WO2011131567A2 - Verfahren zur herstellung eines photovoltaikmoduls mit rückseitenkontaktierten halbleiterzellen und photovoltaik-modul - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a photovoltaic module with back-contacted semiconductor cells and a photovoltaic module.
- Prior art photovoltaic modules based on semiconductors consist of a plurality of semiconductor cells. In these, an electric voltage is generated under the action of an external light incidence.
- the semiconductor cells are expediently connected to one another in order to be able to tap as high currents as possible from the photovoltaic module. For a contacting of the semiconductor cells and an appropriate wiring within the photovoltaic module is necessary.
- bands are used for routing. These are usually band-shaped conductor sections made of metal, in particular of copper.
- the contacting between a ribbon and the semiconductor cells interconnected therewith usually takes place by means of a soft solder connection. In this case, the contacts are guided from an upper light-active side of a semiconductor cell to a light-remote rear side of a next adjacent semiconductor cell. At the contact points between the ribbon and the semiconductor cell are located on the semiconductor cells metallized contact areas on which the solder joint is made.
- the method for producing a photovoltaic module with back-contacted semiconductor cells with contact areas provided on each contact side for a photovoltaic module includes the following method steps:
- a non-conductive carrier in the form of the film or of the laminate is provided with an at least one-sided, at least partially, electrically conductive carrier coating. Subsequently, the at least partially carrier coating is covered with an anisotropically conductive adhesive layer. The contact sides of the semiconductor cells are deposited on the coated with the adhesive layer carrier coating. There is a fixing of each semiconductor cell by a pressure and / or heat to generate Leitfaden between the carrier coating and the contact areas within the anisotropic conductive adhesive layer. In this process, the adhesive is cured and also the mechanical connection realized.
- the basic idea of the method is to make use of the anisotropy of such anisotropically conductive adhesives in order to reduce the manufacturing tolerances for the anisotropic conductive adhesives To increase the size of the photovoltaic module.
- This succeeds dad urch by the adhesive layer is electrically conductive only at the Stel len when forming the adhesive bond, where the adhesive layer between the contact areas of Hal bleiterzel len on the one hand and the conductive carrier coating on the other hand is included. At other locations, the adhesive layer remains in an electrically insulating state. Therefore, the adhesive layer can be applied to the carrier in a relatively large amount and without large positional quantity.
- the covering of the carrier coating can take place in different ways.
- the carrier coating with the anisotropically conductive adhesive layer is covered by printing.
- the coating of the carrier coating with the anisotropically conductive adhesive layer is carried out by laminating an adhesive film.
- an image recognition of the carrier coating a is performed when the carrier coating is covered.
- image recognition position determination of coverage sections is performed.
- the aisotropically conductive adhesive layer is applied to the cover sections.
- Particularly advantageous is a pre-crosslinking of the anisotropically conductive adhesive layer after covering the carrier coating in the context of a b-stag ing process.
- the carrier covered with the adhesive layer can be temporarily stored and kept ready for the subsequent production steps.
- a laminating step for encapsulating the semiconductor cells can be carried out.
- the semiconductor cells are firmly connected to the carrier.
- the entirety of the carrier and the laminated semiconductor cells forms an intermediate product which can be kept in stock for subsequent production steps, for example joining with a glass front.
- a photovoltaic module is provided with a plurality of semiconductor cells with a rear-side contact and a carrier, wherein the carrier is formed as a film.
- the carrier has an at least one-sided and at least partially electrically conductive carrier coating and the semiconductor cells are connected point-wise with the carrier coating via an anisotropically conductive adhesive layer and contacted.
- the carrier coating is laminated to the carrier.
- the anisotropically conductive adhesive layer is formed as an adhesive film.
- the semiconductor cells, the carrier, the carrier coating, and the anisotropic conductive adhesive layer form a laminate encapsulated composite.
- FIG. 1 shows a representation of a semiconductor cell with a contact side and contact areas
- Fig. 3 is an anisotropic applied to the carrier of Fig. 2
- Fig. 5 shows a laminated composite of semiconductor cell, carrier and
- Adhesive layer Adhesive layer.
- the semiconductor cell is formed for example of silicon and has the usual for such units, not shown here dopants and transition regions.
- a contact side 2 is provided for contacting the semiconductor cell. This is located on the side facing away from the later incidence of light of the semiconductor cell.
- Contact side are arranged a number of contact areas 3. These are in particular galvanically metallized and are slightly raised compared to their environment.
- Figures 2, 3 and 4 show a Maisier compiler the example of a single semiconductor cell using an anisotropically conductive adhesive.
- the carrier 4 used for this purpose consists of an electrically non-conductive film. This has at least in sections and at least on one side a conductive carrier coating 5.
- the carrier coating consists for example of a metal foil which is laminated to the carrier 4. Alternatively, vapor deposited metallizations, conductive polymer materials, or other compounds, such as indium zinc oxide (ITO) may be used.
- ITO indium zinc oxide
- the carrier coating is also slightly raised relative to the environment.
- anisotropic conductive adhesive ACA is also known for such an adhesive.
- Such contains in addition to the actual adhesive and electrically non-conductive base material embedded therein conductive body 6a, which are formed in particular as metal particles. These are distributed sufficiently thinly in the adhesive, so that the adhesive as such is not conductive even after application.
- the conductive contact is made only when the semiconductor cell is mounted. In this case, the base material of the adhesive is displaced from the contact areas, while the conductive particles are trapped between the contact areas of the semiconductor cells and the conductive carrier coating and establish a conductive connection between the two areas.
- connection thus adjusts itself exclusively to the contact areas.
- the adhesive can thus be applied generously to surface coverage.
- Various types of anisotropic conductive adhesives can be used.
- Such adhesives usually contain spherical silver particles, while the resin is sufficiently resistant to moisture and has stable dielectric material parameters.
- Adhesives cure at a bonding temperature of about 200 to 250 ° C. However, the joining temperature is much lower than the temperature usually required in a conventional soldering.
- thermosetting anisotropic conductive adhesive instead of a thermosetting anisotropic conductive adhesive and an adhesive may be used, the base material under a thermosetting anisotropic conductive adhesive and an adhesive may be used, the base material under a thermosetting anisotropic conductive adhesive and an adhesive may be used, the base material under a thermosetting anisotropic conductive adhesive and an adhesive may be used, the base material under a thermosetting anisotropic conductive adhesive and an adhesive may be used, the base material under a
- so-called b-staging-capable anisotropic conductive adhesives can be used.
- Such adhesives are materials whose base materials enable two-stage or multi-stage crosslinking or curing.
- the adhesive is first deposited on the intended places and then pre-cured or pre-crosslinked without putting the part to be fitted. In this process, which is carried out, for example, under the action of radiation and / or the action of heat, the adhesive is fixed and homogenized on the carrier, but retains its adhesive effect.
- the part to be provided in the present case the semiconductor cell, is set up only at a later time and in a second curing or cross-linking process finally and permanently connected to the carrier conductive.
- Adhesives in the form of an adhesive film or a laminatable adhesive layer are also advantageously usable. These can be rolled onto the carrier and remain there as a layer capable of being tacky for a relatively long time. During the joining process and thereby taking place heat input of the adhesive layer assumes a fluid state, whereby the pressing and Contacting the semiconductor cells is made possible. Subsequently, the adhesive film or the adhesive layer solidifies again, the contacting connection of the semiconductor cell takes place and the adhesive cures in the remaining places final. In the example shown in FIG. 3, the entire surface of the adhesive film or a laminatable adhesive layer are also advantageously usable. These can be rolled onto the carrier and remain there as a layer capable of being tacky for a relatively long time. During the joining process and thereby taking place heat input of the adhesive layer assumes a fluid state, whereby the pressing and Contacting the semiconductor cells is made possible. Subsequently, the adhesive film or the adhesive layer solidifies again, the contacting connection of the semiconductor cell takes place and the adhesive
- Carrier covered Of course, only partially executed adhesive covering is possible.
- an image recognition of the carrier coating can additionally be carried out, in which connection the covering takes place only at clearly identified and locally isolated points of the carrier coating.
- a printing method or a lamination method using an adhesive film For applying the adhesive, as mentioned, recourse can be had to a printing method or a lamination method using an adhesive film.
- the printing process is particularly suitable when the adhesive layer is partially applied.
- screen printing methods with appropriate templates can be used.
- the lamination process is advantageous if the entire support surface is to be covered without distinction.
- the support together with the adhesive layer to be laminated is placed in a rolling apparatus which press-connects both components together.
- the anisotropically conductive adhesive can be applied to the carrier and pretreated as already mentioned in a process referred to as b-staging.
- b-staging is to remove excess solvent from the area of the adhesive and to pre-crosslink and homogenize the adhesive.
- heat treatment processes or treatments with electromagnetic radiation in the UV range can be used. This has the advantage that in the actual production of the photovoltaic module no adhesive for the
- the semiconductor cells 1 are each placed with their contact sides on the area covered with the adhesive and then under pressure and / or heat application with the carrier.
- the conductive particles contained in the adhesive come into electrically conductive contact both with the conductive carrier coating 5 and with the contact regions 3 of the semiconductor cell.
- These include in the joining process, the conductive particles contained in the adhesive 6a into it and thus form at this point selective conductive paths 7, while at the remaining locations, the particles are separated from each other, so that there the adhesive remains electrically non-conductive.
- the heat load of the semiconductor cell is much lower than in an otherwise used soldering process.
- the joining accuracy for the position of the semiconductor cells is in the range of the lateral dimensions of the carrier coating 5. Accordingly, the adhesive itself does not have to be applied with high accuracy.
- the arrangement of semiconductor cell, carrier and adhesive layer can subsequently be covered with a lamination 8.
- the resulting composite can be connected as a whole with a glass carrier, not shown here.
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit rückseitenkontaktierten Halbleiterzellen (1) mit jeweils auf einer Kontaktseite (2) vorgesehenen Kontaktbereichen (3) für ein Photovoltaik-Modul, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte Bereitstellen eines nichtleitenden Trägers (4) in Form der Folie oder des Laminates mit einer mindestens einseitigen, mindestens abschnittsweisen leitfähigen Trägerbeschichtung (5), Auftragen eines anisotrop-leitfähigen Klebstoffs (6) auf die Trägerbeschichtung, Aufsetzen der Halbleiterzellen (1) auf die mit dem Klebstoff versehene Trägerbeschichtung, Fixieren jeder Halbleiterzelle durch eine Druck- und/oder Wärmeeinwirkung zum Ausbilden von Leitpfaden (7) innerhalb des anisotrop-leitfähigen Klebstoffs zwischen der Trägerbeschichtung und der jeweiligen Kontaktseite (2) der Halbleiterzelle.
Description
Beschreibung Titel
Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit rückseitenkontak- tierten Halbleiterzellen und Photovoltaik-Modul
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit rückseitenkontaktierten Halbleiterzellen und ein Photovoltaik- Modul.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik bekannte Photovoltaik-Module auf der Basis von Halbleitern bestehen aus einer Vielzahl von Halbleiterzellen. In diesen wird unter der Wirkung eines äußeren Lichteinfalls eine elektrische Spannung erzeugt. Die Halbleiterzellen sind zweckmäßig miteinander verschaltet, um von dem Photovoltaik-Modul möglichst hohe Ströme abgreifen zu können. Damit ist eine Kontaktierung der Halbleiterzellen und eine zweckmäßige Leitungsführung innerhalb des Photovoltaik-Moduls notwendig.
Bei bekannten Photovoltaik-Modulen werden zur Leitungsführung sogenannte Bändchen verwendet. Dabei handelt es sich in der Regel um bandförmig ausgebildete Leiterabschnitte aus Metall, insbesondere aus Kupfer. Die Kontaktierung zwischen einem Bändchen und den damit verschalteten Halb- leiterzellen erfolgt üblicherweise mittels einer Weichlotverbindung. Dabei sind die Kontakte von einer oberen lichtaktiven Seite einer Halbleiterzelle auf eine lichtabgewandte rückwärtige Seite einer nächst benachbarten Halbleiterzelle geführt. An den Kontaktstellen zwischen dem Bändchen und der Halbleiterzelle befinden sich auf den Halbleiterzellen metallisierte Kontaktbereiche, auf denen die Lotverbindung vorgenommen wird.
Zum Erhöhen der Lichtausbeute derartiger Photovoltaik-Module wurden Versuche unternommen, die beschriebenen Kontaktierungen vollständig auf die lichtabgewandte rückwärtige Seite der Halbleiterzellen zu verlegen.
Diese lichtabgewandte Seite bildet dann eine Kontaktseite der jeweiligen Halbleiterzellen. Dabei müssen die auf der Kontaktseite angeordneten Kontaktbereiche jeweils zweckmäßig kontaktiert werden. Bei einer Vielzahl von Halbleiterzellen in einer zu realisierenden Verschaltung und einer gegebenen geometrischen Anordnung werden durch dieses Erfordernis erhebli- che Ansprüche an die Genauigkeit der Kontaktierungen gestellt, um Fehlschaltungen und Kurzschlussverbindungen sicher zu vermeiden. Die damit verbundenen Schwierigkeiten im Hinblick auf die genaue Positionierung der Halbleiterzellen in einer gegebenen Zellenanordnung führen dazu, dass die hinsichtlich der Energieausbeute des Photovoltaik-Moduls vorteilhafte Rück- seitenkontaktierung einen komplizierteren Fertigungsprozess mit sich bringt, der vor allem eine rationelle Produktion derartiger Module im Großserienmaßstab behindert.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit rückseitenkon- taktierten Halbleiterzellen mit jeweils auf einer Kontaktseite vorgesehenen Kontaktbereichen für ein Photovoltaik-Modul beinhaltet folgende Verfahrensschritte:
Es wird ein nichtleitender Träger in Form der Folie oder des Laminates mit einer mindestens einseitigen, mindestens abschnittsweisen elektrisch leitfähigen Trägerbeschichtung bereitgestellt. Anschließend wird die mindestens abschnittsweise Trägerbeschichtung mit einer anisotrop-leitfähigen Kleb- Stoffschicht bedeckt. Die Kontaktseiten der Halbleiterzellen werden auf die mit der Klebstoffschicht bedeckte Trägerbeschichtung abgesetzt. Es erfolgt ein Fixieren jeder Halbleiterzelle durch eine Druck- und/oder Wärmeeinwirkung zum Erzeugen von Leitpfaden zwischen der Trägerbeschichtung und den Kontaktbereichen innerhalb der anisotrop-leitfähigen Klebstoffschicht. Bei diesem Prozess wird der Klebstoff gehärtet und ebenso die mechanische Verbindung realisiert.
Grundgedanke des Verfahrens ist es, die Anisotropie derartiger anisotrop- leitfähiger Klebstoffe dazu zu nutzen, um die Fertigungstoleranzen für die
Herstel l ung des Photovoltaikmod uls zu verg rößern . Dies gelingt dad urch, indem bei dem Herausbilden der Klebeverbindung d ie Klebstoffschicht nur an den Stel len elektrisch leitfähig wird, an denen die Klebstoffschicht zwischen den Kontaktbereichen der Hal bleiterzel len einerseits und der leitfähigen Trägerbeschichtung andererseits eingeschlossen ist. An a llen ande- ren Stellen verbleibt die Klebstoffschicht in einem elektrisch isolierenden Zustand . Daher kann die Klebstoffschicht vergleichsweise g roßzüg ig und ohne große Positionsgena uigkeit auf den Träger aufgebracht werden .
Andererseits muss die Lage der aufgesetzten Hal bleiterzel len gegenüber dem Stand der Technik weita us weniger genau sein .
Das Bedecken der Trägerbeschichtung kann a uf verschiedene Weise erfolgen . Bei einer ersten Ausführungsform wird d ie Trägerbeschichtung mit der anisotrop-leitfähigen Klebstoffschicht durch ein Aufdrucken überdeckt. Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Bedecken der Trägerbeschich- tung mit der anisotrop-leitfähigen Klebstoffschicht d urch ein Auflaminieren eines Klebefilms.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei dem Bedecken der Trägerbeschichtung vora b eine Bilderkennung der Trägerbeschichtung a usgeführt. Bei der Bilderkennung wird eine Positionsbestimmung von Bedeckungsabschnitten ausgeführt. Nachfolgend wird d ie a nisotrop-leitfähige Klebstoffschicht auf die Bedeckungsabschnitte aufgebracht. M it einem derartigen Vorgehen können Lageabweichungen in der Trägerbeschichtung erfasst und im Einzelfal l ausgeg lichen werden . Gleichzeitig wird d ie Menge des einge- setzten Klebstoffs red uziert, wobei der Klebstoff nur auf a usgewählte oder vorbestimmte Punkte oder Bereiche a bgesetzt wird .
Besonders zweckmäßig ist ein nach dem Bedecken der Trägerbeschichtung erfolgendes Vorvernetzen der anisotrop-leitfähigen Klebstoffschicht im Rahmen eines b-stag ing-Prozesses. Dadurch wird das Auftragen der Klebstoffschicht zeitl ich von dem Fügeschritt des Aufsetzens der Hal bleiterzel len getrennt. Der mit der Klebstoffschicht bedeckte Träger kann zwischengelagert und für die nachfolgenden Herstell ungsschritte a uf Vorrat bereitgehalten werden .
Zweckmäßigerweise kann nach dem Aufsetzen der Halbleiterzellen auf den Träger ein Laminierschritt zum Verkapseln der Halbleiterzellen ausgeführt werden. Dadurch sind die Halbleiterzellen mit dem Träger fest verbunden. Zudem bildet die Gesamtheit aus dem Träger und den einlaminierten Halbleiterzellen ein Zwischenerzeugnis, das für nachfolgende Fertigungs- schritte, beispielsweise ein Verbinden mit einer Glasfront, auf Vorrat gehalten werden kann.
Bei diesem Verkapselungsprozess ist es natürlich auch möglich, die Glasfront oder einen Glasträger für das Photovoltaikmodul mit zu laminieren oder auf andere Weise mit dem laminierten Verbund zu verbinden. Dies kann insbesondere durch ein Verkleben erfolgen.
Vorrichtungsseitig ist ein Photovoltaikmodul mit einer Vielzahl von Halbleiterzellen mit einer Rückseitenkontaktierung und einen Träger vorgesehen, wobei der Träger als eine Folie ausgebildet ist. Der Träger weist eine mindestens einseitige und mindestens abschnittsweise elektrisch leitfähige Trägerbeschichtung auf und die Halbleiterzellen sind mit der Trägerbeschichtung über eine anisotrop-leitfähige Klebstoffschicht punktweise verbunden und kontaktiert.
Bei einer Ausführungsform ist die Trägerbeschichtung auf den Träger auflaminiert.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform ist die anisotrop-leitfä- hige Klebstoffschicht als ein Klebefilm ausgebildet.
Zweckmäßigerweise bilden die Halbleiterzellen, der Träger, die Trägerbeschichtung und die anisotrop-leitfähige Klebstoffschicht bei einer weiteren Ausführungsform einen durch eine Laminierung verkapselten Verbund.
Zeichnungen
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Photovoltaik- Module sollen nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläu-
tert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten Figuren 1 bis 5. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung einer Halbleiterzelle mit einer Kontaktseite und Kontaktbereichen,
Fig. 2 eine Ausgangsform für einen Träger zum Ausführen einer anisotrop leitfähigen Verklebung,
Fig. 3 eine auf den Träger aus Fig. 2 aufgebrachte anisotrop
leitfähige Klebeschicht,
Fig.4 eine aufgesetzte Halbleiterzelle mit einer Herausbildung der leitenden Verbindung innerhalb der Klebeschicht,
Fig. 5 einen laminierten Verbund aus Halbleiterzelle, Träger und
Klebeschicht.
Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen wird aus Gründen einer übersichtlichen Darstellung jeweils die Befestigung nur einer Halbleiterzelle auf einem Träger dargestellt. Es ist einsichtig, dass weitere gleichartige Halbleiterzellen in einer vergleichbaren Weise auf dem Träger angeordnet werden können.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften Halbleiterzelle 1 im Querschnitt. Die Halbleiterzelle ist beispielsweise aus Silizium ausgebildet und weist die für derartige Einheiten üblichen, hier nicht näher dargestellten Dotierungen und Übergangsbereiche auf. Zur Kontaktierung der Halbleiterzelle ist eine Kontaktseite 2 vorgesehen. Diese befindet sich auf der dem späteren Lichteinfall abgewandten Seite der Halbleiterzelle. Auf der
Kontaktseite sind eine Reihe von Kontaktbereichen 3 angeordnet. Diese sind insbesondere galvanisch metallisiert und sind gegenüber ihrer Umgebung leicht erhaben.
Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen ein Kontaktierverfahren am Beispiel einer einzelnen Halbleiterzelle unter der Anwendung eines anisotrop leitenden Klebstoffs.
Der dazu benutzte Träger 4 besteht aus einer elektrisch nicht leitenden Folie. Diese weist mindestens abschnittsweise und mindestens einseitig eine leitfähige Trägerbeschichtung 5 auf. Die Trägerbeschichtung besteht beispielweise aus einer Metallfolie, die auf den Träger 4 auflaminiert ist. Alternativ können auch aufgedampfte Metallisierungen, leitfähige Polymermaterialien oder andere Verbindungen, beispielsweise Indium-Zink-Oxid (ITO) verwendet werden. Die Trägerbeschichtung ist gegenüber dem Umgebung ebenfalls leicht erhaben.
Gemäß der Darstellung aus Fig. 3 wird die leitfähige Trägerbeschichtung mit einer anisotrop leitenden Klebstoffschicht 6 bedeckt. Für einen derarti- gen Klebstoff ist auch die Bezeichnung anisotropic conductive adhesive ACA bekannt. Ein solcher enthält neben dem eigentlichen klebfähigen und elektrisch nicht leitfähigen Grundstoff darin eingebettete leitfähige Körper 6a, die insbesondere als Metallpartikel ausgebildet sind. Diese sind im Klebstoff hinreichend dünn verteilt, so dass der Klebstoff als solcher auch nach dem Auftragen nicht leitfähig ist. Der leitfähige Kontakt wird erst dann hergestellt, wenn die Halbleiterzelle aufgesetzt wird. Dabei wird der Grundstoff des Klebstoffs aus den Kontaktbereichen verdrängt, während die leitfähigen Partikel zwischen den Kontaktbereichen der Halbleiterzellen und der leitfähigen Trägerbeschichtung eingeklemmt werden und zwischen beiden Flächen eine leitfähige Verbindung herstellen. Diese leitfähige
Verbindung stellt sich somit ausschließlich an den Kontaktbereichen ein. Der Klebstoff kann somit großzügig bis flächendeckend aufgetragen werden. Es können verschiedene Arten anisotrop-leitfähiger Klebstoffe verwendet werden. So ist insbesondere die Verwendung eines mikroverkapselten anisotrop leitfähigen Harzes möglich. Derartige Klebstoffe enthalten meist sphärische Silberpartikel, während das Harz hinreichend feuchtigkeitsbeständig ist und stabile dielektrische Materialparameter aufweist. Derartige
Klebstoffe härten bei einer Fügetemperatur von ca. 200 bis 250 °C aus. Die Fügetemperatur ist aber weitaus geringer als die üblicherweise notwendige Temperatur bei einem herkömmlichen Lötvorgang.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines siebdruckfähigen anisotrop- leitfähigen Klebstoffs. Dieser lässt sich leicht verarbeiten und konturgenau auch bei besonders dichten Verschaltungen auftragen, wobei die Fügetemperaturen bei ca. 110 bis 170 °C liegen und somit deutlich niedriger sind.
Anstelle eines thermisch aushärtenden anisotrop-leitfähigen Klebstoffs kann auch ein Klebstoff verwendet werden, dessen Grundstoff unter einer
Strahlungseinwirkung, insbesondere unter der Einwirkung von UV- oder IR- Strahlung, aushärtet. Dadurch lässt sich die Wärmebelastung beim Fügen des Solarmoduls weiter senken oder sogar ganz beseitigen. Derartige Klebstoffe zeichnen sich durch kurze Aushärtezeiten aus und können somit besonders gut bei Großserienfertigungen eingesetzt werden.
Weiterhin können auch so genannte b-staging-fähige anisotrop-leitfähige Klebstoffe eingesetzt werden. Bei derartigen Klebstoffen handelt es sich um Materialien, deren Grundstoffe ein zwei- oder mehrstufiges Vernetzen bzw. Aushärten ermöglichen. Der Klebstoff wird dabei zunächst auf den vorgesehenen Stellen abgesetzt und anschließend vorverhärtet oder vorvernetzt, ohne das zu verfügende Teil aufzusetzen. Bei diesem, beispielsweise unter Strahlungseinwirkung und/oder Wärmeeinwirkung ausgeführten Prozess wird der Klebstoff auf dem Träger fixiert und homogenisiert, behält aber seine klebende Wirkung. Das zu verfügende Teil, im hier vorliegenden Fall die Halbleiterzelle, wird erst zu einem späteren Zeitpunkt aufgesetzt und in einem zweiten Aushärte- oder Vernetzungsvorgang endgültig und dauerhaft mit dem Träger leitfähig verbunden. Vorteilhaft anwendbar sind auch Klebstoffe in Form eines Klebefilms oder einer laminierbaren Klebeschicht. Diese lassen sich auf den Träger aufwalzen und verbleiben dort als eine über eine längere Zeit klebefähige Schicht. Beim Fügevorgang und einem dabei erfolgenden Wärmeeintrag nimmt der Klebeschicht einen fluiden Zustand an, wodurch das Aufdrücken und
Kontaktieren der Halbleiterzellen ermöglicht wird. Anschließend verfestigt sich der Klebefilm bzw. die Klebeschicht wieder, wobei die kontaktierende Anbindung der Halbleiterzelle erfolgt und der Klebstoff an den übrigen Stellen endgültig aushärtet. Bei dem in Fig. 3 vorliegenden Beispiel wird die gesamte Oberfläche des
Trägers überdeckt. Natürlich ist auch eine nur abschnittsweise ausgeführte Klebstoffbedeckung möglich. Bei einer solchen Bedeckung kann zusätzlich eine Bilderkennung der Trägerbeschichtung ausgeführt werden, wobei in Verbindung damit die Bedeckung nur an eindeutig identifizierten und lokal i- sierten Punkten der Trägerbeschichtung erfolgt.
Zum Auftragen des Klebstoffs kann wie erwähnt auf ein Druckverfahren oder ein Laminierverfahren unter Verwendung eines Klebefilms zurückgegriffen werden. Das Druckverfahren eignet sich vor allem dann, wenn die Klebstoffschicht teilweise aufzubringen ist. Hierzu können Siebdruckverfahren mit entsprechenden Schablonen verwendet werden.
Im Gegensatz dazu ist das Laminierverfahren dann vorteilhaft, wenn die gesamte Trägeroberfläche unterschiedslos bedeckt werden soll. In einem solchen Fall wird beispielsweise der Träger zusammen mit der aufzulaminie- renden Klebeschicht in eine Walzvorrichtung gegeben, die beide Komponenten miteinander unter Druck verbindet.
Dabei kann der anisotrop leitende Klebstoff auf den Träger aufgebracht und wie bereits erwähnt in einem als b-staging bezeichneten Prozess vorbehandelt werden. Das b-staging zielt darauf ab, überflüssige Lösungsmittelanteile aus dem Bereich des Klebstoffs zu entfernen und ein Vorvernetzen und Homogenisieren des Klebstoffs zu erreichen. Hierzu können Wärmebehandlungsverfahren oder Behandlungen mit elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich eingesetzt werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass bei der eigentlichen Fertigung des Photovoltaik-Moduls kein Klebstoff für die
Kontaktierung aufgetragen werden muss. Die Prozessschritte des Beschichtens des Trägers einerseits und des Verfügens zwischen Träger und Halbleiterzellen andererseits können dadurch an verschiedenen Orten und mit
einem grundsätzlich beliebig planbaren zeitlichen Abstand zueinander ausgeführt werden.
Nach dem Auftragen des Klebstoffs und dem optionalen b-staging-Prozess werden gemäß Fig. 4 jeweils die Halbleiterzellen 1 mit ihren Kontaktseiten auf den mit dem Klebstoff bedeckten Bereich aufgesetzt und anschließend unter Druck und/oder Wärmeanwendung mit dem Träger verfügt. Dabei treten die in dem Klebstoff enthaltenen leitfähigen Partikel in elektrisch leitenden Kontakt sowohl mit der leitfähigen Trägerbeschichtung 5 als auch mit den Kontaktbereichen 3 der Halbleiterzelle. Diese schließen bei dem Fügevorgang die in dem Klebstoff enthaltenen leitfähigen Partikel 6a in sich ein und bilden damit an dieser Stelle selektive Leitpfade 7 aus, während an den übrigen Stellen die Partikel voneinander getrennt sind, sodass dort der Klebstoff elektrisch nichtleitend bleibt. Dabei ist die Wärmebelastung der Halbleiterzelle weitaus geringer als bei einem sonst verwende- ten Lötverfahren.
Die Fügegenauigkeit für die Position der Halbleiterzellen liegt dabei im Bereich der lateralen Abmessungen der Trägerbeschichtung 5. Der Klebstoff selbst muss demnach nicht mit einer hohen Genauigkeit aufgetragen werden.
Wie Fig. 5 zeigt, kann die Anordnung aus Halbleiterzelle, Träger und Klebstoffschicht anschließend mit einer Laminierung 8 überdeckt werden. Der dabei entstehende Verbund kann als Ganze mit einem hier nicht gezeigten Glasträger verbunden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und der dabei erzeugte Aufbau des Photo- voltaik-Moduls wurden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Im Rahmen fachmännischen Handelns sind weitere Ausführungsformen und Abwandlungen möglich. Diese ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls mit rückseitenkon- taktierten Halbleiterzellen (1) mit jeweils auf einer Kontaktseite (2) vorgesehenen Kontaktbereichen (3),
mit den Verfahrensschritten:
- Bereitstellen eines nichtleitenden Trägers (4) in Form der Folie oder des Laminates mit einer mindestens einseitigen, mindestens abschnittsweisen elektrisch leitfähigen Trägerbe- Schichtung (5),
- Bedecken der mindestens abschnittsweisen Trägerbeschichtung mit einer anisotrop-leitfähigen Klebstoffschicht (6) - Absetzen der Kontaktseiten der Halbleiterzellen auf die mit der Klebstoffschicht bedeckte Trägerbeschichtung und Fixieren jeder Halbleiterzelle durch eine Druck- und/oder Wärmeeinwirkung zum Erzeugen von Leitpfaden (7) zwischen der Trägerbeschichtung und den Kontaktbereichen innerhalb der anisotrop-leitfähigen Klebstoffschicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, das
das Bedecken der Trägerbeschichtung (5) mit der anisotrop-leitfähigen Klebstoffschicht (6) durch ein Aufdrucken erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bedecken der Trägerbeschichtung (5) mit der anisotrop-leitfähigen Klebstoffschicht (6) durch ein Aufbringen eines Klebefilms erfolgt.
4. Verfa hren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem Bedecken der Trägerbeschichtung (5) eine Bilderkennung der Trägerbeschichtung vorab ausgeführt wird, wobei bei der Bilderkennung eine Positionsbestimmung von Bedeckungsabschnitten ausgeführt wird und d ie anisotrop-leitfähige Klebstoffschicht nachfolgend nur auf die Bedeckungsabschnitte aufgebracht wird .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Bedecken der Trägerbeschichtung (5) ein Vorvernetzen der anisotrop-leitfähigen Klebstoffschicht (6) im Ra hmen eines b-stag ing- Prozesses erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Aufsetzen der Ha lbleiterzel len ( 1) ein Laminierschritt zum Verkapsel n der Hal bleiterzel len auf dem Träger (4) a usgeführt wird .
7. Photovoltaikmod ul, umfassend eine Vielzahl von Ha lbleiterzel len ( 1) mit einer Rückseitenkontaktierung und einen Träger (4),
wobei
der Träger a ls eine Fol ie ausgebildet ist, eine mindestens einseitige und mindestens abschnittsweise elektrisch leitfähige Trägerbeschichtung (5) aufweist und d ie Hal bleiterzel len mit der Trägerbeschichtung über eine anisotrop-leitfähige Klebstoffschicht (6) abschnittsweise verbunden und kontaktiert sind .
8. Photovoltaikmodul nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
d ie Trägerbeschichtung (5) auf den Träger auflaminiert ist. Photovoltaikmodul nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die anisotrop-leitfähige Klebstoffschicht (6) als ein Klebefilm ausgebildet ist. 10. Photovoltaikmodul nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halbleiterzellen (1), der Träger (4), die Trägerbeschichtung (5) und die anisotrop-leitfähige Klebstoffschicht (6) einen durch eine Laminie- rung (8) verkapselten Verbund bilden.
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