WO2007128342A1 - Solar cell module and procedure for the manufacture of solar cell modules - Google Patents

Solar cell module and procedure for the manufacture of solar cell modules Download PDF

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WO2007128342A1 PCT/EP2006/011854 EP2006011854W WO2007128342A1 WO 2007128342 A1 WO2007128342 A1 WO 2007128342A1 EP 2006011854 W EP2006011854 W EP 2006011854W WO 2007128342 A1 WO2007128342 A1 WO 2007128342A1
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solar cell
conductor tracks
partially
conductive
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Kristian Peter
Radovan Kopecek
Thomas Buck
Joris Libal
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International Solar Energy Research Center Konstanz E.V.
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Definitions

  • the back conductor tracks can be applied in the form of a mask or circuit board, which comprises the entire backside tracks of the solar cell module, and preferably consists of an insulating material, which is provided with a conductive surface at those locations where back conductor tracks are required.
  • a mask or circuit board which comprises the entire backside tracks of the solar cell module, and preferably consists of an insulating material, which is provided with a conductive surface at those locations where back conductor tracks are required.
  • all known metallization can be used for the formation of the back conductor tracks on the mask or board.
  • Fig. 6 shows another embodiment of the method according to the invention, which differs from that of FIG. 5 in that the front-side conductor tracks are not applied to the back of the cover plate, but directly on the solar cell 210, and subsequently the cover plate on the solar cells and the front conductor tracks is applied 212.

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Abstract

Solar cell module with at least two switched in-series solar cells that are light-sensitive with which, during the in-series switching of these solar cells, alternating p-type and n-type solar cells are interconnected with each other, and both of these types of solar cells feature a front-sided emitter or both of these types of solar cells feature a back-sided emitter, or with which, during the in-series switching of these solar cells, alternating solar cells with front-sided emitters and solar cells with back-sided emitters are interconnected with each other, and the solar cells that are alternatingly interconnected with each other are of the same type, as well as procedure for manufacturing such solar cells.

Description

Solarzellenmodul sowie Verfahren zur Herstellung von Solarzellenmodulen Solar cell module and method for the production of solar cell modules
Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul gemäß dem Obergriff der Ansprüche 1 und 2 sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarzellenmoduls.The invention relates to a solar cell module according to the preamble of claims 1 and 2 and to methods for producing such a solar cell module.
Die direkte Gewinnung elektrischer Energie aus Sonnelicht (Photovoltaik) stellt eine nachhaltige und umweltfreundliche Form der Energiegewinnung dar, welche aufgrund der sich abzeichnenden Knappheit an fossilen Energieträgern und den der Kernenergietechnik inhärenten Gefahren zunehmend an Bedeutung gewinnt .The direct extraction of electrical energy from solar light (photovoltaic) represents a sustainable and environmentally friendly form of energy production, which is becoming increasingly important due to the emerging scarcity of fossil fuels and the inherent dangers of nuclear energy technology.
Bei der terrestrischen Energieerzeugung aus Sonnelicht kommen derzeit größtenteils kristalline Siliziumsolarzellen zum Einsatz. Bedingt durch die Herstellungstechnik stehen diese nur in gewissen Größen zur Verfügung, welche einzeln nicht die gewünschten Strom-/ Spannungswerte liefern können. Daher werden üblicherweise mehrere Solarzellen in sogenannte Solarzellenmodule eingebettet und derart miteinander elektrisch verschalten, dass das Solarzellenmodul bei entsprechender Sonneneinstrahlung die gewünschten Spannungs- und Stromwerte liefert. Daneben wird das Solarzellenmodul im Allgemeinen derart ausgeschaltet, dass es die bruch- und korrosionsempfindlichen Solarzellen vor schädlichen Witterungseinflüssen und mechanischen Belastungen schützt.For the terrestrial energy production from sun light mostly crystalline silicon solar cells are currently used. Due to the manufacturing technology, these are only available in certain sizes, which individually can not deliver the desired current / voltage values. Therefore, several solar cells are usually embedded in so-called solar cell modules and interconnected electrically such that the solar cell module provides the desired voltage and current values with appropriate solar radiation. In addition, the solar cell module is generally switched off in such a way that it protects the fracture and corrosion-sensitive solar cells from harmful weathering and mechanical stress.
Die elektrische Verschaltung der Solarzellen in einem Modul ist regelmäßig derart ausgestaltet, dass mehrere Solarzellen in Reihe geschaltet sind und auf diese Weise eine Solarzellenreihe innerhalb des Solarzellenmoduls bilden, so dass sich deren Ausgangsspannungen addieren. In vielen Fällen sind innerhalb des Solarzellenmoduls weiterhin mehrere diese Solarzellenreihen parallel geschaltet. Bei dem bei weitem größten Teil der heute hergestellten Solarzellen handelt es sich um einseitig lichtempfindliche Solarzellen mit einer Frontseitenkontaktierung, meist in Form mehrerer feiner Kontaktfinger, auf der lichtempfindlichen Frontseite der Solarzelle und einer Ruckseitenkontaktierung.The electrical interconnection of the solar cells in a module is regularly designed such that a plurality of solar cells are connected in series and thus form a row of solar cells within the solar cell module, so that their output voltages add up. In many cases, several of these rows of solar cells continue to be connected in parallel within the solar cell module. By far the largest part of the solar cells produced today are unilaterally photosensitive solar cells with a Frontseitenungskontaktierung, usually in the form of several fine contact fingers, on the photosensitive front of the solar cell and a Ruckseitenkontaktierung.
Wie oben dargelegt, ist bei der Einbettung dieser Solarzellen in Solarzellenmodule ist zumindest ein Teil von ihnen in Reihe zu schalten. Folglich ist fortlaufend die Frontseitenkontaktierung einer Solarzelle mit dem Ruckseitenkontakt der nächsten Solarzelle dieser Solarzellenreihe elektrisch leitend zu verbinden. Das Prinzip dieser üblichen Verschaltung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt.As stated above, when these solar cells are embedded in solar cell modules, at least a part of them is to be connected in series. Consequently, the front-side contacting of a solar cell with the back contact of the next solar cell of this solar cell series is to be electrically connected continuously. The principle of this conventional interconnection is shown schematically in FIG.
Bei dieser Verschaltung gemäß dem Stand der Technik sind mehrere einseitig lichtempfindliche Solarzellen 20a, 20b gleichen Typs unter einer Deckscheibe 12 und auf einem Substrat 10 angeordnet, welches in vielen Fallen gleichzeitig die Ruckseite des gesamten Solarzellenmoduls bildet. Jede der Solarzellen 20a, 20b besitzt einen an der lichtempfindlichen Frontseite angeordneten Emitter 24, welcher in dem dargestellten Beispiel eines Solarzellenmoduls aus p-Typ Solarzellen mit p-dotiertem Volumen 26 durch eine relativ stark n-dotierte Region, eine sogenannte n+-Region 24 gebildet wird.In this interconnection according to the prior art, a plurality of single-side photosensitive solar cells 20a, 20b of the same type are arranged under a cover plate 12 and on a substrate 10, which in many cases simultaneously forms the back side of the entire solar cell module. Each of the solar cells 20a, 20b has an emitter 24 arranged on the photosensitive front, which in the illustrated example is a p-type solar cell module with p-doped volume 26 through a relatively heavily n-doped region, a so-called n + region 24 is formed.
An der Ruckseite der Solarzellen 20a, 20b ist ein Ruckkontakt 30 vorgesehen, welcher dem Substrat 10 zugewandt ist. Über diesem Ruckseitenkontakt 30 ist ein elektrisches Ruckseitenfeld angeordnet, welches üblicherweise als „back surface field" bezeichnet wird. Im dargestellten Fall ist das Ruckseitenfeld durch eine gegenüber dem Volumen 26 stark p-dotierte Region 28 gebildet, eine sogenannte p+-Region 28. Dieses Ruckseitenfeld dient dazu, die Diffusion der Minoritatsladungstra- ger an die Solarzellenrückseite zu verhindern, an welcher sie mit. vergleichsweise hoher Wahrscheinlichkeit rekombinieren würden und damit für die Energiegewinnung verloren gingen.At the rear side of the solar cells 20a, 20b, a jerk contact 30 is provided, which faces the substrate 10. An electrical backside field, which is usually referred to as a "back surface field", is arranged above this backside contact 30. In the case shown, the backside field is formed by a region 28 heavily p-doped with respect to the volume 26, a so-called p + region 28 Back field serves to reduce the diffusion of minority cargo traffic ger to the solar cell back to prevent them with. relatively high probability would recombine and thus lost for energy.
Auf der Frontseite ist zum Abgriff des Stromes eine Frontsei- tenkontaktierung 22 vorgesehen, welche üblicherweise aus einem System elektrisch leitend miteinander verbundener Kontaktfinger 22 gebildet ist.On the front side, a front side contact 22 is provided for tapping off the current, which is usually formed from a system of electrically connected contact fingers 22.
Für die Realisierung einer Reihenschaltung bedarf es nun einer elektrisch leitfähigen Verbindung der Frontseitenkontaktierung 22 jeder Solarzelle der Solarzellenreihe mit dem Rückseitenkontakt 30 der nachfolgenden Solarzelle, insbesondere der Frontseitenkontaktierung 22 der Solarzelle 20a mit dem Rückseitenkontakt 30 der Solarzelle 20b. Zu diesem Zweck sind die in der Fig. 1 schematisch dargestellten elektrischen Verbinder 35 vorgesehen.For the realization of a series connection, an electrically conductive connection of the front-side contacting 22 of each solar cell of the solar cell row with the rear-side contact 30 of the following solar cell is required, in particular the front-side contacting 22 of the solar cell 20a with the rear-side contact 30 of the solar cell 20b. For this purpose, the electrical connector 35 shown schematically in FIG. 1 are provided.
Wie der schematischen Darstellung der Fig. 1 entnommen werden kann, müssen diese elektrischen Verbinder 35 bei der Fertigung der Solarzellenmodule in aufwändiger Weise von der Frontseite einer Solarzelle zur Rückseite der Folgezelle geführt werden. Dies erschwert in der Praxis eine automatisierte Fertigung der Solarzellenmodule. Die elektrischen Verbinder 35 sind der besseren Übersicht wegen in der Fig. 1 verkürzt dargestellt. In der Praxis sind sie in der Regel länger ausgeführt und über eine größere Fläche mit der Frontseitenkontaktierung 22 bzw. dem Rückseitenkontakt 30 verbunden - (vgl . hierzu die Darstellung in Fig. 4) .As can be seen in the schematic illustration of FIG. 1, these electrical connectors 35 must be laboriously guided from the front side of a solar cell to the rear side of the subsequent cell in the manufacture of the solar cell modules. This complicates in practice automated production of the solar cell modules. The electrical connector 35 are shown for the sake of clarity in FIG. 1 shortened. In practice, they are usually made longer and connected over a larger area with the Frontseitenkontaktierung 22 and the rear side contact 30 - (see, see the illustration in Fig. 4).
Üblicherweise werden die elektrischen Verbinder 35 an die Frontseitenkontaktierung einer Solarzelle angelötet und nachfolgend mit einer auf dem Substat 10 angeordneten Leiterbahn verlötet, welche die Verbindung zum Rückseitenkontakt der nachfolgenden Zelle bewerkstelligt. Hierbei wird in der Regel jede Solarzelle mindestens einmal von der Vorder- auf die Rückseite gedreht oder umgekehrt, was automatisch oder manuell erfolgt. Neben der erhöhten Herstellungsaufwand birgt dies ein beachtliches Risiko des Bruches von Solarzellen, welches im Zuge der Entwicklung hin zur Verwendung dünnerer Solarzellen noch zunehmen wird.Usually, the electrical connectors 35 are soldered to the front-side contacting of a solar cell and subsequently to a conductor track arranged on the substrate 10 soldered, which accomplishes the connection to the backside contact of the subsequent cell. In this case, each solar cell is usually rotated at least once from the front to the back or vice versa, which is done automatically or manually. In addition to the increased production costs, this entails a considerable risk of breakage of solar cells, which will increase in the course of the development towards the use of thinner solar cells.
In der DE 41 28 766 C2 wird vereinfachend vorgeschlagen, bei in Reihe zu schaltenden Solarzellen beidseitig lichtempfindliche Solarzellen zu verwenden und diese mit aufeinanderfolgend alternierender Polarität anzuordnen. Die Herstellung solcher beidseitig lichtempfindlicher Solarzellen ist jedoch aufwändiger als die einseitig lichtempfindlicher Zellen. Da in den weitaus meisten Fällen nur eine Seite der Solarzellenmodule der Sonneneinstrahlung ausgesetzt wird, ist dieser erhöhte Aufwand nicht gerechtfertigt, so dass der Vorteil eines vereinfachten Solarzellenmoduls durch -diesen gesteigerten Aufwand wieder zerstört wird.In DE 41 28 766 C2 is proposed simplifying, to be used in series to be switched solar cells on both sides photosensitive solar cells and to arrange them with successively alternating polarity. However, the production of such double-sided light-sensitive solar cells is more complicated than the unilaterally photosensitive cells. Since in the vast majority of cases only one side of the solar cell modules is exposed to solar radiation, this increased effort is not justified, so that the advantage of a simplified solar cell module is again destroyed by this increased effort.
Darüber hinaus sind Solarzellen bekannt, deren beide Kontakte auf der Solarzellenrückseite angeordnet sind, so dass eine vollständige Kontaktierung über die Solarzellenrückseite erfolgen kann. Derartige Rückkontaktsolarzellen sind jedoch komplex und aufwändig in der Herstellung, so dass der einfacheren Solarzellenmodulfertigung ein deutlich gesteigerter Aufwand für die Herstellung der zu verwendenden Solarzellen gegenübersteht, welches dessen Vorteil kompensiert wenn nicht gar überkompensiert .In addition, solar cells are known, the two contacts are arranged on the solar cell back, so that a complete contact can be made via the solar cell back. However, such back-contact solar cells are complex and expensive to manufacture, so that the simpler solar cell module production faces a significantly increased effort for the production of the solar cells to be used, which compensates for its advantage, if not overcompensated.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, ein vereinfachtes Solarzellenmodul mit in Reihe geschaltenen einseitig lichtempfindlichen Solarzellen zur Verfügung zu stellen, welches aufwandsgünstig herstellbar ist.The present invention is therefore based on the problem of a simplified solar cell module connected in series unilaterally photosensitive solar cells available, which is inexpensive to produce.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst sowohl durch ein Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1, als auch ein solches mit den Merkmalen des Anspruchs 2.This problem is solved according to the invention both by a solar cell module having the features of claim 1 and also by a device having the features of claim 2.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.Advantageous developments are each the subject of dependent claims.
Weiterhin liegt der Erfindung das Problem zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarzellenmoduls zur Verfügung zu stellen.Furthermore, the invention is based on the problem to provide a method for producing such a solar cell module.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7.This problem is solved by a method having the features of claim 7.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind auch hier Gegenstand abhängiger Unteransprüche.Advantageous developments are also the subject of dependent claims.
Die Erfindung ermöglicht eine aufwandsgünstige Herstellung vereinfachter Solarzellenmodule. Durch die alternierende Anordnung von p- und n-Typ-Solarzellen mit einheitlich front- oder rückseitigem Emitter gemäß Anspruch 1 kann eine Reihenschaltung realisiert werden, ohne dass elektrische Verbinder von der Frontseite einer Solarzelle auf die Rückseite der nachfolgenden Solarzelle geführt werden müssen. Stattdessen können z.B. ebene front- und rückseitige Leiterbahnen verwendet werden, die entweder die Frontseitenkontaktierungen in der Reihenschaltung aufeinander folgender Solarzellen elektrisch leitend verbinden oder die Rückseitenkontaktierungen der aufeinander folgenden Solarzellen elektrisch leitend verbinden. Dasselbe gilt für die alternierende Anordnung von Solarzellen gleichen Typs mit jedoch einerseits frontseitigem, andererseits rückseitigem Emitter gemäß Anspruch 2.The invention enables a cost-effective production of simplified solar cell modules. The alternating arrangement of p- and n-type solar cells with a uniform front or rear emitter according to claim 1, a series circuit can be realized without electrical connectors must be performed from the front of a solar cell on the back of the subsequent solar cell. Instead, it is possible, for example, to use planar front and back conductor tracks which electrically connect either the front side contacts in the series connection of successive solar cells or electrically connect the rear side contacts of the successive solar cells. The same applies to the alternating arrangement of solar cells of the same type with, however, on the one hand front-sided, on the other rear-side emitter according to claim 2.
Leiterbahnen der genannten Art sind deutlich einfacher in das Solarzellenmodul einfügbar als die elektrischen Verbinder 35 aus dem Stand der Technik, insbesondere können sie automatisiert eingefügt werden; beispielsweise indem einerseits auf ein Substrat des Solarzellenmoduls rückseitige Leiterbahnen aufgebracht werden und nachfolgend .die Solarzellen entsprechend ausgerichtet auf dem Substrat platziert werden, andererseits eine Deckschicht, insbesondere eine transparente Deckscheibe, des Solarzellenmoduls mit geeigneten frontseitigen Leiterbahnen versehen wird und diese Deckschicht nachfolgend derart ausgerichtet auf den Solarzellen und dem Substrat platziert wird, dass sich in der Gesamtheit aus den front- und rückseitigen Leiterbahnen eine Reihenschaltung aus wenigstens einem Teil der Solarzellen ergibt.Conductors of the type mentioned are much easier to insert into the solar cell module than the electrical connectors 35 of the prior art, in particular they can be inserted automatically; For example, by on the one hand on a substrate of the solar cell module backside tracks are applied and subsequently .The solar cells are placed appropriately aligned on the substrate, on the other hand, a cover layer, in particular a transparent cover plate, the solar cell module is provided with suitable front side traces and this cover layer subsequently aligned in the Solar cells and the substrate is placed, that results in the entirety of the front and back traces a series circuit of at least a portion of the solar cell.
Weiterhin können die Abstände zwischen den in Reihe geschalteten Solarzellen verringert werden, da zwischen ihnen kein elektrischer Verbinder von der Front- auf die Rückseite geführt werden muss, ohne dass er hierbei die Seitenflächen der Solarzellen berührt. Dies ermöglicht bei gleicher Leistung eine kompaktere Baugröße von Solarzellenmodulen und einen geringern Materialaufwand bei der Solarzellenmodulfertigung.Furthermore, the distances between the series-connected solar cells can be reduced, since between them no electrical connector from the front to the back must be performed without this he touches the side surfaces of the solar cells. This allows a more compact size of solar cell modules and a lower cost of materials in solar cell module production with the same performance.
Des Weiteren wird die Gefahr von Ermüdungsbrüchen in den elektrischen Verbindern ausgeschlossen, welche bislang immer wieder zu Ausfällen oder Leistungseinbußen in bekannten Solarzellenmodulen führte. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei den nunmehr verwendbaren, im Wesentlichen eben gestaltbaren front- und rückseitigen Leiterbahnen keine Knickstellen mehr vorkommen, wie sie in den bisherigen elektrischen Verbinden vorhanden waren.Furthermore, the risk of fatigue fractures in the electrical connectors is excluded, which so far always led to failures or performance losses in known solar cell modules. This is due to the fact that no more kinks in the now usable, essentially planar front and back conductor tracks occur, as they were present in the previous electrical connections.
Überdies steht für die Realisierung der front- und rückseitigen Leiterbahnen eine größere Materialauswahl zur Verfügung als es bei den elektrischen Verbindern der Fall ist, da diese nun nicht mehr vor dem Ausgießen des Solarzellenmoduls mit Harz oder anderen an sich bekannten und hierfür eingesetzten Materialien teilweise frei im Raum zwischen zwei benachbarten Solarzellen stehen müssen. Stattdessen können sie beispielsweise flächig auf dem Substrat oder der Deckschicht angeordnet und- somit vollständig gestützt sein, was zum einen die Gefahr von Beschädigungen der elektrischen Verbinder bzw. deren Knickstellen während des Ausgießens signifikant verringert, zum anderen den Einsatz anderer Materialien ermöglicht.Moreover, there is a greater choice of material available for the realization of the front and back conductor tracks than is the case with the electrical connectors, since these are no longer partially free before pouring the solar cell module with resin or other materials known and used for this purpose Space must stand between two adjacent solar cells. Instead, they can for example be arranged flat on the substrate or the cover layer and thus be fully supported, which on the one hand significantly reduces the risk of damage to the electrical connectors or their kinks during pouring, on the other hand allows the use of other materials.
Sind bislang für die elektrischen Zellverbinder in großem Umfang Streifen aus Metall oder Metalllegierungen eingesetzt worden, so kann die Ausbildung der Reihenschaltung nunmehr teilweise oder vollständig mit Leiterbahnen aus leitfähigem Klebeband, pastösen leitfähigen Klebern, metallhaltigen Pasten, leitfähigen Folien, ausgestanzten oder ausgeschnittenen leitfähigen Platten oder Metallstreifen oder Ähnlichem oder mit Masken erfolgen. Hierdurch können Solarzellenmodule weiter vereinfacht und der Aufwand für die Fertigung von Solarzellenmodulen weiter gesenkt werden.If metal or metal alloy strips have hitherto been used extensively for the electrical cell connectors, the formation of the series connection can now be partially or completely covered with conductive adhesive tape, pasty conductive adhesives, metal-containing pastes, conductive films, punched or cut conductive plates or metal strips or the like or with masks. As a result, solar cell modules can be further simplified and the cost for the production of solar cell modules can be further reduced.
Des- Weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Lösung des Anspruchs 1 durch die Kombination von p-Typ mit n-Typ Solarzellen die geringere Degradationsneigung von n-Typ Siliziumsolarzellen ausgenutzt werden. Zudem kann bei der Herstellung erfindungsgemäßer Solarzellenmodule ein Drehen der Solarzellen von der Front- auf die Rückseite oder umgekehrt während des Verlötens der Leiterbahnen entfallen, was mit einer Verringerung des Bruchrisikos einhergeht.Furthermore, in the inventive solution of claim 1 by the combination of p-type with n-type solar cells, the lower degradation tendency of n-type silicon solar cells can be exploited. In addition, in the production of solar cell modules according to the invention, a rotation of the solar cells from the front to the back or vice versa during the soldering of the printed conductors can be dispensed with, which is accompanied by a reduction in the risk of breakage.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures. Show it:
Fig. 1: Querschnitt durch ein Solarzellenmodul gemäß dem Stand der Technik.Fig. 1: Cross section through a solar cell module according to the prior art.
Fig. 2: Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Solarzellenmoduls gemäß der Erfindung2 shows a cross section through an embodiment of a solar cell module according to the invention
Fig. 3: Querschnitt durch ein weiteres Solarzellenmodul gemäß der Erfindung.3 shows a cross section through a further solar cell module according to the invention.
Fig. 4: Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls .4 shows a plan view of a further embodiment of a solar cell module according to the invention.
Fig. 5: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 5: Schematic representation of an embodiment of the method according to the invention.
Fig". 6: Schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 6: Schematic representation of a further embodiment of the method according to the invention.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Solarzellenmoduls gemäß der Erfindung. Hierin sind vier einseitig lichtempfindliche Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b erkennbar, welche zwischen einem Substrat 10 und einer transparenten Deckscheibe 12 ange- ordnet sind. Die lichtempfindlichen Seiten der Solarzellen 40a, 4Ob7 50a, 50b sind dabei der Deckschicht 12 zugewandt.Fig. 2 shows a schematic representation of a cross section through an embodiment of a solar cell module according to the invention. Four single-side photosensitive solar cells 40a, 40b, 50a, 50b can be seen here, which are connected between a substrate 10 and a transparent cover disk 12. are orders. The photosensitive sides of the solar cells 40a, 40b 7 50a, 50b are facing the cover layer 12.
Unter einseitig lichtempfindlichen -Solarzellen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dabei Solarzellen zu verstehen, die nicht auf ihren beiden größten, einander gegenüberliegenden Seitenflächen für die Einstrahlung von Sonnenlicht in vergleichbarem Maße empfindlich sind, wie dies bei sogenannten Bifacialzellen, d.h. beidseitig lichtempfindlichen Solarzellen, der Fall ist. Bei einseitig lichtempfindlichen Solarzellen kann demzufolge auf deren Rückseite auftreffendes Licht nicht in vergleichbarem Maße zur Ladungsträgergeneration im Volumen der Solarzelle beitragen, wie Licht, das auf die Frontseite der Solarzelle fällt. Dies kann beispielsweise darauf beruhen, dass ein metallischer Rückkontakt die Rückseite der Solarzelle mit einem Flächenanteil an der Rückseite bedeckt, der deutlich größer ist als derjenige, mit welchem der Frontkontakt die Frontseite der Solarzelle bedeckt. Insbesondere kann die Rückseite ganzflächig mit einem metallischen Rückkontakt oder mit einer Vielzahl von kleinen Kontaktflächen versehen sein.In the context of the present invention, unilaterally photosensitive solar cells are to be understood as meaning solar cells which are not sensitive to the effects of sunlight on their two largest, opposing side surfaces to a comparable extent, as is the case in so-called bifacial cells, i. on both sides of photosensitive solar cells, the case is. Accordingly, in the case of unilaterally photosensitive solar cells, incident light can not contribute to the same extent to the charge carrier generation in the volume of the solar cell, such as light falling on the front side of the solar cell. This can be based, for example, on a metallic back contact covering the rear side of the solar cell with an area fraction on the rear side which is significantly larger than that with which the front contact covers the front side of the solar cell. In particular, the back may be provided over the entire surface with a metallic back contact or with a plurality of small contact surfaces.
Unter der Frontseite der Solarzellen wird folglich stets diejenige großflächige Seite der Solarzelle verstanden, welche für Lichteinstrahlung in erhöhtem Maße empfindlich ist.Consequently, the front side of the solar cells always means that large-area side of the solar cell which is more sensitive to light radiation.
Sämtliche Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b weisen eine Frontseitenkontaktierung 42, 52 auf, welche durch mehrere elektrisch leitend miteinander verbundene Kontaktfinger gebildet ist. Daneben besitzen sie jeweils einen Rückseitenkontakt 49, der in an sich bekannter Weise ganzflächig oder die Rückseite nur teilweise bedeckend ausgeführt sein kann. Bei den Solarzellen 40a, 40b handelt es sich um p-Typ Solarzellen mit p-dotiertem Volumen 46 und frontseitigen Emittern 44, welche jeweils durch eine stark n-dotierte Schicht 44, sogenannte n+-Regionen 44, ausgebildet werden. Daneben weisen diese p-Typ Solarzellen 40a, 40b an ihren Rückseiten jeweils eine stark p-dotierte Region, eine -sogenannte p+-Region 48 auf, welche der Ausbildung eines elektrischen Rückseitenfeldes dient, welches üblicherweise als „back surface field" bezeichnet wird. Dieses verringert wie oben erläutert die Wahrscheinlichkeit der Rekombination generierter Minoritätsladungsträger an der Solarzellenrückseite, kann bei Bedarf jedoch auch entfallen.All of the solar cells 40a, 40b, 50a, 50b have a front-side contact 42, 52, which is formed by a plurality of electrically conductive interconnected contact fingers. In addition, they each have a rear-side contact 49, which can be designed in a manner known per se over the entire surface or the back only partially covering. The solar cells 40a, 40b are p-type solar cells with p-doped volume 46 and front emitters 44, which are each formed by a heavily n-doped layer 44, so-called n + regions 44. In addition, these p-type solar cells 40a, 40b each have at their rear sides a strongly p-doped region, a so-called p + region 48, which serves to form an electrical rear field, which is usually referred to as a "back surface field". As explained above, this reduces the probability of recombination of generated minority charge carriers on the solar cell rear side, but can also be omitted if required.
Die Solarzellen 50a, 50b hingegen sind n-Typ Solarzellen mit n-dotierten Volumina 56. Zwar besitzen auch sie einen frontseitigen Emitter 54, doch wird dieser von einer stark p- dotierten Region, der p+-Region 54, gebildet. Entsprechend ist das elektrische Rückseitenfeld bei diesen Solarzellen 50a, 50b durch eine rückseitige angeordnete n+-Region 58 gebildet.In contrast, the solar cells 50a, 50b are n-type solar cells with n-doped volumes 56. Although they also have a front-side emitter 54, this is formed by a heavily p-doped region, the p + region 54. Accordingly, the backside electric field in these solar cells 50a, 50b is formed by a backside n + region 58.
Durch die alternierende Anordnung von p-Typ 40a, 40b und n-Typ 50a, 50b Solarzellen mit jeweils frontseitigem Emitter 44, 54 kann die Reihenschaltung der Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b mit frontseitigen Leiterbahnen 100a, 100b und rückseitigen Leiterbahnen 102a, 102b erfolgen. Elektrisch leitende Verbinder von der Frontseite einer Solarzelle zu der Rückseite der nachfolgenden Zelle sind nicht erforderlich, was die oben beschriebenen Vorteile mit sich bringt. Der erwähnte geringere Flächenbedarf erfindungsgemäßer Solarzellenmodule gleicher Leistung erschließt sich dabei unmittelbar aus einem Vergleich der Figuren 1 und 2 und den darin illustrierten Zwischenräumen zwischen den in Reihe geschalteten Solarzellen. Entsprechend der Darstellung der elektrischen Verbinder 35 in Fig. 1 sind auch die Leiterbahnen 100a, 100b, 102a, 102b in den Figuren 2 und 3 der besseren Übersicht wegen verkürzt dargestellt. In der Praxis sind sie in der Regel länger ausgeführt und über eine größere Fläche mit den Frontkontaktierungen 42, 52, 62 bzw. den Rückseitenkontakten 49, 59, 69 verbunden", wie dies in der Fig. 4 erkennbar ist.Due to the alternating arrangement of p-type 40a, 40b and n-type 50a, 50b solar cells, each with front emitter 44, 54, the series connection of the solar cells 40a, 40b, 50a, 50b with front side tracks 100a, 100b and back traces 102a, 102b respectively. Electrically conductive connectors from the front of a solar cell to the back of the subsequent cell are not required, which entails the advantages described above. The mentioned lower space requirement of solar cell modules according to the invention of the same power can be directly deduced from a comparison of FIGS. 1 and 2 and the spaces between the solar cells connected in series. Corresponding to the illustration of the electrical connectors 35 in FIG. 1, the printed conductors 100a, 100b, 102a, 102b are also shown shortened in FIGS. 2 and 3 for the sake of clarity. In practice, they are usually made longer and connected over a larger area with the front contacts 42, 52, 62 and the rear side contacts 49, 59, 69 ' , as can be seen in Fig. 4.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die frontseitigen 100a, 100b Leiterbahnen auf die Rückseite einer transparenten Deckscheibe 12 aufgebracht. Dies kann beispielsweise mittels Auf- druckens leitfähiger, insbesondere metallhaltiger, Pasten oder Klebstoffe auf die Rückseite der Deckscheibe erfolgt sein. Als frontseitige Leiterbahnen können prinzipiell jedoch auch alle anderen an sich bekannten elektrischen Verbindungsmittel eingesetzt sein, z.B. leitfähige Klebebänder, gegebenenfalls zu verlötende Bahnen aus Metall oder Metalllegierungen, die überdies auch auf die Frontseiten der Solarzellen aufgebracht sein können. Weiterhin kann anstelle der Deckscheibe 12 eine Deckschicht vorgesehen sein, an welcher die frontseitigen Leiterbahnen angebracht sind. Bei der Deckschicht kann es sich ferner um eine Schicht handeln, die selbst stellenweise leitfähig ist; z.B. eine an entsprechenden Stellen elektrisch leitend ausgeführte Folie oder Matte mit integrierten Leiterbahnen.In the exemplary embodiment of FIG. 2, the front-side 100a, 100b conductor tracks are applied to the rear side of a transparent cover disk 12. This can be done for example by means of printing conductive, especially metal-containing, pastes or adhesives on the back of the cover plate. However, in principle any other per se known electrical connection means may be used as front-side conductor tracks, e.g. conductive adhesive tapes, optionally to be soldered sheets of metal or metal alloys, which may also be applied to the front sides of the solar cells. Furthermore, instead of the cover plate 12 may be provided a cover layer on which the front side conductor tracks are mounted. The cover layer may also be a layer which is itself conductive in places; e.g. a corresponding electrically conductive foil or mat with integrated tracks.
Daneben ist sind auch Masken denkbar, z.B. aus einer mit Metallbahnen versehenen isolierenden Trägerschicht ausgestanzte Masken, welche auf die auf dem Substrat 10 angeordneten Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b aufgelegt und ggf. verlötet werden und mit Hilfe der Metallbahnen die gewünschten frontseitigen Leiterbahnen ausbilden. Ausgestanzte Flächen hingegen ermöglichen den Lichteinfall auf die lichtempfindlichen Seiten der Solarzellen. Die rückseitigen Leiterbahnen sind im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 2 auf das Substrat 10 aufgebracht. Dies kann auf dieselben Weisen erfolgen, wie bereits für die frontseitigen Leiterbahnen in Verbindung mit der Deckschicht bzw. Deckscheibe 12 dargelegt wurde. Insbesondere können sie aus aufgedruckten metallhaltigen Pasten, aufgespritzten leitfahigen Lacken, teilweise leitfahigen Folien oder Masken gebildet sein.In addition, masks are also conceivable, for example, from a provided with metal tracks insulating carrier layer punched masks, which are placed on the substrate 10 arranged on the solar cells 40a, 40b, 50a, 50b and optionally soldered and trained with the help of metal tracks the desired front side tracks , On the other hand, punched out areas allow the light to penetrate the photosensitive sides of the solar cells. The back conductor tracks are applied to the substrate 10 in the exemplary embodiment of FIG. 2. This can be done in the same ways as has already been stated for the front conductor tracks in connection with the cover layer or cover disk 12. In particular, they may be formed from printed metal-containing pastes, sprayed conductive paints, partially conductive films or masks.
Somit ist eine vollautomatisierte Solarzellenmodulherstellung möglich.Thus, a fully automated solar cell module production is possible.
Im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 2 sind Solarzellen 40a, 40b, 50a, 50b mit frontseitigen Emittern 44 bzw. 54 dargestellt. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass stattdessen innerhalb einer Reihenschaltung auch alle Solarzellen mit rückseitigen Emittern ausgestattet werden können. Statt elektrischen Ruckseitenfeldern, waren dann bei Bedarf elektrische Frontseitenfelder, sogenannte „front surface fields" vorzusehen.In the exemplary embodiment of FIG. 2, solar cells 40a, 40b, 50a, 50b are shown with front emitters 44 and 54, respectively. It will be apparent to those skilled in the art that instead of being within a series connection, all solar cells may be equipped with rear emitters. Instead of electrical rear-side fields, electrical front-side panels, so-called "front surface fields", were then provided if required.
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein weiteres Solarzellenmodul gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu dem Solarzellenmodul aus Fig. 2 sind hier jedoch nicht Solarzellen unterschiedlichen Typs alternierend angeordnet. Stattdessen sind innerhalb der Reihenschaltung nur p-Typ Solarzellen 40a, 40b, 60a, 60b vorgesehen. Bei den Solarzellen 40a und 40b handelt es sich um Solarzellen, die mit denjenigen aus Fig. 1 baugleich sind.Fig. 3 shows a schematic representation of a cross section through a further solar cell module according to the present invention. In contrast to the solar cell module of FIG. 2, however, solar cells of different types are not arranged alternately here. Instead, only p-type solar cells 40a, 40b, 60a, 60b are provided within the series circuit. The solar cells 40a and 40b are solar cells which are identical to those of FIG.
Die. Solarzellen 60a, 60b sind insoweit diesen Solarzellen 40a, 40b ahnlich, als sie ebenfalls p-dotierte Volumina 66, Front- seitenkontaktierungen 62 und Ruckseitenkontakte 69 aufweisen. Allerdings besitzen sie anstelle eines frontseitigen Emitters 44 einen rückseitigen Emitter 68, welcher auch hier durch eine n+-Region 68 gebildet ist. Überdies sind die Solarzellen 60a, 60b mit eine elektrischen Frontseitenfeldern versehen, welche durch die frontseitigen p+-Regionen 64 realisiert sind, bei Bedarf jedoch wiederum entfallen können.The. Solar cells 60a, 60b are similar to these solar cells 40a, 40b insofar as they also have p-doped volumes 66, front-side contacts 62 and reverse-side contacts 69. However, they have instead of a front emitter 44 a rear emitter 68, which is also formed here by an n + region 68. In addition, the solar cells 60a, 60b are provided with an electrical front panel, which are realized by the front p + regions 64, but can be omitted if necessary.
Bei diesem erfindungsgemäßen Solarzellenmodul ermöglicht der fortlaufende Wechsel von frontseitigem 44 und rückseitigem 68 Emitter bei gleichem Typ der verwendeten Solarzellen die bereits aus der Fig. 2 bekannte und in deren Zusammenhang erläuterte Kontaktierung mit frontseitigen 10Oa7IOOb und rückseitigen 102a, 102b Leiterbahnen. Auf aufwändige elektrische Verbinder von der Solarzellenfrontseite zur Rückseite der nachfolgenden Solarzelle kann auch hier vollständig verzichtet werden, sodass eine vollautomatisierte Fertigung von Solarzellenmodulen möglich ist.In this solar cell module according to the invention, the continuous change of front side 44 and rear 68 emitter allows for the same type of solar cells used in the already known from FIG. 2 and explained in their context contacting with front 10Oa 7 IOOb and back 102a, 102b conductor tracks. Elaborate electrical connectors from the solar cell front side to the back side of the subsequent solar cell can also be dispensed with completely here, so that fully automated production of solar cell modules is possible.
Die frontseitigen 10Oa7IOOb und rückseitigen 102a, 102b Leiterbahnen können dabei auf dieselben Weisen realisiert werden wie diejenigen aus Fig. 2.The front 10Oa 7 IOOb and back 102a, 102b conductor tracks can be realized in the same ways as those of FIG. 2.
Es ist offensichtlich, dass anstelle der in der Fig. 3 dargestellten p-Typ Solarzellen auch einheitlich n-Typ Solarzellen innerhalb einer Reihenschaltung verwendet werden können, welche- alternierend mit front- bzw. rückseitigen Emittern versehen sind.It is obvious that, instead of the p-type solar cells shown in FIG. 3, it is also possible to use uniform n-type solar cells within a series connection, which are provided alternately with front and rear emitters.
Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls. Hierin sind wiederum Solarzellen alternierenden Typs mit einheitlich frontseitigem Emitter miteinander in Reihe geschaltet, was bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 im Grundsatz erläutert wurde. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 16 Solarzellen in Reihe geschaltet. In jeder Reihe sind zwei p-Typ Solarzellen mit frontseitigem Emitter und zwei n-Typ Solarzellen mit frontseitigem Emitter angeordnet. Im Fall der ersten Reihe sind dies die p-Typ Solarzellen 140a, 140b und die n-Typ Solarzellen 150a, 150b. Bei jeder dieser Solarzellen weist die Frontseitenmetallisierung feine Kontaktfinger sowie zwei verbreiterte Kontakte 142a, 142b, 152a, 152b für die Stromabführung auf. Auf diesen Stromabführungen 142a, 142b, 152a, 152b, den so genannten „busbars", sind die frontseitigen Leiterbahnen 100a, 100b angeordnet, wobei jede dieser Leiterbahnen hier zweifach vorgesehen ist, da die Solarzellen 140a, 140b, 150a, 150b zwei verbreiterte Kontakte aufweisen.4 shows a plan view of a further exemplary embodiment of the solar cell module according to the invention. Here once again solar cells of alternating type with a uniform front emitter are connected in series, which has already been explained in connection with FIG. 2 in principle. In the illustrated embodiment, 16 solar cells are connected in series. In each row two p-type solar cells with front emitter and two n-type solar cells with front emitter are arranged. In the case of the first row, these are the p-type solar cells 140a, 140b and the n-type solar cells 150a, 150b. In each of these solar cells, the front side metallization has fine contact fingers and two widened contacts 142a, 142b, 152a, 152b for current drainage. The front-side conductor tracks 100a, 100b are arranged on these current leads 142a, 142b, 152a, 152b, whereby each of these conductor tracks is provided twice since the solar cells 140a, 140b, 150a, 150b have two widened contacts ,
Auf den Rückseiten der Solarzellen wird die Reihenschaltung wiederum durch die rückseitigen Leiterbahnen 102a und 102b bewerkstelligt, wobei die rückseitigen Leiterbahnen 102a in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig die Kontaktierung des gesamten Solarzellenmoduls ermöglichen.On the rear sides of the solar cells, the series connection is in turn accomplished by the back conductor tracks 102a and 102b, wherein the back conductor tracks 102a in this embodiment simultaneously allow the contacting of the entire solar cell module.
Die Anordnung der ersten Reihe wiederholt sich in den darunter folgenden Reihen mit jeweils wechselnder Laufrichtung. Die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Reihen bewerkstelligen die rückseitigen Leiterbahnen 102c, 102d und 102e. Der die rückseitige Leiterbahn 102a ergänzende Pol für die Kontaktierung des gesamten Solarzellenmoduls wird durch die rückseitige Leiterbahn 102f gebildet.The arrangement of the first row is repeated in the rows below, each with changing direction. The electrical connection between the individual rows accomplish the back conductor tracks 102c, 102d and 102e. The pole for contacting the entire solar cell module that supplements the backside trace 102a is formed by the backside trace 102f.
Die Solarzellen aus Fig. 4 sind entsprechend den Schnittdarstellungen der Figuren 2 und 3 zwischen einem Substrat und einer Deckschicht, insbesondere einer Deckscheibe, eingebettet. Der Übersicht halber wurde auf deren Darstellung allerdings hier verzichtet. Bei allen Solarzellenmodulen gemäß der Erfindung kann eine La- minierung bzw. ein Vergießen mit Gießharz oder Kuststoffen in an sich bekannter Weise erfolgen.According to the sectional views of FIGS. 2 and 3, the solar cells from FIG. 4 are embedded between a substrate and a cover layer, in particular a cover plate. For the sake of clarity, however, their presentation has been omitted here. In all solar cell modules according to the invention, a lamination or casting with casting resin or plastics can be carried out in a manner known per se.
Die erfindungsgemäßen Solarzellenmodule sind nicht auf eine Solarzellenreihe beschränkt. Es können mehrere in Reihe geschaltete Solarzellenreihen vorgesehen sein, welche parallel geschaltet sind. Zur Realisierung einer solchen Parallelschaltung kann an der entsprechenden Stelle die Alternation des Solarzellentyps bzw. des Wechsel zwischen frontseitigem und rückseitigem Emitter unterbrochen werden. Infolge ergibt sich dort eine parallele Verschaltung ohne dass elektrische Verbinder von der Frontseitenkontaktierung einer Solarzelle zur Rückseitenkontaktierung einer anderen geführt werden muss.The solar cell modules according to the invention are not limited to a series of solar cells. It can be provided a plurality of solar cell rows connected in series, which are connected in parallel. To realize such a parallel connection, the alternation of the type of solar cell or of the change between the front and rear emitter can be interrupted at the corresponding point. As a result, there results a parallel interconnection without the need for electrical connectors to be routed from the front side contacting of one solar cell to the back contact of another.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Solarzellenmodulen nach der vorliegenden Erfindung. Wie schematisch dargestellt ist, werden zunächst rückseitige Leiterbahnen auf ein Substrat aufgebracht 200. Dieses Aufbringen 200 rückseitiger Leiterbahnen kann auf verschiedene Arten erfolgen: So können zu diesem Zweck beispielsweise metallhaltige Pasten oder leitfähige Klebstoffe auf das Substrat aufgebracht werden, insbesondere durch an sich bekannte Druckverfahren wie Siebdrucken, Schablonendrucken, Rollendrucken, Stempeldrucken oder Spritzendrucken. Daneben können die rückseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise in Form von leitfähigem Klebeband auf das Substrat aufgebracht werden. Darüber hinaus ist auch ein Aufbringen eines leitfähigen Lackes denkbar, beispielsweise mittels einer Spritztechnik. Ferner können die rückseitigen Leiterbahnen in Form einer teilweise leitfähigen Folie aufgebracht werden. Eine solche Folie ist vorzugsweise an denjenigen Stellen leitfähig ausgeführt, z.B. durch aufgedruckte, eingepresste oder eingeprägte leitfähige Bereiche, an welchen die rückseitigen Leiterbahnen benötigt werden. Im Übrigen ist sie jedoch elektrisch isolierend. Nach Aufbringen der Folie ergibt sich bei eingepressten oder eingeprägten leitfähigen Bereichen bei entsprechend tiefer. Einpressung oder Einprägung dieser Bereiche eine ebene Oberfläche, auf welcher die Solarzellen mit geringer Bruchgefahr angeordnet werden können.Fig. 5 shows an embodiment of the method according to the invention for the production of solar cell modules according to the present invention. As shown schematically, backside traces are first applied to a substrate 200. This application 200 of backside traces can be done in several ways: For example, metal-containing pastes or conductive adhesives can be applied to the substrate for this purpose, in particular by per se known printing methods such as Screen printing, stencil printing, web printing, stamp printing or injection molding. In addition, the back conductor tracks can be applied at least partially in the form of conductive adhesive tape to the substrate. In addition, an application of a conductive paint is conceivable, for example by means of a spraying technique. Furthermore, the back conductor tracks can be applied in the form of a partially conductive foil. Such a film is preferably designed to be conductive at those points, for example by printed, pressed or embossed conductive areas on which the back conductor tracks are required. Otherwise, however, it is electrically insulating. After application of the film results in pressed or embossed conductive areas at correspondingly lower. Pressing or embossing of these areas a flat surface on which the solar cells can be arranged with low risk of breakage.
Die Folie kann überdies als ein- oder zweiseitige Klebefolie ausgeführt sein, wodurch sich einerseits eine Fixierung der Folie auf dem Substrat, andererseits eine anfängliche Fixierung der Solarzellen auf der Folie realisieren lässt.In addition, the film can be embodied as a one-sided or two-sided adhesive film, whereby on the one hand a fixation of the film on the substrate, on the other hand an initial fixation of the solar cells on the film can be realized.
Weiterhin können die rückseitigen Leiterbahnen in Form einer Maske oder Platine aufgebracht werden, welche die gesamten rückseitigen Leiterbahnen des Solarzellenmoduls umfasst und vorzugsweise aus einem isolierenden Material besteht, welches an denjenigen Stellen, an welchen rückseitige Leiterbahnen erforderlich sind, mit einer leitfähigen Oberfläche versehen ist. Für die Ausbildung der rückseitigen Leiterbahnen auf der Maske bzw. Platine können dabei alle an sich bekannten Metallisierungsverfahren zum Einsatz kommen.Furthermore, the back conductor tracks can be applied in the form of a mask or circuit board, which comprises the entire backside tracks of the solar cell module, and preferably consists of an insulating material, which is provided with a conductive surface at those locations where back conductor tracks are required. For the formation of the back conductor tracks on the mask or board all known metallization can be used.
Nach dem Aufbringen 200 der rückseitigen Leiterbahnen werden die Solarzellen auf dem Substrat und den darauf befindlichen rückseitigen Leiterbahnen derart ausgerichtet angeordnet 202, dass die rückseitigen Leiterbahnen die für die gewünschte Reihenschaltung erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen darauf angeordneten Solarzellen bewirken. Im Weiteren werden frontseitige Leiterbahnen auf der Rückseite einer Deckscheibe aufgebracht 204. Das Aufbringen 204 der frontseitigen Leiterbahnen kann dabei auf die verschiedenste Weisen erfolgen. Insbesondere sind sämtliche Möglichkeiten denkbar, die bereits für das Aufbringen der rückseitigen Leiterbahnen auf das Substrat angeführt wurden mit Ausnahme der Platine, es sei denn, diese wäre im Bereich des empfindlichen Spektrums der Solarzellen transparent.After application 200 of the backside traces, the solar cells are positioned 202 on the substrate and the backside traces thereon so that the backside traces cause the required electrical connections between solar cells disposed thereon for the desired series connection. In addition, front conductor tracks are applied to the back of a cover plate 204. The application 204 of the front conductor tracks can be done in various ways. In particular, all possibilities are conceivable which have already been mentioned for the application of the back conductor tracks to the substrate, with the exception of the board, unless this would be transparent in the region of the sensitive spectrum of the solar cells.
Wird für das Aufbringen 204 der frontseitigen Leiterbahnen eine Maske verwendet, sind bei dieser offensichtlich Ausnehmungen dergestalt vorzusehen, dass durch diese Licht auf die Solarzellen fallen kann. Eine solche Maske kann z.B. durch Ausstanzen oder Ausschneiden und anschließende teilweise Metallisierung gefertigt werden. Die teilweise Metallisierung kann alternativ vor dem Stanz- oder Schneidvorgang erfolgen. Auch der Einsatz von Spritzgussverfahren in Verbindung mit einer anschließenden stellenweisen Metallisierung ist denkbar.If a mask is used for the application 204 of the front-side conductor tracks, clearances are obviously to be provided in the latter in such a way that they allow light to fall on the solar cells. Such a mask may e.g. be made by punching or cutting and subsequent partial metallization. The partial metallization can alternatively be done before the punching or cutting process. The use of injection molding in conjunction with a subsequent localized metallization is conceivable.
Anstatt auf die Deckscheibe können die frontseitigen Leiterbahnen alternativ auf eine Deckschicht aufgebracht werden, welche im Weiteren zwischen den Solarzellen und der später aufzubringenden Deckscheibe angeordnet wird.Instead of the cover plate, the front conductor tracks can alternatively be applied to a cover layer, which is subsequently arranged between the solar cells and the cover plate to be applied later.
Die mit Leiterbahnen versehene Deckscheibe wird weiter auf die Solarzellen aufgebracht 206, wobei deren Rückseite den Frontseiten der Solarzellen zugewandt wird. Dabei wird die Deckscheibe derart ausgerichtet auf den Solarzellen positioniert, dass die frontseitigen Leiterbahnen in Verbindung mit den rückseitigen Leiterbahnen die für die Reihenschaltung erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den Solarzellen bewirken. Im Weiteren wird der Zwischenraum zwischen dem Substrat und der Deckscheibe ausgegossen 208, um die Stabilität des Solarzellenmoduls zu verbessern und das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Dabei können prinzipiell alle für diesen Zweck an sich bekannten Materialien eingesetzt werden, insbesondere Gießharze.The cover plate provided with conductor tracks is further applied to the solar cells 206, with their rear side facing the front sides of the solar cells. In this case, the cover plate is positioned in such a way aligned on the solar cells, that cause the front side tracks in conjunction with the backside traces required for the series connection electrical connections between the solar cells. Furthermore, the gap between the substrate and the cover plate is poured 208 to improve the stability of the solar cell module and to prevent the ingress of moisture. In principle, all materials known per se for this purpose can be used, in particular casting resins.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches sich von demjenigen der Fig. 5 dadurch unterscheidet, dass die frontseitigen Leiterbahnen nicht auf der Rückseite der Deckscheibe aufgebracht werden, sondern direkt auf den Solarzellen 210, und nachfolgend die Deckscheibe auf die Solarzellen und die frontseitigen Leiterbahnen aufgebracht wird 212.Fig. 6 shows another embodiment of the method according to the invention, which differs from that of FIG. 5 in that the front-side conductor tracks are not applied to the back of the cover plate, but directly on the solar cell 210, and subsequently the cover plate on the solar cells and the front conductor tracks is applied 212.
Das Aufbringen der frontseitigen Leiterbahnen kann dabei in der Weise erfolgen, dass leitfähige Bänder oder Streifen auf den mit frontseitigen Leiterbahnen zu verbindenden Solarzellen entsprechend der Geometrie der Frontseitenkontaktierung abgelegt und verlötet werden, insbesondere durch Laserlöten. Das Ablegen der leitfähigen Bänder und die Verlötung erfolgt dabei bevorzugt automatisiert.The application of the front-side conductor tracks can be effected in such a way that conductive strips or strips are deposited and soldered onto the solar cells to be connected with front-side conductor tracks in accordance with the geometry of the front-side contacting, in particular by laser soldering. The deposition of the conductive bands and the soldering is preferably carried out automatically.
Daneben kann eine den Anforderungen der Frontseitenkontaktie- rung stellenweise leitfähig ausgeführte Folie, wie sie bereits im Zusammenhang dem Aufbringen der rückseitigen Leiterbahnen auf das Substrat diskutiert wurde, in analoger Weise für das Aufbringen 210 der frontseitigen Leiterbahnen auf die Solarzellen eingesetzt werden. Falls dies für einen ausreichend gut leitenden Kontakt zwischen front- bzw. rückseitiger Leiterbahn und dem zugehörigen Solarzellenkontakt erforderlich ist, können diese bei Verwendung lötbarer Materialien in den Ausführungsbeispielen der Figuren 5 und 6 verlötet werden.In addition, a film which is conductive in places to the requirements of front side contact, as has already been discussed in connection with the application of the back conductor tracks to the substrate, can be used in an analogous manner for the application 210 of the front conductor tracks to the solar cells. If this is necessary for a sufficiently good conductive contact between the front or back conductor track and the associated solar cell contact, they can be soldered when using solderable materials in the embodiments of Figures 5 and 6.
Die Verfahren gemäß den Darstellungen in den Figuren 5 und 6 werden manuell oder zumindest teilweise automatisiert durchgeführt, bevorzugt jedoch vollautomatisiert.The methods according to the illustrations in FIGS. 5 and 6 are carried out manually or at least partially automatically, but preferably fully automatically.
Betreffend die Ausstattung der in erfindungsgemäßen Solarzellenmodulen wie auch in den erfindurigsgemäßen Verfahren zu deren Herstellung verwendeten Solarzellen bestehen keine Einschränkungen. Die Solarzellen können in jeder an sich bekannten Weise ausgestattet sein, beispielsweise Antireflexionsbe- schichtungen oder passivierte Emitter aufweisen. With regard to the equipment of the solar cells used in the solar cell modules according to the invention as well as in the inventive method for their preparation, there are no restrictions. The solar cells can be equipped in any manner known per se, for example antireflection coatings or passivated emitters.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Substrat10 substrate
12 Deckscheibe12 cover disc
20a Solarzelle20a solar cell
20b Solarzelle20b solar cell
22 Frontseitenkontaktierung22 Front contact
24 n+-Region24 n + region
26 p-dotiertes Volumen26 p-doped volume
28 p+-Region28 p + region
30 Rückseitenkontakt30 back contact
40a Solarzelle40a solar cell
40b Solarzelle40b solar cell
42 Frontseitenkontaktierung42 front contact
44 n+-Region / frontseitiger Emitter44 n + region / front emitter
46 p-dotiertes Volumen46 p-doped volume
48 p+-Region48 p + region
49 Rückseitenkontakt49 back contact
50a Solarzelle50a solar cell
50b Solarzelle50b solar cell
52 - Frontseitenkontaktierung52 - Front contact
54 p+-Region / frontseitiger Emitter54 p + region / front emitter
56 n-dotiertes Volumen56 n-doped volume
58 n+-Region58 n + region
59 Rückseitenkontakt59 back contact
60a Solarzelle60a solar cell
60b Solarzelle60b solar cell
62 Frontseitenkontaktierung62 front-side contact
64 p+-Region p-dotiertes Volumen n+-Region / rückseitiger Emitter Rückseitenkontakt64 p + region p-doped volume n + region / back emitter backside contact
a frontseitige Leiterbahn b frontseitige Leiterbahna front side trace b front side trace
a rückseitige Leiterbahn b rückseitige Leiterbahn c rückseitige Leiterbahn d rückseitige Leiterbahn e rückseitige Leiterbahn f rückseitige Leiterbahna back trace b back trace c back trace d back trace e back trace f back trace
a p-Typ Solarzelle mit frontseitigem Emitter b p-Typ Solarzelle mit frontseitigem Emitter a Stromabführung (busbar) b Strombabführung (busbar) a n-Typ Solarzelle mit frontseitigem Emitter b n-Typ Solarzelle mit frontseitigem Emitter a Stromabführung (busbar) b Stromabführung (busbar)a p-type solar cell with front emitter b p-type solar cell with front emitter a current drain (busbar) b current drain (busbar) a n-type solar cell with front emitter b n-type solar cell with front emitter a current drain (busbar) b current drain ( busbar)
Aufbringen rückseitiger Leiterbahnen auf Substrat Anordnen Solarzellen auf Substrat Aufbringen frontseitiger Leiterbahnen auf Rückseite Deckscheibe Aufbringen Deckscheibe auf Solarzellen Ausgießen des Solarzellenmoduls Aufbringen frontseitiger Leiterbahnen auf Solarzellen Aufbringen Deckscheibe auf Solarzellen und frontseitige Leiterbahnen Applying back conductor tracks on substrate Arranging solar cells on substrate Applying front conductor tracks on rear side Cover plate Applying cover plate on solar cells Pouring out the solar cell module Applying front side tracks to solar cells Applying cover plate to solar cells and front side tracks

Claims

Patentansprüche claims
1. Solarzellenmodul mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Solarzellen, von welchen wenigstens eine einseitig lichtempfindlich ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der Reihenschaltung dieser Solarzellen alternierend p-Typ und n-Typ Solarzellen miteinander verschalten sind und die Solarzellen beider Typen einen frontseitigen Emitter aufweisen oder die Solarzellen beider Typen einen rückseitigen Emitter aufweisen.1. solar cell module having at least two series-connected solar cells, of which at least one side is photosensitive, characterized in that in the series connection of these solar cells alternately p-type and n-type solar cells are interconnected and the solar cells of both types have a front emitter or the Solar cells of both types have a back emitter.
2. Solarzellenmodul mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Solarzellen, von welchen wenigstens eine einseitig lichtempfindlich ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der Reihenschaltung dieser Solarzellen alternierend Solarzellen mit frontseitigem Emitter und Solarzellen mit rückseitigem Emitter miteinander verschalten sind und die alternierend miteinander verschaltenen Solarzellen vom gleichen Typ sind.2. Solar cell module with at least two series-connected solar cells, of which at least one side is photosensitive, characterized in that in the series connection of these solar cells alternately solar cells with front emitter and solar cells with back emitter are interconnected and the interconnected alternately solar cells of the same type ,
3. Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die wenigstens eine einseitig lichtempfindliche Solarzelle eine p-Typ Solarzelle ist.3. The solar cell module according to claim 1, wherein the at least one photosensitive solar cell is a p-type solar cell.
4. Solarzellenmodul nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mit der einseitig lichtempfindlichen p-Typ Solarzelle in Reihe geschaltete Solarzelle eine beidseitig lichtempfindliche n-Typ Solarzelle ist. 4. Solar cell module according to claim 3, characterized in that the one-side photosensitive p-type solar cell connected in series solar cell is a double-sided photosensitive n-type solar cell.
5. Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die wenigstens eine einseitig lichtempfindliche Solarzelle einen metallischen Rückkontakt aufweist, dessen Flächenanteil an der Rückseite der Solarzelle mehr als 7% oder mehr als 10%, vorzugsweise mehr als 20% oder mehr als 30% beträgt oder der in besonders bevorzugter Weise als ganzflächiger Rückkontakt ausgeführt ist5. Solar cell module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one unilaterally photosensitive solar cell has a metallic back contact whose surface portion at the back of the solar cell more than 7% or more than 10%, preferably more than 20% or more 30% or is carried out in a particularly preferred manner as a full-area back contact
6. Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Ausbildung der Reihenschaltung auf einem Substrat rückseitige Leiterbahnen vorgesehen sind, welche die Rückseiten eines Teils der in Reihe geschalteten Solarzellen elektrisch leitend miteinander verbinden.6. Solar cell module according to one of claims 1 to 5, in that a rear side conductor tracks are provided for forming the series connection on a substrate, which interconnect the rear sides of a part of the series-connected solar cells with each other in an electrically conductive manner.
7. Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest auf den in Reihe geschalteten Solarzellen eine transparente Deckschicht, vorzugsweise eine Deckscheibe, vorgesehen ist und zwischen dieser Deckschicht und den Frontseiten der Solarzellen zur Ausbildung der Reihenschaltung frontseitige Leiterbahnen angeordnet sind, welche die Frontseiten eines Teils der in Reihe geschalteten Solarzellen elektrisch leitend miteinander verbinden.7. Solar cell module according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least on the solar cells connected in series, a transparent cover layer, preferably a cover plate, is provided and between this cover layer and the front sides of the solar cells to form the series circuit front side conductor tracks are arranged, which connect the front sides of a part of the series-connected solar cells electrically conductively.
8. Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die frontseitigen und/oder die rückseitigen Leiterbahnen durch metallische Bänder, leitfähige Klebebänder, pastöse leitfähige Klebstoffe, leitfähige Pasten und/oder wenigstens stellenweise leitfähige Folien gebildet sind. 8. Solar cell module according to one of claims 6 to 7, characterized in that the front and / or the back conductor tracks by metallic bands, conductive adhesive tapes, pasty conductive adhesives, conductive pastes and / or at least locally conductive films are formed.
9. Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens ein Teil der Solarzellen mit frontseitigem Emitter ein Rückseitenfeld und/oder wenigstens ein Teil der Solarzellen mit rückseitigem Emitter ein Frontseitenfeld aufweist.9. The solar cell module according to claim 1, wherein at least part of the solar cells with a front-side emitter has a rear side field and / or at least a part of the solar cells with a back-side emitter has a front side field.
10. Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend die folgenden Schritte:10. A method for producing a solar cell module according to any one of claims 1 to 9, comprising the following steps:
- Aufbringen rückseitiger Leiterbahnen auf einem Substrat;- Applying back conductor tracks on a substrate;
- Anordnen von Solarzellen auf dem mit Leiterbahnen versehenen Substrat ;- Arranging solar cells on the substrate provided with tracks;
- Aufbringen frontseitiger Leiterbahnen auf der Rückseite einer Deckschicht oder den Frontseiten eines Teils der Solarzellen;- applying front side traces on the back of a cover layer or the front sides of a portion of the solar cells;
- Aufbringen der Deckschicht auf die Solarzellen, wobei die Rückseite der Deckschicht den Frontseiten der Solarzellen zugewandt wird.- Applying the cover layer on the solar cells, wherein the back of the cover layer faces the front sides of the solar cells.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die rückseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise mit Rückseitenkontakten der Solarzellen durch Löten verbunden werden, vorzugsweise mittels Laserlötung, und/oder die frontseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise mit Frontseitenkontakten der Solarzellen durch Löten verbunden werden, vorzugsweise mittels Laserlötung.11. The method according to claim 10, characterized in that the back conductor tracks are at least partially connected to rear side contacts of the solar cells by soldering, preferably by laser soldering, and / or the front side tracks are at least partially connected to front side contacts of the solar cells by soldering, preferably by means of laser soldering.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Drucken einer metallhaltigen Paste oder eines leitfähigen Klebstoffes, insbesondere durch Siebdrucken, Schablonendrucken, Rollendrucken, Stempeldrucken oder Spritzendrucken dieser Materialien, auf das Substrat aufgebracht werden .12. The method according to any one of claims 10 to 11, characterized in that the back conductor tracks at least partially by printing a metal-containing paste or a conductive Adhesive, in particular by screen printing, stencil printing, web printing, stamp printing or injection molding of these materials are applied to the substrate.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen eines leitfähigen Klebebandes auf das Substrat ausgebildet werden.13. The method according to claim 10, wherein the back conductor tracks are formed at least partially by applying a conductive adhesive tape to the substrate.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen einer zumindest stellenweise leitfähigen Folie auf das Substrat ausgebildet werden.14. The method according to claim 10, wherein the back conductor tracks are formed at least partially by applying a film, which is at least locally conductive, to the substrate.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen eines leitfähigen Lackes auf das Substrat ausgebildet werden, was vorzugsweise mittels einer Spritztechnik erfolgt .15. The method according to claim 10, wherein the back conductor tracks are formed at least partially by applying a conductive lacquer to the substrate, which is preferably done by means of a spraying technique.
16. Verfahren nach einem der -Ansprüche 10 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die rückseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen einer teilweise leitfähigen Maske auf das Substrat ausgebildet werden, wobei die Maske vorzugsweise aus einem isolierenden Material ausgestanzt oder ausgeschnitten oder mittels Spritzgusstechnik in eine entsprechende Form gebracht wird und durch stellenweises Aufbringen einer leitfähigen Schicht teilweise leitfähig ge- macht wird.16. The method according to any one of claims 10 to 11, characterized in that the back conductor tracks are at least partially formed by applying a partially conductive mask on the substrate, wherein the mask is preferably punched or cut out of an insulating material or by injection molding in a corresponding shape and partially conductive by placing a conductive layer in places. makes power.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Drucken einer metallhaltigen Paste oder eines leitfähigen Klebstoffes, insbesondere durch Siebdrucken, Schablonendrucken, Rollendrucken, Stempeldrucken oder Spritzendrucken dieser Materialien, auf die Deckschicht aufgebracht werden.17. The method according to claim 10, wherein the front-side conductor tracks are applied to the cover layer at least partially by printing a metal-containing paste or a conductive adhesive, in particular by screen printing, stencil printing, web printing, stamp printing or injection molding of these materials.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen eines leitfähigen Klebebandes auf die Deckschicht ausgebildet werden.18. The method according to claim 10, wherein the front-side conductor tracks are formed at least partially by applying a conductive adhesive tape to the cover layer.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen einer zumindest stellenweise leitfähigen Folie auf die Deckschicht ausgebildet werden.19. Method according to claim 10, wherein the front-side conductor tracks are formed at least partially by applying an at least locally conductive foil to the cover layer.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen eines leitfähigen Lackes auf die Deckschicht ausgebildet werden, was vorzugsweise mittels einer Spritztechnik erfolgt.20. The method according to claim 10, wherein the front-side conductor tracks are formed at least partially by applying a conductive lacquer to the cover layer, which is preferably done by means of a spraying technique.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die frontseitigen Leiterbahnen wenigstens teilweise durch Aufbringen einer teilweise leitfahigen Maske auf das Substrat ausgebildet werden, wobei die Maske vorzugsweise aus einem isolierenden Material ausgestanzt oder ausgeschnitten oder mittels Spritzgusstechnik in eine entsprechende Form gebracht wird und durch stellenweises Aufbringen einer leitfahigen Schicht teilweise leitfahig gemacht wird.21. The method according to any one of claims 10 to 16, characterized in that the front-side conductor tracks at least partially through Applying a partially conductive mask are formed on the substrate, wherein the mask is preferably punched or cut out of an insulating material or brought by injection molding into a corresponding shape and is made partially conductive by applying a conductive layer in places.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die rückseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise mit Ruckseitenkontakten der Solarzellen verlotet werden und/oder die frontseitigen Leiterbahnen zumindest teilweise mit Frontseitenkontakten der Solarzellen verlotet werden, vorzugsweise mittels Laserlotung.22. The method according to claim 10, wherein the back conductor tracks are at least partially soldered with back side contacts of the solar cells and / or the front side conductors are at least partially soldered to front side contacts of the solar cells, preferably by laser soldering.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Solarzellenmodul wenigstens bis zum Schritt des Auf- bringens der Deckschicht auf die Solarzellen automatisiert hergestellt wird, vorzugsweise in einer kontinuierlich arbeitenden Anlage.23. The method according to claim 10, wherein the solar cell module is produced automatically at least until the step of applying the cover layer to the solar cells, preferably in a continuous system.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Solarzellenmodul vollständig automatisiert hergestellt wird, vorzugsweise in einer kontinuierlich arbeitenden Anlage. 24. The method as claimed in claim 10, wherein the solar cell module is produced completely automatically, preferably in a continuously operating plant.
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