DE102012220221B4 - Solar cell arrangement and method for its production - Google Patents

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DE102012220221B4 DE102012220221.8A DE102012220221A DE102012220221B4 DE 102012220221 B4 DE102012220221 B4 DE 102012220221B4 DE 102012220221 A DE102012220221 A DE 102012220221A DE 102012220221 B4 DE102012220221 B4 DE 102012220221B4
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Abstract

Solarzellenanordnung (1) aus einer Mehrzahl von über Verbindungsleitern miteinander verschalteten, kristallinen Solarzellen (3),wobei eine Solarzelle (3) als Doppelhalbzelle (3) ausgebildet ist und jeweils zwei miteinander entlang einer gemeinsamen Ebene verbundene Rückseitenkontakt-Halbzellen (3a, 3b) umfasst,wobei die Rückseitenkontakt-Halbzellen (3a, 3b) mehrere Zellstreifen aufweisen, welche jeweils durch einen Draht miteinander verbunden sind;wobei die Verbindungsleiter als Runddrähte (15, 15') ausgebildet und auf Löt- oder Klebepads (13a, 13b) auf den Halbzellen aufgelötet oder leitfähig aufgeklebt sind, wobei die Halbzellen rückseitige Emitter- und Basiskontakte aufweisen, welche in zueinander parallelen Emitterkontakt- und Basiskontakt-Reihen platziert sind,wobei die Halbzellen so angeordnet sind, dass die Emitterkontakt- und Basiskontakt-Reihen benachbarter Halbzellen jeweils miteinander fluchten undwobei die Drähte jeweils die Emitterkontakte (13a) einer ersten Halbzelle mit den Basiskontakten (13b) der jeweils benachbarten Halbzellen verbinden und die Drähte hierzu jeweils zwischen den einander nächst benachbarten Löt- oder Klebepads benachbarter Halbzellen schräg oder bogenförmig von der Emitterkontakt-Reihe der ersten Halbzelle zur Basiskontakt-Reihe der benachbarten Halbzellen oder umgekehrt verlaufen.Solar cell arrangement (1) consisting of a plurality of crystalline solar cells (3) interconnected via connecting conductors, a solar cell (3) being designed as a double half cell (3) and each comprising two rear contact half cells (3a, 3b) connected to one another along a common plane ,wherein the rear contact half cells (3a, 3b) have several cell strips, each of which is connected to one another by a wire; the connecting conductors are designed as round wires (15, 15 ') and on soldering or adhesive pads (13a, 13b) on the half cells are soldered or conductively glued on, the half cells having emitter and base contacts on the back, which are placed in emitter contact and base contact rows parallel to one another, the half cells being arranged in such a way that the emitter contact and base contact rows of adjacent half cells are each aligned with one another, and whereby the wires each connect the emitter contacts (13a) of a first half-cell to the base contacts (13b) of the adjacent half-cells and for this purpose the wires are slanted or arcuately directed between the closest adjacent soldering or adhesive pads of adjacent half-cells from the emitter contact row of the first half-cell Base contact row of the neighboring half cells or vice versa.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzellenanordnung aus einer Mehrzahl von über Verbindungsleitern miteinander verschalteten, insbesondere kristallinen, Doppelhalbzellen aus Rückseitenkontakt-Halbzellen. Des Weiteren betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzellenanordnung.The invention relates to a solar cell arrangement consisting of a plurality of, in particular crystalline, double half cells made of rear contact half cells which are interconnected via connecting conductors. Furthermore, it relates to a method for producing such a solar cell arrangement.

Stand der TechnikState of the art

Rückseitenkontakt-Solarzellen, das sind MWT(Metal Wrap Through)-Zellen, EWT (Emitter Wrap Through)-Zellen oder IBC(Interdigitated Back Contact)-Zellen, stellen einerseits vorteilhafte Ausführungen von Silizium-Solarzellen dar, weil damit die vorderseitige Abschattung durch die metallischen Leiterbahnen (Busbars) und die darauf gelöteten Kupferbänder verringert wird. Sie sind aber andererseits auch schwieriger in Serie zu verschalten, weil die Kontakte zu beiden Polaritäten nebeneinander auf der Rückseite hergestellt werden müssen. Dabei ist es schwierig, die metallischen Verbindungselemente von einer Zelle zur anderen führen zu können, ohne einen Kurzschluss zu Oberflächen mit der jeweils anderen Polarität herzustellen.Back-contact solar cells, i.e. MWT (Metal Wrap Through) cells, EWT (Emitter Wrap Through) cells or IBC (Interdigitated Back Contact) cells, represent, on the one hand, advantageous versions of silicon solar cells because they eliminate shading on the front side metallic conductor tracks (busbars) and the copper strips soldered to them is reduced. On the other hand, they are also more difficult to connect in series because the contacts for both polarities have to be made next to each other on the back. It is difficult to route the metallic connecting elements from one cell to another without creating a short circuit to surfaces with the opposite polarity.

Folgende Technologien sind bisher in der Branche vorgeschlagen und zumindest in Pilotserien auch schon realisiert worden:

  • Bei der Bändchen-Technik wird die konventionelle Stringertechnik mit Kupferbändchen verfolgt. Dabei muss das Kontaktmuster auf der Rückseite der Solarzellen asymmetrisch ausgeführt werden, damit die Bändchen linear von Zelle zu Zelle gezogen werden können und dabei die Emitterkontakte der einen Zelle mit den Basiskontakten der anderen Zelle verbinden.
The following technologies have so far been proposed in the industry and have already been implemented at least in pilot series:
  • The ribbon technique uses the conventional stringer technique with copper ribbons. The contact pattern on the back of the solar cells must be designed asymmetrically so that the ribbons can be pulled linearly from cell to cell, thereby connecting the emitter contacts of one cell to the base contacts of the other cell.

1 zeigt schematisch als Ausschnitt aus einem Solarzellen-String 1 zwei benachbarte Solarzellen 3, die durch zueinander parallel verlaufende Bändchen 5 miteinander bzw. mit weiter benachbarten (nicht dargestellten) Solarzellen verschaltet sind. Es ist zu erkennen, dass die eine der beiden gezeigten Solarzellen vor dem Aufbringen der Bändchen gegenüber der anderen um 180° gedreht wurde, um Basisbereiche 2a der einen Solarzelle mit Emitterbereichen 2b der anderen mittels eines geradlinig verlaufenden Bändchens verbinden zu können. 1 shows schematically, as a section of a solar cell string 1, two adjacent solar cells 3, which are connected to one another or to further adjacent solar cells (not shown) by ribbons 5 running parallel to one another. It can be seen that one of the two solar cells shown was rotated by 180° relative to the other before the ribbons were applied in order to be able to connect base regions 2a of one solar cell with emitter regions 2b of the other by means of a straight ribbon.

Bei der Folientechnik wird eine rückseitige Tedlarfolie mit Kupferfolie beschichtet, in der durch Ätztechnik die Verbindungsbahnen erzeugt werden, die dann mit Lötstopplack bedeckt werden. Die Solarzellen werden dann mit einem Pick&Place-Roboter mit der Rückseite auf diese Kupferbahnstruktur gesetzt und in den Kontaktpunkten verklebt oder verlötet. Diese Technik ist elegant und vollautomatisiert in einer Produktionslinie mit hohem Durchsatz realisiert worden.With the foil technology, a Tedlar foil on the back is coated with copper foil, in which the connecting tracks are created using etching technology, which are then covered with solder mask. The solar cells are then placed on the back of this copper track structure using a pick & place robot and glued or soldered at the contact points. This technology has been implemented elegantly and fully automatically in a high-throughput production line.

Wie ein Solarzellen-String in Folientechnik grundsätzlich aufgebaut wird, ist skizzenartig in 2 dargestellt. Die Figur zeigt in einer perspektivischen Explosionsdarstellung einen Solarzellen-String 1' aus (beispielhaft) vier Solarzellen 3, die über auf eine Trägerfolie 7 aufgebrachte Leitbahnen 5' miteinander verschaltet werden. Die Trägerfolie 7 ist zugleich die rückseitige Folie für eine Laminierung der Solarzellen mit einer vorderseitigen Folie 9, und die Anordnung wird durch ein Frontglas 11 komplettiert.How a solar cell string is basically constructed using film technology is shown in sketch form 2 shown. The figure shows a perspective exploded view of a solar cell string 1' made up of (by way of example) four solar cells 3, which are interconnected via interconnects 5' applied to a carrier film 7. The carrier film 7 is also the back film for lamination of the solar cells with a front film 9, and the arrangement is completed by a front glass 11.

Alle modernen Solarzellen bzw. Module leiden unter dem Umstand, dass nach deutlichen Wirkungsgradsteigerungen der jüngeren Vergangenheit ein Zellenstrom von über 9A über den Serienwiderstand Rs aus einer Zelle in die nächste geführt werden muss und somit eine erhebliche ohmsche Verlustleistung Rs*|2 anfällt. Es ist daher für Standardzellen schon vielfach vorgeschlagen worden, die Solarzellen quer zur Stromführungsrichtung zu halbieren und die Halbzellen in Serie zu schalten, so dass die Spannung verdoppelt und die Stromstärke halbiert werden und damit eine Reduktion der Verlustleistung auf ein Viertel bewirkt wird.All modern solar cells or modules suffer from the fact that after significant increases in efficiency in the recent past, a cell current of over 9A has to be led from one cell to the next via the series resistance R s and thus a considerable ohmic power loss R s *| 2 occurs. It has therefore often been suggested for standard cells to halve the solar cells transversely to the direction of current conduction and to connect the half cells in series, so that the voltage is doubled and the current is halved, thus reducing the power loss to a quarter.

Diese drastische Verbesserung wird insbesondere für die Hocheffizienz-Rückkontaktzellen wie MTW-, EWT- und IBC-Zellen wichtig, deren Stromstärke aufgrund der deutlich geringeren Abschattung auf der Vorderseite noch einmal höher ist als die der Standardsolarzellen. Aber für solche Rückkontaktzellen gibt es noch keine Lösung für Halbzellenbildung und eine darauf angepasste kostengünstige Rückseitenverbindungstechnik.This drastic improvement is particularly important for high-efficiency rear contact cells such as MTW, EWT and IBC cells, whose current strength is even higher than that of standard solar cells due to the significantly lower shading on the front. But for such back contact cells there is still no solution for half-cell formation and a cost-effective back connection technology adapted to it.

Die DE 10 2007 022 877 A1 offenbart ein Solarzellensystem mit einer Vielzahl von zueinander benachbarten Solarzellen, wobei die verschiedenen Emitter- und Basisbereiche von benachbarten Solarzellen über ein geeignet gekrümmtes Drahtsystem miteinander elektrisch kontaktiert sind.The DE 10 2007 022 877 A1 discloses a solar cell system with a plurality of solar cells adjacent to one another, the various emitter and base regions of adjacent solar cells being electrically contacted with one another via a suitably curved wire system.

In der DE 10 2008 021 355 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung monokristalliner Solarzellen mit rückseitiger Kontaktstruktur beschrieben.In the DE 10 2008 021 355 A1 A process for producing monocrystalline solar cells with a rear contact structure is described.

In der WO 2006/123938 A1 ist ein Verfahren zur Zusammenverschaltung von Solarzellen beschrieben.In the WO 2006/123938 A1 A method for interconnecting solar cells is described.

In der EP 2 112 696 A2 ist ein Solarzellenmodul beschrieben.In the EP 2 112 696 A2 A solar cell module is described.

In der US 4 574 160 A1 ist ein flexibles, rollbares Solarzellenmodul beschrieben.In the US 4,574,160 A1 A flexible, rollable solar cell module is described.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Mit der Erfindung wird eine Solarzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzellenanordnung vorgeschlagen, das die Merkmale des Anspruchs 5 aufweist.The invention provides a solar cell arrangement with the features of claim 1. Furthermore, a method for producing such a solar cell arrangement is proposed, which has the features of claim 5.

Die Erfindung schließt das Konzept ein, die beiden Halbzellen einer rückseitenkontaktierten „Doppelhalbzelle“ ohne spezielles Handling so bereitzustellen, dass die Seitenkanten miteinander fluchten. Dies ist nur möglich, wenn- in Abkehr von den üblichen Vorstellungen des Fachmannes - vom Gedanken einer geradlinigen Leitungsverbindung zwischen den Emitterkontakt-Reihen der Halbzelle und den Basiskontakt-Reihen der zweiten Halbzelle abgegangen, also ein schräg zu den Halbzellen-Kontakten oder bogenförmig verlaufender Leiterabschnitt vorgesehen wird. Anders als bei den herkömmlichen Bändchen-Verbindungstechniken lässt sich dies mit Runddrähten in zuverlässiger und technologisch relativ unaufwendiger Weise realisieren, weshalb zur Erfindung auch der Gedanke des Vorsehens von Runddrähten als Verbinder, einerseits zwischen den Halbzellen einer Doppelhalbzelle und andererseits zu benachbarten Doppelhalbzellen in einem String, gehört.The invention includes the concept of providing the two half-cells of a back-contacted “double half-cell” without special handling so that the side edges are aligned with one another. This is only possible if - in departure from the usual ideas of those skilled in the art - the idea of a straight line connection between the emitter contact rows of the half cell and the base contact rows of the second half cell is abandoned, i.e. a conductor section that runs obliquely to the half cell contacts or in an arc shape is provided. In contrast to conventional ribbon connection techniques, this can be achieved with round wires in a reliable and technologically relatively inexpensive manner, which is why the invention also includes the idea of providing round wires as connectors, on the one hand between the half cells of a double half cell and on the other hand to neighboring double half cells in a string. heard.

Insgesamt sind also die Solarzellen, welche in zueinander parallelen Reihen angeordnete rückseitige Emitter- und Basiskontakte aufweisen, so angeordnet, dass die Kontaktreihen benachbarter Solarzellen jeweils miteinander fluchten. Hierbei verbinden die Drähte jeweils die Emitterkontakte einer ersten Solarzelle mit den Basiskontakten der jeweils benachbarten Solarzellen. Die Drähte verlaufen hierzu jeweils zwischen den einander nächst benachbarten Löt- oder Klebepads benachbarter Solarzellen schräg oder bogenförmig von der Emitterkontaktreihe der ersten Solarzelle zur Basiskontaktreihe der benachbarten Solarzellen oder umgekehrt.Overall, the solar cells, which have rear emitter and base contacts arranged in mutually parallel rows, are arranged in such a way that the contact rows of adjacent solar cells are aligned with each other. The wires connect the emitter contacts of a first solar cell to the base contacts of the neighboring solar cells. For this purpose, the wires run obliquely or arcuately between the soldering or adhesive pads of adjacent solar cells from the emitter contact row of the first solar cell to the base contact row of the adjacent solar cells or vice versa.

Speziell sind die als Drähte ausgebildeten Verbindungsleiter aus mindestens einem der Materialien Kupfer, Zinn, Nickel, Aluminium und Silber oder einer Legierung hieraus gebildet. In einer ersten Ausführung sind die Oberflächen der Solarzellen, auf denen die Verbindungsleiter verlaufen, mit Ausnahme der Löt- oder Klebepads im Wesentlichen elektrisch isoliert und die Drähte unisoliert. In einer anderen Ausführung haben die Drähte eine isolierende Hülle, die nur im Bereich ihrer Verbindung mit Löt- oder Klebepads lokal entfernt ist.In particular, the connecting conductors designed as wires are made from at least one of the materials copper, tin, nickel, aluminum and silver or an alloy thereof. In a first embodiment, the surfaces of the solar cells on which the connecting conductors run are essentially electrically insulated, with the exception of the soldering or adhesive pads, and the wires are uninsulated. In another embodiment, the wires have an insulating sheath that is locally removed only in the area of their connection with soldering or adhesive pads.

Als Prozessfolge für die Erzeugung der Doppelhalbzellen wird eine solche vorgeschlagen, welche mindestens einen Teil der nachfolgend genannten Aspekte aufweist:

  • - Eine fertige Rückkontakt-Solarzelle wird auf einer geheizten, in zwei Hälften unterteilten metallischen Halteplatte elektrostatisch oder mittels Vakuum angesaugt und auf eine geeignete Temperatur zwischen Raumtemperatur und Löttemperatur vorgeheizt.
  • - Runddrähte werden auf die von den Padpositionen vorgegebene Linienführung mit Versatz verformt und auf die Emitterpads auf einer der beiden Hälften der Solarzelle und die Basispads auf der anderen Hälfte derselben Zelle aufgelötet.
  • - Mittels Laserstrahlablation wird auf einer Linie in der Mitte der Solarzelle quer zur Stromflussrichtung in den Drähten eine Rille oder eine Perforationslinie aus ablatierten Löchern und somit eine Sollbruchlinie erzeugt.
  • - Durch Ankippen der einen Hälfte der Halteplatte wird die Solarzelle entlang der Sollbruchlinie gebrochen.
  • - Durch Einbringen eines Isoliermaterials in die Bruchebene und Zurückklappen der angehobenen Solarzellenhälfte wird eine dielektrische Trennung zwischen den Halbzellen erzeugt.
The proposed process sequence for the production of the double half cells is one which has at least some of the following aspects:
  • - A finished back-contact solar cell is sucked electrostatically or by vacuum onto a heated metal holding plate divided into two halves and preheated to a suitable temperature between room temperature and soldering temperature.
  • - Round wires are deformed with an offset to the lines specified by the pad positions and soldered to the emitter pads on one of the two halves of the solar cell and the base pads on the other half of the same cell.
  • - Using laser beam ablation, a groove or a perforation line made of ablated holes and thus a predetermined breaking line is created in the wires on a line in the middle of the solar cell transverse to the direction of current flow.
  • - By tilting one half of the holding plate, the solar cell is broken along the predetermined breaking line.
  • - By introducing an insulating material into the fracture plane and folding back the raised solar cell half, a dielectric separation is created between the half cells.

Weiterhin wird ein Prozess für die serielle Verschaltung (tabbing & stringing) der so geteilten und isoliert wieder zusammengefügten Doppelhalbzellen zu einem String vorgeschlagen, der mindestens einen Teil der folgenden Merkmale aufweist:

  • - In einer ersten Maschine werden zunächst die oben beschriebenen Schritte zur Erzeugung der seriell gekoppelten Halbzellen (Doppelhalbzellen) durchgeführt.
  • - Die Doppelhalbzellen werden elektrisch charakterisiert.
  • - Der Ausschuss wird in eine Badbox aussortiert.
  • - Die Doppelhalbzellen mit Werten innerhalb des Spezifikationsbereichs werden gemäß ihrer Leistungsklassen in Magazine einsortiert.
  • - Doppelhalbzellen einer Leistungsklasse werden in einer zweiten Maschine (Stringer) aus dem Magazin über eine optische Qualitätskontrolle in eine Lötstation eingeführt.
  • - In der Lötstation werden die Doppelhalbzellen durch Auflöten der vorgeformten „Stringdrähte“ zu einem String von mindestens 2 verlötet, wobei die ersten und die letzten Doppelhalbzellen mit überstehenden „Enddrähten“ versehen werden, die für die Querverschaltung zwischen den benachbarten Strings bzw. für den Anschluss an die Anschlussdose verwendet werden.
Furthermore, a process is proposed for the serial connection (tabbing & stringing) of the double half cells divided in this way and then reassembled in isolation to form a string which has at least some of the following features:
  • - In a first machine, the steps described above for producing the serially coupled half cells (double half cells) are first carried out.
  • - The double half cells are electrically characterized.
  • - The rejects are sorted out into a bathroom box.
  • - The double half cells with values within the specification range are sorted into magazines according to their performance classes.
  • - Double half cells of one performance class are introduced from the magazine into a soldering station in a second machine (stringer) via an optical quality control.
  • - In the soldering station, the double half-cells are soldered by soldering the pre-formed “string wires” into a string of at least 2, whereby the first and last double half-cells are provided with protruding “end wires” which are used for cross-connection between the neighboring strings or for the Connection to the junction box can be used.

Als wichtige Vorteile der Erfindung sind zu nennen:

  • - Halbe Rückkontaktzellen können auf einer Seite untereinander zu Doppelhalbzellen verbunden werden; der technische Aufwand ist geringer als bei zweiseitigen Halbzellen.
  • - Die Verwendung von Drähten ermöglicht die Verbindung von Halbzellen mit beliebigen geometrischen Varianten von Padformen und Padanordnungen.
  • - Die Isolation zwischen den Drähten und der Halbzellen-Metallisierung kann entweder auf der Halbzellenoberfläche mittels Lötstopplack oder am Draht durch einen Satz lack-isolierter Drähte erfolgen.
  • - Die Verwendung von steifen, d.h. elastischen Runddrähten koppelt Halbzellen zu mechanisch stabilen Doppelhalbzellen, insbesondere, wenn ein isolierender Kleber in die Bruchfläche eingebracht wird, bevor die Hälften wieder zusammengefügt werden.
  • - Die Koppeldrähte und die Stringdrähte haben vorzugsweise die gleiche Form und Länge; das heißt, die Lötvorrichtung für die Kopplung der Halbzellen zu Doppelhalbzellen kann die gleiche technische Konstruktion haben wie die Lötvorrichtung im Stringer zur Verbindung der Doppelhalbzellen zu einem String.
  • - Die mechanische Verkopplung der Halbzellen zu elektrisch seriell verschalteten Doppelhalbzellen kann durch das isolierende Klebermaterial in der Bruchlinie so lückenlos erfolgen, dass im Modul optische keine Trennlinie zwischen den isolierten Halbzellen erkennbar ist.
  • - Das Layup zur vollständigen Belegung der Modulfläche mit den verlöteten Strings und die Lamination mit dem Verkapselungsmaterial und der Rückseitenfolie können in identischer Weise erfolgen wie bei heutigen Standardstringern.
  • - Die Auflötung von hinreichend langen Enddrähten auf die ersten und die letzten Zellen eines Strings ermöglicht durch Umbiegen, Verlegen und Verlöten eine sehr einfache Querverschaltung der Strings und die problemlose Anbindung an die Anschlussdose.
The following are important advantages of the invention:
  • - Half back contact cells can be connected to each other on one side to form double half cells; the technical effort is lower than with double-sided half cells.
  • - The use of wires enables the connection of half cells with any geometric variants of pad shapes and pad arrangements.
  • - The insulation between the wires and the half-cell metallization can be done either on the half-cell surface using solder mask or on the wire using a set of varnish-insulated wires.
  • - The use of stiff, ie elastic, round wires couples half-cells into mechanically stable double half-cells, especially when an insulating adhesive is introduced into the fracture surface before the halves are rejoined.
  • - The coupling wires and the string wires preferably have the same shape and length; that is, the soldering device for coupling the half cells to form double half cells can have the same technical construction as the soldering device in the stringer for connecting the double half cells to form a string.
  • - The mechanical coupling of the half-cells to form electrically serially connected double half-cells can be carried out so completely without any gaps due to the insulating adhesive material in the break line that no dividing line between the insulated half-cells can be seen in the module.
  • - The layup to completely cover the module surface with the soldered strings and the lamination with the encapsulation material and the backing film can be done in the same way as with today's standard stringers.
  • - Soldering sufficiently long end wires to the first and last cells of a string enables very simple cross-connection of the strings and easy connection to the junction box by bending, laying and soldering.

Zeichnungendrawings

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine skizzenartige Ausschnittdarstellung (Draufsicht) einer bekannten Solarzellenanordnung,
  • 2 eine skizzenartige Darstellung (perspektivische Explosionsdarstellung) einer weiteren bekannten Solarzellenanordnung,
  • 3 eine Ausschnittdarstellung (Draufsicht) einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung,
  • 4A eine perspektivische Detailansicht eines über einem Löt- bzw. Klebepad positionierten isolierten Verbindungsdrahts,
  • 5A bis 5D schematische Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung wesentlicher Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 6A und 6B weitere Prinzipskizzen zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Further advantages and advantageous refinements of the objects according to the invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. Show it:
  • 1 a sketch-like detail representation (top view) of a known solar cell arrangement,
  • 2 a sketch-like representation (perspective exploded view) of another known solar cell arrangement,
  • 3 a detail view (top view) of an embodiment of the solar cell arrangement according to the invention,
  • 4A a perspective detailed view of an insulated connecting wire positioned over a soldering or adhesive pad,
  • 5A to 5D schematic cross-sectional representations to explain essential steps of the method according to the invention and
  • 6A and 6B further schematic sketches to explain an embodiment of the method according to the invention

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

3 zeigt schematisch in Art einer Draufsicht zwei Solarzellen (Doppelhalbzellen) 3 einer erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung 10, die jeweils aus zwei Halbzellen 3a, 3b bestehen und auf denen jeweils eine regelmäßige Anordnung von Emitter-Pads 13a und Basis-Pads 13b vorgesehen ist. Runddrähte 15 dienen jeweils als Verbindungsdrähte (Koppeldrähte) zwischen den Emitter-Pads 13a der ersten Halbzelle und den Basis-Pads 13b der zweiten Halbzelle. Im Kantenbereich beider Solarzellen weisen die Verbindungsdrähte 15 einen S-artigen Biegungsbereich 15a auf, mit dem der seitliche Versatz d zwischen den Reihen von Emitter- und Basis-Pads überbrückt wird. In analoger Weise dienen weitere Verbindungsdrähte (Stringdrähte) 15' zur Verbindung der jeweils aneinander angrenzenden Halbzellen der beiden Doppelhalbzellen 3, wobei auch hier ein Biegungsbereich 15a' den seitlichen Versatz d zwischen den Emitter- und Basis-Kontaktreihen ausgleicht. 3 shows schematically in the manner of a top view two solar cells (double half cells) 3 of a solar cell arrangement 10 according to the invention, each of which consists of two half cells 3a, 3b and on which a regular arrangement of emitter pads 13a and base pads 13b is provided. Round wires 15 each serve as connecting wires (coupling wires) between the emitter pads 13a of the first half cell and the base pads 13b of the second half cell. In the edge area of both solar cells, the connecting wires 15 have an S-like bend area 15a, with which the lateral offset d between the rows of emitter and base pads is bridged. In an analogous manner, further connecting wires (string wires) 15' are used to connect the adjacent half cells of the two double half cells 3, with a bending region 15a' here also compensating for the lateral offset d between the emitter and base contact rows.

Es wird vorgeschlagen, wie aus 3 ersichtlich, die Verbindung zweier benachbarter Solarzellen mit Rückseitenkontakten in N Zellstreifen durch je einen Draht vorzunehmen, d. h. insgesamt durch eine Anzahl N von isolierten oder nicht isolierten Kupfer-Runddrähten (in 3 gezeigt für das Beispiel N=4 Zellstreifen und M=4 Emitterkontakten pro Zellstreifen). Die Verbindungsdrähte 5" sind erfindungsgemäß im Bereich der Lücke zwischen den Zellen um einen frei wählbaren Betrag d in einem Kreisbogen von zwischen 45° und 180° seitlich in eine Richtung verbogen und wieder zurück gebogen, so dass die zu verbindenden Reihen mit jeweils M oder M-1 Basiskontakten unter dem Draht auf den beiden Nachbarzellen um den Wert d parallel versetzt zu den Emitterkontakten angeordnet werden können.It is suggested how from 3 It can be seen that the connection of two adjacent solar cells with rear contacts in N cell strips is to be carried out using one wire each, that is to say a total of N number of insulated or non-insulated copper round wires (in 3 shown for the example N=4 cell strips and M=4 emitter contacts per cell strip). According to the invention, the connecting wires 5" are bent laterally in one direction in the area of the gap between the cells by a freely selectable amount d in a circular arc of between 45° and 180° and bent back again, so that the rows to be connected are each marked M or M -1 base contacts under the wire on the two neighboring cells by the value d in parallel sets can be arranged to the emitter contacts.

Die Verbindungen zwischen Drähten und Solarzellen sind, wie in 4A gezeigt, bei isolierten Drähten 15 in vorher abisolierten Drahtabschnitten 15b über Padflächen 13 durch Löten oder Kleben mittels eines Löt- oder Klebepunkts 13a vorgenommen. Alternativ sind, wie in 4B schematisch dargestellt, die stoffschlüssigen Verbindungen bei blanken oder verzinnten Drähten 15 nur über den freiliegenden Padbereichen 13 einer ansonsten großflächig isolierten Oberfläche 17 ausgeführt.The connections between wires and solar cells are as in 4A shown, with insulated wires 15 in previously stripped wire sections 15b over pad surfaces 13 by soldering or gluing using a soldering or adhesive point 13a. Alternatively, as in 4B Shown schematically, the cohesive connections with bare or tinned wires 15 are only carried out over the exposed pad areas 13 of an otherwise large-area insulated surface 17.

Die Zahl N der Zellstreifen und damit der pro Draht kontaktierten Padreihen, kann beliebig gewählt werden zwischen N=3 und z. B. N=7. Je größer die Zahl N ausfällt, desto dünner dürfen die Drähte für die erfindungsgemäße Verbindungstechnik gewählt werden, denn der Strom der Zelle teilt sich auf diese N Drähte auf. Die Zahl M der Emitterkontaktpunkte pro Zellstreifen kann dabei gleich N oder aber verschieden sein. So wären z. B. auch Kombinationen (N,M) = (5,10) oder (6,7) denkbar. Diese Wahl obliegt der Optimierung der Zelleffizienz des jeweiligen Zellkonzepts (MWT, EWT, IBC). Die Zahl der Emitterkontakte M und der Basiskontakte kann leicht unterschiedlich sein; wenn z. B. die Basiskontakte auf Lücke zu den Emitterkontakten liegen, kann ihre Zahl um 1 nach oben oder unten abweichen (M Emitterkontakte, M-1 oder M+1 Basiskontakte).The number N of cell strips and thus of pad rows contacted per wire can be chosen arbitrarily between N=3 and z. B. N=7. The larger the number N, the thinner the wires can be chosen for the connection technology according to the invention, because the cell's current is divided between these N wires. The number M of emitter contact points per cell strip can be the same as N or different. This would be e.g. B. Combinations (N,M) = (5,10) or (6,7) are also conceivable. This choice is the responsibility of optimizing the cell efficiency of the respective cell concept (MWT, EWT, IBC). The number of emitter contacts M and base contacts can be slightly different; if e.g. For example, if the base contacts are at a gap to the emitter contacts, their number can deviate by 1 up or down (M emitter contacts, M-1 or M+1 base contacts).

Die 5A bis 5D zeigen schematisch wesentliche Schritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar dessen Teiles, in dem eine erfindungsgemäße verschaltete Doppelhalbzelle 3 gebildet wird.The 5A to 5D show schematically essential steps of an embodiment of the method according to the invention, namely the part in which an interconnected double half cell 3 according to the invention is formed.

Wie 5A zeigt, wird eine bis auf die Rückseiten-Verbindungen fertige Rückkontakt-Solarzelle 3' auf einer mittels Heizwicklungen 19a geheizten, in zwei Hälften 19.1, 19.2 unterteilten metallischen Halteplatte 19 mittels Vakuum über Ansaugöffnungen 19b angesaugt und auf eine geeignete Temperatur zwischen Raumtemperatur und Löttemperatur vorgeheizt. Runddrähte 15 werden auf die von den Padpositionen vorgegebene Linienführung mit Versatz verformt und auf die Emitterpads auf einer der beiden Hälften der noch ungeteilten Rückkontakt-Solarzelle und die Basispads auf der anderen Hälfte derselben Zelle aufgelötet.How 5A shows, a back-contact solar cell 3', which is finished except for the backside connections, is sucked in by means of vacuum via suction openings 19b on a metallic holding plate 19 which is heated by means of heating coils 19a and divided into two halves 19.1, 19.2 and is preheated to a suitable temperature between room temperature and soldering temperature. Round wires 15 are deformed with an offset to the lines specified by the pad positions and soldered to the emitter pads on one of the two halves of the still undivided back contact solar cell and the base pads on the other half of the same cell.

Wie 5B zeigt, wird anschließend mittels eines Laserstrahls L auf einer Linie in der Mitte der Solarzelle quer zur Stromflussrichtung in den Drähten eine Rille oder eine Perforationslinie P aus ablatierten Löchern und somit eine Sollbruchlinie erzeugt. Wie 5C symbolisch darstellt, wird durch Ankippen der einen Hälfte 19.1 der Halteplatte 19 wird die Solarzelle entlang der Perforationslinie P gebrochen. Schließlich wird, wie 5D (mit vergrößerter Ausschnittsdarstellung) zeigt, durch Einbringen eines Isoliermaterials 3d in die Bruchebene und Zurückklappen der angehobenen Solarzellenhälfte 3a wird eine dielektrische Trennung zwischen den Halbzellen 3a, 3b erzeugt.How 5B shows, a groove or a perforation line P made of ablated holes and thus a predetermined breaking line is then created in the wires by means of a laser beam L on a line in the middle of the solar cell transverse to the direction of current flow. How 5C symbolically represents, the solar cell is broken along the perforation line P by tilting one half 19.1 of the holding plate 19. Finally, how 5D (with enlarged detail view) shows that by introducing an insulating material 3d into the fracture plane and folding back the raised solar cell half 3a, a dielectric separation is created between the half cells 3a, 3b.

Die 6A und 6B verdeutlichen schematisch einen weiteren beispielhaften Verfahrensablauf für die serielle Verschaltung der auf die oben beschriebene Weise verschalteten Doppelhalbzellen zu einem String einer Solarzellenanordnung. In einer ersten Maschine 60a werden zunächst die oben beschriebenen Schritte zur Erzeugung der seriell gekoppelten Halbzellen (Doppelhalbzellen) durchgeführt.The 6A and 6B schematically illustrate a further exemplary process sequence for the serial connection of the double half cells connected in the manner described above to form a string of a solar cell arrangement. In a first machine 60a, the steps described above for producing the serially coupled half cells (double half cells) are first carried out.

Im nächsten Schritt 60b werden die Doppelhalbzellen elektrisch charakterisiert. Der Ausschuss wird in einem Schritt 60c in eine Badbox aussortiert. Die Doppelhalbzellen mit Werten in einem weiteren Schritt 60d innerhalb des Spezifikationsbereichs werden gemäß ihrer Leistungsklassen in Magazine einsortiert.In the next step 60b, the double half cells are electrically characterized. The rejects are sorted out into a bad box in a step 60c. The double half cells with values in a further step 60d within the specification range are sorted into magazines according to their performance classes.

Doppelhalbzellen einer Leistungsklasse werden, wie 6B schematisch gezeigt, in einem weiteren Schritt 60e in einer zweiten Maschine (Stringer) aus dem Magazin über eine optische Qualitätskontrolle in eine Lötstation eingeführt. In der Lötstation werden die Doppelhalbzellen in einem weiteren Schritt 60f durch Auflöten der vorgeformten „Stringdrähte“ zu einem String von mindestens 2 verlötet, wobei die ersten und die letzten Doppelhalbzellen mit überstehenden „Enddrähten“ versehen werden, die für die Querverschaltung zwischen den benachbarten Strings bzw. für den Anschluss an die Anschlussdose verwendet werden.Double half cells of a performance class are, like 6B shown schematically, in a further step 60e in a second machine (stringer) from the magazine is introduced into a soldering station via an optical quality control. In the soldering station, the double half cells are soldered in a further step 60f by soldering the preformed "string wires" to form a string of at least 2, whereby the first and last double half cells are provided with protruding "end wires" which are used for cross-connection between the adjacent strings or . used for connection to the junction box.

Claims (9)

Solarzellenanordnung (1) aus einer Mehrzahl von über Verbindungsleitern miteinander verschalteten, kristallinen Solarzellen (3), wobei eine Solarzelle (3) als Doppelhalbzelle (3) ausgebildet ist und jeweils zwei miteinander entlang einer gemeinsamen Ebene verbundene Rückseitenkontakt-Halbzellen (3a, 3b) umfasst, wobei die Rückseitenkontakt-Halbzellen (3a, 3b) mehrere Zellstreifen aufweisen, welche jeweils durch einen Draht miteinander verbunden sind; wobei die Verbindungsleiter als Runddrähte (15, 15') ausgebildet und auf Löt- oder Klebepads (13a, 13b) auf den Halbzellen aufgelötet oder leitfähig aufgeklebt sind, wobei die Halbzellen rückseitige Emitter- und Basiskontakte aufweisen, welche in zueinander parallelen Emitterkontakt- und Basiskontakt-Reihen platziert sind, wobei die Halbzellen so angeordnet sind, dass die Emitterkontakt- und Basiskontakt-Reihen benachbarter Halbzellen jeweils miteinander fluchten und wobei die Drähte jeweils die Emitterkontakte (13a) einer ersten Halbzelle mit den Basiskontakten (13b) der jeweils benachbarten Halbzellen verbinden und die Drähte hierzu jeweils zwischen den einander nächst benachbarten Löt- oder Klebepads benachbarter Halbzellen schräg oder bogenförmig von der Emitterkontakt-Reihe der ersten Halbzelle zur Basiskontakt-Reihe der benachbarten Halbzellen oder umgekehrt verlaufen.Solar cell arrangement (1) consisting of a plurality of crystalline solar cells (3) interconnected via connecting conductors, a solar cell (3) being designed as a double half cell (3) and each comprising two rear contact half cells (3a, 3b) connected to one another along a common plane , wherein the back contact half cells (3a, 3b) have a plurality of cell strips, each of which is connected to one another by a wire; wherein the connecting conductors are designed as round wires (15, 15 ') and are soldered or conductively glued to soldering or adhesive pads (13a, 13b) on the half cells, the half cells having emitter and base contacts on the back, which are in mutually parallel emitter contact and base contact -Rows are placed, with the half cells arranged so that the emitter contact and base contact rows are adjacent barter half cells are aligned with each other and the wires each connect the emitter contacts (13a) of a first half cell to the base contacts (13b) of the adjacent half cells and the wires for this purpose between the next adjacent soldering or adhesive pads of adjacent half cells obliquely or arcuately from the Emitter contact row of the first half cell runs to the base contact row of the neighboring half cells or vice versa. Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Runddrähte (15, 15') aus mindestens einem der Materialien Kupfer, Zinn, Nickel, Aluminium und Silber oder einer Legierung hieraus gebildet sind.Solar cell arrangement according to Claim 1 , wherein the round wires (15, 15 ') are formed from at least one of the materials copper, tin, nickel, aluminum and silver or an alloy thereof. Solarzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberflächen der Solarzellen, auf denen die Verbindungsleiter verlaufen, mit Ausnahme der Löt- oder Klebepads (13a, 13b) elektrisch isoliert (17) sind und die Runddrähte (15, 15') unisoliert sind.Solar cell arrangement according to Claim 1 or 2 , wherein the surfaces of the solar cells on which the connecting conductors run are electrically insulated (17) with the exception of the soldering or adhesive pads (13a, 13b) and the round wires (15, 15 ') are uninsulated. Solarzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Runddrähte eine isolierende Hülle aufweisen, die nur im Bereich ihrer Verbindung mit Löt- oder Klebepads lokal entfernt ist (15b).Solar cell arrangement according to Claim 1 or 2 , whereby the round wires have an insulating sheath that is only locally removed in the area of their connection with soldering or adhesive pads (15b). Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Bildung der verschalteten Doppelhalbzelle (3) Runddrähte (15) gemäß einer durch die Positionen der Löt- oder Klebepads (13a, 13b) vorgegebenen Linienführung verformt und auf die Emitterkontakt-Reihe einer ersten Hälfte einer vorgefertigten Rückseitenkontakt-Solarzelle (3') und die Basiskontakt-Reihe der anderen Hälfte der gleichen Rückseitenkontakt-Solarzelle aufgelötet oder aufgeklebt werden, mittels Laserstrahlablation (L) auf einer Linie in der Mitte der Rückseitenkontakt-Solarzelle quer zur Stromflussrichtung in den Runddrähten eine Rille oder Perforationslinie (P) aus Löchern und somit eine Sollbruchlinie erzeugt wird, die Rückseitenkontakt-Solarzelle (3') entlang der Sollbruchlinie in zwei Halbzellen gebrochen wird und durch Einbringen eines flächigen Isoliermittels (3d) in die Bruchebene (3c) eine dieelektrische Trennung zwischen den beiden Halbzellen (3a, 3b) bewirkt wird.Method for producing a solar cell arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein to form the interconnected double half cell (3), round wires (15) are deformed according to a line predetermined by the positions of the soldering or adhesive pads (13a, 13b) and applied to the emitter contact. Row of a first half of a prefabricated back contact solar cell (3 ') and the base contact row of the other half of the same back contact solar cell are soldered or glued on, using laser beam ablation (L) on a line in the middle of the back contact solar cell transverse to the direction of current flow a groove or perforation line (P) made of holes and thus a predetermined breaking line is created in the round wires, the rear contact solar cell (3 ') is broken into two half cells along the predetermined breaking line and by introducing a flat insulating material (3d) into the break plane (3c). the electrical separation between the two half cells (3a, 3b) is effected. Verfahren nach Anspruch 5, wobei vor dem Auflöten oder Aufkleben der Runddrähte (15) die Rückseitenkontakt-Solarzelle (3') auf einer geheizten und geteilten Halteplatte (19) festgehalten und vorgeheizt und das Brechen der Rückseitenkontakt-Solarzelle entlang der Sollbruchlinie durch Verkippen des einen Teils (19.1) der Halteplatte gegenüber dem anderen Teil (19.2) ausgeführt wird.Procedure according to Claim 5 , whereby before soldering or gluing on the round wires (15), the back contact solar cell (3') is held and preheated on a heated and divided holding plate (19) and the back contact solar cell is broken along the predetermined breaking line by tilting one part (19.1). the holding plate is carried out opposite the other part (19.2). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Einbringen des flächigen Isoliermittels (3d) das Belegen der Bruchfläche (3c) mit einer isolierenden Klebefolie oder einem Klebstofffilm aufweist.Procedure according to Claim 5 or 6 , wherein the introduction of the flat insulating agent (3d) involves covering the fracture surface (3c) with an insulating adhesive film or an adhesive film. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei zur seriellen Verschaltung der Doppelhalbzellen (3) zu einem String (1) ein weiterer Satz von Runddrähten (15') vorgeformt und auf eine Mehrzahl von zu einem String angeordneten Doppelhalbzellen gemäß dem Verlauf der noch freien Emitterkontakt- und Basiskontakt-Reihen auf diese aufgelötet oder aufgeklebt wird, wobei jeweils die endständigen Doppelhalbzellen des Strings mit Drahtabschnitten versehen werden, die für eine Querverschaltung zwischen benachbarten Strings oder für den Anschluss an eine Anschlussdose bemessen sind.Procedure according to one of the Claims 5 until 7 , whereby for the serial connection of the double half-cells (3) to form a string (1), a further set of round wires (15') is preformed and placed on a plurality of double half-cells arranged to form a string in accordance with the course of the still free emitter contact and base contact rows is soldered or glued on, with the end double half cells of the string being provided with wire sections that are dimensioned for cross-connection between adjacent strings or for connection to a junction box. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Doppelhalbzellen (3) vor dem Verbinden zu einem String elektrisch charakterisiert und die den Qualitätsanforderungen entsprechenden Doppelhalbzellen nach Maßgabe der elektrischen Parameter in verschiedene Leistungsklassen klassifiziert und jeweils Doppelhalbzellen der gleichen Leistungsklasse zur Bildung eines Strings zusammengestellt werden.Procedure according to Claim 8 , wherein the double half cells (3) are electrically characterized before being connected to form a string and the double half cells corresponding to the quality requirements are classified into different performance classes according to the electrical parameters and double half cells of the same performance class are put together to form a string.
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