Solarzelle, Verfahren zur Herstellung von Solarzellen sowie elektrische Leiterbahn

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, die mindestens eine auf einem metallischen Träger angeordnete Halbleiterschicht aufweist und die mit einer Mehrzahl von auf der Halbleiterschicht angeordneten Kontaktbahnen versehen ist.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen, die mindestens eine auf einem metallischen Träger angeordnete Halbleiterschicht aufweisen und die mit einer Mehrzahl von auf der Halbleiterschicht angeordneten Kontaktbahnen versehen sind.

Schließlich betrifft die Erfindung eine Leiterbahn zur Herstellung einer elektrischen Verbindung.

Die oben erwähnten Solarzellen können als Dünnschicht- Solarzellen ausgebildet sein, die zu Solarmodulen verschaltet werden.

Die gemäß dem Stand der Technik bekannten Solarzellen können noch nicht alle Anforderungen erfüllen, die erforderlich sind, um zueinander kompatible Solarmodule in verschiedenen Größen bereitzustellen. Dies ist insbesondere angestrebt, um individuell vorhandene Dachflächen optimal ausnutzen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Solarzelle der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß vereinfachte Möglichkeiten zur verschal- tung der Solarzellen zu Solarmodulen bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein seitlicher überstand mindestens einer Kontaktbahn auf eine Rückseite des Trägers umgebogen und gegenüber dem Träger elektrisch isoliert angeordnet ist.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine hohe Produktivität mit hoher Zuverlässigkeit unterstützt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Kontaktbahn seitlich überstehend auf der Halbleiterschicht fixiert und anschließend auf eine Rückseite des Trägers umgebogen sowie elektrisch gegenüber dem Träger isoliert wird.

Schließlich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Leiterbahn der einleitend genannten Art derart zu gestalten, daß eine einfache Verarbeit- barkeit unterstützt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiterbahn auf mindestens einer Seite mit einer Isolierschicht versehen ist und daß sowohl die Leiterbahn als auch die Isolierschicht mit einer Mehrzahl von Perforationen versehen sind.

Die erfindungsgemäße Konstruktion der Solarzelle, die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung der Solarzelle sowie die konstruktive Realisierung der Leiterbahn unterstützen in einem erheblichen Maß die Verschaltung von einzelnen Solarzellen zu Solarmodulen. Insbesondere ist es möglich, bei einem im wesentlichen gleichen äußeren Erscheinungsbild Module mit unterschiedlichen elektrischen Parametern herzustellen. Die einzelnen Solarzellen können beliebig verschaltet werden, ohne daß sich am Aussehen des kompletten Solarmoduls merklich etwas ändert.

Die erfindungsgemäß konstruierten Solarzellen sind insbesondere auch voll kompatibel zu einer schindelartigen Verschaltung von Solarzellen gemäß dem Stand der Technik. Die schindelartige Verschaltung kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Solarzellen nur wesentlich effektiver als gegenüber dem Stand der Technik erfolgen.

Die aus den erfindungsgemäßen Solarzellen hergestellten Solarmodule sind zueinander kompatibel und in verschiedenen Größen konfektionierbar. Die Solarmodule passen auch in unterschiedlichen konstruktiven Realisierungen optisch zueinander und weisen ein einheitliches Design auf. Innerhalb der Solarmodule können die einzelnen Solarzellen einheitlich ausgerichtet werden. Der Modul- ström bzw. die Modulspannung kann bei allen Modulgrößen identisch vorgegeben werden, damit diese wahlweise seriell oder parallel verschaltet werden können.

Eine kontinuierliche Produktion wird dadurch unterstützt, daß der Träger als ein metallisches Band ausgebildet ist.

Ein geringer Materialaufwand bei der Durchführung der erforderlichen Kontaktierungen wird dadurch unterstützt, daß die Kontaktbahnen quer zu einer Längsrichtung des Trägers angeordnet sind.

insbesondere ist daran gedacht, daß die Kontaktbahnen seitlich über das Trägerband überstehen und so zur Verschaltung genutzt werden können.

Zur Erleichterung einer kontinuierlichen Produktion wird vorgeschlagen, daß sich die Kontaktbahnen in einer Längsrichtung des Trägers erstrecken.

Bei einem derartigen Produktionsverfahren erweist es sich als zweckmäßig, daß Sammelbahnen quer zur Längsrichtung und quer zu den Kontaktbahnen angeordnet sind und elektrisch mit den Kontaktbahnen verbunden sind.

Typischerweise ist daran gedacht, daß eine Rückseite des Trägers als ein Gegenkontakt ausgebildet ist.

Zur Erleichterung einer Fixierung der umgebogenen Kontaktbahnen oder Sammelbahnen auf der Rückseite des Trägers wird vorgeschlagen, daß die Kontaktbahnen oder Sammelbahnen im Bereich der Rückseite des Trägers verklebt sind.

Eine typische Ausbildung besteht darin, daß mindestens eine der Kontaktbahnen oder Sammelbahnen als Kupferdraht ausgebildet ist.

_,

_ 5 —

Ebenfalls ist daran gedacht, daß mindestens eine der Kontaktbahnen oder Sammelbahnen als Kupferband ausgebildet ist.

Ein Aufbau von Solarmodulen aus den einzelnen Solarzellen wird dadurch unterstützt, daß eine Mehrzahl von Solarzellen derart verschaltet ist, daß jeweils eine auf die Rückseite des Trägers umgebogene Kontaktbahn oder Sammelbahn mit einer Rückseite eines benachbarten Trägers elektrisch verbunden ist.

Ebenfalls kann eine einfache Verbindung nebeneinander angeordneter Solarzellen dadurch erfolgen, daß nebeneinander angeordnete Solarzellen von mindestens einer Leiterbahn elektrisch miteinander gebunden sind.

Eine vorteilhafte Konstruktion besteht darin, daß die Halbleiterschichten als CIS/TCO-Schichten ausgebildet sind.

Für eine großtechnische Produktion erweist es sich als zweckmäßig, daß die Halbleiterschichten auf einem bandförmigen Träger angeordnet werden.

Die Produktionsgeschwindigkeit kann dadurch erhöht werden, daß die Kontaktbahnen in einer Längsrichtung des Trägers von einer Vorratsrolle abgewickelt werden.

Eine vereinfachte Kontaktierung wird dadurch bereitgestellt, daß die in Längsrichtung verlaufenden Kontaktbahnen mit quer zur Längsrichtung verlaufenden Sammelbahnen elektrisch verbunden werden.

Eine Vereinfachung der Produktion kann auch dadurch erfolgen, daß die Kontaktbahnen oder Sammelbahnen nach

einem Umbiegen auf die Rückseite des Trägers verklebt werden.

Zur Bereitstellung einer ausreichend großen Ausgangsspannung von Solarmodulen wird vorgeschlagen, daß mindestens zwei Solarzellen in Reihe geschaltet werden.

Ein großer verfügbarer Ausgangsstrom kann dadurch generiert werden, daß mindestens zwei Solarzellen parallel geschaltet werden.

Eine erhebliche ProduktionsVereinfachung kann dadurch erreicht werden, daß mindestens zwei Solarzellen von einer Leiterbahn miteinander verbunden werden, die Perforationen aufweist, durch die eine Lötverbindung hindurch hergestellt wird.

Ebenfalls trägt es zu einer Produktionsvereinfachung bei, daß die Isolierschicht im Bereich ihrer einer Metallschicht abgewandten Ausdehnung mit einer Klebeschicht versehen ist.

Eine typische Ausführungsform besteht darin, daß die Metallschicht aus Kupfer ausgebildet ist.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bandartigen Trägers mit Solarzelle sowie seitlich überstehenden Kontaktbahnen,

Fig. 2 eine Darstellung der Anordnung gemäß Fig. 1 bei einer Blickrichtung von hinten nach einem Umbiegen der überstehenden Kontaktbahnen,

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführungs- form, bei denen sich die Kontaktbahnen in Längsrichtung des Bandes erstrecken und mit quer zur Längsrichtung verlaufenden Sammelbah- nen gekoppelt sind,

Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3 bei einer Blickrichtung von hinten und nach einem Umklappen der Sammelbahnen auf die Rückseite,

Fig. 5 ein Schaubild zum Stromfluß in einem Solarmodul, das aus einzelnen Solarzellen ausgebildet ist,

Fig. 6 eine Anordnung mehrerer Solarmodule zur Bereitstellung einer gleichen AusgangsSpannung,

Fig. 7 eine Anordnung von Solarmodulen zur Bereitstellung eines gleichen AusgangsStromes,

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der elektrischen Verbindung einer Mehrzahl einzelner Solarzellen,

Fig. 9 eine gegenüber Fig. 8 abgewandelte Ausführungsform bei Verwendung perforierter Leiterbahnen und

Fig. 10 den Schichtaufbau der perforierten Leiterbahnen.

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 sind auf einem metallischen Träger (1) , der bandartig ausgebildet und beispielsweise aus Edelstahl gefertigt ist, Halbleiter-

- β -

schichten (2) angeordnet. Die Halbleiterschichten (2) sind zur Umsetzung auftreffender Lichtstrahlung in elektrische Energie ausgebildet. Quer zur Längsrichtung

(3) des Trägers (1) ist eine Mehrzahl von Kontaktbahnen

(4) angeordnet, die seitlich über einen Rand (5) des Trägers (1) überstehen.

Zur Herstellung von einzelnen Solarzellen werden geeignet lange Abschnitte des Trägers (1) mit den Halbleiterschichten (2) und den Kontaktbahnen (4) abgetrennt.

Zur Vermeidung einer elektrischen Verbindung der Kontaktbahn (4) mit dem metallischen Träger (1) sind entlang des Randes (5) die Isolierungen (6) angeordnet. Die Isolierungen (6) sind vorzugsweise als Kantenisolierung realisiert.

Gemäß der rückwärtigen Ansicht in Fig. 2 sind die gemäß Fig. 1 überstehenden Kontaktbahnen (4) umgebogen und auf einer Rückseite (7) des Trägers (1) fixiert.

Dies erfolgt vorzugsweise durch eine Verklebung. Im Bereich der Rückseite (7) sind die umgebogenen Kontaktbahnen (4) auf einer Isolierung (8) angeordnet, so daß auch hier ein elektrischer Kontakt mit dem metallischen Träger (1) vermieden ist.

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 3 sind die Kontaktbahnen (4) in Längsrichtung (3) des Trägers (1) orientiert. Zur Ermöglichung einer Verschaltung einer Mehrzahl von einzelnen Solarzellen erstrecken sich quer zur Längsrichtung Sammelbahnen (9) , die seitlich überstehen. Die Handhabung dieser seitlich überstehenden Sammelbahnen (9) erfolgt im wesentlichen identisch zur bereits erläuterten Handhabung der seitlich überstehenden

_ Q —

Kontaktbahnen (4) gemäß Fig. 1 und Fig. 2. Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 besitzt den Vorteil, daß sich die Kontaktbahnen (4) bei einer großtechnischen Produktion einfacher in Längsrichtung (3) anordnen lassen und daß eine geringere Anzahl von Sammelbahnen (9) als von Kontaktbahnen (4) seitlich über den Rand (5) des Trägers (1) überstehen. Die Kontaktbahnen (4) erfüllen im wesentlichen die Funktion, die Halbleiterschicht zu kontaktieren.

Fig. 4 zeigt analog zu Fig. 2 die konstruktive Realisierung nach einem Umbiegen der seitlich überstehenden Kontaktbahnen (9) auf die Rückseite (7) des Trägers (1). Auch hier wird eine Isolierung (8) verwendet.

Zur Bereitstellung eines Solarmoduls aus einzelnen Solarzellen können eine Mehrzahl kleiner Solarzellen miteinander in Reihe geschaltet werden. Hierdurch ergibt sich die Größe des vorgegebenen Solarmoduls. Die Ver- schaltung der einzelnen Solarzellen erfolgt dabei derart, daß die rückseitigen Frontkontakte mit einem elektrischen Leiter mit der Rückseite der Nachbarzelle verschaltet werden. Es lassen sich hierdurch einzelne Zeilverbunde erzeugen, die aus mehreren einzelnen Solarzellen bestehen und optisch wie eine einzige große Zelle aussehen. Die einzelnen vielzelligen Schindeln werden ihrerseits wiederum mit einer üblichen Schindeltechnik verbunden.

Fig. 5 zeigt ein derartiges Solarmodul (10) , das aus einer Vielzahl von einzelnen Solarzellen (11) ausgebildet ist. Die eingezeichneten Pfeile veranschaulichen, das der Strom meanderförmig durch die Solarzellen (11) fließt.

Die Solarzellen (11) und die Solarmodule (10) können insbesondere bei einer Verwendung von dünnen Trägern

(I) flexibel ausgebildet werden, so daß eine Anordnung auf einer Vielzahl unterschiedlich gestalteter Untergründe möglich ist.

Fig. 6 zeigt eine Mehrzahl von Solarmodulen (10), bei denen die Solarzellen (11) derart angeordnet sind, daß alle Solarmodule (10) eine gleiche Spannung bereitstellen. Gemäß der Ausführungsform in Fig. 7 sind die Solarzellen (11) derart angeordnet, daß alle Solarmodule (10) einen gleichen Ausgangsstrom bereitstellen.

Bei gleichem äußeren Erscheinungsbild können so die kleineren Solarmodule (10b bis d) wahlweise mit gleicher Spannung oder gleichem Strom wie das große Solarmodul (10a) ausgebildet werden.

Die Kontaktbahnen (4) und/oder die Sammelbahnen (9) können aus Kupferdrähten oder Kupferbändern realisiert sein. Als Halbleiterschicht (2) kommen insbesondere sogenannte CIS/TCO-Schichten in Frage. Die Kontaktbahnen können mit Hilfe von Leitklebern, Loten oder durch Laserschweißen aufgebracht sein.

Fig. 8 veranschaulicht die elektrische Verbindung einer Mehrzahl einzelner Solarzellen (11) . Die Solarzellen

(II) sind hierbei in Reihe geschaltet. Unter Verwendung von Leiterbahnen (12) erfolgt jeweils die Verbindung der auf die Rückseite (7) umgebogenen Kontaktbahnen (4) bzw. Sammelbahnen (9) einer Solarzelle (11) mit dem metallischen Träger (1) einer benachbarten Zelle. Die Leiterbahnen (12) bestehen bei dieser Ausführungsform jeweils aus zwei Längssegmenten (13, 14) sowie einem

die Längssegmente (13, 14) miteinander verbindenden Quersegment (15) .

Fig. 9 zeigt eine gegenüber der Ausführungsform in Fig. 8 abgewandelter Ausbildung, bei der perforierte gelochte Leiterbahnen (12b) verwendet werden. Die Leiterbahnen (12b) weisen hierbei eine in Fig. 10 dargestellte Querschnittgestaltung auf. Eine Metallschicht (16) ist über eine Verklebung (17) mit einer Isolierschicht (18) verbunden, die ihrerseits wiederum im Bereich der der Metallschicht (16) abgewandten Ausdehnung mit einer Klebeschicht (19) versehen ist. Vor einer Verwendung ist die Klebeschicht (19) mit einer abziehbaren Abdek- kung (20) versehen. Durch die Verbindungsbahn (12) hindurch verlaufen eine Mehrzahl von Perforationen (21) .

Eine Verwendung der Leiterbahnen (12b) erfolgt derart, daß nach einem Abziehen der Abdeckung (20) eine Verklebung auf einer beliebigen Unterlage, insbesondere auch auf einer leitenden Unterlage, erfolgen kann. Die Metallschicht (16) ist durch die Isolierschicht (18) gegenüber einer leitenden Unterlage isoliert. Im Bereich vorzunehmender elektrischer Kontaktierungen erfolgt durch die Perforation (21) hindurch eine Verlötung. Ausschließlich in diesen verlöteten Bereichen ist die Metallschicht (16) mit einem elektrisch leitenden Träger (1) bzw. den Kontaktbahnen (4) oder den Sammelbahnen (9) kontaktiert.

Durch die entsprechende Gestaltung der Leiterbahnen (12b) können die Leiterbahnen (12b) gemäß Fig. 9 streifenförmig und somit gerade verarbeitet werden. Gegenüber der Verarbeitung in Fig. 8 können hierdurch erhebliche Produktionskosten gespart werden.