Die Erfindung betrifft einen Trägerkörper für Solarzellen.

Der Wirkungsgrad von Solarzellen geht mit zunehmender Temperatur zurück. Abhilfe kann durch einen aufgebrachten AI-Kühlkörper geschaffen werden. Die Verbindung wird durch Druckkontakt oder Wärmeleitpasten hergestellt. Eine solche Verbindung zwischen Solarzelle und metallischem Kühlkörper hat einen hohen Wärmewiderstand. Gerade für Hochleistungs-Solarzellen ist eine solche Kühlung nicht effektiv. Unter einer Solarzelle wird eine photovoltaische Zelle verstanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trägerkörper für Solarzellen so zu verbessern, dass der Wärmewiderstand der Verbindung zwischen Solarzelle und dem Trägerkörper bzw. einem Kühlkörper signifikant reduziert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Trägerkörper aus einem keramischen Werkstoff mit versinterten Metallisierungsbereichen besteht, auf dem Trägerkörper zumindest eine Solarzelle aufgelötet oder aufgesintert und mit den Metallisierungsbereichen elektrisch verbunden ist und der Trägerkörper keramische Kühlelemente aufweist. Hierdurch wird der Wärmewiderstand signifikant verbessert, die Solarzellen werden ausreichend gekühlt, der Wirkungsgrad verbessert und die Lebensdauer verlängert. Trägerkörper aus einem keramischen Werkstoff mit versinterten Metallisierungsbereichen führen entstehende Wärme schnell ab und verteilen diese im Trägerkörper. Die Kühlelemente des Trägerkörpers führen letztendlich die Wärme an die Umgebung ab. ln einer Ausführungsform kann der Trägerkörper eine dreidimensionale Struktur als Kühlelemente haben, welche eine möglichst große Oberfläche erzeugen, wie Finnen zur Luftkühlung oder die Kühlelemente sind geschlossene innere Kanäle oder Kammern mit Versorgungsanschlüsse für von außen zugeführte Kühlung mit Gas oder Flüssigkeit. Vorteilhaft haben die inneren Kanäle und Kammern eine größt mögliche Oberfläche. Es kann so entweder eine Kühlung mit einem Gas, insbesondere eine Luftkühlung, oder eine Kühlung mit Flüssigkeiten erfolgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Trägerkörper plattenförmig ausgebildet und weist damit eine Oberseite, eine Unterseite und Seitenflächen auf, wobei versinterte Metallisierungsbereiche sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite angeordnet und über versinterte Metallisierungsbereiche auf den Seitenflächen und an den Ecken elektrisch verbunden sind. Alternativ kann die Verbindung der Metallisierung von der Ober- zur Unterseite auch durch eine oder mehrere Durchkontaktirungen (Vias) erfolgen. Dabei sind bevorzugt auf einer der Ober- und Unterseiten eine oder mehrere Solarzellen und auf der jeweiligen anderen Ober- und Unterseite elektrische oder elektronische Steuerelemente für die zumindest eine Solarzelle auf den Metallisierungen aufgelötet. Diese Trennung der Solarzellen von den elektrischen oder elektronischen Steuerelementen hat den Vorteil, dass die elektrischen oder elektronischen Steuerelemente von der Wärme der Solarzellen entkoppelt sind, d.h. keiner erhöhten Wärmebelastung ausgesetzt sind.

Der keramische Werkstoff ist bevorzugt AI2O3, MgO, SiO2, Mischoxidkeramiken, oder Nitridkeramiken wie beispielsweise AIN, Si3N4.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Trägerkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper mit inneren Kanälen oder Kammern hergestellt wird und eine Kühleinheit bildet und im Sieb-, Tampon- oder Schablonendruckverfahren mit AgPt-Paste bedruckt und eingebrannt wird und anschließend eine Solarzelle auf ihrer Rückseite galvanisch mit Ag beschichtet und anschließend Kühleinheit und Solarzelle durch beispielsweise eine dazwischen gelegte Lotfolie verbunden werden.

Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Trägerkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper mit inneren Kanälen oder Kammern hergestellt wird und eine Kühleinheit bildet und im Sieb-, Tampon- oder Schablonendruckverfahren mit AgPt-Paste bedruckt und eingebrannt wird und eine Solarzelle entfettet wird und eine Paste mit feinsten Silberpartikeln im Siebdruckverfahren auf die Kühleinheit gedruckt wird und anschließend die Solarzelle aufgelegt und ein fester metallischer Verbund hergestellt wird.

Solarzellen werden auf die versinterten Metallisierungsbereiche des keramischen Trägerkörpers aufgelötet oder aufgesintert. Die mit dem Trägerkörper verbundenen Kühlkörper können einfache keramische Substrate sein, sie können eine dreidimensionale Struktur (beispielsweise Finnen) besitzen oder sie können auch geschlossene Kanäle oder Kammern (mit Versorgungsanschlüssen) nach außen haben. Die Kühlung selber kann durch ein Gas oder mit einer Flüssigkeit erfolgen.

Metallisierungen können gefüllte und gehärtete Lacke sein, die üblichen Dickfilmmetallisierungen wie Wolfram, Molybdän, Silber, Silber- Palladium, Silber-Platin usw. , aber auch AMB oder DCB-Verbundkörper.

Die Kühlkörper können aus den üblichen Keramiken wie AI2O3 , MgO, SiO2, Mischoxidkeramiken, oder Nitridkeramiken wie beispielsweise AIN, Si3N4 hergestellt sein. Die Formgebung kann durch Foliengießen, Strangpressen, Trockenpressen, Spritzgießen, Heissgießen, Druckgießen, additive oder generative Formgebung (3D-Druck) direkt oder durch mechanische Barbeitung von Blankets aus keramischen Werkstoffen oder aus ungesinterten Formkörpern (Grünlinge), die nachträglich gesintert werden, in die benötigte Form gebracht werden.

Beispiel A:

Eine Kühleinheit aus AIN wird im Siebdruckverfahren mit AgPt-Paste bedruckt und eingebrannt. Eine Solarzelle wird auf der Rückseite galvanisch mit Ag beschichtet. Bei ca. 265°C werden Kühleinheit und Solarzelle durch eine dazwischen gelegte Lotfolie verbunden.

Beispiel B:

Eine Kühleinheit aus AIN wird im Siebdruckverfahren mit AgPt - Paste bedruckt und bei ca. 860°C eingebrannt. Eine Solarzelle wird entfettet. Dann wird eine Paste mit feinsten Silberpartikeln im Siebdruckverfahren auf die Kühleinheit gedruckt. Die Solarzelle wird aufgelegt und bei ca. 400°C unter Luftzutritt wird ein fester metallischer Verbund hergestellt.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Trägerkörpers 1 aus einem keramischen Werkstoff. Der Trägerkörper 1 weist eine Oberseite 5, eine Unterseite 6 und Seitenflächen 7 auf. Mit dem Bezugszeichen 3 sind mit dem Trägerkörper 1 versinterte Metallisierungsbereiche bezeichnet, die eine Platine bilden. In der hier gezeigten Ausführungsform sind diese Metallisierungsbereiche 3 auf der Oberseite 5 als als auch auf der Unterseite 6 und den Seitenflächen 7 und den Ecken 8 angeordnet. Solarzellen 2 sind nur auf der Oberseite 5 angeordnet. Auf der Unterseite 6 befinden sich deren Steuerelemente 9. Figur 1 ist nicht maßstabsgetreu. Im Trägerkörper 1 , der hier zugleich auch das Kühlelement ist, sind hier nicht gezeigte Kühlkanäle angeordnet, die mit den Versorgungsanschlüssen 4 verbunden sind. Über diese Versorgungsanschlüsse 4 wird Kühlflüssigkeit in den Trägerkörper 1 geleitet, welches den Trägerkörper kühlt. Auf die Metallisierungsbereiche 3 sind hier nur auf der Oberseite 5 Solarzellen 2 aufgelötet.