Verfahren zum Anbringen eines Verbindungsleiters an einer photovoltaischen Solarzelle

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen eines Verbindungsleiters an einer photovoltaischen Solarzelle.

Das Anbringen von Verbindungsleitern an Solarzellen, z.B. Siliziumsolarzellen, ist grundsätzlich bekannt und dient beispielsweise dazu, mehrere Solarzellen elektrisch miteinander zu verbinden, insbesondere in Reihe zu schalten.

Herkömmlicherweise werden sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite der Solarzelle Silber aufweisende Anschlusskontakte ausgebildet, an welchen die Verbindungsleiter mittels Weichlöten angebracht werden. Ist an der Rückseite der Solarzelle eine den Wirkungsgrad der Solarzelle verbessernde Aluminiumschicht vorgesehen, so kann durch das Auf- bringen des Anschlusskontaktes deren Wirkungsgrad verbessernde Wirkung beeinträchtigt werden.

Der Lötprozess erfolgt bei einem bekannten Verfahren unter Erwärmung der Solarzelle auf Löttemperatur durch Einstrahlung von Licht einer ge- eigneten Wellenlänge, z.B. im kurzwelligen Infrarotbereich bei Siliziumsolarzellen. Um einen optimalen elektrischen Kontakt zwischen den Verbindungsleitern und den Anschlusskontakten zu erreichen, wird beim Löten Flussmittel eingesetzt.

Die Verwendung von Flussmittel hat den Nachteil, dass sich das Flussmittel nach erfolgter Anbringung der Verbindungsleiter an den Solarzellen zumindest nicht vollständig entfernen lässt. Die zurückbleibenden Fluss- mittelrückstände können den Wirkungsgrad nicht nur der einzelnen Solarzellen, sondern auch eines die Solarzellen umfassenden Solarzellenmoduls insgesamt zumindest langfristig beeinträchtigen.

Grundsätzlich bekannt ist auch eine Verbindung zweier elektrischer Leiter mittels Ultraschalllöten. Ein direktes Anlöten eines Verbindungsleiters mittels Ultraschall an einen Anschlusskontakt einer Solarzelle ist jedoch nicht nur aufwendig, sondern die Solarzelle kann dabei auch beschädigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anbringen eines Verbindungsleiters an einer photovoltaischen Solarzelle zu schaffen, durch welches die Qualität der Solarzelle bzw. eines diese umfassenden Solarzellenmoduls zumindest nicht wesentlich beeinträchtigt wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass ein Lot, insbesondere Weichlot, mittels Ultraschalllöten auf die Solarzelle aufgebracht wird und der Verbindungsleiter unter Zuführung von thermischer Energie durch das auf die Solarzelle aufgebrachte Lot mit der Solarzelle verbunden wird.

Der erfindungsgemäße Gedanke besteht allgemein also darin, das Aufbringen des Lots auf die Solarzelle einerseits und das eigentliche Verbinden des Verbindungsleiters mit der Solarzelle andererseits in zwei voneinander getrennten Schritten, mit anderen Worten also nacheinander, vor- zunehmen. Das Aufbringen des Lots auf die Solarzelle stellt dabei gewis-

sermaßen einen Vorbereitungsschritt für das eigentliche Verbinden des Verbindungsleiters mit der Solarzelle dar.

Da das Lot unabhängig von der Handhabung des Verbindungsleiters auf die Solarzelle aufgebracht wird, ist es möglich, den Ultraschall-Lötvorgang so zu steuern, insbesondere eine Ultraschall-Sonotrode so exakt zu führen, dass eine Beschädigung der Solarzelle vermieden wird. So kann bei der Modulherstellung zunächst jede Solarzelle für sich genommen belotet werden, und zwar ohne dass hierbei eine zukünftige, in dem Modul vorge- sehene Lage der Solarzelle relativ zu weiteren Solarzellen berücksichtigt zu werden braucht.

Das Aufbringen des Lots mittels Ultraschall- Löten ermöglicht die Herstellung eines optimalen elektrischen Kontakts zwischen dem Lot und einer Metallisierung der Solarzelle auch ohne Verwendung von Flussmittel. Auf diese Weise ist es letztlich möglich, den Verbindungsleiter vollständig flussmittelfrei mit der Solarzelle zu verbinden. Aus dem erfindungsgemä- ßen Verfahren resultieren folglich keine Flussmittelrückstände, welche sich in einem die Solarzelle umfassenden Solarzellenmodul negativ aus- wirken könnten.

Im Ergebnis wird durch das erfindungsgemäße Verfahren also weder der Wirkungsgrad der Solarzelle für sich genommen, noch der Wirkungsgrad eines die Solarzelle umfassenden Moduls wesentlich beeinträchtigt.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.

Gemäß einer Ausführungsform wird das Lot unter Ausbildung von strei- fenförmigen Lotbahnen auf die Solarzelle aufgebracht. Diese Lotbahnen

bzw. Kontaktbahnen können, insbesondere auf der Rückseite der Solarzelle, als Stromsammeileiter verwendet werden, so dass keine zusätzlichen Sammelleiter vorgesehen zu werden brauchen.

Vorzugsweise wird das Lot direkt, d.h. ohne eine zusätzliche metallische Zwischenschicht, auf eine an der Rückseite der Solarzelle vorgesehene Aluminiumschicht aufgebracht. Auf die Ausbildung eines Silber aufweisenden Anschlusskontakts auf der Rückseite, durch welchen die sich positiv auf den Wirkungsgrad der Solarzelle auswirkende Eigenschaft der Aluminiumschicht beeinträchtigt würde, kann folglich verzichtet werden. Dies trägt zum Erhalt eines optimalen Wirkungsgrades der Solarzelle bei.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Verbindungsleiter vor dem Verbinden mit dem auf die Solarzelle aufgebrachten Lot seinerseits mit einer Lotschicht versehen. Der Verbindungsleiter wird gewissermaßen also vorbelotet. Durch die Lotschicht wird das Verbinden des Verbindungsleiters mit dem auf die Solarzelle aufgebrachten Lot erheblich erleichtert und die Qualität der Verbindung sowohl in elektrischer als auch in mechanischer Hinsicht verbessert.

Vorteilhafterweise erfolgt die Ausbildung der Lotschicht auf dem Verbindungsleiter ohne Verwendung von Flussmittel. Dies trägt zur Erreichung einer vollständig flussmittelfreien Lötverbindung zwischen Verbindungsleiter und Solarzelle und somit zur Erhaltung eines optimalen Wirkungs- grads der Solarzelle und eines daraus gebildeten Solarzellenmoduls bei.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die thermische Energie zum Verbinden des Verbindungsleiters mit dem auf die Solarzelle aufgebrachten Lot durch eine Lichtquelle bereitgestellt. Es handelt sich hierbei also um einen so genannten "Lampenlötprozess", welcher sich durch eine be-

sonders gute Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Bevorzugt emittiert die Lichtquelle in einem Wellenlängenbereich, welcher zu einer besonders schnellen Erwärmung der Solarzelle auf Löttemperatur führt. Im Fall von Siliziumsolarzellen eignet sich hierfür insbesondere Licht im kurzwelligen In- frarotbereich.

Vorteilhafterweise erfolgt die Verbindung von Verbindungsleiter und Solarzelle in einem Durchlaufprozess. Ein derartiger Prozess erlaubt auf besonders wirtschaftliche Weise eine elektrische Verschaltung einer Viel- zahl von Solarzellen und ermöglicht somit letztlich eine besonders kostengünstige Modulherstellung. Für einen Durchlaufprozess ist die Zuführung der thermischen Energie mittels einer Lichtquelle besonders gut geeignet.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Solarzelle mit we- nigstens einem Verbindungsleiter zur elektrischen Verbindung der Solarzellen mit z.B. einer weiteren Solarzelle, wobei der Verbindungsleiter mittels einer flussmittelfreien Lötverbindung an der Solarzelle angebracht ist. Die Flussmittelfreiheit der Lötverbindung trägt, wie bereits mehrfach erwähnt wurde, zur Erreichung und Erhaltung eines optimalen Wirkungs- grades eines die Solarzelle umfassenden Solarzellenmoduls bei.

Vorzugsweise ist der Verbindungsleiter direkt, d.h. ohne eine zusätzliche metallische Zwischenschicht, an eine an der Rückseite der Solarzelle vorgesehene Aluminiumschicht angelötet. Durch das direkte Anlöten des Verbindungsleiters an die Aluminium Schicht kann auf einen zusätzlichen, z.B. Silber aufweisenden, Anschlusskontakt verzichtet werden, durch welchen der Wirkungsgrad der Solarzelle beeinträchtigt würde. Das direkte Anlöten des Verbindungsleiters an die Aluminiumschicht trägt also zum Erhalt eines optimalen Wirkungsgrades der Solarzelle für sich genommen

und somit letztlich auch eines die Solarzelle umfassenden Solarzellenmoduls bei.

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaf- ten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung von mehreren in Reihe geschalteten Solarzellen im Querschnitt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Vorderseite einer Solarzelle von

Fig. 1; und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Rückseite einer Solarzelle von Fig. 1.

In Fig. 1 sind drei Solarzellen 10 dargestellt, die mit Hilfe von Verbindungsleitern 12 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Solarzellen 10 ist nicht auf drei beschränkt, sondern hängt letztlich von der Größe des Solarzellenmoduls ab, zu dem die Solarzellen 10 zusammengefasst werden sollen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Solarzellen 10 um Siliziumsolarzellen, die in bekannter Weise aus einem kristallinen Siliziummaterial 14 gebildet sind und an ihrer Vorderseite eine Vorderseitenmetallisierung 16 sowie an ihrer Rückseite eine Rückseitenmetallisierung 18 aufweisen.

Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, umfasst die Vorderseitenmetallisierung 16 jeder Solarzelle 10 zwei parallel zueinander angeordnete Stromsammelab-

schnitte 20 sowie eine Vielzahl von Fingerabschnitten 22, die sich quer zu den Stromsammeiabschnitten 20 erstrecken und jeweils mit einem der Stromsammeiabschnitte 20 elektrisch leitend verbunden sind.

Die Rückseitenmetallisierung 18 jeder Solarzelle 10 ist durch eine Aluminiumschicht 24 gebildet, welche die Rückseite der Solarzelle 10 im Wesentlichen ganzflächig bedeckt (Fig. 3).

Wie Fig. 1 zeigt, sind zur Reihenverschaltung der Solarzellen 10 jeweils die Rückseitenmetallisierung 18 einer Solarzelle 10 und die Vorderseitenmetallisierung 16 einer benachbarten Solarzelle 10 durch zwei Verbindungsleiter 12 miteinander verbunden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Verbindungslei- ter 12 jeweils sowohl über die gesamte Länge der Vorderseite als auch über die gesamte Länge der Rückseite einer Solarzelle 10. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Verbindungsleiter 12 kürzer auszubilden, so dass sie die Vorder- bzw. Rückseite einer Solarzelle 10 nur zum Teil überdecken.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Verbindungsleiter 12 mit den Stromsammeiabschnitten 20 ausgerichtet, genauer gesagt liegen sie auf diesen auf.

Die Verbindungsleiter 12 sind mittels eines Weichlots 26, 28 sowohl mit den Stromsammeiabschnitten 20 als auch mit der Aluminiumschicht 24 direkt verbunden, d.h. weder zwischen Stromsammeiabschnitt 20 und Verbindungsleiter 12, noch zwischen Aluminiumschicht 24 und Verbindungsleiter 12 ist eine zusätzliche Metallschicht angeordnet.

Die Verbindungsleiter 12 können beispielsweise aus einem flachen Kupferband gebildet sein, welches bereits vor der Anbringung an den Solarzellen 10 mit einer Lotschicht versehen, d.h. also vorbelotet wurde.

Die Anbringung der Verbindungsleiter 12 an den Solarzellen 10 wird nachfolgend näher erläutert.

Zunächst wird in den Bereichen der Solarzellen 10, in welchen ein Verbindungsleiter 12 angebracht werden soll, ein Weichlot 26, 28 in Form einer streifenförmigen Lotbahn aufgebracht. Dabei erfolgt sowohl das Be- loten der Vorderseite der Solarzellen 10 als auch das BeIo ten der Rückseite der Solarzellen 10 unter Ausschluss von Flussmittel.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zunächst die Vorderseite und anschließend die Rückseite der Solarzellen 10 belotet. Es ist jedoch auch möglich, erst die Rückseite und dann die Vorderseite oder sogar beide Seiten gleichzeitig zu beloten.

Das Lot 26 der Vorderseite wird direkt auf die Stromsammeiabschnitte 20 der Vorderseitenmetallisierung 16 aufgebracht, und zwar mittels eines Ultraschall-Lötprozesses. Zu diesem Zweck wird eine Ultraschall-Sono- trode bei Löttemperatur und unter Zuführung von Lotdraht in einer zur Vorderseite der Solarzelle 10 parallelen Bewegung über die Stromsammeiabschnitte 20 hinweg bewegt. Anstelle der Zuführung eines Lotdrahts ist es auch möglich, Lotformteile auf die Stromsammeiabschnitte 20 aufzulegen und die Ultraschall- Sonotrode bei Löttemperatur entsprechend über diese hinweg zu bewegen.

Durch den Einsatz der Ultraschall- Sonotrode werden Oxidschichten, die sich auf den Stromsammeiabschnitten 20 und/ oder auf dem Lotdraht

bzw. einem Lotformteil ausgebildet haben, aufgebrochen, so dass eine stoffschlüssige Verbindung von Lot 26 und Stromsammeiabschnitt 20 mit optimalen elektrischen Eigenschaften und insbesondere mit einem minimalem Kontaktwiderstand erreicht wird.

In entsprechender Weise erfolgt die Belotung der Rückseite der Solarzellen 10. Hierbei wird das Lot 28 in Form von Streifen direkt auf die Aluminiumschicht 24 der Rückseitenmetallisierung 18 aufgebracht, d.h. also ohne dass eine zusätzliche, beispielsweise Silber aufweisende, Metall- schicht zwischen der Aluminiumschicht 24 und dem Weichlot 26 ausgebildet wird.

Nach der vorder- und rückseitigen Belotung der Solarzellen 10 werden diese durch die Verbindungsleiter 12 miteinander verbunden. Zu diesem Zweck werden die Solarzellen 10 in einer bestimmungsgemäßen Lage relativ zueinander positioniert und die Verbindungsleiter 12 so auf bzw. unter den Solarzellen 10 angeordnet, dass sie sowohl mit dem vorderseitigen Lot 26 einer Solarzelle als auch mit dem rückseitigen Lot 28 einer benachbarten Solarzelle 10 in Kontakt stehen.

Anschließend werden die so angeordneten Solarzellen 10 und Verbindungsleiter 12 zur stoffflüssigen Verbindung der Verbindungsleiter 12 mit dem vorderseitigen bzw. rückseitigen Lot 26, 28 in einem Durchlaufpro- zess auf Löttemperatur erwärmt. Dabei sind die Verbindungsleiter 12 zur Erreichung einer optimalen Lötverbindung mit einer flussmittelfreien Lotschicht versehen.

Die zur Erwärmung auf Löttemperatur erforderliche thermische Energie wird durch eine Lichtquelle bereitgestellt, an welcher die Solarzellen 10 und Verbindungsleiter 12 vorbeibewegt werden. Dabei reichen geringfügi-

ge, durch ein Transportsystem für die Solarzellen 10 hervorgerufene Relativbewegungen aus, um bei Löttemperatur eine zuverlässige Verbindung zwischen den vorbeloteten Verbindungsleitern 12 und den vorbeloteten Solarzellen 10 herzustellen.

Das stoffschlüssige Verbinden der Verbindungsleiter 12 mit den Solarzellen 10 geschieht mit anderen Worten also durch einen so genannten Lam- penlötprozess. Die Lichtquelle ist dabei so angeordnet, dass sie die Vorderseite der Solarzellen 10 bestrahlt. Bei der Lichtquelle kann es sich z.B. um eine Halogenlampe handeln, die Licht im kurzwelligen Infrarotbereich emittiert, welches zu einer besonders schnellen Erwärmung der Solarzellen 10 führt.

Im Ergebnis wird auf diese Weise eine zuverlässige und vollständig fluss- mittelfreie Lötverbindung zwischen den Verbindungsleitern 12 und den Solarzellen 10 erreicht.

Bezugszeichenliste

10 Solarzelle

12 Verbindungsleiter 14 Siliziummaterial

16 Vorderseitenmetallisierung

18 Rückseitenmetallisierung

20 Stromsammeiabschnitt

22 Metallfinger 24 Aluminiumschicht

26 Weichlot

28 Weichlot