DE102009002823A1 - Solarzelle, diese Solarzelle umfassendes Solarmodul sowie Verfahren zu deren Herstellung und zur Herstellung einer Kontaktfolie - Google Patents

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 gegenüberliegen, 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

• Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, ein diese Solarzelle umfassendes Solarmodul sowie Verfahren zu deren Herstellung und zur Herstellung einer Kontaktfolie.
• 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 Kontaktstellen 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 substitutierten Polythiophen ableiten, wobei die Substituenten vorzugsweise C₁-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 Ultraschallschweißgerät 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 1 bis 7.
• 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Solarmodul 3, das in einer linearen Anordnung mehrere Solarzellen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
• 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 1 gezeigten Solarmodul gemäß der vorliegenden Erfindung.
• 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.
• 4 zeigt einen Schnitt durch eine Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 5 zeigt einen Schnitt durch eine Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 6 zeigt eine perspektivische Sicht einer ersten Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie.
• 7 zeigt eine perspektivische Sicht einer zweiten Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie.
• 8 zeigt eine typische Verschaltungsvariante in einem Solarmodul.
• 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.
• 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 1 gezeigten Solarmodul gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem zwei miteinender 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 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 1 und 2 gezeigten Solarzellen wird als Material der halbleitenden Schicht kristallines Silizium verwendet.
• Die in den in 1 und 2 gezeigten Solarmodulen enthaltenen Solarzellen sind auf hier nicht näher gezeigte Weise elektrisch in einer Serienschaltung miteinander verbunden.
• 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 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 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 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 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.
• 4 zeigt einen Schnitt durch eine Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 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-Folie als weitere Schutzschicht umfasstg, sowie eine Glasscheibe 15 angeordnet.
• Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarzelle ist eine elektrisch leitende Verbindung 11 gemäß der zweiten oder dritten Variante von 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.
• 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 4 gezeigten. In 5 ist links die erste Variante von 1 im Schnitt zu sehen. Die lotfreie elektrische Verbindung 11 wurde bei der ersten Variante mittels Ultraschallschweißen oder Laserschweißen hergestellt. Rechts ist in 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.
• 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 Oberfache 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 Transportrollen 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.
• 7 zeigt eine perspektivische Sicht einer zweiten Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfolie.
• Bei der in 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.
• 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 8 nicht gezeigten Solarzellen verbunden.

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

33

erster Kontaktfinger

34

zweiter Kontaktfinger

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - WO 2007/096752 A2 [0004]
• - WO 2008/113741 A [0040]

Claims (15)

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. Solarzelle (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.
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.