WO2013087306A1 - Solarmodul und verfahren zur herstellung eines solchen - Google Patents

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WO2013087306A1
WO2013087306A1 PCT/EP2012/072132 EP2012072132W WO2013087306A1 WO 2013087306 A1 WO2013087306 A1 WO 2013087306A1 EP 2012072132 W EP2012072132 W EP 2012072132W WO 2013087306 A1 WO2013087306 A1 WO 2013087306A1
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WO
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film
connection
layer
insulating
solar module
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PCT/EP2012/072132
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French (fr)
Inventor
Ulrich Schaaf
Andreas Kugler
Anika PRIESSNER
Patrick Zerrer
Martin Zippel
Metin Koyuncu
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • H01L31/0516—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module specially adapted for interconnection of back-contact solar cells
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    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/049—Protective back sheets
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar module with a plurality of arranged on a flat insulating support and connected via interconnects or connected to an external terminal solar cells, which
  • solar cells are connected in series for solar module production.
  • solar cell connectors cell tabs, ribbon,
  • soldered onto the busbars of the solar cells The solar cell
  • the connector is guided from the photoactive cell side to the rear side of the adjacent cell. Due to the process characteristics, the connector dimensions are limited in thickness, although for physical reasons, thicker connectors are desirable. This cell connection leads to losses in the light output of the solar cells due to shading by the solar cell connector.
  • a solar module which is formed using embedded in a plate or foil-like carrier cell connectors.
  • the cell connectors are electrically interconnected by printed conductors, which are applied to a suitable carrier material.
  • DE 102008020 383 A1 teaches a method and a device for attaching solar cells to a conductive foil by wave soldering, wherein a defined wetting with flux and solder is ensured by special embodiments of each associated with a solder joint openings.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a solar module in back-contact technology with a support on which the cell connectors are applied as interconnects. The illustration is purely schematic and in no way true to scale.
  • a plurality of solar cells 5 are combined to form a solar module 10 by means of a track structure la.
  • this comprises a solar cell array of 16 solar cells.
  • a front lamination film 9 is directly laminated with the back sheet 1 in this structure, and the structure is completed by a front glass 15.
  • a solar module with the features of claim 1 is provided. Furthermore, methods for producing such a solar module with the features of claim 7 or of claim 12 are provided. Advantageous further developments of the inventive concept are the subject of the respective dependent claims.
  • the invention includes the consideration of using as carrier of the solar module an insulating support with a multi-layer structure. It further includes the idea that this multilayer structure comprises a wiring foil coated with the interconnects, and further includes a
  • the connection means of the cohesive electrical connection is a solder, a conductive adhesive or a conductive foil.
  • the solder may be a solder paste, and from a current point of view in particular conductive films based on plastics, but in principle also metal foils, may be considered as the conductive film.
  • the interconnect side of the wiring film is remote from the solar cells and covered over its entire surface with a backside covering film or layer. If, in an alternative configuration, the interconnect side of the wiring foil faces the solar cell backs, the additional cover film or layer is basically dispensable.
  • the insulating film is prepunched between the solar cell back side and the wiring film according to the configuration of the connection points or the insulation layer between the solar cell back side and the wiring film is prestructured according to the configuration of the connection points.
  • a subsequent structuring of an insulating film or layer applied over the entire area can also be effected.
  • another embodiment provides that the wiring film is perforated with the interconnects according to the configuration of the connection points. Again, however, an alternative embodiment is possible, which manages without prefabricated hole structure of the wiring film.
  • the mentioned insulating layer on insulating adhesive can provide technological advantages
  • the insulating layer but also from a non-adhesive be formed liquid or pasty coating material or potting compound.
  • a precurbed wiring pattern in particular provided as roll material, is assumed to have a preconfigured interconnect structure onto which an insulating layer, also pre-punched or structured according to the envisaged interconnection configuration, is applied to the side of the wiring film facing away from the interconnects.
  • an unstructured insulating film or insulating layer can be applied over the entire surface, and the required penetrations can be subsequently produced according to the interconnection configuration.
  • the solar cells are positioned precisely above the interconnect structure, in particular by means of pick-and-place robot technology.
  • the insulating layer is an adhesive layer, and this can be applied in a structured manner (for example by means of a mask technique) from the outset.
  • subsequent structuring (perforation) of an insulating film or layer applied over the entire surface takes place by means of laser ablation.
  • the introduction of the material for the cohesive and electrically conductive connection is configured in particular as a dispensing or screen printing step, but in principle other methods are also suitable which are suitable for punctual material application or insertion into prefabricated structures.
  • a lamination or liquid encapsulation of the geometrically and electrically preconfigured solar module is carried out.
  • a lamination step can at the same time realize the processing step for producing the integral connection, for which purpose, for example, a low-melting soldering material or a hot-curing conductive adhesive can be selected in coordination with the laminating temperatures.
  • An alternative method to the method described above according to another aspect of the invention starts from a non-perforated wiring foil and provides for the application of a pre-punched insulating foil or patterned insulating layer to the conductive path side of the wiring foil. This is followed by the introduction of the material for producing the cohesive electrical connection into the holes of the insulating film or layer in such a way that it penetrates to the interconnects. Finally, the solar cells are positioned accurately positioned on the insulating film or layer so that the connection points lie over the holes filled with the material, and finally the material is processed (hardened or crosslinked) for producing the material connection at the connection points.
  • a selective coating of the interconnect structure is carried out with solder resist before the material (soldering paste or the like) is introduced.
  • solder resist before the material (soldering paste or the like) is introduced.
  • a lamination or liquid encapsulation of the preconfigured solar cell array is carried out.
  • a structured layer of insulating adhesive is applied.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a
  • Fig. 3 is a schematic representation of a process flow for
  • Production of a solar module, in the manner of cross-sectional representations, according to a second embodiment of the invention, 4 is a schematic representation of a process flow for
  • 5 is a schematic representation of a process flow for
  • FIG. 6 is a schematic representation of a process flow for
  • FIGS. 2 to 7 and the following description of embodiments and aspects of the invention the same reference numerals or slightly modified ones are given the same reference or substantially identical parts or regions throughout, even if these parts or regions in certain embodiments are in certain aspects differ. It should be noted that the illustrations are purely schematic and in particular not to scale.
  • a polymer layer 3 is applied to a film 1 which is metallically structured with interconnects 1a and contains holes 1b at contact points of the solar cells (eg EVA or silicone).
  • backside contact cells 5 are positioned on the polymer layer in such a way that the emitter and base contacts of the solar cells 5 come to rest over the holes 1b of the foil rod 1.
  • the exposure of the contact points of the solar cells takes place.
  • the exposure can be carried out, for example, by a laser ablation process, applied to the polymer film 3, with the formation of holes 3a in it.
  • a conductive material 11 such as conductive adhesive, a solder paste or metal powder (eg., Cu, Sn, SnAg or the like), which is applied locally by means of a plasma or cold gas injection technique applied. This can be done via a dispense or screen printing unit.
  • the conductive adhesive may need to harden.
  • the solder paste must be soldered either by a selective soldering process (eg laser soldering) or together with a backsheet (eg TEDLAR) in a second lamination step. Possibly. the metal powder still needs an extra
  • Annealing- / Temper Marin be subjected, for example, by local heating by means of laser radiation. If a conductive adhesive or metal powder is applied or selectively soldered, an insulating layer 13 must finally be applied.
  • This may be a backsheet such as TEDLAR (with a second lamination step) or a UV curable insulating varnish.
  • the second process flow according to FIG. 3 shows a further possibility.
  • TEDLAR TEDLAR
  • the backsheet does not contain any holes.
  • a stamped polymer layer 3 ' is applied to the backsheet so that the punches are at the points with conductive adhesive or solder paste.
  • the backside contact cells 5 are positioned so that the emitter and base contacts come together with the conductive adhesive or solder paste dots.
  • pick-and-place robots provide the required accuracy.
  • a further unembossed polymer layer 7 is applied over the positioned solar cells.
  • a glass can be applied to the polymer layer at this point (not shown).
  • the assembly is laminated to a laminate 9, optionally using Teflon layers and a backing.
  • a thin insulating adhesive layer 4 is applied to the rear side of a metallically coated film 1 facing away from the interconnect layer 1a, which contains holes 1b at the contact points of the back contact cell.
  • the backside contact cells 5 are positioned on the adhesive layer so that the emitter and base contacts of the solar cell come to rest over the holes 1b of the foil tab.
  • a polymer layer 7 eg, EVA or silicone
  • a glass 15 can now be applied (as shown in the figure).
  • the structure without glass is laminated to a laminate 9 using Teflon layers and a substrate.
  • conductive adhesive 11 or solder paste is applied to the contact points through the holes of the film tab. This can be done via a dispense or screen printing unit.
  • the conductive adhesive may have to cure.
  • the solder paste must be either via a selective soldering process
  • a backsheet eg TEDLAR
  • a conductive adhesive is applied or selectively soldered, an insulating layer 13 must finally be applied.
  • This in turn may be a backsheet such as TEDLAR (with a second lamination step) or a UV curable insulating lacquer.
  • the fourth process flow according to FIG. 5 shows a further possibility.
  • a conductive adhesive 11 or a solder paste is applied to a metal-la coated and structured backsheet (eg Cu on TEDLAR) using a dispense or screen printing unit.
  • the backsheet does not contain any holes.
  • the cells are coated with a thin layer of insulating adhesive 4, leaving out the contact points of the cell.
  • the backside contact cells 5 are positioned so that the emitter and base contacts come together with the Leitkleber- or solder paste points on the positioned solar cell 5, a polymer layer 7 is applied.
  • a glass 15 can also be applied to the polymer layer at this point (as shown in FIG. 5).
  • the assembly is now optionally laminated to a laminate 9 using teflon layers and a backing (not shown).
  • a fifth process flow is shown in FIG.
  • a structured copper layer 1a is applied to a backsheet.
  • the copper layer is insulated with a solder resist 2.
  • the solar cells can be insulated with solder resist.
  • a conductive film 1 is applied and placed a perforated polymer film.
  • the use is also possible a liquid encapsulating material.
  • the back-contact solar cells 5 are positioned on the backsheet in such a way that the contact pads of the cell come into contact with the conductive film 1.
  • a polymer film 7 or liquid encapsulation is applied again and optionally a glass or plastic.
  • the contact between cell and conductive film is z. Via a local bonding process. This can be done both before and after the encapsulation.
  • a sixth process flow according to FIG. 7 shows a further possibility of the module construction.
  • the backsheet is here the same as in the previous process flow and in turn isolated with solder stop 2. Now, the application of a sheet-like film 12, which takes place locally at the contact surfaces in the
  • Backsheet contains conductive particles. At this point, no perforated polymer film or liquid encapsulation is used. The back contact cells 5 are positioned on the film. Subsequently, a liquid encapsulation 7 'is applied here and the structure is optionally closed with a glass 15 or plastic. The contacting after formation of the laminate 9 also takes place via a local bonding process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit einer Vielzahl von auf einem flächigen isolierenden Träger angeordneten und über Leitbahnen (1a) verschalteten bzw. mit einem externen Anschluss verbundenen Solarzellen, welche Anschlusskontakte zur Verschaltung ausschließlich auf einer ihrer beiden Oberflächen haben, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt, und an ihren rückseitigen Anschlusskontakten an Verbindungspunkten mit den Leitbahnen verbunden sind, wobei der isolierende Träger einen Mehrschichtaufbau hat, der eine mit den Leitbahnen beschichtete Verdrahtungsfolie (1) sowie eine an den Verbindungspunkten von einem Verbindungsmittel einer stoffschlüssigen elektrischen Verbindung durchdrungene Isolierfolie oder -schicht (3) zwischen der Verdrahtungsfolie und der Solarzellen-Rückseite umfasst. Sie betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarmoduls.

Description

Beschreibung Titel Solarmodul und Verfahren zur Herstellung eines solchen
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit einer Vielzahl von auf einem flächigen isolierenden Träger angeordneten und über Leitbahnen verschalteten bzw. mit einem externen Anschluss verbundenen Solarzellen, welche
Anschlusskontakte zur Verschaltung ausschließlich auf einer ihrer beiden Oberflächen haben, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt, und an ihren rückseitigen Anschlusskontakten an Verbindungspunkten mit den Leitbahnen verbunden sind. Sie betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarmoduls.
Stand der Technik
Bei der verstärkten Nutzung regenerativer Energiequellen, im Rahmen internationaler Bemühungen zur Verringerung des bei der Energieerzeugung aus fossilen Energiequellen auftretenden Kohlendioxidausstoßes und der Abwendung von der risikoreichen Nutzung der Kernenergie, spielt die Nutzung der Sonnenenergie in einer Reihe von Ländern eine stark zunehmende Rolle. Ungeachtet des grundsätzlich beachtlichen Potentials solarthermischer Großanlagen ist nach wie vor die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elek- trischen Strom (Photovoltaik) Träger dieser Entwicklung, und hier wiederum dominieren wegen ihrer relativ hohen Energieausbeute Solarzellen auf Basis von (ein)kristallinem Silizium.
In der Photovoltaik werden zur Solarmodulherstellung Solarzellen in Reihe geschaltet. Dafür werden meistens Solarzellverbinder (Zelltabs, Ribbon,
Soldersleeve etc.) auf die Busbars der Solarzellen aufgelötet. Der Solarzell- verbinder wird dabei von der lichtaktiven Zellseite auf die Rückseite der benachbarten Zelle geführt. Auf Grund der Prozesseigenschaften sind die Verbinderdimensionen in der Dicke beschränkt, obwohl aus physikalischen Gründen dickere Verbinder anzustreben sind. Diese Zellverschaltung führt zu Einbußen in der Lichtausbeute der Solarzellen auf Grund von Abschattung durch den Solarzellverbinder.
Um die Lichtausbeute von kristallinen Solarzellen zu erhöhen, werden die Zellkontakte an neu entwickelten Si-Zellen von der lichtaktiven Seite auf die Zellenrückseite verlegt. Dies hat zur Folge, dass Kontakte auf der kompletten Rückseite verteilt sind und mit unterschiedlichen Potenzialen kontaktiert werden müssen. Der Kontaktierprozess unterliegt dadurch erheblich kritischeren Anforderungen. Zusätzlich soll ein großserientauglicher Prozess entwickelt werden, der dem zunehmenden Preisdruck in der Photovoltaik- Industrie gerecht wird. Für die neuen Rückkontaktzellen (MWT, EWT, IBC o.ä.) lässt sich eine Verschaltung auf der Rückseite mittels einer Folie umsetzen. Der Vorteil dieser Verbindungstechnik liegt in der besseren elektrischen Leitfähigkeit auf Grund eines höheren Verbinderquerschnitts. Die Nutzung von Folien als Verschaltungsträger für Solarmodule ist grundsätzlich bekannt, etwa aus der US 2009/0065043 AI. Aus der DE 102005039 052 AI ist ein Solarmodul bekannt, welches unter Nutzung von in einen platten- oder folienartigen Träger eingebetteten Zellverbindern gebildet ist. Die Zellverbinder sind durch Leiterbahnen elektrisch miteinander verschaltet, die auf einem geeigneten Trägermaterial aufgebracht sind. Die DE 102008020 383 AI lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anbringen von Solarzellen an einer Leitfolie durch Wellenlöten, wobei durch spezielle Ausgestaltungen der jeweils einer Lötstelle zugeordneten Öffnungen eine definierte Benetzung mit Flussmittel und Lot gewährleistet wird. Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Solarmoduls in Rückseitenkontakt-Technik mit einem Träger, auf dem die Zellverbinder als Leitbahnen aufgebracht sind. Die Darstellung ist rein schematisch und in keiner Weise maßstabgerecht. Auf einen Träger 1 aus isolierendem Material sind mittels einer Leitbahnstruktur la mehrere Solarzellen 5 zu einem Solarmodul 10 zusammengesetzt. Dieses umfasst im dargestellten Beispiel ein Solarzellenarray aus 16 Solarzellen. Eine vorderseitige Laminierungsfolie 9 ist bei diesem Aufbau direkt mit der rückseitigen Folie 1 laminiert, und der Aufbau ist durch ein Frontglas 15 komplettiert.
Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung wird ein Solarmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt. Des Weiteren werden Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarmoduls mit den Merkmalen des Anspruchs 7 bzw. des Anspruchs 12 bereitgestellt. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schließt die Überlegung ein, als Träger des Solarmoduls einen isolierenden Träger mit einem Mehrschichtaufbau einzusetzen. Sie schließt weiter den Gedanken ein, dass dieser Mehrschichtaufbau eine mit den Leitbahnen beschichtete Verdrahtungsfolie umfasst und des Weiteren eine
Isolierfolie oder -Schicht zwischen der Verdrahtungsfolie und der Solarzellen- Rückseite vorgesehen ist. Schließlich gehört zur Erfindung der Gedanke, dass die Isolierfolie oder -Schicht an den Anschlusspunkten zwischen den rückseitigen Anschlusskontakten der Solarzellen und den Leitbahnen lokal von einer stoffschlüssigen Verbindung durchdrungen ist, die eine sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung zwischen der Verdrahtungsfolie (und somit dem Mehrschichtaufbau) und den Solarzellen herstellt. In verschiedenen Ausführungen der Erfindung ist das Verbindungsmittel der stoffschlüssigen elektrischen Verbindung ein Lötmittel, ein leitfähiger Klebstoff oder eine leitfähige Folie. Das Lötmittel kann insbesondere eine Lötpaste sein, und als leitfähige Folie kommen aus derzeitiger Sicht insbesonde- re leitfähige Folien auf Kunststoffbasis, grundsätzlich aber auch Metallfolien in Betracht.
In einer weiteren Ausführung ist die Leitbahn-Seite der Verdrahtungsfolie von den Solarzellen abgewandt und vollflächig mit einer Rückseiten-Abdeck- folie oder -Schicht bedeckt. Wenn, in einer alternativen Konfiguration, die Leitbahn-Seite der Verdrahtungsfolie den Solarzellenrückseiten zugewandt ist, ist die zusätzliche Abdeckfolie oder -Schicht grundsätzlich entbehrlich.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Isolierfolie zwischen der Solarzellen-Rückseite und der Verdrahtungsfolie gemäß der Konfiguration der Verbindungspunkte vorgelocht oder die Isolierschicht zwischen der Solarzellen-Rückseite und der Verdrahtungsfolie gemäß der Konfiguration der Verbindungspunkte vorstrukturiert. Wie weiter unten aus der Beschreibung von Verfahrens-Varianten deutlich wird, kann grundsätzlich aber auch eine nach- trägliche Strukturierung einer vollflächig aufgebrachten Isolierfolie oder -Schicht erfolgen.
Eine weitere Ausführung sieht im Übrigen vor, dass die Verdrahtungsfolie mit den Leitbahnen gemäß der Konfiguration der Verbindungspunkte gelocht ist. Auch hier ist allerdings eine alternative Ausführung möglich, die ohne vorgefertigte Lochstruktur der Verdrahtungsfolie auskommt.
In einer weiteren Ausführung weist die erwähnte Isolierschicht isolierenden Klebstoff auf. Die Klebwirkung kann technologische Vorteile erbringen;
grundsätzlich kann die Isolierschicht aber auch aus einer nicht-klebenden flüssigen oder pastösen Beschichtungsmasse bzw. Vergussmasse gebildet sein.
Gemäß einem ersten Verfahrensaspekt der Erfindung wird bei der Herstellung des Solarmoduls von einer insbesondere als Rollenmaterial bereitgestellten vorgelochten Verdrahtungsfolie mit einer vorkonfigurierten Leitbahnstruktur ausgegangen, auf die eine ebenfalls vorgelochte oder gemäß der vorgesehenen Verschaltungskonfiguration strukturierten Isolierschicht auf die den Leitbahnen abgewandte Seite der Verdrahtungsfolie aufgebracht wird. Alternativ kann auch eine unstrukturierte Isolierfolie oder Isolierschicht vollflächig aufgebracht werden, und es können die erforderlichen Durchdringungen gemäß der Verschaltungskonfiguration nachträglich erzeugt werden. Auf den so geschaffenen Folienverbund werden, insbesondere mittels Pick-and-Place- Robotertechnik die Solarzellen positionsgenau über der Leitbahnstruktur auf- gesetzt. Dann wird das Material zur stoffschlüssigen elektrischen Verbindung in die vorgefertigten oder unmittelbar vorher erzeugten Löcher von der freien Rückseite der Verdrahtungsfolie her derart eingebracht, dass es bis zu den Anschlusskontakten der Solarzellen vordringt. Danach folgt das Ausführen eines Bearbeitungsschrittes zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung an den Verbindungspunkten mittels des in die Löcher eingebrachten Materials und das Aufbringen der Rückseiten-Abdeckfolie oder -Schicht.
Wie weiter oben bereits erwähnt, ist in einer Ausführung des Solarmoduls bzw. Verfahrens die isolierende Schicht eine Klebstoffschicht, und diese kann (beispielsweise mittels einer Maskentechnik) von vornherein strukturiert aufgebracht werden. In einer anderen Ausführung des Verfahrens erfolgt eine nachträgliche Strukturierung (Lochung) einer vollflächig aufgebrachten Isolierfolie oder -Schicht mittels Laserablation. Das Einbringen des Materials zur stoffschlüssigen und elektrisch leitenden Verbindung ist insbesondere als Dispens- oder Siebdruckschritt ausgestaltet, grundsätzlich kommen aber auch andere Verfahren in Betracht, die zum punktuellen Materialauftrag bzw. -eintrag in vorgefertigte Strukturen geeig- net sind.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Aufsetzen der Solarzelle und/oder nach oder in Verbindung mit dem Aufbringen der Rückseiten-Abdeckfolie oder -schicht ein Laminieren oder eine Flüssigverkapse- lung des geometrisch und elektrisch vorkonfigurierten Solarmoduls ausgeführt. Ein Laminierschritt kann insbesondere zugleich den Bearbeitungsschritt zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung realisieren, wozu etwa ein niedrig schmelzendes Lötmaterial oder ein warm härtender Leitkleber in Abstimmung auf die Laminiertemperaturen ausgewählt werden kann.
Ein zum oben beschriebenen Verfahren alternatives Verfahren gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung geht von einer ungelochten Verdrahtungsfolie aus und sieht das Aufbringen einer vorgelochten Isolierfolie oder strukturierten Isolierschicht auf die Leitbahn-Seite der Verdrahtungsfolie vor. Hierauf folgt das Einbringen des Materials zur Herstellung der stoffschlüssigen elektrischen Verbindung in die Löcher der Isolierfolie oder -schicht in einer Weise, dass es bis zu den Leitbahnen durchdringt. Schließlich werden die Solarzellen positionsgenau derart auf die Isolierfolie oder -schicht aufgesetzt, dass die Anschlusspunkte über den mit dem Material gefüllten Löchern liegen, und schließlich wird das Material zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung an den Verbindungspunkten bearbeitet (erhärtet bzw. vernetzt).
In einer Ausgestaltung dieses Verfahrens wird eine selektive Beschichtung der Leitbahnstruktur mit Lötstoplack ausgeführt, bevor das Material (Lötpaste o.ä.) eingebracht wird. Auch bei dieser Verfahrensvariante ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass nach dem Aufsetzen der Solarzelle und/oder nach oder in Verbindung mit dem Erhärten oder Vernetzen des elektrisch leitfähigen Material ein Laminieren oder eine Flüssigverkapselung des vorkonfigurierten Solarzellen- arrays ausgeführt wird. In einer weiteren Ausgestaltung wird eine strukturierte Schicht aus isolierendem Klebstoff aufgetragen.
Zeichnungen Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines
Solarmoduls aus Rückseitenkontakt-Solarzellen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Prozessflusses zur
Herstellung eines Solarmoduls, in Art von Querschnittsdarstellungen, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Prozessflusses zur
Herstellung eines Solarmoduls, in Art von Querschnittsdarstellungen, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Prozessflusses zur
Herstellung eines Solarmoduls, in Art von Querschnittsdarstellungen, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Prozessflusses zur
Herstellung eines Solarmoduls, in Art von Querschnittsdarstellungen, gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Prozessflusses zur
Herstellung eines Solarmoduls, in Art von Querschnittsdarstellungen, gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung und eine schematische Darstellung eines Prozessflusses zur Herstellung eines Solarmoduls, in Art von Querschnittsdarstellungen, gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren 2 bis 7 und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen und -aspekten der Erfindung sind für gleichwirkende oder im Wesentlichen gleiche Teile oder Bereiche durchgehend die gleichen Bezugsziffern bzw. geringfügig modifizierte vergeben, auch wenn diese Teile oder Bereiche sich in verschiedenen Ausführungsformen in bestimmten Aspekten unterscheiden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Darstellungen rein schematischer Art und insbesondere nicht maßstabsgerecht sind. Beim ersten Prozessfluss gemäß Fig. 2 wird auf eine metallisch strukturiert mit Leitbahnen la beschichtete Folie 1, welche an Kontaktpunkten der Solarzellen Löcher lb enthält, eine Polymerschicht 3 aufgebracht (z. B. EVA o. Silikon). Anschließend werden Rückseitenkontaktzellen 5 so auf der Polymer- schicht positioniert, dass die Emitter- und Basiskontakte der Solarzellen 5 über den Löchern lb des Folientabs 1 zu liegen kommen. Diese Passgenauigkeit kann mittels Pick-and-Place-Robotern realisiert werden. Dann wird eine weitere Polymerschicht 7 aufgebracht. Optional kann nun noch ein Glas aufgebracht werden (nicht gezeigt). Der Aufbau wird unter Verwendung von Teflonschichten und einem Trägermaterial (nicht separat dargestellt) zu einem Laminat 9 laminiert, wenn kein Glas zuvor aufgebracht wurde.
Nach dem Laminationsprozess erfolgt die Freilegung der Kontaktpunkte der Solarzellen. Die Freilegung kann beispielsweise durch einen Laserablations- prozess, angewandt auf die Polymerfolie 3, unter Bildung von Löchern 3a in dieser, erfolgen. Auf die freigelegten Kontaktpunkte wird ein leitfähiges Material 11, etwa Leitkleber, eine Lotpaste oder Metallpulver (z. B. Cu, Sn, SnAg o.ä.), welches mittels einer Plasma- oder Kaltgas-Spritztechnik lokal appliziert wird, aufgebracht. Dies kann über eine Dispense- oder Siebdruck- einheit erfolgen. Der Leitkleber muss ggf. aushärten. Die Lotpaste muss entweder über ein selektives Lötverfahren (z. B. Laserlöten) oder zusammen mit einer Rückseitenfolie (z. B. TEDLAR) in einem zweiten Laminationsschritt verlötet werden. Ggf. muss das Metallpulver noch einem zusätzlichen
Annealing-/Temperschritt unterzogen werden., beispielsweise durch lokale Erwärmung mittels Laserstrahlung. Wird ein Leitklebstoff oder Metallpulver aufgebracht oder selektiv gelötet, so muss zuletzt noch eine Isolationsschicht 13 aufgebracht werden. Dies kann eine Rückseitenfolie wie TEDLAR sein (mit einem zweiten Laminationsschritt) oder ein UV-aushärtender isolierender Lack. Der zweite Prozessfluss gemäß Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit auf. Auf eine mit Leitbahnen la beschichtete und strukturierte Rückseitenfolie
(z. B. TEDLAR) wird mit einer Dispens- oder Siebdruckeinheit ein Leitklebstoff 11 oder eine Lotpaste aufgebracht. Die Rückseitenfolie enthält keine Löcher. Eine gestanzte Polymerschicht 3' wird so auf die Rückseitenfolie aufgebracht, dass sich die Ausstanzungen an den Punkten mit Leitklebstoff oder Lotpaste befinden.
Anschließend werden die Rückseitenkontaktzellen 5 so positioniert, dass die Emitter- und Basiskontakte mit den Leitkleber- oder Lotpastenpunkten zusammenkommen. Auch hier sorgen Pick-and-Place-Roboter für die benötigte Genauigkeit. Über den positionierten Solarzellen wird eine weitere unge- stanzte Polymerschicht 7 aufgebracht. Optional kann an dieser Stelle auf der Polymerschicht noch ein Glas aufgebracht werden (nicht gezeigt). Der Aufbau wird, ggf. unter Verwendung von Teflonschichten und einem Träger, zu einem Laminat 9 laminiert.
Beim dritten Prozessfluss gemäß Fig.4 wird auf die der Leitbahnschicht la abgewandte Rückseite einer metallisch beschichteten Folie 1, welche an den Kontaktpunkten der Rückkontaktzelle Löcher lb enthält, eine dünne isolierende Klebstoffschicht 4 aufgebracht. Anschließend werden die Rückseitenkontaktzellen 5 so auf der Klebstoffschicht positioniert, dass die Emitter- und Basiskontakte der Solarzelle über den Löchern lb des Folientabs zu liegen kommen. Dann wird eine Polymerschicht 7 (z. B. EVA oder Silikon) aufge- bracht. Optional kann nun noch ein Glas 15 aufgebracht werden (wie in der Figur gezeigt). Der Aufbau ohne Glas wird unter Verwendung von Teflonschichten und einem Trägermaterial zu einem Laminat 9 laminiert. Nach der Lamination wird durch die Löcher des Folientabs ein Leitkleber 11 oder eine Lotpaste auf die Kontaktpunkte aufgebracht. Dies kann über eine Dispense- oder Siebdruckeinheit erfolgen. Der Leitkleber muss ggfs. aushärten. Die Lotpaste muss entweder über ein selektives Lötverfahren
(z. B. Laserlöten) oder zusammen mit einer Rückseitenfolie (z. B. TEDLAR) in einem zweiten Laminationsschritt verlötet werden. Wird ein Leitklebstoff aufgebracht oder selektiv gelötet, so muss zuletzt noch eine Isolationsschicht 13 aufgebracht werden. Dies kann wiederum eine Rückseitenfolie wie TEDLAR sein (mit einem zweiten Laminationsschritt) oder ein UV aushärtender isolierender Lack.
Der vierte Prozessfluss gemäß Fig. 5 zeigt eine weitere Möglichkeit auf. Auf eine mit Metall la beschichtete und strukturierte Rückseitenfolie (z. B. Cu auf TEDLAR) wird mit einer Dispense- oder Siebdruckeinheit ein Leitklebstoff 11 oder eine Lotpaste aufgebracht. Die Rückseitenfolie enthält keine Löcher. Die Zellen werden mit einer dünnen Lage isolierenden Klebstoffs 4 beschichtet, wobei die Kontaktpunkte der Zelle ausgespart werden.
Anschließend werden die Rückseitenkontaktzellen 5 so positioniert, dass die Emitter- und Basiskontakte mit den Leitkleber- oder Lotpastenpunkten zusammenkommen Über den positionierten Solarzellen 5 wird eine Polymerschicht 7 aufgebracht. Optional kann an dieser Stelle auf der Polymerschicht noch ein Glas 15 aufgebracht werden (wie in Fig. 5 gezeigt). Der Aufbau wird nun ggfs. unter Verwendung von Teflonschichten und einem Träger, (nicht gezeigt) zu einem Laminat 9 laminiert.
Ein fünfter Prozessfluss ist in Fig. 6 dargestellt. Auf ein Backsheet ist eine strukturierte Kupferschicht la aufgebracht Die Kupferschicht ist mit einem Lötstoplack 2 isoliert. Alternativ können auch die Solarzellen mit Lötstoplack isoliert sein. Auf die freien Kupferflächen wird ein leitfähiger Film 1 aufgebracht und eine gelochte Polymerfolie aufgelegt. Möglich ist auch der Einsatz eines Flüssigverkapselungsmaterials. Mittels Pick-and-Place-Robotern werden die Rückkontaktsolarzellen 5 so auf dem Backsheet positioniert, dass die Kontaktpads der Zelle in Kontakt mit dem leitfähigen Film 1 kommen.
Anschließend wird wieder eine Polymerfolie 7 oder Flüssigverkapselung auf- gebracht und optional ein Glas 15 oder Kunststoff. Die Kontaktierung zwischen Zelle und leitfähigem Film erfolgt z. B. über einen lokalen Bond- prozess. Dieser kann sowohl vor als auch nach der Verkapselung erfolgen.
Ein sechster Prozessfluss gemäß Fig. 7 zeigt eine weitere Möglichkeit des Modulaufbaus. Das Backsheet ist hier dasselbe wie beim vorangehenden Prozessfluss und wiederum isoliert mit Lötstoplack 2. Nunmehr erfolgt der Auftrag eines flächigen Films 12, der lokal an den Kontaktflächen im
Backsheet leitfähige Partikel enthält. An dieser Stelle kommt keine gelochte Polymerfolie oder Flüssigverkapselung zum Einsatz. Die Rückkontaktzellen 5 werden auf dem Film positioniert. Anschließend wird hier eine Flüssigverkapselung 7' aufgebracht und der Aufbau optional mit einem Glas 15 oder Kunststoff abgeschlossen. Die Kontaktierung nach Bildung des Laminats 9 erfolgt ebenfalls über einen lokalen Bondprozess. Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens.

Claims

Ansprüche
1. Solarmodul mit einer Vielzahl von auf einem flächigen isolierenden
Träger angeordneten und über Leitbahnen (la) verschalteten bzw. mit einem externen Anschluss verbundenen Solarzellen (5), welche
Anschlusskontakte zur Verschaltung ausschließlich auf einer ihrer beiden Oberflächen haben, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt, und an ihren rückseitigen Anschlusskontakten an Verbindungspunkten mit den Leitbahnen verbunden sind, wobei der isolierende Träger einen Mehrschichtaufbau hat, der eine mit den Leitbahnen beschichtete Verdrahtungsfolie (1;1') sowie eine an mindestens einem Verbindungspunkt von einem Verbindungsmittel ( 11 ; 11 '; 12) einer stoffschlüssigen elektrischen Verbindung durchdrungene Isolierfolie oder - Schicht (2;3;3';4) zwischen der Verdrahtungsfolie und der Solarzellen- Rückseite umfasst.
2. Solarmodul nach Anspruch 1,
wobei das Verbindungsmittel (11) der stoffschlüssigen elektrischen Verbindung ein Lötmittel, ein leitfähiger Klebstoff, ein leitfähiger Film oder Metallpulver ist.
3. Solarmodul nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Leitbahn-Seite (la) der Verdrahtungsfolie (1;1') von den Solarzellen (5) abgewandt und vollflächig mit einer Rückseiten-Abdeckfolie oder -schicht (13) bedeckt ist.
4. Solarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Isolierschicht (2;3';4) zwischen der Solarzellen-Rückseite und der Verdrahtungsfolie (1;1') gemäß der Konfiguration der Verbindungspunkte vorstrukturiert ist. Solarmodul nach Anspruch 3,
wobei die Isolierfolie (3') zwischen der Solarzellen-Rückseite und der Verdrahtungsfolie (1;1') gemäß der Konfiguration der Verbindungspunkte vorgelocht ist.
Solarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Isolierschicht (4) isolierenden Klebstoff aufweist.
Solarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Verdrahtungsfolie (1) mit den Leitbahnen (la) gemäß der
Konfiguration der Verbindungspunkte gelocht ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Schritten:
a) Bereitstellen der vorgelochten Verdrahtungsfolie mit einer vorkonfigurierten Leitbahnstruktur, die eine Verschaltungskonfiguration des Solarmoduls festlegt, insbesondere als Rollenmaterial,
b) Aufbringen der gemäß der Verschaltungskonfiguration vorgelochten Isolierfolie oder der gemäß der Verschaltungskonfiguration struktu- rierten Isolierschicht oder
b') Aufbringen einer unstrukturierten Isolierfolie oder Isolierschicht und späteres Erzeugen von Durchdringungen gemäß der Verschaltungskonfiguration auf die den Leitbahnen abgewandte Seite der Verdrahtungsfolie,
c) positionsgenaues Aufsetzen der Solarzellen auf die Isolierfolie oder
-Schicht derart, dass die Anschlusskontakte der Solarzellen gemäß der Verschaltungskonfiguration über der Leitbahnstruktur liegen, d) Einbringen des Materials zur stoffschlüssigen elektrischen Verbindung in die Löcher der Verdrahtungsfolie von deren freier Rückseite derart, dass es bis zu den Anschlusskontakten der Solarzellen vordringt, e) Ausführen eines Bearbeitungsschrittes zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung an den Verbindungspunkten mittels des in die Löcher eingebrachten Materials und
f) Aufbringen der Rückseiten-Abdeckfolie oder -Schicht.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei im Schritt b) eine strukturierte Schicht aus isolierendem Klebstoff aufgetragen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei Schritt b') eine Laserstrukturierung der aufgebrachten Isolierfolie umfasst.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
wobei Schritt d) als Dispensen oder Siebdruck ausgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
wobei nach Schritt c) und/oder nach oder in Verbindung mit Schritt f) ein Laminieren oder eine Flüssigverkapselung ausgeführt wird, wobei ein Laminieren insbesondere zugleich Schritt e) realisiert.
13. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten:
a) Bereitstellen der ungelochten Verdrahtungsfolie mit einer vorkonfigurierten Leitbahnstruktur, die eine Verschaltungskonfiguration des Solarmoduls festlegt, insbesondere als Rollenmaterial,
b) Aufbringen der gemäß der Verschaltungskonfiguration vorgelochten Isolierfolie oder der gemäß der Verschaltungskonfiguration strukturierten Isolierschicht auf die die Leitbahnen tragende Seite der Verdrahtungsfolie, c) Einbringen des Materials zur Herstellung der stoffschlüssigen elektrischen Verbindung in die Löcher der Isolierfolie oder der Isolierschicht derart, dass das Material bis zu den Leitbahnen durchdringt, d) positionsgenaues Aufsetzen der Solarzellen auf die Isolierfolie oder -schicht derart, dass die Anschlusskontakte der Solarzellen gemäß der Verschaltungskonfiguration über den mit dem Material gefüllten Löchern der Leitbahnstruktur liegen,
e) Ausführen eines Bearbeitungsschrittes zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung an den Verbindungspunkten mittels des in die Löcher eingebrachten Materials.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei nach Schritt a) eine selektive Beschichtung der Leitbahnstruktur mit Lötstopplack ausgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
wobei nach Schritt d) und/oder nach oder in Verbindung mit Schritt e) ein Laminieren oder eine Flüssigverkapselung ausgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
wobei mindestens einer der Laminierungsschritte mit UV-härtendem Lack ausgeführt wird.
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