ausgeführten Auflageflächen auf, auf die vorliegend fünf Solarzellen 1 aufgelegt sind. Die Auflageflächen sind stufenartig und parallel zueinander an geordnet, so dass die Solarzellen in einem Stapel parallel übereinanderliegend angeordnet sind, wobei bei jeder Solarzelle ein randständiger Kontaktierungsbe reich an der Vorderseite und ein randständiger Kontaktierungsbereich an der Rückseite der Solarzelle 1 nicht durch eine benachbarte Solarzelle 1 bedeckt ist.
Die Bearbeitungsvorrichtung 14 weist mehrere Bohrungen 15 auf, um mittels ei ner Pumpe einen Unterdrück zu erzeugen, so dass die Solarzellen 1 mittels Un terdrück stabil an der Bearbeitungsvorrichtung 14 angeordnet sind.
In Figur 6 ist eine Draufsicht von oben auf die in Figur 5 gezeigte Bearbeitungs vorrichtung dargestellt. Wie in Figur 6 ersichtlich, sind umlaufend um die Aufla gefläche für die Solarzellen 1 in einem Rand der Bearbeitungsvorrichtung 14 mehrere Bohrungen 15 angeordnet, welche durch Kreise dargestellt sind. Exemplarisch ist die Bohrung in der linken oberen Ecke mit dem Bezugszeichen 15 gekennzeichnet. Bei Anordnen des elektrisch leitenden Verbindungselements in Form einer Metallfolie wird die Metallfolie in der Darstellung gemäß Figur 5 von oben auf den Solarzellenstapel aufgelegt, so dass diese Metallfolie die So larzellen vollständig bedeckt und auch den in Figur 6 dargestellten umlaufenden Rand der Bearbeitungsvorrichtung 14 überdeckt, so dass mittels der kreisförmig dargestellten Bohrungen 15 mit einer Pumpe durch Erzeugen eines Unterdrucks auch die Metallfolie zur Ausbildung der Zellverbinder an die Bearbeitungsvor richtung 14 und an die Solarzellen 1 angedrückt werden kann.
Anschließend erfolgt das Ausbilden elektrisch leitenden Verbindung sowie das Durchtrennen des Verbindungselements, d.h. vorliegend der Metallfolie, wie zu- vor beschrieben.
Bezugszeichenliste
1 Solarzellen
2 Kontaktierungsbereich an der Vorderseite
3 Kontaktierungsbereich an der Rückseite
4 erstes Verbindungselement 5 zweites Verbindungselement
6 Laserstrahlen zur elektrisch leitenden Verbindung
7 erster Endverbinder
8 zweiter Endverbinder
9 erste Laserstrahlen zur Trennung 10 zweite Laserstrahlen zur Trennung
11 Zellverbinder der ersten Gruppe von Zellverbindern
12 Zellverbinder der zweiten Gruppe von Zellverbindern
13 Erstreckungsrichtung
14 Bearbeitungsvorrichtung 15 Bohrung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenstrings, mit den Verfahrensschritten
A. Bereitstellen eines Solarzellenstapels mit zumindest fünf Solarzel len (1), welche jeweils eine Vorder- und eine Rückseite aufweisen, wobei die Solarzellen (1) überlappend angeordnet sind, so dass bei jeder Solarzelle (1) ein randständiger Kontaktierungsbereich an der Vorderseite (2) der Solarzelle (1) und ein randständiger Kon taktierungsbereich an der Rückseite (3) der Solarzelle (1) nicht durch eine benachbarte Solarzelle (1) bedeckt ist,
B. Ausbilden von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den So larzellen (1) mit
- Anordnen eines elektrisch leitenden ersten Verbindungsele ments (4) an dem Solarzellenstapel und Ausbilden von elektrisch leitendenden Verbindungen, so dass das erste Verbindungselement (4) an einer ersten Seite des Solarzel lenstapels mit den Kontaktierungsbereichen der Solarzellen (1 ) an der ersten Seite elektrisch leitend verbunden ist;
- Zerteilen des ersten Verbindungselements (4) in eine erste Gruppe von Zellverbindern (11), so dass durch die Zellver binder (11) der ersten Gruppe Paare von benachbarten So larzellen (1) an der ersten Seite des Solarzellenstapels mit einander elektrisch leitend verbunden sind;
- Anordnen eines elektrisch leitenden zweiten Verbindungs elements (5) an dem Solarzellenstapel und Ausbilden von elektrisch leitendenden Verbindungen, so dass das zweite Verbindungselement (5) an einer zweiten Seite des Solarzel lenstapels mit den Kontaktierungsbereichen der Solarzellen an der zweiten Seite elektrisch leitend verbunden ist;
- Zerteilen des zweiten Verbindungselements (5) in eine zweite Gruppe von Zellverbindern (12), so dass durch die Zellverbinder (12) der zweiten Gruppe Paare von benach barten Solarzellen (1) an der zweiten Seite des Solarzellen stapels miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A die Solarzellen (1) im Stapel mit einander zu gewandten Vorderseiten oder mit einander zugewandten Rückseiten an geordnet sind, insbesondere alternierend mit einander zugewandten Vor derseiten und einander zugewandten Rückseiten angeordnet sind.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B zwischen Anordnen des ersten Verbindungs elements (4) und Anordnen des zweiten Verbindungselements (5) der So larzellenstapel umgedreht wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B zusätzlich zu dem Zerteilen des ersten und zweiten Verbindungselements (4, 5) überschüssiges Material des ersten und zweiten Verbindungselements (4, 5) entfernt wird, bevorzugt durch Abtrennen des überschüssigen Materials mittels Laserstrahlung.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt B durch Drehbewegungen der Solarzellen (1) aus der Stapelanordnung eine Solarzellenstringanordnung gebildet wird, mit nebeneinanderliegenden Solarzellen (1) oder mit Solarzellen (1) in Schindelanordnung.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B das Ausbilden der elektrisch leitenden Verbin dungen des ersten und des zweiten Verbindungselements (4, 5) mit den Solarzellen (1) mittels Laserstrahlung (6) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B das Zerteilen des ersten und zweiten Verbin dungselements (4, 5) mittels Laserstrahlung (9, 10) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A zumindest an den außenliegenden Seiten der beiden endständigen Solarzellen (1) des Solarzellenstapels jeweils ein Endverbinder (7, 8) angeordnet und mit der außenliegenden Solarzelle (1) elektrisch leitend verbunden wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Verbindungselement (4, 5) als biegeschlaf fes Verbindungselement ausgebildet sind, insbesondere als Folie, bevor zugt als Metallfolie.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Solarzelle (1) an der Vorderseite und an der Rückseite zumin dest im Kontaktierungsbereich (2, 3) eine elektrisch leitende Elektrode aufweist und in Verfahrensschritt B das erste und das zweite Verbin dungselement (4, 5) elektrisch leitend mit den Elektroden der Solarzellen (1) verbunden werden.
11 . Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B die Solarzellen (1) mittels der ersten und zweiten Gruppe von Zellverbindern (11 , 12) elektrisch in Reihe verschal tet werden.
12. Solarzellenstring, mit zumindest fünf Solarzellen (1), wobei jede Solarzelle (1) an einer Vor derseite eine Elektrode und an der Rückseite eine Elektrode aufweist, die Solarzellen (1) in einer Reihe entlang einer Längserstreckung des Solar zellenstrings angeordnet und elektrisch in Reihe verschaltet sind, wobei die Elektrode an der Vorderseite einer Solarzelle mittels eines Zellverbin ders mit der Elektrode an der Rückseite der benachbarten Solarzelle (1) HO elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbinder als biegeschlaffer Zellverbinder ausgebildet sind und jeder Zellverbinder zumindest eine, bevorzugt genau eine Faltung mit parallel übereinanderliegenden Teilbereichen des Zellverbinders aufweist, ns wobei die Öffnung der Faltung senkrecht zu der Längserstreckung des
Solarzellenstrings verläuft und entlang der Längserstreckung des Solar zellenstrings die Öffnungsseite der Faltung alternierend ist.
13. Bearbeitungsvorrichtung für einen Solarzellenstring,
120 mit einer Mehrzahl von Auflageflächen für eine Mehrzahl von Solarzellen
(1 ), wobei die Auflageflächen stufenartig und parallel zueinander angeordnet sind.
125 14. Verwendung einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 13 zur
Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Anspruch 1 bis 11 , wobei in Verfahrensschritt A jede Solarzelle (1) des Solarzellenstapels in einem Teilbereich auf eine Auflagefläche der Bearbeitungsvorrichtung (14) aufgelegt wird und die Solarzellen (1) eine größere Breite als die 130 Breite der Auflageflächen aufweisen.
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