WO2010128021A2 - Solarzelle, diese solarzelle umfassendes solarmodul sowie verfahren zu deren herstellung und zur herstellung einer kontaktfolie - Google Patents

Solarzelle, diese solarzelle umfassendes solarmodul sowie verfahren zu deren herstellung und zur herstellung einer kontaktfolie Download PDF

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electrically conductive
layer
contact points
conductive layer
holes
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Michael Sedlacek
Joerg Mueller
Claudio Meisser
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Komax Holding Ag
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar cell, a solar module comprising this solar cell as well as processes for their production and for the production of a contact film.
  • Conventional solar cells consist of a layer structure which is formed in a plate-shaped semiconductor material, for example monocrystalline or multicrystalline silicon.
  • the semiconductor material forms the p-type base.
  • a thin n-type layer By diffusion of phosphorus, a thin n-type layer, the so-called emitter, is produced on the surface.
  • the base is contacted by means of a full-surface applied aluminum layer.
  • the emitter is contacted via narrow fingers, which are interconnected by one or more so-called busbars. Since the metallic fingers and busbars do not allow light to enter the contacted areas of the cell, but increase the number and width of fingers but the series resistance, the fingers and busbars must be designed to minimize electrical losses and shadowing losses.
  • WO 2007/096752 A2 describes a method for contacting back contact solar cells, in which the contacting takes place through the holes of a mounted on the solar cell perforated, electrically insulating film by means of wave soldering. Such a method has the disadvantage of a comparatively high temperature load the solar cell and the use of a solder, which must first be melted.
  • Object of the present invention is to provide a solar cell of the type Ragakttsolarzelle and a corresponding ' solar module with a variety of back-contact solar cells, in which a simple and inexpensive contacting and electrical interconnection of solar cells is realized.
  • Another object of the invention is to provide a process for producing this solar cell.
  • the invention thus relates to a solar cell comprising the following layers:
  • “Lot-free electrically conductive connection” generally means that the electrically conductive connection contains no material (solder) having a lower melting point than the parts to be connected.
  • the customary materials known to those skilled in the art can be used.
  • the electrically conductive layer may consist of a plurality of electrically conductive materials, as long as this material does not impair the function of an electrically conductive layer in a solar cell.
  • the electrically conductive layer may in particular consist of a metal or an electrically conductive organic polymer.
  • metals for the electrically conductive layer it is preferable to use noble metals, aluminum and aluminum alloys, copper, titanium, or silver.
  • Aluminum, aluminum alloys and copper are particularly preferably used, and very particularly preferably aluminum or aluminum alloys are used. It can be connected to each other the same metals as well as different metals. Also, a multilayer structure (e.g., Al / Cu) is possible.
  • Particularly suitable electrically conductive organic polymers have chains with conjugated double bonds.
  • those derived from a substituted polythiophene are again preferred, the substituents preferably having C 1 -C 10 -alkyl or alkoxy groups.
  • Ultrasonic welding is particularly well suited for bonding the aforementioned metals. By means of ultrasonic welding, it is also possible to produce a connection between electrically conductive thermoplastics with one another or with a metal.
  • the electrically conductive layer preferably has a thickness of 0.05 to 0.2 mm and is in particular an aluminum or copper foil.
  • "monolayer or multilayer film” is to be construed broadly and includes a single film of a particular material, eg, a polyethylene terephthalate (PET) film, but also a laminate composed of multiple bonded films “Layer” can therefore also have the meaning of foil.
  • a polyethylene terephthalate film is preferably used.
  • Such a monolayer film is also referred to herein as an insulator film.
  • a multilayer film is used as the first single-layer or multi-layer perforated film
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • polyethylene phthalate are used as materials.
  • One of these layers or foils is also referred to herein as insulator film; this insulator film is preferably a polyethylene terephthalate film.
  • the first single-layer or multi-layer perforated film made of a non-conductive material may be a backsheet as a backcoat for protecting the solar cell or one of the
  • Backside coating preferably contains a fluorine-containing polymer, in particular a
  • Polyvinyl fluoride (PVF).
  • a particularly suitable polyvinyl fluoride is under the name
  • Tedlar® available from Dupont.
  • the backside coating may be monolayer or multilayer, e.g. a PVF-polyester-PVF composite.
  • a multilayer film as the first single-layer or multi-layer film is preferred according to the invention, since in a preferably soft insulator film used (also referred to as melt film), the punching process is facilitated.
  • An EVA film is soft and is therefore preferably punched together with a second film supporting it.
  • the films or layers used in the first single-layer or multilayer film preferably have a thickness of from 0.01 to 0.5 mm, particularly preferably from 0.2 to 0.4 mm.
  • the first single or multilayer film is generally bonded to the electrically conductive layer with an adhesive. Such adhesives are known per se.
  • the solder-free electrically conductive connection comprises a contact band between the part of the first and second contact points and the structured electrically conductive layer.
  • the material of the contact band is generally selected from the same materials as that of the electrically conductive layer.
  • the size of the contact band is preferably matched to the size of the first and a second hole described below, which preferably have a hole size corresponding to a diameter of 1 to 10 mm, in particular from 2 to 5 mm.
  • the distance between the holes is generally taken into account, so that with a larger distance between the holes usually a larger contact band can be used.
  • solderless electrically conductive connection comprises an electrically conductive adhesive or is obtainable by ultrasonic welding.
  • the electrically conductive connection can advantageously also be obtained by laser welding.
  • a hold-down device for the electrically conductive layer is preferably used, so that electrically conductive layer and contact points can touch.
  • the hold-down is generally transparent or the hold-down has a recess here.
  • the solar cell of the invention has, in addition to the already mentioned layers (semiconducting layer, first single-layer or multi-layer perforated film, structured electrically conductive layer), further layers.
  • the solar cell according to the invention preferably has a second one on the second surface of the semiconductive layer. or multilayer film on, for example an antireflective layer (e.g., of silicon nitride) and / or another protective film (e.g., ethylene-vinyl acetate polymer).
  • an antireflective layer e.g., of silicon nitride
  • another protective film e.g., ethylene-vinyl acetate polymer.
  • a transparent pane is still provided e.g. made of glass or polycarbonate, preferably made of glass.
  • the thickness of the semiconducting layer is preferably 20 to 500 ⁇ m and most preferably 80 to 220 ⁇ m.
  • the thickness of the first single or multi-layered perforated film is preferably 20 to 400 microns.
  • the thickness of the patterned electrically conductive layer is preferably 5 to 200 ⁇ m.
  • solderless electrical connection is obtainable by ultrasonic welding.
  • Ultrasonic welding with or without simultaneous heat input, is a form of welding in which kinetic energy is used in the form of friction, which generally results from an oscillating relative translational movement of the parts to be joined under the influence of a static pressure.
  • friction is used in friction welding, which is mainly caused by a rotating or oscillating relative movement of the parts to be joined under the action of a static pressure. While according to the invention, in principle, friction welding can also be used to produce the electrically conductive connection, ultrasound welding is particularly preferred.
  • an ultrasonic welder includes a lower electrode (referred to as “anvil”) and an upper electrode (called a “sonotrode”).
  • the sonotrode executes vibrations in a connection plane of the surfaces to be connected with a frequency of generally 10 to 200 kHz, preferably from 30 to 100 kHz.
  • the amplitude is generally in the range of 1 to 50 microns and the power generally in the range of 0.01 to 1 kW, with the welding times are generally between 0.1 and 1 sec.
  • the direction of vibration of the ultrasound and the direction of force are generally perpendicular to each other, with the surfaces to be joined rubbing against each other.
  • the use of welding consumables is dispensed with.
  • the ultrasonic welding takes place without supplying additional heat energy.
  • the ultrasonic welding can also be carried out with the supply of additional heat energy, for example by the anvil is additionally heated electrically.
  • the ultrasonic energy sonotrode and anvil can be adapted to the respective connection form.
  • the achievable strength of the electrically conductive connection depends on several parameters. In particular, the type of materials to be welded, the welding power and amplitude of the welding system and the nature of sonotrode and anvil are taken into account. As the material for the sonotrode and the anvil, a variety of different materials can be used as long as the purpose of the invention is achieved.
  • the structured electrically conductive layer is pressed by means of an ultrasonic welding device on the first contact points and the second contact points of the semiconductive layer.
  • the solderless electrical connection is a direct connection between the first and second contact points or a part thereof and the structured electrically conductive layer.
  • direct connection means, in particular, that there is no further material between the first or second contact point and the structured electrically conductive layer
  • the direct connection can preferably be produced by ultrasonic welding.
  • the invention also relates to a solar module, which has a plurality of solar cells described above.
  • the solar cells are generally arranged adjacent to each other and electrically connected to each other.
  • On the back, i. the side facing away from the solar radiation side of the solar cell are arranged in a predetermined arrangement, for example in a matrix arrangement, a plurality of first contact points of a first polarity and second contact points of opposite polarity spaced from each other.
  • the contact portions of opposite polarity are executed interleaved, in correspondence to
  • the contact points of the same polarity on the back of the solar cell per polarity are arranged alternately in parallel rows.
  • a contact foil from the first single-layer or multi-layer perforated film and the structured electrical layer can cover a single row of solar cells (so-called string) or an entire solar module.
  • electrical connection means are provided to electrically connect adjacent solar cells with each other.
  • the planar etching away of the electrically conductive layer e.g. a metal foil made of aluminum or copper, conductor tracks, which connect the solar cells in the desired manner according to the preferred ultrasonic welding, for example in a series circuit to achieve a higher voltage or in parallel to achieve a higher amperage of the electric current generated upon incidence of light on the solar cell. Combinations of these circuits are also possible.
  • connection arrangements for the electrical connection of solar cells are described, for example, in WO 2008/113741 A.
  • the subject matter of the invention is a process for producing a solar cell, which comprises the following layers:
  • a first single or multi-layer, perforated foil consists in an electrically non-conductive material having a plurality of first holes
  • a first single- or multi-layer perforated sheet of an electrically non-conductive material having a plurality of first holes is applied, and on this perforated film, an electrically conductive layer is applied, wherein the perforated film on the semiconducting layer like that applying, that at least a part of the first holes and the first contact points and the second contact points are opposite to each other;
  • “Structuring of the electrically conductive layer” means that parts are removed from an originally compact electrically conductive layer, so that only those parts of the originally compact electrically conductive layer remain which are relevant for an intended contacting of contact points.
  • the electrically conductive layer is provided with a cover layer in such a way that only the structures of the later-obtained structured electrically conductive layer are provided with the cover layer. The parts of the electrically conductive layer not provided with the cover layer can then be removed, for example, in a suitable etching bath.
  • the structured electrically conductive layer is preferably connected to the first contact points and the second contact points by ultrasonic welding or friction welding, particularly preferably by ultrasonic welding.
  • a first monolayer or multilayer film of one or more electrically non-conductive materials is perforated by punching to form a plurality of first holes, and the resulting first monolayer or multilayer perforated film is laminated with an electrically conductive layer ,
  • the structured electrically conductive layer is pressed through the first holes on the first contact points and the second contact points and then connected by ultrasonic welding the structured electrically conductive layer with the first contact points and the second contact points.
  • the pressing of the structured electrically conductive layer on the first contact points and the second contact points is preferably carried out with an ultrasonic welding device.
  • an ultrasonic welding device for this purpose can ⁇
  • the sonotrode be designed at its tip suitable to ensure optimum pressing.
  • the first holes preferably have a round shape.
  • a circular cutout of the electrically conductive layer is therefore generally pressed down. To reduce mechanical stresses can therefore be provided that before pressing down on both sides of a remaining web each a circle section is punched out.
  • the electrically conductive layer is provided by punching with a plurality of second holes, so that the second holes are located above the first holes; attaching a contact band between the part of the first pads and the second pads and the structured electrically conductive layer; and a solderless electrically conductive connection is produced.
  • the first and / or second holes may have different cross sections.
  • both the first holes and the second holes have a circular cross-section.
  • the size of the first holes and / or the second holes generally corresponds to one
  • Holes) and / or between the contact points preferably 1 to 15 cm and more preferably 3 to 7 cm.
  • the production of second holes preferably by punching the electrically conductive layer to form second holes in the electrically conductive layer, before or after the structures of the metallically conductive layer, for example in a Etching bath, done.
  • the contact band is applied over the second holes and brought into physical contact with the semiconductive layer by depression.
  • the physical contact can be direct or indirect.
  • an indirect contact is located between the contact strip and the semiconducting layer and / or the electrically conductive layer, for example, a per se known electrically conductive adhesive.
  • the contact band is generally connected at two locations to the patterned electrically conductive layer and at a location having the semiconductive layer. In these three places, an electrically conductive connection can be realized by various methods such as gluing or ultrasonic welding. Preferably, however, the same type of connection is used for all three locations, so that, for example, the contact band is connected at two points to the electrically conductive layer by means of ultrasonic welding and at one point with the semiconductive layer.
  • the possibly electrically conductive adhesive can be applied to the cells or the contact foil by dispensing or screen printing. They may be single-component or multi-component adhesives that cure at room temperature, at elevated temperature, under pressure or UV radiation.
  • the invention also relates to a method for producing a contact foil comprising a first single- or multi-layer perforated foil of an electrically non-conductive material having a plurality of first holes and a patterned electrically conductive layer, wherein (g) a first on or multilayer film of one or more electrically non-conductive materials is provided; (h) bonding the first single or multilayer film to an electrically conductive layer; (i) a covering layer is applied to at least part of the electrically conductive layer;
  • step (k) by punching at least the first single- or multi-layer film is provided with a plurality of first holes; wherein punching according to step (k) may be performed after each of steps (g) to (j). ⁇
  • a contact foil in the sense of the present invention is an at least two-layered foil in which a layer of an electrically conductive material and a further layer of an electrically insulating material are formed.
  • the application of a covering layer only takes place after the first single-layer or multi-layered film has been connected to an electrically conductive layer.
  • the application of the covering layer is preferably carried out by applying an overcoat to protect the parts of the electrically conductive layer which are not to be etched away in the etching bath.
  • the top coat can be applied by various methods, for example by spraying, spraying or screen printing. In particular, in the case where the overcoat is applied over the entire surface, the method is not particularly limited. On the other hand, if specific structures are to be protected from etching, the cover color is preferably applied by screen printing.
  • the etching bath consists of chemical substances which allow the etching away of the non-protected parts of the electrically conductive layer.
  • the composition therefore depends on the type of metal or electrically conductive polymer used.
  • a cleaning of the contacting film can be carried out, for example, in a further bath (immersion bath).
  • the stamping of the foil can be carried out between the etching step and the cleaning of the resulting contacting foil or after the cleaning of the laminate of structured electrical layer and first single- or multilayer foil after passing through the etching bath;
  • a cleaning step after the etching bath may involve removing the covering layer (e.g., top coat) from the protected sites and / or constituents of the etching bath.
  • a first monolayer or multilayer foil which has a self-adhesive insulator foil on one side of which a second monolayer or multilayer foil, eg a backside foil, is arranged, and on the other side of which a release foil , For example, a siloxane liner, is applied. It is preferred that the first one or ⁇
  • multilayer film is provided on a surface to be connected to the electrically conductive layer with an adhesive.
  • the stamping of the insulator foil is facilitated, in particular if the first single- or multilayered foil consists only of the insulator foil.
  • the present invention enables solar cells to efficiently with a very good electrically conductive connection between the power generation layer, i. the semiconductive layer, and the electrical wiring used to derive the generated solar power can be equipped.
  • the present invention makes it possible for back-contact solar cells to be electrically connected to a flexible printed circuit (contacting film) in an optimum manner and at the same time correctly positioned and fixed relative to one another.
  • FIG. 1 shows a section of a solar module 3, which has a plurality of solar cells 1 according to the present invention in a linear arrangement.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the solar module shown in FIG. 1 according to the present invention.
  • FIG. 3 shows, in a perspective view of a section of a solar cell, three variants of the invention for electrically conductive variants arranged side by side
  • FIG. 4 shows a section through a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 shows a section through a solar cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a first embodiment of a method according to the invention for producing a contact foil.
  • Fig. 7 shows a perspective view of a second "embodiment, for an inventive process for producing a contact foil.
  • Fig. 8 shows a typical Verschaltungstine in a solar module.
  • FIG. 1 shows a detail of a solar module 3 which has a plurality of solar cells 1 in a linear arrangement, the complexity of the layer structure shown increasing from left to right.
  • a perforated foil 8 made of an electrically non-conductive material with first holes 9 is arranged over a semiconducting layer 2 with first contact points 6 of positive polarity and second contact points 7 negative polarity.
  • a perforated foil 8 made of an electrically non-conductive material with first holes 9 is arranged above the perforated film 8.
  • a structured electrically conductive layer 10 is arranged, which via solderless electrical
  • connections 11 with the first and second contact points 6.7 of the semiconductive layer 2 is electrically connected.
  • the first and second contact points 6, 7 of the semiconductive layer 2 therefore lie opposite the first holes 9 of the perforated film 8.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the solar module according to the present invention shown in FIG. 1, in which two interconnected solar cells 1 are partially visible.
  • a semiconducting layer 2 has a first surface 4, which faces away from the solar radiation during operation of the solar cell, and a second surface 5, which faces the solar radiation during operation of the solar module.
  • the first surface 4 of the semiconductive layer 2 has first contact points 6 of positive polarity and second contact points 7 of negative polarity.
  • On the first surface 4 a perforated foil 8 of an electrically non-conductive material with first holes 9 is arranged so that the first holes 9 lie over the first and second contact points 6,7.
  • a structured electrically conductive layer 10 is arranged, which is electrically conductively connected via solderless electrical connections 11 to the first and second contact points 6, 7 of the semiconducting layer 2.
  • the first contact points 6 and the second ⁇
  • Contact points 7 are each arranged in alternating rows in order to be able to ensure an optimal dissipation of the electricity generated in conjunction with a correspondingly structured electrically conductive layer 10.
  • the size of the first holes 9 in the embodiment of the invention shown in Figures 1 and 2 is 4 mm in each case, with the spacing of the first holes 9 being 6 cm in the embodiment shown here Other sizes and distances are possible.
  • crystalline silicon is used as the material of the semiconductive layer.
  • the solar cells contained in the solar modules shown in FIGS. 1 and 2 are electrically connected to each other in a manner not shown here in detail in a series circuit.
  • FIG. 3 shows, in a perspective view of a section of a solar cell, three variants of electrically conductive connections 11 arranged side by side between the electrically semiconductive layer 2 and the structured electrically conductive layer 10 through a perforated film 8.
  • All variants have in common that located on a semiconducting layer 2 with a first surface 4 and a second surface 5 on the first surface 4 are arranged first and second contact points 6.7 different polarity. Since the nature of the polarity has no effect on the electrical connection, it is not specified here.
  • an electrically conductive connection 11 is realized in that a contact strip 12 located on a structured electrically conductive layer 10 passes through a first hole 9 in the perforated foil 8 and a second hole 19 in the structured electrical Layer 10 is electrically connected to a first or second contact point 6, 7 of the semiconducting layer 2.
  • Compound 11 is realized between the structured electrically conductive layer 10 and the semiconducting layer 2 by a web 27 punched out of the structured layer 10, said web extending onto a first or second contact point 6, 7 of the semiconductive layer 2 pressed and electrically conductively connected by means of ultrasonic welding.
  • the second hole 19 thus consists of two circular section-shaped openings.
  • the electrical connection is realized by pressing the structured electrically conductive layer 10 by the "first hole 9 through a first or second contact point 6.7 of the semiconductive layer 2, for example, using a suitably shaped Sonotrode an ultrasonic welder, and then electrically connected by ultrasonic welding.
  • the electrically conductive connection 11 is produced in the three variants shown in FIG. 3 by ultrasonic welding. However, it is also conceivable that between the structured electrically conductive layer 10 and the semiconductive layer 2, an electrically conductive adhesive is applied, which realizes the electrical connection.
  • the contact strip 12 can also be electrically conductively connected by means of an electrically conductive adhesive to the structured electrically conductive layer 10 on the one hand and to the semiconducting layer 2 on the other hand.
  • the electrically conductive adhesive could be applied to the contact points 6 and 7, for example, before or after the bonding of the perforated film 8 with the semiconducting layer 2.
  • FIG. 4 shows a section through a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the side of the solar cell facing away from solar radiation is arranged at the top and the side facing the solar radiation /
  • first a protective layer backsheet, eg of a PVF such as Tedlar®
  • backsheet eg of a PVF such as Tedlar®
  • structured electrically conductive Layer 10 e.g of a PVF such as Tedlar®
  • a perforated electrically non-conductive layer 8 with first holes 9 a semiconductive layer 2
  • a second single-layer or multi-layer film 14 the example an antireflection layer and / or an ethylene-vinyl acetate polymer film as a further protective layer
  • a glass pane 15 are arranged.
  • an electrically conductive connection 11 according to the second or third variant of FIG. 3 is realized by the structured electrically conductive layer 10 passing directly through a first hole 9 with a first or second contact point 6 7 is connected to the semiconductive layer 2.
  • the connection 11 was made by ultrasonic welding or laser welding.
  • FIG. 5 shows a section through a solar cell according to a further embodiment of the present invention, in which the solderless electrical connection 11 is realized by means of a contact strip 12.
  • the layer sequence corresponds to that shown in FIG. 4.
  • FIG. 5 the first variant of FIG. 1 can be seen in section on the left.
  • the solderless electrical connection 11 was produced in the first variant by means of ultrasonic welding or laser welding.
  • a fifth variant for the solderless electrical connection 11 is shown, in which a contact strip 12 by means of an electrically conductive adhesive 16 with both the structured electrically conductive layer 10 and with a first or second contact point 6,7 on the semiconducting Layer 12 is electrically connected.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a first embodiment of a method according to the invention for producing a contact foil.
  • the arrow indicates the direction of movement of the slides.
  • a single-layered film 17 is used as single-layer or multi-layered film.
  • the single-layer film 17 coming from a supply roll is punched in a punching device 21 and then coated with adhesive in an adhesive application device 22 on the side to be subsequently connected to an electrically conductive layer.
  • the perforated film 8 provided with first holes 9 is brought together with a metal foil coming from another roll as the electrically conductive layer 18.
  • the perforated foil 8 opposite surface of the metal foil 18 is then provided in a first screen printing device 23 at certain locations to be protected with a cover layer 29, which has the function that before a Wegiserung in an etch 20 to be protected locations of the electrically conductive metal foil 18th to protect. There then takes place a further transport of the film laminate to a second screen printing device 32, wherein the back of the electrically conductive layer 18 is provided over its entire surface with a covering layer 29. Subsequently, the film laminate treated in this way passes into an etching bath 20, where the unprotected parts of the metal foil 18 are etched away and only the desired conductor structures of the structured electrically conductive layer 10 remain.
  • the Kunststoffierfolie 27 obtained is then transported on Tra ⁇ sportrollen 25 on, for example in ⁇
  • a cleaning bath not shown here, in order to remove residues of the etching bath 20 and / or the covering layer 29 adhering to the contacting film 27.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a second embodiment of a method according to the invention for producing a contact foil.
  • a self-adhesive isolator foil 13 which has a release foil 26a on one side, is first laminated with a melt foil 30.
  • the lamination is supported by the laminating rollers 24.
  • the resulting single or multilayer film 17 of one or more electrically non-conductive materials is then punched in a punching device 21.
  • the stamped release film 26b is pulled upwards, while the single- or multi-layer perforated film 28 is brought together from an electrically non-conductive material with a coming from another role metal foil as an electrically conductive layer 18.
  • the laminating rollers 24 an intimate bond of these two films is produced.
  • the multilayer perforated film 28 opposite surface of the metal foil 18 is provided in a first screen printing device 23 to be protected from etch away places with a cover layer 29, which has the function that before a Wegiserung in an etch 20 to be protected places of electrical conductive metal foil 18 to protect. There then takes place a further transport of the film laminate to a second screen printing device 32, wherein the back of the electrically conductive layer 18 is provided over its entire surface with a cover layer 29. Subsequently, the film laminate treated in this way passes into an etching bath 20, where the unprotected parts of the metal foil 18 are etched away and only the desired conductor structures of the structured electrically conductive layer 10 remain.
  • the contacting foil 27 obtained is then transported further by means of transport rollers 25, for example by a cleaning bath (immersion bath), not shown here, in order to remove residues of the etching bath 20 and / or the covering layer 29 adhering to the contacting foil 27.
  • a cleaning bath immersion bath
  • Fig. 8 shows a typical Verschaltungstage in a solar module. Shown are two solar cells 1 with first contact points 6 positive polarity and second contact points 7 negative polarity. In the solar cell shown on the left, the first contact points 6 are electrically conductively connected to a first contact finger 33, and the second contact points 7 of negative polarity are electric in the solar cell shown on the right ⁇
  • First contact fingers 33 and second contact fingers 34 are in turn connected to each other and thus establish an electrical connection of the two solar cells. In an analogous manner, these two solar cells are connected to further, not shown in Fig. 8 solar cells.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle (1), welche die folgenden Schichten umfasst: (a) eine halbleitende Schicht (2) mit einer ersten Oberfläche (4) und einer zweiten Oberfläche (5), wobei auf der ersten Oberfläche (4) eine Vielzahl von ersten Kontaktstellen (6) und zweiten Kontaktstellen (7) ausgebildet sind, welche entgegengesetzte Polaritäten aufweisen; (b) eine erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie (8, 28) aus einem elektrisch nicht leitenden Material, die eine Vielzahl von ersten Löchern (9) aufweist; (c) eine strukturierte elektrisch leitende Schicht (10) auf einer der halbleitenden Schicht (2) abgewandten Oberfläche der perforierten Folie (8, 28); wobei die perforierte Folie (8, 28) und die halbleitende Schicht (2) so zueinander positioniert sind, dass zumindest ein Teil der ersten Löcher (9) und der ersten Kontaktstellen (6) und der zweiten Kontaktstellen (7) einander gegenüber liegen, wobei mindestens ein Teil der ersten Kontaktstellen (6) und der zweiten Kontaktstellen (7) über eine lotfreie elektrisch leitende Verbindung (11) mit der strukturierten elektrisch leitenden Schicht (10) verbunden sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Solarmodul, das eine Vielzahl dieser Solarzellen umfasst, ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie.

Description

Solarzelle, diese Solarzelle umfassendes Solarmodul sowie Verfahren zu deren Herstellung und zur Herstellung einer Kontaktfolie
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, ein diese Solarzelle umfassendes Solarmodul sowie Verfahren zu deren Herstellung und zur Herstellung einer Kontaktfoiie.
Herkömmliche Solarzellen bestehen aus einer Schichtstruktur, die in einem plattenförmigen Halbleitermaterial, beispielsweise aus mono- oder multikristallinem Silizium ausgebildet ist. Das Halbleitermaterial bildet dabei die p-leitende Basis. Durch Eindiffusion von Phosphor wird an der Oberfläche eine dünne n-leitende Schicht, der so genannte Emitter, erzeugt. Üblicherweise wird die Basis mittels einer ganzflächig aufgebrachten Aluminiumschicht kontaktiert. Der Emitter wird über schmale Finger kontaktiert, die untereinander durch einen oder mehrere so genannte Busbars miteinander verbunden sind. Da die metallischen Finger und Busbars keinen Lichteinritt in die kontaktierten Bereiche der Zelle erlauben, eine zu geringe Anzahl und Breite von Fingern aber den Serienwiderstand erhöht, müssen die Finger und Busbars so konstruiert werden, dass elektrische Verluste und Abschattungsverluste minimiert sind. Die räumliche Trennung von Emitterkontakt (Vorderseite, der Sonnenstrahlung zugewandt) und Basiskontakt (Rückseite) erschwert jedoch das Verschalten einzelner Solarzellen zu einem Modul, da Front- und Rückkontakt zweier benachbarter Solarzellen jeweils aufwendig verlötet werden. Während herkömmliche Solarzellen über Kontaktstellen auf der Vorderseite und der Rückseite verfügen, die in der Regel mit bandförmigen Leitern verbunden werden, erlauben Solarzellen mit Rückkontaktierung einfachere Verschaltungskonzepte.
Zur Steigerung der Effizienz sind so genannte Rückkontaktsolarzellen entwickelt worden, bei denen der Frontemitter mit dem auf der Rückseite liegenden Emitterkontakt elektrisch leitend verbunden ist. So können Abschattungsverluste aufgrund von metallischen Leiterbahnen auf der Vorderseite minimiert werden.
Die WO 2007/096752 A2 beschreibt ein Verfahren zur Kontaktierung von Rückkontakt- Solarzellen, bei dem die Kontaktierung durch die Löcher einer auf der Solarzelle angebrachten perforierten, elektrisch isolierenden Folie hindurch mittels Schwalllöten erfolgt. Eine solche Methode hat den Nachteil einer Vergleichsweise hohen Temperaturbelastung der Solarzelle sowie der Verwendung eines Lotes, das zunächst noch aufgeschmolzen werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Solarzelle vom Typ der Rückkontaktsolarzelle sowie ein entsprechendes' Solarmodul mit einer Vielzahl von Rückkontaktsolarzellen bereitzustellen, bei dem eine einfache und kostengünstige Kontaktierung bzw. elektrische Verschaltung von Solarzellen realisiert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung dieser Solarzelle.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nach dieser Erfindung erreicht durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des entsprechenden unabhängigen Patentanspruchs, das Solarmodul des entsprechenden unabhängigen Anspruchs sowie das Verfahren zur Herstellung der Solarzelle des entsprechenden unabhängigen Patentanspruchs. Schließlich wird die Lösung dieser Aufgabe erreicht durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solarzelle besonders geeignet ist. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Solarzelle sind in entsprechenden abhängigen Patentansprüchen aufgeführt. Bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Solarzelle entsprechen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Solarmoduls und umgekehrt, auch wenn dies hierin nicht explizit festgestellt wird. Entsprechend gilt für die in der erfindungsgemäßen Solarzelle vorhandenen und in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Materialien und Folien bzw. Schichten.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Solarzelle, welche die folgenden Schichten umfasst:
(a) eine halbleitende Schicht mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei auf der ersten Oberfläche eine Vielzahl von ersten Kontaktstellen und zweiten Kontaktstellen ausgebildet sind, welche entgegengesetzte Polaritäten aufweisen;
(b) eine erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie aus einem elektrisch nicht leitenden Material, die eine Vielzahl von ersten Löchern aufweist;
(c) eine strukturierte elektrisch leitende Schicht auf einer der halbleitenden Schicht abgewandten Oberfläche der perforierten Folie; wobei die perforierte Folie und die halbleitende Schicht so zueinander positioniert sind, dass zumindest ein Teil der ersten Löcher und der ersten Kontaktsteilen und der zweiten Kontaktstellen einander gegenüber liegen, und wobei mindestens ein Teil der ersten Kontaktstellen und der zweiten Kontaktstellen über eine lotfreie elektrisch leitende
Verbindung mit der strukturierten elektrisch leitenden Schicht verbunden sind.
„Lotfreie elektrisch leitende Verbindung" bedeutet im Allgemeinen, das die elektrisch leitende Verbindung kein Material (Lot) enthält, das einen' niedrigeren Schmelzpunkt als die zu verbindenden Teile hat.
In der halbleitenden Schicht können die hierfür üblichen, dem Fachmann bekannten Materialien eingesetzt werden.
Die elektrisch leitende Schicht kann aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Materialien bestehen, solange dieses Material die Funktion einer elektrisch leitenden Schicht in einer Solarzelle nicht beeinträchtigt. Die elektrisch leitende Schicht kann insbesondere aus einem Metall oder einem elektrisch leitfähigen organischen Polymer bestehen.
Als Metalle für die elektrisch leitende Schicht werden vorzugsweise Edelmetalle, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Kupfer, Titan, oder Silber verwendet. Besonders bevorzugt werden Aluminium, Aluminiumlegierungen und Kupfer verwendet, und ganz besonders bevorzugt werden Aluminium oder Aluminiumlegierungen eingesetzt. Es können sowohl gleiche Metalle miteinander verbunden werden als auch unterschiedliche Metalle. Es ist auch ein mehrschichtiger Aufbau (z.B. Al/Cu) möglich.
Besonders geeignete elektrisch leitfähige organische Polymere weisen Ketten mit konjugierten Doppelbindungen auf. Unter diesen sind wiederum solche bevorzugt, die sich von einem substituierten Polythiophen ableiten, wobei die Substituenten vorzugsweise Ci- C10-Alkyl- oder Alkoxygruppen aufweisen.
Zur Verbindung der vorgenannten Metalle eignet sich Ultraschallschweißen besonders gut. Mittels Ultraschallschweißen kann auch eine Verbindung zwischen elektrisch leitenden thermoplastischen Kunststoffen untereinander oder mit einem Metall hergestellt werden.
Die elektrisch leitende Schicht hat vorzugsweise eine Dicke von 0.05 bis 0.2 mm und ist insbesondere eine Aluminium- oder Kupferfolie. Der hierin verwendete Begriff „ein- oder mehrschichtige Folie" ist breit auszulegen; er umfasst eine einzige Folie aus einem bestimmten Material, z.B. eine Polyethylentheraphtahlat (PET)-Folie, aber auch ein Laminat, das aus mehreren verbundenen Folien besteht. Der hierin verwendete Begriff „Schicht" kann daher auch die Bedeutung Folie haben.
Für den Fall, dass als erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie eine einschichtige Folie durch Stanzen unter Bildung einer Vielzahl von ersten Löchern perforiert und die dabei erhaltene perforierte Folie mit einer elektrisch leitenden Schicht laminiert wird, wird vorzugsweise eine Polyethylenterephthalat-Folie verwendet. Eine solche einschichtige Folie wird hierin auch als Isolatorfolie bezeichnet.
Für den Fall, dass als erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie eine mehrschichtige Folie verwendet wird, werden als Materialien vorzugsweise EVA (Ethylenvinylacetat)- Polymer und Polyethylenphthalat verwendet. Eine dieser Schichten bzw. Folien wird hierin ebenfalls als Isolatorfolie bezeichnet; diese Isolatorfolie ist vorzugsweise eine Polyethylenterephthalat-Folie.
Die erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie aus einem nichtleitenden Material kann eine Rückseitenfolie als Rückseitenbeschichtung zum Schutz der Solarzelle bzw. eines die
Solarzelle enthaltenden Solarmoduls vor Umwelteinflüssen enthalten. Die
Rückseitenbeschichtung enthält vorzugsweise ein fluorhaltiges Polymer, insbesondere ein
Polyvinylfluorid (PVF). Ein besonders geeignetes Polyvinylfluorid ist unter der Bezeichnung
Tedlar ® von der Firma Dupont erhältlich ist. Die Rückseitenbeschichtung kann ein- oder mehrschichtig sein, z.B. ein PVF-Polyester-PVF-Verbund.
Die Verwendung einer mehrschichtigen Folie als der ersten ein- oder mehrschichtigen Folie ist erfindungsgemäß bevorzugt, da bei einer vorzugsweise weichen eingesetzten Isolatorfolie (auch als Schmelzfolie bezeichnet) der Stanzprozess erleichtert ist. Eine EVA- Folie ist weich und wird daher vorzugsweise zusammen mit einer sie stützenden zweiten Folie gestanzt.
Die in der ersten ein- oder mehrschichtigen Folie verwendeten Folien bzw. Schichten haben vorzugsweise eine Dicke von 0,01 bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,4 mm. Die erste ein- oder mehrschichtige Folie wird im Allgemeinen mit einem Kleber mit der elektrisch leitenden Schicht verbunden. Derartige Kleber sind an sich bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle umfasst die lotfreie elektrisch leitende Verbindung ein Kontaktband zwischen dem Teil der ersten und zweiten Kontaktstellen und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht.
Das Material des Kontaktbandes ist im Allgemeinen aus denselben Materialien ausgewählt wie das der elektrisch leitenden Schicht. Die Größe des Kontaktbandes ist vorzugsweise auf die Größe des ersten und eines weiter unten beschriebenen zweiten Loches abgestimmt, die vorzugsweise eine Lochgröße entsprechend einem Durchmesser von 1 bis 10 mm, insbesondere von 2 bis 5 mm haben. Hierbei wird im Allgemeinen der Abstand zwischen den Löchern berücksichtigt, so dass bei einem größeren Abstand der Löcher in der Regel auch ein größeres Kontaktband benutzt werden kann.
Darüberhinaus ist es bevorzugt, dass die lotfreie elektrisch leitende Verbindung einen elektrisch leitenden Kleber umfasst oder durch Ultraschallschweißen erhältlich ist.
Die elektrisch leitende Verbindung kann vorteilhaft auch durch Laserschweißen erhalten werden. Hierbei wird vorzugsweise ein Niederhalter für die elektrisch leitende Schicht verwendet, so dass sich elektrisch leitende Schicht und Kontaktstellen berühren können. An der Stelle, an welcher der Laserstrahl den Niederhalter passiert, ist der Niederhalter im Allgemeinen transparent oder aber der Niederhalter weist hier eine Ausnehmung auf.
Im Allgemeinen weist die Solarzelle der Erfindung neben den bereits erwähnten Schichten (halbleitende Schicht, erste ein- oder mehrschichtige perforierte Folie, strukturierte elektrisch leitende Schicht) weitere Schichten bzw. So weist die erfindungsgemäße Solarzelle vorzugsweise auf der zweiten Oberfläche der halbleitenden Schicht eine zweite ein- oder mehrschichtige Folie auf, die z.B. eine Antireflexionsschicht (z.B. aus Siliziumnitrid) und/oder eine weitere Schutzfolie (z.B. aus Ethylen-Vinylacetat-Polymer) umfasst. Schließlich ist auf der zweiten ein- oder mehrschichtigen Folie im Allgemeinen noch eine transparente Scheibe z.B. aus Glas oder Polycarbonat, vorzugsweise aus Glas angeordnet.
Die Dicke der halbleitenden Schicht beträgt vorzugsweise 20 bis 500 μm und ganz besonders bevorzugt 80 bis 220 μm. Die Dicke der ersten ein- oder mehrschichtigen perforierten Folie beträgt vorzugsweise 20 bis 400 μm. Die Dicke der strukturierten elektrisch leitenden Schicht beträgt vorzugsweise 5 bis 200 μm.
Erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt ist die lotfreie elektrische Verbindung durch Ultraschallschweißen erhältlich.
Ultraschallschweißen, ohne oder mit gleichzeitiger Wärmezufuhr, ist eine Form des Schweißens, bei der kinetische Energie in Form von Reibung ausgenutzt wird, die im Allgemeinen durch eine oszillierende translatorische Relativbewegung der zu verbindenden Teile unter Einwirkung eines statischen Drucks entsteht. Im Vergleich hierzu wird beim Reibschweißen Reibung ausgenutzt, die vorwiegend durch eine rotierende oder oszillierende Relativbewegung der zu verbindenden Teile unter Einwirkung eines statischen Drucks entsteht. Während erfindungsgemäß im Prinzip auch das Reibschweißen für die Erzeugung der elektrisch leitenden Verbindung verwendet werden kann, wird besonders bevorzugt Ultraschallschweißen herangezogen.
Im Allgemeinen umfasst ein Ultraschallschweißgerät eine untere Elektrode (als „Amboss" bezeichnet) und eine obere Elektrode (als „Sonotrode" bezeichnet). Die Sonotrode führt in einer Verbindungsebene der zu verbindenden Flächen Schwingungen mit einer Frequenz von im Allgemeinen 10 bis 200 kHz, vorzugsweise von 30 bis 100 kHz aus. Die Amplitude liegt im Allgemeinen im Bereich von 1 bis 50 μm und die Leistung im Allgemeinen im Bereich von 0,01 bis 1 kW, wobei die Schweißzeiten im Allgemeinen zwischen 0,1 und 1 sec liegen. Die Schwingungsrichtung des Ultraschalls und die Kraftrichtung verlaufen im Allgemeinen zueinander senkrecht, wobei die zu verbindenden Flächen aufeinander reiben. Vorzugsweise wird auf die Verwendung von Schweißzusätzen verzichtet.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn das Ultraschallschweißen ohne Zufuhr zusätzlicher Wärmeenergie stattfindet. Allerdings kann das Ultraschallschweißen auch unter Zufuhr zusätzlicher Wärmeenergie durchgeführt werden, beispielsweise indem der Amboss zusätzlich elektrisch beheizt wird.
Für die konzentrierte Einleitung der Ultraschallenergie können Sonotrode und Amboss an die jeweilige Verbindungsform angepasst werden. Die erreichbare Festigkeit der elektrisch leitenden Verbindung hängt von mehreren Parametern ab. Insbesondere sind die Art der zu verschweißenden Materialien, die Schweißleistung und -amplitude des Schweißsystems und die Beschaffenheit von Sonotrode und Amboss zu berücksichtigen. Als Material für die Sonotrode und den Amboss können zahlreiche unterschiedliche Materialien eingesetzt werden, solange der Zweck der Erfindung erreicht wird.
Für die konzentrierte Einleitung der Ultraschallenergie können Sonotrode und Amboss an die jeweilige Form der beabsichtigten elektrisch leitenden Verbindung angepasst werden. Hierbei kann auch berücksichtigt werden, ob die zu verbindenden Materialien erst physisch miteinander in Kontakt gebracht werden müssen. So wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die strukturierte elektrisch leitende Schicht mit Hilfe eines Ultraschallschweißgeräts auf die ersten Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen der halbleitenden Schicht gedrückt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle ist die lotfreie elektrische Verbindung eine direkte Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktstellen oder einem Teil davon und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht. „Direkte Verbindung" bedeutet hierbei insbesondere, dass sich zwischen der ersten oder zweiten Kontaktstelle und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht kein weiteres Material befindet. Die direkte Verbindung lässt sich vorzugsweise durch Ultraschallschweißen erzeugen.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Solarmodul, welches eine Vielzahl der oben beschriebenen Solarzellen aufweist. Die Solarzellen sind im Allgemeinen benachbart zueinander angeordnet und elektrisch miteinander verbunden. Auf der Rückseite, d.h. der beim Betrieb der Sonnenstrahlung abgewandten Seite der Solarzelle sind in einer vorbestimmten Anordnung, beispielsweise in einer Matrixanordnung, eine Mehrzahl von ersten Kontaktstellen einer ersten Polarität und von zweiten Kontaktstellen einer entgegen gesetzten Polarität beabstandet zueinander angeordnet. Die Kontaktabschnitte entgegen gesetzter Polarität sind dabei ineinander verschachtelt ausgeführt, in Entsprechung zum
Layout der zugeordneten, zu kontaktierenden Kontaktstellen.
Vorzugsweise sind die Kontaktstellen gleicher Polarität auf der Rückseite der Solarzelllen pro Polarität abwechselnd in parallelen Reihen angeordnet. Eine Kontaktfolie aus der ersten ein- oder mehrschichtigen, perforierten Folie und der strukturierten elektrischen Schicht kann eine einzelne Reihe von Solarzellen (sog. String) oder ein ganzes Solarmodul abdecken.
Ferner sind elektrische Verbindungsmittel vorgesehen, um benachbarte Solarzellen elektrisch miteinander zu verbinden. ' •
Insbesondere entstehen durch das flächige Wegätzen der elektrisch leitenden Schicht, z.B. einer Metallfolie aus Aluminium oder Kupfer, Leiterbahnen, welche die Solarzellen nach dem bevorzugten Ultraschallschweissen in gewünschter Weise verbinden, beispielsweise in einer Serienschaltung zur Erzielung einer höheren Spannung oder in Parallelschaltung zur Erzielung einer höheren Stromstärke des bei Lichteinfall auf die Solarzelle erzeugten elektrischen Stromes. Kombinationen dieser Schaltungen sind ebenfalls möglich.
Geeignete Verbindungsanordnungen für die elektrische Verbindung von Solarzellen sind beispielsweise in der WO 2008/113741 A beschrieben.
Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, welche die folgenden Schichten umfasst:
(a) eine halbleitende Schicht mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei auf der ersten Oberfläche eine Vielzahl von ersten Kontaktstellen und zweiten
Kontaktstellen ausgebildet sind, welche entgegengesetzte Polaritäten aufweisen;
(b) eine erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie aus einem' elektrisch nicht leitenden Material, die eine Vielzahl von ersten Löchern aufweist;
(c) eine strukturierte elektrisch leitende Schicht auf einer der halbleitenden Schicht abgewandten Oberfläche der perforierten Folie; wobei die erste ein- oder mehrschichtige perforierte Folie und die halbleitende Schicht so zueinander positioniert sind, dass zumindest ein Teil der ersten Löcher und der ersten Kontaktstellen und der zweiten Kontaktstellen einander gegenüber liegen, und wobei mindestens ein Teil der ersten und zweiten Kontaktstellen über eine lotfreie elektrisch leitende Verbindung mit der strukturierten elektrisch leitenden Schicht verbunden sind, und wobei
(d) auf einer halbleitenden Schicht eine erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie aus einem elektrisch nicht leitenden Material, die eine Vielzahl von ersten Löchern aufweist, aufgebracht wird, und auf dieser perforierten Folie eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird, wobei die perforierte Folie auf der halbleitenden Schicht so aufgebracht wird, dass zumindest ein Teil der ersten Löcher und der ersten Kontaktstellen und der zweiten Kontaktstellen einander gegenüber liegen;
(e) die elektrisch leitende Schicht strukturiert wird; und
(f) die dadurch erhaltene strukturierte elektrisch leitende Schicht durch die ersten Löcher hindurch über eine lotfreie elektrisch leitende.- Verbindung mit den ersten
Kontaktstellen und den zweiten Kontaktstellen verbunden wird.
„Strukturieren der elektrisch leitenden Schicht" bedeutet, dass aus einer ursprünglich kompakten elektrisch leitenden Schicht Teile entfernt werden, so dass nur solche Teile der ursprünglich kompakten elektrisch leitenden Schicht zurückbleiben, die für eine vorgesehene Kontaktierung von Kontaktstellen relevant sind. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die elektrisch leitende Schicht so mit einer Abdeckschicht versehen wird, dass nur die Strukturen der später erhaltenen strukturierten elektrisch leitenden Schicht mit der Abdeckschicht versehen wird. Die nicht mit der Abdeckschicht versehenen Teile der elektrisch leitenden Schicht können dann beispielsweise in einem geeigneten Ätzbad entfernt werden.
Vorzugsweise wird die strukturierte elektrisch leitende Schicht durch Ultraschallschweißen oder Reibschweißen, besonders bevorzugt durch Ultraschallschweißen, mit den ersten Kontaktstellen und den zweiten Kontaktstellen verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine erste ein- oder mehrschichtige Folie aus einem oder mehreren elektrisch nicht leitenden Materialien durch Stanzen unter Bildung einer Vielzahl von ersten Löchern perforiert und die dabei erhaltene erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie mit einer elektrisch leitenden Schicht laminiert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die strukturierte elektrisch leitende Schicht durch die ersten Löcher hindurch auf die ersten Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen gedrückt und anschließend durch Ultraschallschweißen die strukturierte elektrisch leitende Schicht mit den ersten Kontaktstellen und den zweiten Kontaktstellen verbunden. Hierbei wird das Drücken der strukturierten elektrisch leitenden Schicht auf die ersten Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen vorzugsweise mit einem Ultraschailschweißgerät durchgeführt. Hierzu kann ^
die Sonotrode an ihrer Spitze geeignet ausgestaltet sein, um ein optimales Aufdrücken zu gewährleisten.
Die ersten Löcher haben vorzugsweise eine runde Form. Beim Niederdrücken der strukturierten elektrisch leitenden Schicht wird daher im - Allgemeinen ein kreisrunder Ausschnitt der elektrisch leitenden Schicht herunter gedrückt. Zur Verminderung von mechanischen Spannungen kann daher vorgesehen sein, dass vor dem Herunterdrücken zu beiden Seiten eines verbleibenden Steges jeweils ein Kreisabschnitt heraus gestanzt wird.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektrisch leitende Schicht durch Stanzen mit einer Vielzahl von zweiten Löchern versehen, so dass die zweiten Löcher über den ersten Löchern liegen; ein Kontaktband zwischen dem Teil der ersten Kontaktstellen und der zweiten Kontaktstellen und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht angebracht wird; und eine lotfreie elektrisch leitende Verbindung erzeugt wird.
Die ersten und/oder zweiten Löcher können verschiedene Querschnitte haben.
Vorzugsweise haben sowohl die ersten Löcher als auch die zweiten Löcher einen kreisförmigen Querschnitt.
Die Größe der ersten Löcher und/oder der zweiten Löcher entspricht im Allgemeinen einem
Kreis mit einem Durchmesser zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm, wobei die ersten Löcher und die zweiten Löcher vorzugsweise den gleichen Querschnitt haben.
Erfindungsgemäß beträgt die Entfernung zwischen den Löchern (ersten und zweiten
Löchern) und/oder zwischen den Kontaktstellen vorzugsweise 1 bis 15 cm und besonders bevorzugt 3 bis 7 cm.
In den erfindungsgemäßen Solarzellen bzw. beim erfindungsgemäßen Verfahren zu deren Herstellung kann die Erzeugung von zweiten Löchern, vorzugsweise durch Stanzen der elektrisch leitenden Schicht unter Ausbildung von zweiten Löchern in der elektrisch leitenden Schicht, vor oder nach dem Strukturen der metallisch leitenden Schicht, beispielsweise in einem Ätzbad, geschehen. ^
Das Kontaktband wird über den zweiten Löchern aufgebracht und durch Niederdrücken in physischen Kontakt mit der halbleitenden Schicht gebracht. Hierbei kann der physische Kontakt direkt oder indirekt sein. Bei einem indirekten Kontakt befindet sich zwischen dem Kontaktband und der halbleitenden Schicht und/oder der elektrisch leitenden Schicht beispielsweise ein an sich bekannter elektrisch leitender Kleber. Das Kontaktband ist im Allgemeinen an zwei Stellen mit der strukturierten elektrisch leitenden Schicht verbunden und an einer Stelle mit der halbleitenden Schicht. Bei diesen drei Stellen kann eine elektrisch leitende Verbindung durch verschiedene Methoden wie beispielsweise Kleben oder Ultraschallschweißen realisiert sein. Vorzugsweise wird jedoch für alle drei Stellen die gleiche Art der Verbindung verwendet, so dass beispielsweise das Kontaktband an zwei Stellen mittels Ultraschallschweißen mit der elektrisch leitenden Schicht verbunden wird und an einer Stelle mit der halbleitenden Schicht.
Der ggf. elektrisch leitende Kleber kann durch Dispensen oder Siebdruck auf die Zellen oder die Kontaktfolie aufgebracht werden. Es kann sich dabei um Ein- oder Mehrkomponentenkleber handeln, die bei Raumtemperatur, bei erhöhter Temperatur, unter Druck oder UV-Strahlung aushärten.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie, die eine erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie aus einem elektrisch nicht leitenden Material mit einer Vielzahl von ersten Löchern und eine strukturierte elektrisch leitende Schicht aufweist, wobei (g) eine erste ein- oder mehrschichtige Folie aus einem oder mehreren elektrisch nicht leitenden Materialien bereitgestellt wird; (h) die erste ein- oder mehrschichtige Folie mit einer elektrisch leitenden Schicht verbunden wird; (i) auf mindestens einem Teil der elektrisch leitenden Schicht eine Abdeckschicht aufgebracht wird;
(j) die nicht mit der Abdeckschicht versehenen Teile der elektrisch leitenden Schicht in einem Ätzbad entfernt werden; und
(k) durch Stanzen mindestens die erste ein- oder mehrschichtige Folie mit einer Vielzahl von ersten Löchern versehen wird; wobei das Stanzen gemäß Schritt (k) nach jedem der Schritte (g) bis (j) durchgeführt werden kann. ^
Eine Kontaktfolie im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine mindestens zweischichtige Folie, bei der eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material und eine weitere Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sind.
Im Allgemeinen erfolgt das Aufbringen einer AbdeckschicHt erst, nachdem die erste ein- oder mehrschichtige Folie mit einer elektrisch leitenden Schicht verbunden wurde.
Das Aufbringen der Abdeckschicht erfolgt vorzugsweise durch Aufbringen einer Deckfarbe zum Schutz der im Ätzbad nicht wegzuätzenden Teile der elektrisch leitenden Schicht. Die Deckfarbe kann durch verschiedene Verfahren aufgetragen werden, beispielsweise durch Aufsprühen, Aufspritzen oder mittels Siebdruck. Insbesondere für den Fall, dass die Deckfarbe vollflächig aufgetragen wird, ist das Verfahren nicht besonders beschränkt. Sollen dagegen spezifische Strukturen vor dem Ätzen geschützt werden, wird die Deckfarbe vorzugsweise mittels Siebdruck aufgetragen.
Das Ätzbad besteht aus chemischen Substanzen, welche das Wegätzen der nicht geschützten Teile der elektrisch leitenden Schicht ermöglichen. Die Zusammensetzung richtet sich daher nach der Art des eingesetzten Metalls oder elektrisch leitfähigen Polymeren.
Anschließend an den Ätzschritt (j) im Ätzbad kann eine Reinigung der Kontaktierfolie beispielsweise in einem weiteren Bad (Tauchbad) durchgeführt werden. Das Stanzen der Folie kann zwischen dem Ätzschritt und der Reinigung der erhaltenen Kontaktierfolie oder nach der Reinigung des Laminats aus strukturierter elektrischer Schicht und erster ein- oder mehrschichtiger Folie nach dem Durchgang durch das Ätzbad durchgeführt werden; Ein Reinigungschritt nach dem Ätzbad kann insbesondere eine Entfernung der Abdeckschicht (z.B. Deckfarbe) von den geschützten Stellen und/oder von Bestandteilen des Ätzbades zum Gegenstand haben.
Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie eine erste ein- oder mehrschichtige Folie verwendet, die eine beidseitig selbstklebende Isolatorfolie aufweist, auf deren einer Seite eine zweite ein- oder mehrschichtige Folie, z.B. eine Rückseitenfolie angeordnet ist, und auf deren anderer Seite eine Trennfolie, z.B. ein Siloxan-Liner, aufgebracht ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass die erste ein- oder ^
mehrschichtige Folie auf einer mit der elektrisch leitenden Schicht zu verbindenden Oberfläche mit einem Kleber versehen wird.
Bei Verwendung einer zweiten ein- oder mehrschichtigen Folie ist das Stanzen der Isolatorfolie erleichtert, insbesondere, wenn die erste ein- oder mehrschichtige Folie nur aus der Isolatorfolie besteht.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass Solarzellen auf effiziente Weise mit einer sehr guten elektrisch leitenden Verbindung zwischen der zur Stromerzeugung verwendeten Schicht, d.h. der halbleitenden Schicht, und der zur Ableitung des erzeugten Solarstromes verwendeten elektrischen Verschaltung ausgestattet werden können.
Zudem ermöglicht es die vorliegende Erfindung es, dass Rückkontakt-Solarzellen auf optimale Weise mit einer flexiblen gedruckten Schaltung (Kontaktierfolie) elektrisch verbunden und gleichzeitig korrekt zueinander positioniert und fixiert werden können.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen für die erfindungsgemäße Solarzelle und die erfindungsgemäßen Verfahren. Dabei wird Bezug genommen auf die Figuren 1 bis 7.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Solarmodul 3, das in einer linearen Anordnung mehrere Solarzellen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 gezeigten Solarmodul gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt in einer Perspektiven Ansicht eines Ausschnittes aus einer Solarzelle drei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Varianten für elektrisch leitende
Verbindungen zwischen der elektrisch halbleitenden Schicht und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. ^
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Sicht einer ersten Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Sicht einer zweiten" Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie.
Fig. 8 zeigt eine typische Verschaltungsvariante in einem Solarmodul.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Solarmodul 3, das in einer linearen Anordnung mehrere Solarzellen 1 aufweist, wobei von links nach rechts der gezeigte Schichtaufbau an Komplexität zunimmt.
Über einer halbleitenden Schicht 2 mit ersten Kontaktstellen 6 positiver Polarität und zweiten Kontaktstellen 7 negativer Polarität ist eine perforierte Folie 8 aus einem elektrisch nichtleitenden Material mit ersten Löchern 9 angeordnet. Über der perforierten Folie 8 ist eine strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 angeordnet, die über lotfreie elektrische
Verbindungen 11 mit den ersten und zweiten Kontaktstellen 6,7 der halbleitenden Schicht 2 elektrisch leitend verbunden ist. Die ersten und zweiten Kontaktstellen 6,7 der halbleitenden Schicht 2 liegen daher den ersten Löchern 9 der perforierten Folie 8 gegenüber.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 gezeigten Solarmodul gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem zwei miteinander verbundene Solarzellen 1 teilweise zu sehen sind.
Eine halbleitende Schicht 2 weist eine erste Oberfläche 4, die im Betrieb der Solarzelle der Sonneneinstrahlung abgewandt ist, und eine zweite Oberfläche 5, die im Betrieb der Solarmoduls der Sonnenstrahlung zugewandt ist, auf. Die erste Oberfläche 4 der halbleitenden Schicht 2 weist erste Kontaktstellen 6 positiver Polarität und zweite Kontaktstellen 7 negativer Polarität auf. Auf der ersten Oberfläche 4 ist eine perforierte Folie 8 aus einem elektrisch nichtleitenden Material mit ersten Löchern 9 so angeordnet, das die ersten Löcher 9 über den ersten und zweiten Kontaktstellen 6,7 liegen. Über der perforierten Folie 8 ist eine strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 angeordnet, die über lotfreie elektrische Verbindungen 11 mit den ersten und zweiten Kontaktstellen 6,7 der halbleitenden Schicht 2 elektrisch leitend verbunden ist. Die ersten Kontaktstellen 6 und die zweiten ^
Kontaktstellen 7 sind jeweils in alternierenden Reihen angeordnet, um in Verbindung mit einer entsprechend strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 eine optimale Ableitung der erzeugten Elektrizität gewährleisten zu können.
Die Größe der ersten Löcher 9 beträgt bei der in den" Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung jeweils 4 mm, wobei der Abstand der ersten Löcher 9 bei der hier gezeigten Ausführungsform 6 cm beträgt. Andere Größen und Abstände sind möglich.
Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Solarzellen wird als Material der halbleitenden Schicht kristallines Silizium verwendet.
Die in den in Fig. 1 und 2 gezeigten Solarmodulen enthaltenen Solarzellen sind auf hier nicht näher gezeigte Weise elektrisch in einer Serienschaltung miteinander verbunden.
Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eines Ausschnittes aus einer Solarzelle drei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Varianten für elektrisch leitende Verbindungen 11 zwischen der elektrisch halbleitenden Schicht 2 und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 durch eine perforierte Folie 8 hindurch. In der Praxis wird allerdings in der Regel auf einer Solarzelle bzw. einem Solarmodul nur eine dieser Varianten verwendet. Allen Varianten ist gemeinsam, das sich auf einer halbleitenden Schicht 2 mit einer ersten Oberfläche 4 und einer zweiten Oberfläche 5 auf der ersten Oberfläche 4 angeordnet erste und zweite Kontaktstellen 6,7 unterschiedlicher Polarität befinden. Da die Art der Polarität keine Auswirkung auf die elektrische Verbindung hat, ist sie hier nicht angegeben.
Bei der in Fig. 3 links gezeigten ersten Variante wird eine elektrisch leitende Verbindung 11 dadurch realisiert, dass ein auf einer strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 befindliches Kontaktband 12 durch ein erstes Loch 9 in der perforierten Folie 8 und ein zweites Loch 19 in der strukturierten elektrischen Schicht 10 mit einer ersten oder zweiten Kontaktstelle 6,7 der halbleitenden Schicht 2 elektrisch verbunden ist.
Bei der in Fig. 3 in der Mitte gezeigten zweiten Variante wird eine elektrisch leitende
Verbindung 11 zwischen der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 und der halbleitenden Schicht 2 durch einen aus der strukturierten Schicht 10 herausgestanzten Steg 27 realisiert, der auf eine erste oder zweite Kontaktstelle 6,7 der halbleitenden Schicht 2 gedrückt und mittels Ultraschallschweißen elektrisch leitend verbunden wird. Bei der zweiten Variante besteht das zweite Loch 19 somit aus zwei kreisabschnittförmigen Öffnungen.
Bei der rechts in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird die elektrische Verbindung realisiert, indem die strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 durch das' erste Loch 9 hindurch auf eine erste oder zweite Kontaktstelle 6,7 der halbleitenden Schicht 2 gedrückt, beispielsweise unter Verwendung einer geeignet geformten Sonotrode eines Ultraschallschweißgeräts, und anschließend durch Ultraschallschweißen elektrisch verbunden.
Die elektrisch leitende Verbindung 11 wird bei den drei in Fig. 3 gezeigten Varianten durch Ultraschallschweissen hergestellt. Denkbar ist jedoch auch, dass zwischen der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 und der halbleitenden Schicht 2 ein elektrisch leitender Kleber aufgebracht ist, der die elektrische Verbindung realisiert. Bei der ersten Variante kann das Kontaktband 12 ebenfalls auch mittels eines elektrisch leitenden Klebers mit der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 einerseits und mit der halbleitenden Schicht 2 andererseits elektrisch leitend verbunden sein. Der elektrisch leitende Kleber könnte hierbei beispielsweise vor oder nach dem Verbinden der perforierten Folie 8 mit der halbleitenden Schicht 2 auf den Kontaktpunkten 6 und 7 aufgebracht werden.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4 ist die der Sonnenstrahlung abgewandte Seite der Solarzelle oben und die der Sonnenstrahlung zugewandte Seite unten angeordnet/Von der der Sonnenstrahlung abgewandten Seite ausgehend sind zunächst eine Schutzschicht (Backsheet, z.B. aus einem PVF wie Tedlar®) 31 , eine strukturierte elektrisch leitende Schicht 10, eine perforierte elektrisch nichtleitende Schicht 8 mit ersten Löchern 9, eine halbleitende Schicht 2, eine zweite ein- oder mehrschichtige Folie 14, die z.B. eine Antireflexionsschicht und/oder eine Ethylen-Vinylacetat-Polymer-Foiie als weitere Schutzschicht umfasstg, sowie eine Glasscheibe 15 angeordnet.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarzelle ist eine elektrisch leitende Verbindung 11 gemäß der zweiten oder dritten Variante von Fig. 3 realisiert, indem die strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 direkt durch ein erstes Loch 9 hindurch mit einem ersten oder zweiten Kontaktpunkt 6,7 auf der halbleitenden Schicht 2 verbunden ist. Die Verbindung 11 wurde mittels Ultraschallschweißen oder Laserschweißen hergestellt. ^
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die lotfreie elektrische Verbindung 11 mit Hilfe eines Kontaktbandes 12 realisiert ist. Die Schichtenabfolge entspricht der in Fig. 4 gezeigten. In Fig. 5 ist links die erste Variante von Fig. 1 im Schnitt zu sehen.- Die lotfreie elektrische Verbindung 11 wurde bei der ersten Variante mittels Ultraschallschweißen oder Laserschweißen hergestellt. Rechts ist in Fig. 5 eine fünfte Variante für die lotfreie elektrische Verbindung 11 dargestellt, bei der ein Kontaktband 12 mittels eines elektrisch leitenden Klebers 16 sowohl mit der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 als auch mit einem ersten oder zweiten Kontaktpunkt 6,7 auf der halbleitenden Schicht 12 elektrisch leitend verbunden ist.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Sicht einer ersten Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie. Der Pfeil zeigt die Bewegungsrichtung der Folien an.
In dieser Ausführungsform wird als ein- oder mehrschichtige Folie eine einschichtige Folie 17 eingesetzt. Die von einer Vorratsrolle herkommende einschichtige Folie 17 wird in einer Stanzvorrichtung 21 gestanzt und anschließend in einer Klebstoffauftragsvorrichtung 22 auf der anschließend mit einer elektrisch leitenden Schicht zu verbindenden Seite mit Klebstoff beschichtet. Nach der Beschichtung mit Klebstoff wird die mit ersten Löchern 9 versehene perforierte Folie 8 mit einer von einer weiteren Rolle herkommenden Metallfolie als elektrisch leitender Schicht 18 zusammengebracht. Mittels der Laminierwalzen 24 wird ein inniger Verbund zwischen beiden Folien erzeugt. Die der perforierten Folie 8 gegenüber liegende Oberfläche der Metallfolie 18 wird dann in einer ersten Siebdruckvorrichtung 23 an bestimmten zu schützenden Stellen mit einer Abdeckschicht 29 versehen, welche die Funktion hat, die vor einer Wegätzung in einem Ätzbad 20 zu schützenden Stellen der elektrisch leitenden Metallfolie 18 zu schützen. Es erfolgt dann ein Weitertransport des Folienlaminats zu einer zweiten Siebdruckvorrichtung 32, bei der die Rückseite der elektrisch leitenden Schicht 18 vollflächig mit einer Abdeckschicht 29 versehen wird. Anschließend gelangt das auf diese Weise behandelte Folienlaminat in ein Ätzbad 20, wo die nicht geschützten Teile der Metallfolie 18 weggeätzt werden und nur die gewünschten Leiterstrukturen der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 bleiben. Die erhaltene Kontaktierfolie 27 wird dann über Traπsportrollen 25 weiter transportiert, beispielsweise in ^
ein hier nicht gezeigtes Reinigungsbad, um an der Kontaktierfolie 27 anhaftende Reste des Ätzbades 20 und/oder die Abdeckschicht 29 zu entfernen.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Sicht einer zweiten Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie. ' •
Bei der in Fig. 7 gezeigten zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktfolie wird eine beidseitig selbstklebende Isolatorfolie 13, die auf einer Seite eine Trennfolie 26a aufweist, zunächst mit einer Schmelzfolie 30 laminiert. Das Laminieren wird durch die Laminierwalzen 24 unterstützt. Die dabei erhaltene ein- oder mehrschichtige Folie 17 aus einem oder mehreren elektrisch nicht leitenden Materialien wird anschließend in einer Stanzvorrichtung 21 gestanzt. Daraufhin wird die gestanzte Trennfolie 26b nach oben abgezogen, während die ein- oder mehrschichtige perforierte Folie 28 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material mit einer von einer weiteren Rolle herkommenden Metallfolie als elektrisch leitender Schicht 18 zusammengebracht wird. Unter Verwendung der Laminierwalzen 24 wird ein inniger Verbund dieser beiden Folien erzeugt. Anschließend wird die der mehrschichtigen perforierten Folie 28 gegenüber liegende Oberfläche der Metallfolie 18 in einer ersten Siebdruckvorrichtung 23 an vor einer Wegätzung zu schützenden Stellen mit einer Abdeckschicht 29 versehen, welche die Funktion hat, die vor einer Wegätzung in einem Ätzbad 20 zu schützenden Stellen der elektrisch leitenden Metallfolie 18 zu schützen. Es erfolgt dann ein Weitertransport des Folienlaminats zu einer zweiten Siebdruckvorrichtung 32, bei der die Rückseite der elektrisch leitenden Schicht 18 vollflächig mit einer Abdeckschicht 29 versehen wird. Anschließend gelangt das auf diese Weise behandelte Folienlaminat in ein Ätzbad 20, wo die nicht geschützten Teile der Metallfolie 18 weggeätzt werden und nur die gewünschten Leiterstrukturen der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 bleiben. Die erhaltene Kontaktierfolie 27 wird dann über Transportrollen 25 weiter transportiert, beispielsweise durch ein hier nicht gezeigtes Reinigungsbad (Tauchbad), um an der Kontaktierfolie 27 anhaftende Reste des Ätzbades 20 und/oder die Abdeckschicht 29 zu entfernen.
Fig. 8 zeigt eine typische Verschaltungsvariante in einem Solarmodul. Gezeigt sind zwei Solarzellen 1 mit ersten Kontaktstellen 6 positiver Polarität und mit zweiten Kontaktstellen 7 negativer Polarität. Die ersten Kontaktstellen 6 sind in der links dargestellten Solarzelle elektrisch leitend mit einem ersten Kontaktfinger 33 verbunden und die zweiten Kontaktstellen 7 negativer Polarität sind in der rechts dargestellten Solarzelle elektrisch ^
leitend mit einem zweiten Kontaktfinger 34 verbunden. Erster Kontaktfinger 33 und zweiter Kontaktfinger 34 sind wiederum miteinander verbunden und stellen so eine elektrische Verbindung der beiden Solarzellen her. Auf analoge Weise sind diese beiden Solarzellen mit weiteren, in Fig. 8 nicht gezeigten Solarzellen verbunden.
^
Bezugszeichenliste
1 Solarzelle
2 Halbleitende Schicht 3 Solarmodul
4 Erste Oberfläche der halbleitenden Schicht
5 Zweite Oberfläche der halbleitenden Schicht
6 Erste Kontaktstellen (positive Polarität)
7 Zweite Kontaktstellen (negative Polarität) 8 Perforierte Folie aus einem elektrisch nicht leitenden Material
9 Erste Löcher (in isolierender Schicht)
10 Strukturierte elektrische leitende Schicht
11 Elektrisch leitende Verbindung
12 Kontaktband 13 Beidseitig selbstklebende Isolatorfolie
14 „Zwischenfolie"
15 Glasscheibe
16 Elektrisch leitender Kleber
17 Erste ein- oder mehrschichtige Folie (isolierend) 18 Elektrisch leitende Schicht
19 Zweite Löcher (in elektrisch leitender Schicht)
20 Ätzbad
21 Perforationsgerät
22 Klebstoffauftragungsgerät 23 Erste Siebdruckvorrichtung
24 Laminierwalzen
25 Transportrollen 26a Trennfolie
26b Perforierte Trennfolie 27 Kontaktfolie
28 Perforierte ein- oder mehrschichtige Folie
29 Abdeckschicht
30 Schmelzfolie
31 Schutzfolie 32 Zweite Siebdruckvorrichtung erster Kontaktfinger zweiter Kontaktfinger

Claims

^Patentansprüche
1. Solarzelle (1), welche die folgenden Schichten umfasst:
(a) eine halbleitende Schicht (2) mit einer ersten Oberfläche (4) und einer zweiten Oberfläche (5), wobei auf der ersten Oberfläche (4) eine. Vielzahl von ersten
Kontaktstellen (6) und zweiten Kontaktstellen (7) ausgebildet sind, welche entgegengesetzte Polaritäten aufweisen;
(b) eine erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie (8,28) aus einem elektrisch nicht leitenden Material, die eine Vielzahl von ersten Löchern (9) aufweist;
(c) eine strukturierte elektrisch leitende Schicht (10) auf einer der halbleitenden Schicht (2) abgewandten Oberfläche der perforierten Folie (8,28); wobei die perforierte Folie (8,28) und die halbleitende Schicht (2) so zueinander positioniert sind, dass zumindest ein Teil der ersten Löcher (9) und der ersten Kontaktstellen (6) und der zweiten Kontaktstellen (7) einander gegenüber liegen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der ersten Kontaktstellen (6) und der zweiten Kontaktstellen (7) über eine lotfreie elektrisch leitende Verbindung (11) mit der strukturierten elektrisch leitenden Schicht (10) verbunden sind.
2. Solarzelle (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die lotfreie elektrisch leitende Verbindung (11) ein Kontaktband (12) zwischen dem Teil der ersten und zweiten Kontaktstellen (6,7) und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht (10) umfasst.
3. Solarzelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lotfreie elektrisch leitende Verbindung (11) einen elektrisch leitenden Kleber (16) umfasst.
4. Solarzelle (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lotfreie elektrisch leitende Verbindung (11) durch Ultraschallschweißen oder durch Laserschweißen erhältlich ist.
5. Soiarzeile (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lotfreie elektrisch leitende Verbindung (11 ) eine direkte Verbindung zwischen dem Teil der ersten und zweiten Kontaktstellen (6,7) und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht (10) ist. ^
6. Solarmodul (3), umfassend eine Vielzahl von Solarzellen (1 ) nach Anspruch 1.
7. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (1), welche die folgenden Schichten umfasst:
(a) eine halbleitende Schicht (2) mit einer ersten Oberfläche (4) und einer zweiten Oberfläche (5), wobei auf der ersten Oberfläche (4) eine Vielzahl von ersten Kontaktstellen (6) und zweiten Kontaktstellen (7) ausgebildet sind, welche entgegengesetzte Polaritäten aufweisen; (b) eine erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie (8,28) aus einem elektrisch nicht leitenden Material, die eine Vielzahl von ersten Löchern (9) aufweist;
(c) eine strukturierte elektrisch leitende Schicht (10) auf einer der halbleitenden Schicht (2) abgewandten Oberfläche der perforierten Folie (8,28); wobei die perforierte Folie (8,28) und die halbleitende Schicht (2) so zueinander positioniert sind, dass zumindest ein Teil der ersten Löcher (9) und der ersten
Kontaktstellen (6) und der zweiten Kontaktstellen (7) einander gegenüber liegen, und wobei mindestens ein Teil der ersten und zweiten Kontaktstellen (6,7) über eine lotfreie elektrisch leitende Verbindung (11 ) mit der strukturierten elektrisch leitenden Schicht (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
(d) auf einer halbleitenden Schicht (2) eine erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie (8,28) aus einem elektrisch nicht leitenden Material, die eine Vielzahl von ersten Löchern (9) aufweist, aufgebracht wird, und auf dieser perforierten Folie (8,28) eine elektrisch leitende Schicht (18) aufgebracht wird, wobei die perforierte Folie (8,28) auf der halbleitenden Schicht (2) so aufgebracht wird, dass zumindest ein Teil der ersten Löcher (9) und der ersten Kontaktstellen (6) und der zweiten Kontaktstellen (7) einander gegenüber liegen; (e) die elektrisch leitende Schicht (18) strukturiert wird; und (f) die dadurch erhaltene strukturierte elektrisch leitende Schicht (10) durch die ersten Löcher (9) hindurch über eine lotfreie elektrisch leitende Verbindung (11) mit den ersten Kontaktstellen (6) und den zweiten Kontaktstellen (7) verbunden wird. z 4
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte elektrisch leitende Schicht (10) durch Ultraschallschweißen oder durch Laserschweißen mit den ersten Kontaktstellen (6) und den zweiten Kontaktstellen (7) verbunden wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste ein- oder mehrschichtige Folie (17) aus einem oder mehreren elektrisch nicht leitenden Materialien durch Stanzen unter Bildung einer Vielzahl von ersten Löchern (9) perforiert wird und die dabei erhaltene erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie (8) mit einer elektrisch leitenden Schicht (18) laminiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte elektrisch leitende Schicht (10) durch die ersten Löcher (9) hindurch auf die ersten Kontaktstellen (6) und die zweiten Kontaktstellen (7) gedrückt wird und anschließend durch Ultraschallschweißen die strukturierte elektrisch leitende Schicht
(10) mit den ersten Kontaktstellen (6) und den zweiten Kontaktstellen (7) verbunden wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Drücken der strukturierten elektrisch leitenden Schicht (10) auf die ersten Kontaktstellen (6) und die zweiten Kontaktstellen (7) mit einem Ultraschallschweißgerät durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (18) durch Stanzen mit einer Vielzahl von zweiten Löchern (19) versehen wird, so dass die zweiten Löcher (19) über den ersten Löchern (9) liegen; ein Kontaktband (12) zwischen dem Teil der ersten Kontaktstellen (6) und der zweiten Kontaktstellen (7) und der strukturierten elektrisch leitenden Schicht (10) angebracht wird; und eine lotfreie elektrisch leitende Verbindung (11) erzeugt wird.
13. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie (27), die eine erste ein- oder mehrschichtige, perforierte Folie (8,28) aus einem elektrisch nicht leitenden Material mit einer Vielzahl von ersten Löchern (9) und eine strukturierte elektrisch leitende Schicht (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ^
(g) eine erste ein- oder mehrschichtige Folie (17) aus einem oder mehreren elektrisch nicht leitenden Materialien bereitgestellt wird; (h) die erste ein- oder mehrschichtige Folie (17) mit einer elektrisch leitenden
Schicht (18) verbunden wird; (i) auf mindestens einem Teil der elektrisch leitenden Schicht '(18) eine
Abdeckschicht (29) aufgebracht wird; (j) die nicht mit der Abdeckschicht (29) versehenen Teile der elektrisch leitenden
Schicht (18) in einem Ätzbad (20) entfernt werden; und
(k) durch Stanzen mindestens die erste ein- oder mehrschichtige Folie (17) mit einer Vielzahl von ersten Löchern (9) versehen wird; wobei das Stanzen gemäß Schritt (k) nach jedem der Schritte (g) bis (j) durchgeführt werden kann.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste ein- oder mehrschichtige Folie (17) eine beidseitig selbstklebende Isolatorfolie (13) aufweist, auf deren einer Seite eine Schutzfolie (30) und auf deren anderer Seite eine Trennfolie (26a) aufgebracht ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste ein- oder mehrschichtige Folie (17) auf einer mit der elektrisch leitenden Schicht (18) zu verbindenden Oberfläche mit einem Kleber versehen wird.
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