DE102010039880A1

DE102010039880A1 - Verfahren zur Kontaktierung von Solarmodulen

Info

Publication number: DE102010039880A1
Application number: DE201010039880
Authority: DE
Inventors: Anja Staiger
Original assignee: Tesa SE
Current assignee: Tesa SE
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-03-29
Also published as: WO2012025273A3; TW201216500A; WO2012025273A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontaktierung von Solarmodulen, insbesondere Dünnschichtsolarmodulen, umfassend zumindest ein Trägersubstrat und eine Mehrzahl miteinander verschalteter Solarzellen, wobei die Kontaktierung mittels eines Kontaktelementes bewirkt wird, welches in Kontakt mit zumindest einer der Solarzellen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement mittels einem Klebefolienelement auf der Kontaktstelle des Solarmoduls befestigt wird, wobei das Klebefolienelement derart angeordnet wird, dass es die Kontaktstelle abdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschicht-Solarmodulen sowie mittels dieses Verfahrens erhältliche Dünnschicht-Solarmodule.
Dünnschicht-Solarmodule bestehen regelmäßig aus einem transparenten Trägersubstrat, auf dem mehrere einzelne Solarzellen vorgesehen sind, die üblicherweise streifenförmig und parallel ausgerichtet sind. Die Solarzellen sind miteinander – insbesondere über eine Serienverschaltung – kontaktiert.
Die Solarzellen bestehen ihrerseits beispielweise aus einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht, etwa einer ITO-Schicht, aus einer halbleitenden Schicht, zum Beispiel amorphen Silizium oder amorphen und mikrokristallinem Silizium, und einer Metallschicht. Die Metallschicht einer jeden Solarzelle ist zur Serienschaltung mit der ITO-Schicht der nächsten Solarzelle kontaktiert. Zur Erzeugung eines Schaltkreises ist es erforderlich, die ITO-Schicht der ersten Solarzelle und die Metallschicht der letzten Solarzelle zu kontaktieren.
Nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik werden metallische Streifen als Kontaktelemente (Elektroden) auf die zu kontaktierenden Bereiche der entsprechenden Solarzellen mittels eines Kontaktklebers (leitfähige Klebemasse, insbesondere Flüssigkleber) aufgeklebt. Die Kontaktstellen, in der Regel das gesamte Solarmodul wird schließlich zur Fixierung, mechanischen. Stabilisierung und Schutz vor Umwelteinflüssen in einen Kunststoff eingebettet oder einlaminiert, etwa in Polyvinylbutyral oder Ethylenvinylacetat. Dieses Verfahren bringt mehrere Nachteile mit sich. Zum einen weisen Kontaktkleber nur eine begrenzt gute Leitfähigkeit auf, so dass für eine Kontaktierung mit hinreichend geringem Widerstand regelmäßig eine relativ großflächige Kontaktierung geschaffen werden muss. Im Hinblick auf kleiner werdende elektronische Geräte ist es aber wünschenswert, die einzelnen Bauteile klein zu gestalten (insbesondere flach), so dass angestrebt wird, die Kontaktierungsstellen so klein und so flach wie möglich zu realisieren.
Zum anderen wird die schlussendliche Stabilisierung eines Solarmoduls, welches nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellt wird, erst nach der Einbettung in einen Kunststoff realisiert. Da als Kontaktkleber häufig Flüssigkleber eingesetzt werden, ist insbesondere die Fixierung des Kontaktelementes auf der entsprechenden Solarzelle ein Problem, da der Kontaktkleber erst aushärten muss und selbst dann gegebenenfalls nur begrenzt belastbar ist. Daher ist die Kontaktstelle vor dem Stabilisierungsschritt regelmäßig gegen mechanische Einflüsse anfällig. So kann es sein, dass es beispielweise beim Einbetten oder Einlaminieren zu einer Verschiebung des Kontaktelementes von dem Solarmodul kommt. Hieraus resultieren entweder Kontaktprobleme, oder es ist ein hoher zeitlicher und technischer Aufwand zur Realisierung der erforderlichen Prozesssicherheit notwendig. Wiederum machen sich diese Probleme desto stärker bemerkbar, je kleinflächiger die eigentliche Kontaktierung ist.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass die Kontakt-Flüssigkleber nach dem Stand der Technik häufig durch Wärmeeinfluss ausgehärtet werden. Teilweise sind die Komponenten von Solarmodulen aber temperaturempfindlich, erweichen oder zeigen ein unterschiedliches Temperaturausdehnungsverhalten, so dass die Formgenauigkeit des Verbundes bei Temperatureinfluss leiden kann. Weiterhin kann es zu temperaturbedingtem Bruch kommen, wenn sich die enthaltenen Materialien unterschiedlich ausdehnen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Kontaktierung von Solarmodulen anzubieten, mit dem kleinflächige Kontaktierungsstellen realisiert werden können und bei denen dennoch kein Verlust an Prozesssicherheit zu beklagen ist. Idealerweise sollte das entsprechende Verfahren sogar zu einer Prozesserleichterung führen, um die vorgenannten Probleme weitgehend zu eliminieren.
Zur Lösung des Problems wird ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch vorgeschlagen, wobei die abhängigen Ansprüche vorteilhafte Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen. Gegenstand der Erfindung sind zudem Solarmodule mit der wie erfindungsgemäß beschriebenen Kontaktierung.
Dementsprechend betrifft der Hauptanspruch ein Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschichtsolarmodulen umfassend zumindest ein Trägersubstrat und eine Mehrzahl miteinander verschalteter Solarzellen, wobei die Kontaktierung mittels eines Kontaktelementes (insbesondere in Form eines Kontaktstreifens) bewirkt wird, welches in Kontakt mit zumindest einer der Solarzellen gebracht wird, wobei das Kontaktelement mittels eines Klebefolienelementes auf der Kontaktstelle des Solarmoduls befestigt wird, wobei das Klebefolienelement derart angeordnet wird, dass es die Kontaktstelle abdeckt.
Dabei wird durch das Klebefolienelement, das nun über der Kontaktierungsstelle liegt, sofort eine stabile Fixierung erzielt. Durch hinreichend starke Klebemassen des Klebefolienelements und/oder hinreichend große klebende Bereiche, die über die Kontaktierung hinausreichen und somit eine relativ großflächige Verklebung erlauben, ist zum einen eine sichere – stabile Verklebung und zum anderen ein guter Anpressdruck des Kontaktelementes auf der Kontaktierungsstelle der Solarzelle gewährleistet, so dass sogar ohne weitere Kontaktierungsmedien zwischen dem Kontaktelement und der Kontaktierungsstelle der Solarzelle ein hervorragender Kontakt gewährleistet ist. In einer vorteilhaften Vorgehensweise wird das Kontaktelement unmittelbar auf die zu kontaktierende Stelle der entsprechenden Solarzelle des Solarmoduls aufgebracht. Zur Verbesserung dieses Kontaktes kann aber auch ein derartiges Kontaktmedium, etwa eine Leitpaste, vorgesehen sein, um eventuelle Oberflächenunebenheiten zwischen den Kontaktpartnern auszugleichen. Da die Befestigung des Kontaktelementes durch die aufliegende Klebefolie bewirkt wird, muss ein derartiges Kontaktmedium nicht klebrig ausgestaltet sein, kann dieses aber selbstverständlich, um die Fixierung noch zusätzlich zu optimieren.
Als Klebefolienelemente lassen sich ein- oder beidseitig klebrig ausgerüstete Folien einsetzen, die vorteilhaft für den Anwendungszweck vorkonfektioniert sind, also etwa in Form eines Klebestreifens eingesetzt werden. Für die Befestigung des Kontaktelementes auf der Solarzelle ist eine zumindest einseitig mit einer Klebemassenschicht ausgerüstete Klebefolie, im einfachsten Fall bestehend aus einem Trägermaterial und der besagten Klebemassenschicht, einsetzbar. Soll zusätzlich eine Verklebung auf der Rückseite der Klebefolie, beispielweise die Verklebung eines weiteren das Solarmodul stabilisierenden Materials, stattfinden, so kann auch auf der Rückseite der Klebefolie eine Schicht einer Klebemasse vorgesehen sein, wobei es sich um dieselbe oder auch um eine andere Klebemasse als auf der dem Solarmodul zugewandten Seite handeln kann. Im Falle, dass beidseitige Klebefolien verwendet werden, kann auch eine trägerlose Klebefolie (im einfachsten Fall bestehend aus einer einzigen Klebemassenschicht) zum Einsatz kommen. Derartige trägerlose beidseitig verklebbare Klebefolien sind auch unter der Bezeichnung „Transfertape” bekannt.
Beispiele für erfindungsgemäße Kontaktierungen von Solarmodulen zeigen die 1 bis 3, ohne sich durch die dort dargestellten Ausführungen in der erfinderischen Lehre beschränken zu wollen. 1 und 2 zeigen dabei beispielhaft Solarmodule, in denen die Solarzellen serienverschaltet sind, 3 ein Solarmodul mit Parallelverschaltung der Solarmodule.
Ein Solarmodul besteht aus üblicherweise auf einem Trägersubstrat (4) (Glas, Folie oder ähnlichem) vorgesehenen Mehrzahl an Solarzellen, die jeweils eine halbleitende Schicht (1), zum Beispiel amorphen Silizium, amorphen und mikrokristallinem Silizium, Cu(In,Ga)(S,Se)₂ (CIS oder CIGS), Cadmiumtellurid umfassen, die zwischen einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht (2), etwa einer ITO-Schicht, und einer Metallschicht (3) angeordnet ist.
Die Metallschicht (3) einer jeden Solarzelle ist zur Serienschaltung mit der ITO-Schicht (2) der nächsten Solarzelle kontaktiert (1, 2). Bei Parallelschaltung sind die Metallschichten (3) beispielweise mittels eines Metallleiters (3a) miteinander kontaktiert, während gleichfalls auch die transparenten leitfähigen Schichten (2) (also beispielsweise die ITO-Schichten) miteinander in elektrisch leitfähigem Kontakt (2a) stehen (3). Zur Erzeugung eines Schaltkreises ist es erforderlich, die ITO-Schicht der ersten Solarzelle (links) und die Metallschicht der letzten Solarzelle (rechts) zu kontaktieren. Die Kontaktierung erfolgt über Kontaktelemente (5) die mittels eines Klebefolienelementes umfassend eine Trägerfolie (6) und eine Klebemasse (7) (z. B. Haftklebemasse oder hitzeaktiviert verklebbare Klebemasse) auf der jeweiligen Kontaktstelle der außenliegenden Solarzellen aufliegen (dabei kann das Kontaktelement (5) direkt aufliegen, es kann aber auch ein Leitfähigkeitsmedium zwischen dem Kontaktelement (5) und der Kontaktstelle der Solarzelle vorgesehen sein; in den Figuren nicht dargestellt). Das Klebefolienelement (6, 7) ist dabei derart angeordnet, dass es die Kontaktierungsstellen von oben abdeckt. Um die Kontaktierung der untenliegenden Schichten (hier die ITO-Schicht links) einer optimalen Kontaktierung zuzuführen, kann eine elektrisch leitfähige Zuführung (10) zu dieser Schicht vorgesehen sein, die für das Kontaktelement (5) zugänglich ist. Die Ableitung (8) der Kontaktelemente (5) ist in den Figuren nur schematisch dargestellt.
In 1 ist gezeigt, dass das Solarmodul optional zur Stabilisierung mit einer weiteren Schutzabdeckung (9) versehen sein kann, so kann es beispielweise in einen Kunststoff (zum Beispiel Polyvinylbutyral oder Ethylenvinylacetat) eingebettet sein oder alternativ mit einer stabilisierenden Folie (9), insbesondere vollständig, überzogen werden. In 2 wird dargestellt, dass auch das Klebefolienelement (6, 7) als Schutzschicht ausgebildet sein kann, die sich insbesondere über das ganze Solarmodul erstreckt (auf diese Art können beispielsweise flexible Solarmodule hergestellt werden; insbesondere wenn das Trägersubstrat (4) auch biegsam ausgestaltet ist, etwa durch eine Folie realisiert ist. Optional, insbesondere bei nicht flexiblen Solarmodulen, kann auch hier noch eine weitere Abdeckschicht (9) der oben genannten Art vorgesehen sein. Auch ein parallel verschaltetes Solarmodul (3) kann wie bei den 1 und 2 beschrieben abgedeckt sein, wobei hier nur beispielhaft die der 1 entsprechende Ausführung abgebildet ist.
Als Klebemasse auf der dem Solarmodul zugewandten Seite der Klebefolie lässt sich in hervorragender Weise eine Haftklebemasse (Selbstklebemasse) einsetzen. Haftklebemassen (PSA; englisch: „Pressure Sensitive Adhesives”) sind insbesondere solche polymeren Massen, die – gegebenenfalls durch geeignete Additivierung mit weiteren Komponenten, wie beispielsweise Klebharzen – bei der Anwendungstemperatur (sofern nicht anders definiert, bei Raumtemperatur) dauerhaft klebrig und permanent klebrig sind und an einer Vielzahl von Oberflächen bei Kontakt; gegebenenfalls unter Einwirkung eines mehr oder weniger großen Anpressdruckes, anhaften, insbesondere sofort anhaften (einen sogenannten „Tack” [Klebrigkeit oder Anfassklebrigkeit] aufweisen). Sie sind in der Lage, bereits bei der Anwendungstemperatur ohne eine Aktivierung durch Lösemittel oder durch Wärme – üblicherweise aber durch den Einfluss eines mehr oder weniger hohen Druckes – ein zu verklebenden Substrat hinreichend zu benetzen, damit sich zwischen der Masse und dem Substrat für die Haftung hinreichende Wechselwirkungen ausbilden können. Hierfür wesentliche Einflussparameter sind unter anderem der Druck sowie die Kontaktzeit. Die besonderen Eigenschaften der Haftklebemassen gehen unter anderem insbesondere auf deren viskoelastischen Eigenschaften zurück.
Haftklebemassen können grundsätzlich auf Grundlage von Polymeren unterschiedlicher chemischer Natur hergestellt werden. Die haftklebenden Eigenschaften werden unter anderem durch die Art und die Mengenverhältnisse der eingesetzten Monomere bei der Polymerisation der der Haftklebemasse zugrunde liegenden Polymere, deren mittlere Molmasse und Molmassenverteilung sowie durch Art und Menge der Zusatzstoffe der Haftklebemasse, wie Klebharze, Weichmacher und dergleichen, beeinflusst. Zur Erzielung der viskoelastischen Eigenschaften werden die Monomere, auf denen die der Haftklebemasse zugrunde liegenden Polymere basieren, sowie die gegebenenfalls vorhandenen weiteren Komponenten der Haftklebemasse insbesondere derart gewählt, dass die Haftklebemasse eine Glasübergangstemperatur (nach DIN 53765) unterhalb der Anwendungstemperatur (also üblicherweise unterhalb der Raumtemperatur) aufweisen. Durch geeignete kohäsionssteigernde Maßnahmen, wie beispielsweise Vernetzungreaktionen (Ausbildung brückenbildender Verknüpfungen zwischen den Makromolekülen), kann der Temperaturbereich, in dem eine Polymermasse haftklebrige Eigenschaften aufweist, vergrößert und/oder verschoben werden. Der Anwendungsbereich der Haftklebemassen kann somit durch eine Einstellung zwischen Fließfähigkeit und Kohäsion der Masse optimiert werden.
Bei der Wahl der Haftklebemasse sollte darauf geachtet werden, dass sie auf den Oberflächen des Solarmoduls, auf denen sie verklebt wird, eine gute Haftung erzielt. Ansonsten lässt sich diese Klebemasse aus dem, dem Fachmann bekannten Pool der Haftklebemassen entnehmen. Haftklebemassen haben zudem den Vorteil, dass sie ohne Temperatureinfluss hervorragende Klebkräfte aufweisen und somit die oben beschriebenen Probleme im Zusammenhang mit Wärmeeinfluss vermieden werden können.
Als Haftklebemassen können hervorragend unter anderem Polyacrylate (wasserlöslich und/oder nichtwasserlöslich; einschließlich Polymethacrylaten und/oder Acrylat-Methacrylat-Copolymeren), Naturkautschukmassen, Synthesekautschukmassen, Polyolefine, Polyurethane, Polyvinylether, Silikone, Massen auf Basis von Copolymeren und/oder Blockcopolymeren, vorteilhaft aus den vorgenannten Verbindungsklassen, insbesondere auf Basis von Acrylaten und/oder Naturkautschuken und/oder Synthesekautschuken und/oder Styrol und/oder Polyolefinen eingesetzt werden (zum Beispiel Ethylen-Vinylacetat-Copolymere), ggf. mit weiteren Comonomeren. Weiterhin können auch. Mischungen der vorgenannten (Co-)Polymere als Haftklebemassen eingesetzt werden. Insbesondere können vorteilhaft Dispersionen, heißschmelzende (auch heißschmelzverarbeitbare) Haftklebemassen und/oder Haftklebemassen auf Lösungsmittelbasis eingesetzt werden.
Als Klebemasse auf der dem Solarmodul zugewandten Seite lässt sich weiterhin eine sogenannte hitzeaktiviert verklebbare Klebemasse einsetzen, insbesondere für den Fall, in dem sehr starke dauerhafte Verklebungen erforderlich sind. Als hitzeaktiviert verklebende Klebemassen werden solche Klebemassen bezeichnet, die bei Raumtemperatur üblicherweise keine Eigenklebrigkeit aufweisen (und sich von herkömmlichen Haftklebemassen unterscheiden), sondern erst unter Temperatureinwirkung und optionalem Druck haftklebrig werden und nach Verklebung und Abkühlen infolge der Verfestigung der Klebemasse eine hohe Klebkraft aufbauen. Dies schließt ebenfalls bei Raumtemperatur haftklebrige hitzeaktiviert verklebende Klebemassen ein. Je nach Anwendungstemperatur weisen diese Hitzeaktiviert verklebenden Klebemassen unterschiedliche statische Glasübergangstemperaturen T_G,A oder Schmelzpunkte T_S,A auf.
Hitzeaktiviert verklebende Klebemassen lassen sich prinzipiell in zwei Kategorien einordnen: thermoplastische hitzeaktiviert verklebende Klebemassen und reaktive hitzeaktiviert verklebende Klebemassen. Thermoplastische Klebemassen basieren auf Polymeren, die bei einem Erwärmen reversibel erweichen und während des Erkaltens wieder erstarren. Reaktive hitzeaktiviert verklebende Klebemassen hingegen enthalten elastische Komponenten und reaktive Komponenten, die so genannten ”Reaktivharze”, in denen durch das Erwärmen ein Vernetzungsprozess eingeleitet wird, der nach Beendigen der Vernetzungsreaktion eine dauerhafte stabile Verbindung auch unter Druck gewährleistet. Daneben existieren auch hitzeaktiviert verklebende Klebemassen, die beiden Kategorien zuzuordnen sind, die also sowohl thermoplastische als auch reaktive Komponenten enthalten.
Im folgenden sind rein exemplarisch einige typische Systeme hitzeaktiviert verklebender Klebemassen beschrieben, die sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft herausgestellt haben, nämlich solche auf der Basis von thermoplastischen Materialien, Polyolefinen und/oder Acrylsäurederivaten und von Elastomeren mit Reaktivharzen. Vorteilhaft sind beispielsweise Epoxybasierte Reaktivsysteme. Bei den vorstehend genannten Systemen bestimmen ein Polymer oder wenige Polymere als Basispolymere die grundlegenden Eigenschaften der Klebemasse, wobei zusätzlich eine Änderung der jeweiligen Eigenschaften durch Beimengung weiterer Polymere und/oder Additive erreicht werden kann.
Eine Reihe von hitzeaktiviert verklebbaren Klebemassen weist bei Raumtemperatur zwar eine – üblicherweise geringe – Klebrigkeit auf, entwickelt eine signifikante Haftklebrigkeit aber erst bei Aktivierung durch Hitze und stellt damit quasi eine Zwischenstufe zwischen Haftklebemassen und hitzeaktiviert verklebbaren Klebemassen dar. Derartige Haftklebemassen können hervorragend eingesetzt werden, um bereits bei Raumtemperatur eine gewisse Anhaftung zu bewirken, etwa eine Fixierung auf dem Substrat zu garantieren, wobei die eigentliche, stabile Verklebung jedoch erst durch die Hitzeaktivierung bewirkt wird.
Wie bereits vorstehend dargestellt kann im Fall einer beidseitigen (doppelseitigen) Klebefolie die auf der dem Solarmodul abgewandten Seite vorgesehene Klebemasse identisch oder unterschiedlich zu der auf dem Solarmodul zugewandten Seite vorgesehenen Klebemasse sein, wobei auch bei unterschiedlichen Klebemassen insbesondere eine Klebemasse gemäß einer der vorstehenden Beschreibungen gewählt wird.
Zum Befestigung des Kontaktelementes sind doppelseitige (trägerhaltige oder trägerlose) Klebefolien vorteilhaft zunächst auf der dem Solarmodul abgewandten Seite mit einer temporären Abdeckung versehen, um die Handhabbarkeit zu erleichtern, ein Andrücken zu ermöglichen und die Klebemassenschicht auf dieser Seite zu schützen. Nach Verkleben auf dem Solarmodul kann die temporäre Abdeckung dann abgezogen und auch diese Seite wie gewünscht verklebt werden.
Die Trägerfolie des Klebefolienelementes kann derart gewählt werden, dass sie bestimmte Aufgaben übernehmen kann. Aus optischen Gründen, aber auch zur Lichtreflektion kann sie weiß, rot, orange, schwarz, silbrig oder auch andersfarbig gefärbt sein, insbesondere aber nicht ausschließlich für die Ausführungsformen, in denen das Klebfolienelement vollflächig auf das Solarmodul aufgebracht wird.
Die Trägerfolie kann Schutzfunktionen übernehmen, insbesondere die Kontaktelemente, die Kontaktstellen, die Solarzellen und/oder das ganze Solarmodul schützend abdecken. Der Schutz kann sich gegen mechanische, physikalische und/oder chemische Einflüsse richten.
Schutz gegen Wasserdampf kann beispielsweise erzielt werden durch den Einsatz von Polypropylenfolien (PP), mono- oder biaxial orientiertes Polypropylen (MOPP, BOPP), Polyethylenfolien (PE, auch als High- oder Low Density Polyethylen – HDPE, LDPE) anorganisch beschichteten Folien (zum Beispiel Polyethylenterephthalat (PET) mit SiO_x und/oder AlO_x). Der Durchtritt von Sauerstoff kann beispielweise durch den Einsatz von Polyvinylalkohol-Folien (PVOH) und/oder Ethylenvinylalkohol-Folien (EVOH) vermieden werden.
Chemische Beständigkeit (beispielsweise gegen Säuren, wie Essigsäure) kann erzielt werden durch den Einsatz von Polyamidfolien (zum Beispiel PA 12), Polyethylenfolien, Polypropylenfolien, Teflonfolien (Polytetrafluorethylen; PTFE), Polyetheretherketon-Folien (PEEK), Polysulfon-Folien (PSU-Folien), Polyethersulfon-Folien (PES), Polyetherimid-Folien (PEI) oder Folien aus Misch- oder Copolymeren enthaltend die vorgenannten Komponenten.
Mechanische Stabilität kann durch den Einsatz von Verbundfolien realisiert werden, insbesondere solchen mit speziellen Schutzschichten.
Als Trägerfolien können auch solche Folien eingesetzt werden die gegen Strahlungseinflüsse stabil sind und/oder hiergegen schützen, wie etwa gegen UV-Strahlung. Auch der Schutz gegen Witterungseinflüsse kann vorteilhaft erzielt werden, zum Beispiel durch polyvinylfluoridhaltige Verbundfolien.
Die Folien können vorteilhaft auch derart gewählt werden, dass sie einem maximalen Schutz gegen mehrere verschiedenartige Einflüsse gewähren.
Besonders vorteilhaft geht man vor, wenn das Kontaktelement (insbesondere in Form eines Kontaktstreifens) zeitgleich mit dem Klebefolienelement auf die zu kontaktierende Solarzelle aufgebracht wird, insbesondere derart, dass das Klebefolienelement die Kontaktstelle zwischen dem Kontaktelement und der zu kontaktierenden Stelle der Solarzelle von oben abdeckt.
Vorteilhaft wird dabei derart vorgegangen, dass das Kontaktelement bereits auf der dem Solarmodul zugewandten Klebemassenseite des Klebefolienelementes vorliegt. Die Anordnung des Kontaktelementes kann dabei symmetrisch auf dem Klebfolienelement sein (insbesondere eine mittige Ausrichtung in Längsrichtung), aber auch ein asymmetrischer Aufbau kann von Vorteil sein. Hierdurch lässt sich beispielsweise auch bei eingeschränktem Platz auf einer Seite der Solarztelle durch die andere, großflächige Seite eine gute Verklebung bewirken. Asymmetrische Aufbauten können zudem Vorteile in der Handhabbarkeit bieten, beispielsweise dadurch, dass der größerflächige Bereich als Anfasshilfe dienen kann, mit dem sehr genaue Positionieren des Kontaktelementes erzielt werden können. Der asymmetrische Aufbau kann zudem dazu dienen, dass der größerflächige Bereich des Klebefolienelementes zur Abdeckung größerer Bereiche des Solarmoduls oder des ganzen Solarmoduls genutzt wird, insbesondere zu Schutzzwecken.
Weiterhin kann das Klebfolienelement mit zwei oder auch mehreren Kontakteelementen (insbesondere Kontaktstreifen) ausgerüstet sein, die ihrerseits symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sein können. Zwei Kontaktelemente sind beispielsweise dann vorteilhaft, wenn das Klebefolienelement das gesamte Solarmodul abdecken soll; dann können beide Kontaktierungen (ITO, Metall) mittels eines einzigen, entsprechend geformten Klebefolienelementes realisiert werden.
Als Kontaktelement lassen sich hervorragend elektrisch leitfähige Materialien einsetzen, die entweder eine hinreichende Eigenstabilität aufweisen oder durch ihre Position auf der Klebefolie deren Stabilität ausnutzen, um handhabbar zu sein. So lassen sich als Kontaktelement beispielweise metallische Streifen (insbesondere Metallfolienstreifen), metallisierte Streifen, Streifen aus Materialien, denen Metalle oder andere leitfähige Additive zugegeben sind, einsetzen. Als Kontaktelement lassen sich aber auch – insbesondere extrem dünne – elektrisch leitfähige Schichten, wie etwa metallische Schichten – nutzen, die direkt auf die Klebefläche des Klebefolienelementes aufgebracht werden. Für die Aufbringung eignen sich beispielweise die Bedampfung, die Besputterung, die Aufstreichung, die Aufbringung als Paste, insbesondere mit nachfolgender Trocknung, oder dergleichen. Durch diese Verfahren ist es möglich, extrem dünne metallische Kontaktelemente zu erzeugen, etwa in Form metallischer Streifen, deren Breite sehr viel schmaler als bei den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren gewählt werden kann. So lassen sich Kontaktelemente erzeugen, die 3 mm oder schmaler, 2 mm oder schmaler oder sogar 1 mm oder schmaler sind und die dennoch zu einer hervorragenden Kontaktierung der Solarzellen führen, wenn sie erfindungsgemäß eingesetzt werden. Es können auf der dem Solarmodul zugewandten Klebemassenschicht des Klebefolienelementes aber auch Kontaktelemente in Form von Metallfolienstreifen oder metallisierten Folienstreifen vorgesehen sein. Auch diese können sehr viel schmaler realisiert werden als im Stand der Technik, etwa 3 mm oder schmaler, 2 mm oder schmaler oder 1 mm oder schmaler.
Im Falle sehr schmaler Kontaktelemente ergibt sich vorliegend kein Stabilisierungs- und Handhabbarkeitsproblem, wie dies etwa beim Auflegen von Metallstreifen und verkleben mit Klebepaste der Fall wäre. Da vorliegend das Kontaktelement auf dem Klebefolienelement vorgesehen ist und mit diesem zur Kontaktierung eingebracht sind, kann es gemeinsam mit diesem geführt und extrem genau positioniert werden. Dabei wird eine sofortige, stabile Fixierung des Kontaktelementes auf der Solarzelle bewirkt, so dass eine nachfolgende ungewollte Verschiebung der Kontaktierungspartner zueinander nicht möglich ist.
Als elektrisch leitfähige Materialien für das Kontaktelement werden besonders bevorzugt hochleitfähige Metalle, wie Kupfer, Silber oder Gold eingesetzt, wobei diese Materialien sowohl in „massiver” Form (Folien, Drähte und dergleichen), als Folienüberzug, als Bedampfungs- oder Besputterungsmaterial (also in Form dünnster Schichten), in kleinstverteiltem Zustand (etwa als Additiv zu Pasten und dergleichen) oder in anderer Darreichungsform eingesetzt werden können, um das letztlich vorliegende Kontaktelement auszubilden.
Das Kontaktelement (gegebenenfalls auch oder stattdessen die Kontaktstelle des Solarmoduls) können chemisch, physikalisch oder mechanisch oberflächenbehandelt werden, um den Kontakt und/oder die Verankerung an der Kontaktstelle zu verbessern. So können Oberflächen beispielweise geätzt, aufgeraut, coronabehandelt, mit Reliefen versehen oder anderweitig vorbehandelt sein.
Das Kontaktelement kann in Form makroskopisch geschlossener („durchgängiger”) Schichten oder makroskopisch unterbrochener Schichten eingesetzt werden. Beispiele für makroskopisch unterbrochene Schichten sind etwa Schichten in Gitterform (zum Beispiel Drahtgitter) oder Schichten mit Löchern (zum Beispiel „Lochbleche” oder „Lochfolien”). Mit dem Ausdruck „makroskopisch” soll vorstehend dargestellt werden, dass nicht die mikroskopische Porosität der Materialien oder Materialschichten im Betrachtungsfokus steht.
Unterbrochene Kontaktelemente bieten den Vorteil, dass die Fixierung mittels des Klebefolienelementes auf der Solarzelle noch optimiert werden kann, das es auch zum Kontakt zwischen Klebemassenschicht und Solarzellenoberfläche in den offenen Bereichen der Schicht kommt.
Das Klebfolienelement ist durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung im Verklebungszustand auf dem Kontaktelement und auf der zu kontaktierenden Solarzelle im Kontaktierungsbereich aufliegend angeordnet, so dass es zum einen eine Stabilisierung dieser Kontaktierungsstelle bewirkt, so dass das Kontaktelement und der zu kontaktierende Bereich der Solarzelle zuverlässig miteinander verbunden sind, und zum anderen bewirkt sie einen Schutz dieser Stelle gegen äußere Einflüsse (Abdeckung). Je nach Fixierungs- und/oder Schutzanfordernissen kann die Größe des Klebefolienelementes, der die Fläche des Kontaktelementes überragt, gewählt werden, wobei es einerseits – insbesondere, aber nicht ausschließlich in Verbindung mit unterbrochenen Kontaktelementen – möglich ist, eine gute Befestigung bereits mit sehr kleinen Klebefolienelementen zu bewirken, wobei aber andererseits die Größe der Kontaktierungsfolie auch sehr viel größer gewählt werden kann. Zur zusätzlichen Stabilisierung können weitere Schichten (Folien, Träger, Kunststoffscheiben, ...) auf das Solarmodul verklebt werden, und/oder es kann einlaminiert und/oder in Kunststoffe eingegossen werden, wie dies aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist. Bereits im Bereich unter dem Klebfolienelement kann das Kontaktelement in eine elektrische Ableitung übergehen und/oder mit einer solchen verbunden sein, wobei durch die Klebfolienabdeckung eine Isolierung nach außen bewirkt wird. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die Ableitung bereits isoliert unter der Klebefolie herausgeführt und die Ausführstelle durch die Klebewirkung der Folie ebenfalls sicher fixiert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ebenfalls die Ableitung bereits mit dem Klebefolienelement eingebracht, so dass eine nachfolgende Verlötung (während der Herstellung der Kontaktierung des Kontaktelementes mit der Solarzelle oder danach) oder sonstige Kontaktierung des Kontaktelementes mit einer Ableitung nicht mehr erforderlich ist. Auch hierdurch kann das Herstellverfahren bei zunehmender Produktqualität vereinfacht werden.
Ein ausgedehnter Streifen der Klebefolie kann mit mehreren Kontaktelementen und gegebenenfalls Ableitungen versehen sein, die in Längsausrichtung des Streifens insbesondere periodisch vorgesehen sind, um von diesem Streifen im Bedarfsfall einen Abschnitt abzulängen. Ein derartiges Produkt kann beispielweise in Form einer Klebebandrolle (also aufgewickelt zur archimedischen Spirale) vertrieben werden.
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Kontaktierungsverfahrens ist es gelungen, die Aufbringung von Kontaktelementen auf die entsprechenden Kontaktierungsstellen von Solarmodulen, insbesondere auf die endständigen Solarzellen einer Solarzellen-Serienschaltung, aufzubringen, wobei bei vereinfachter und leichter handhabbarer Vorgehensweise eine sehr gute Kontaktierung (insbesondere durch direkten Metallkontakt), eine hohe Kontaktierungssicherheit und Qualität bewirkt werden konnte. Es konnten sehr stabile Leitpfade realisiert werden.
Es konnte gezeigt werden, dass die erfindungsgemäße Kontaktierung zu Produkten führte, die weniger anfällig für thermische Verspannungen waren und/oder bei denen das Kontaktelement durch die Polymerfolie des Klebefolienelementes vor Korrosion und/oder vor chemischen Substanzen geschützt werden kann (zum Beispiel kann der Einsatz von Ethylenvinylacetet als Einbettungskunststoff bei hohen Temperaturen zur Abspaltung von Essigsäure führen).
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Solarmodule, insbesondere Dünnschichtsolarmodule, umfassend zumindest ein Trägersubstrat und eine Mehrzahl miteinander verschalteter Solarzellen sowie zumindest ein Kontaktelement zur äußeren Kontaktierung der Solarzelle, wobei Kontaktelement in unmittelbarem oder mittelbarem Kontakt mit zumindest einer der Solarzellen steht und mittels eines Klebefolienelementes fixiert ist, welches die Kontaktierungsstelle abdeckt. Derartige (Dünnschicht-)Solarmodule sind insbesondere nach dem erfindungsgenäßen Verfahren oder einer seiner Ausführungsvarianten erhältlich. Besonders bevorzugt steht das Kontaktelement mit der Solarzelle in unmittelbarem Kontakt.
Bezugszeichenliste

1: halbleitende Schicht (Halbleiterschicht)
2: transparente elektrisch leitfähige Schicht
2a: Kontaktierung der transparenten elektrisch leitfähigen Schichten miteinander
3: elektrisch leitfähige Schicht (z. B. Metallschicht)
3a: Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schichten miteinander
4: (insbesondere transparentes) Trägersubstrat (z. B. Glas oder Folie)
5: Kontaktelement
6, 7: Klebefolienelement, umfassend 6 Trägerfolie 7 Klebemassenschicht
8: Ableitung der Kontaktelemente
9: Schutzabdeckung
10: elektrisch leitfähige Zuführung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 53765 [0017]

Claims

Verfahren zur Kontaktierung von Solarmodulen, insbesondere Dünnschichtsolarmodulen, umfassend zumindest ein Trägersubstrat und eine Mehrzahl miteinander verschalteter Solarzellen, wobei die Kontaktierung mittels eines Kontaktelementes bewirkt wird, welches in Kontakt mit zumindest einer der Solarzellen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement mittels einem Klebefolienelement auf der Kontaktstelle des Solarmoduls befestigt wird, wobei das Klebefolienelement derart angeordnet wird, dass es die Kontaktstelle abdeckt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Das Kontaktelement zeitgleich mit dem Klebefolienelement auf die zu kontaktierende Solarzelle aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement in unmittelbaren Kontakt mit der Solarstelle gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem Kontaktelement und der Solarzelle ein Kontaktierungsmedium vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebefolienelement die Kontaktierungsstelle zwischen dem Kontaktelement und der kontaktierten Solarzelle vollständig abdeckt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement eine nicht geschlossene Oberflächenstruktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement eine Gitterstruktur oder eine Lochblechstruktur aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement vor dem Aufbringen auf die zu kontaktierende Solarzelle auf die Klebemassenseite des Klebefolienelementes aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kontaktelement um eine elektrisch leitfähige Folie, insbesondere eine Metallfolie oder eine metallisierte Folie, handelt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement eine Schicht eines elektrisch leitfähigen Materials ist, die vor dem Aufbringen auf die zu kontaktierende Solarzelle auf die Klebemassenseite des Klebefolienelementes aufgebracht wird, insbesondere durch Sputtern oder Metallabscheidung.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement eine Breite von weniger als 3 mm, insbesondere von weniger als 2 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsstelle durch zumindest einen weiteren Fixierungsschritt zusätzlich stabilisiert wird.
Solarmodul, insbesondere Dünnschichtsolarmodul, umfassend zumindest ein Trägersubstrat und eine Mehrzahl miteinander verschalteter Solarzellen sowie zumindest ein Kontaktelement zur äußeren Kontaktierung der Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement in unmittelbarem oder mittelbarem Kontakt mit zumindest einer der Solarzellen steht und mittels eines Klebefolienelementes fixiert ist, welches die Kontaktierungsstelle abdeckt.
Solarmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Das Kontaktelement mit der Solarzelle in unmittelbarem Kontakt steht.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 13 oder 14, erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 12.