SCHLARB ANDREAS (DE)
REUL BERNHARD (DE)
LESMEISTER LOTHAR (NL)
DEGEN CHRISTOPH (DE)
| US20100175743A1 | 2010-07-15 | |||
| EP2360737A1 | 2011-08-24 | |||
| US20110168238A1 | 2011-07-14 | |||
| DE10231401A1 | 2003-03-13 | |||
| EP2200097A1 | 2010-06-23 | |||
| DE102005025632A1 | 2006-12-07 | |||
| DE10050614C1 | 2002-02-07 | |||
| US20100175743A1 | 2010-07-15 |
| Patentansprüche 1. Solarmodul (20) mindestens umfassend: • laminierter Verbund aus übereinander angeordneten Substrat (1 ), Rückelektrodenschicht (3), Halbleiterschicht (4), Frontelektrodenschicht (6) und Substrat (2), • mindestens zwei Sammelleiter (1 1 ), die mit der Rückelektrodenschicht (3) und/oder der Frontelektrodenschicht (6) elektrisch leitend verbunden sind, • mindestens ein Kontaktloch (14), das in mindestens einem der Substrate (1 ,2) angeordnet ist, • zwei Kontaktelemente (9), welche mit den Sammelleitern (1 1 ) elektrisch leitend verbunden und in mindestens einem Kontaktloch (14) angeordnet sind, • mindestens ein Abdichtelement (17), das zwischen Sammelleiter (1 1 ) und Kontaktloch (14) angeordnet ist und das Abdichtelement (17) eine Öffnung (18) über dem Kontaktloch (14) aufweist, wobei ein Anschlussgehäuse (8) das Kontaktloch (14) von einer Außenseite (I, IV) des Substrats (1 ,2) verschließt. 2. Solarmodul (20) nach Anspruch 1 , wobei die Rückelektrodenschicht (3) auf dem Substrat (1 ) angeordnet ist und das Substrat (1 ) zwei Kontaktlöcher (14) aufweist. 3. Solarmodul (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abdichtelement (17) feuchtigkeitsabdichtende Polymere, bevorzugt Elastomere und insbesondere Polyisobutylen, Polyisobutylenisopren, Polysulfid, Polyurethan, Silikon oder Kombinationen davon enthält. 4. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Abdichtelement (17) eine Dichtplatte und bevorzugt eine ringförmige Dichtscheibe (19) enthält. 5. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Abdichtelement (17) einen Durchmesser (c) größer als die Breite (d) des Sammelleiters (1 1 ) hat. 6. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Öffnung (18) des Abdichtelements (17) einen Durchmesser (a) von 0,5 mm bis 20 mm und bevorzugt einen Durchmesser (a) kleiner eines Durchmessers (c) des Kontaktlochs (14) aufweist. 7. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens eine Zwischenschicht (5) zwischen Substrat (1 ) und Rückelektrodenschicht (3) oder Substrat (2) und Frontelektrodenschicht (6) angeordnet ist und die Zwischenschicht (5) ein thermoplastisches Material, bevorzugt Polyvinylbutyral oder Ethylenvinylacetat mit einer Dicke von 0,3 mm bis 0,9 mm enthält. 8. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sammelleiter (1 1 ) ein Metall, bevorzugt Aluminium, Silber oder Kupfer enthält. 9. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Rückelektrodenschicht (3) ein Metall, bevorzugt Molybdän, Titan- oder Tantalnitridverbindungen und/oder die Frontelektrodenschicht (6) einen n- leitenden Halbleiter, bevorzugt Aluminium-dotiertes Zinkoxid oder Indium- Zinnoxid enthält. 10. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Halbleiterschicht (4) amorphes, mikromorphes oder polykristallines Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs) oder Kupfer-lndium(Gallium)-Schwefel/Selen (CI(G)S) enthält. 1 1. Solarmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die elektrischen Leitungsverbindungen zwischen Sammelleiter (11 ) und Rückelektrode (3) und/oder Frontelektrode (6) eine Löt-, Schweiß-, Bond-, Klemm- oder Klebeverbindungen aufweisen. 12. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (20), wobei mindestens: a) ein Substrat (1 ) mit seriell verschalteten Solarzellen (20.1 ,20.2) und mindestens zwei Kontaktlöchern (14) bereitgestellt wird, b) ein Abdichtelement (17) mit einer Öffnung (18) im Bereich jedes Kontaktlochs (14) angeordnet wird, c) ein Sammelleiter (1 1 ) über dem Kontaktloch (14) angeordnet wird, d) der Sammelleiter (1 1 ) mit der ückelektrode (3) elektrisch leitend verbunden wird, wobei die Verbindung (12.1 , 12.1 ', 12.2, 12.2') vom Bereich des Kontaktlochs (14) ausgehend erfolgt, e) das Substrat (1 ) über eine Zwischenschicht (5) mit einem Substrat (2) laminiert wird. 13. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (20'), wobei mindestens: a) ein Substrat (2) mit seriell verschalteten Solarzellen (20.1 ',20.2') bereitgestellt wird, b) zwei Sammelleiter (1 1 ) auf dem Substrat (2) angeordnet und mit der Frontelektrodenschicht (6) und/oder der Rückelektrodenschicht (3) elektrisch leitend verbunden werden, c) ein Substrat (1 ) mit zwei Kontaktlöchern (14) und darauf angeordneter Zwischenschicht (5) bereitgestellt wird, wobei in der Zwischenschicht (5) im Bereich des Kontaktlochs (14) eine Aussparung (15) angeordnet wird, d) ein Abdichtelement (17) mit einer Öffnung (18) im Bereich des Kontaktlochs (14) und in der Aussparung (15) der Zwischenschicht (5) angeordnet wird, e) Substrat (1 ) und Substrat (2) über die Zwischenschicht (5) miteinander laminiert werden, wobei die Kontaktlöcher (14) unterhalb der Sammelleiter (1 1 ) angeordnet werden. 14. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (20,20') nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Sammelleiter (1 1 ) mit der Frontelektrodenschicht (6) und/oder der Rückelektrodenschicht (2) durch Ultraschallverschweisen elektrisch leitend verbunden wird. 15. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (20,20') nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Sammelleiter (1 1 ) durch das Kontaktelement (9) mit dem Anschlussgehäuse (8) über das Kontaktloch (14) elektrisch leitend verbunden wird. Verwendung eines Abdichtelements (17) in einem Solarmodul (20) nach der Ansprüche 1 bis 1 1 , bevorzugt in einem Dünnschichtsolarmodul. |
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit Abdichtelement. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Solarmoduls sowie die Verwendung des Abdichtelements.
Solarzellen enthalten in allen Fällen Halbleitermaterial. Solarzellen, die zur Bereitstellung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit Trägersubstrate benötigen und in einem kontinuierlichen Prozess gefertigt werden können, werden als Dünnschichtsolarzellen bezeichnet. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften und der technologischen Handhabbarkeit sind Dünnschichtsysteme mit amorphen, mikromorphen oder polykristallinen Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium- Arsenid (GaAs) oder Kupfer-lndium(Gallium)-Schwefel/Selen (CI(G)S) besonders für Solarzellen geeignet.
Bekannte Trägersubstrate für Dünnschichtsolarzellen enthalten anorganisches Glas, Polymere oder Metalllegierungen und können in Abhängigkeit von Schichtdicke und Materialeigenschaften als starre Platten oder biegsame Folien ausgestaltet sein. Aufgrund der weitreichend verfügbaren Trägersubstrate und einer einfachen monolithischen Integration können großflächige Anordnungen von Dünnschichtsolarzellen kostengünstig hergestellt werden.
Aus EP 2 200 097 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch eine geeignete Strukturierung und Verschaltung von Rückelektrodenschicht, Halbleiterschicht, und Frontelektrodenschicht mehrere Solarzellenbereiche in integrierter Form seriell verbunden werden.
Für einen elektrischen Außenanschluss weist jedes Dünnschichtsolarmodul zwei Spannungsanschlüsse auf. Hierfür sind beispielsweise zwei die Rückelektrodenschicht kontaktierende Sammelleiter vorgesehen. Die Sammelleiter werden üblicherweise durch ein Kontaktloch in der Rückseite des Solarmoduls mit einem Federkontaktelement kontaktiert und mit einer Anschlussdose verschlossen. Solche Anschlussdosen sind aus DE 10 2005 025 632 A1 und DE 100 50 614 C1 bekannt. An den Anschlussdosen kann das Solarmodul mit weiteren Solarmodulen zu einem Modulstrang in Reihe verschaltet oder mit einer elektrischen Last verbunden werden, bei welcher es sich häufig um einen Wechselrichter zum Umrichten der erzeugten Gleichspannung in eine für das öffentliche Stromnetz geeignete Wechselspannung handelt.
Weiterhin kann man bei Dünnschichtsolarmodulen eine kontinuierliche Zunahme des Serienwiderstands beobachten, der nach Standzeiten von mehreren Tausend Betriebsstunden allmählich in einen zumindest annähernd konstanten Wert übergeht. Diese Alterung führt zu einer unerwünschten Verschlechterung des Wirkungsgrads des Solarmoduls. Es wird angenommen, dass eine wesentliche Ursache hierfür die Eindiffusion von Wassermolekülen in das Halbleitermaterial der Solarzellen ist.
In US 2010/0175743 A1 wird eine Solarzelle offenbart, bei der ein ummanteltes Kontaktband in das Innere der Solarzelle eingeführt ist. Die Ummantelung des Kontaktbandes dient als elektrische Isolation und als Feuchtigkeitsbarriere.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, herkömmliche Solarmodule in vorteilhafter Weise weiterzubilden, wobei zuverlässig und sicher vermieden werden soll, dass Wasser oder Feuchtigkeit über das Kontaktloch in die Solarzellen eindringen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Solarmodul mit Abdichtelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit Abdichtelement sowie eine Verwendung des Abdichtelements gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.
Ein erfindungsgemäßes Solarmodul umfasst mindestens:
• Einen laminierten Verbund aus übereinander angeordneten ersten Substrat, Rückelektrodenschicht, Halbleiterschicht, Frontelektrodenschicht und zweitem Substrat,
• mindestens zwei Sammelleiter, die mit der Rückelektrodenschicht und/oder der Frontelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden sind, • mindestens ein Kontaktloch, das in mindestens einem der Substrate angeordnet ist,
• zwei Kontaktelemente, welche mit den Sammelleitern elektrisch leitend verbunden und in mindestens einem Kontaktloch angeordnet sind,
• mindestens ein Abdichtelement, das zwischen Sammelleiter und Kontaktloch angeordnet ist und das Abdichtelement eine Öffnung über dem Kontaktloch aufweist, wobei
ein Anschlussgehäuse das Kontaktloch von einer Außenseite des Substrats verschließt.
Das erste Substrat ist bevorzugt ein Trägersubstrat und das zweite Substrat ist bevorzugt Decksubstrat. Solarmodule und insbesondere Solarmodule mit Dünnschichtsolarzellen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Schichtanordnung in zwei Konfigurationen: In der sogenannten Substratkonfiguration wird die Rückelektrodenschicht und die photovoltaisch aktive Halbleiterschicht direkt auf ein Trägersubstrat abgeschieden. Das Trägersubstrat befindet sich auf der dem Lichteinfall abgewandten Seite des Solarmoduls. In der sogenannten Superstratkonfiguration wird die Frontelektrodenschicht direkt auf einem Decksubstrat abgeschieden. Das Decksubstrat befindet sich auf der dem Lichteinfall zugewandten Seite des Solarmoduls.
Das erfindungsgemäße Solarmodul umfasst bevorzugt ein Solarmodul in Substratkonfiguration. Das Trägersubstrat weist auf der Vorderseite eine Rückelektrodenschicht auf und die Rückelektrodenschicht ist mit einer photovoltaisch aktiven Halbleiterschicht teilweise elektrisch leitend verbunden.
Die photovoltaisch aktive Halbleiterschicht im Sinne der Erfindung umfasst mindestens eine p-leitende Halbleiterschicht. Des Weiteren ist eine n-leitende Frontelektrodenschicht auf der Halbleiterschicht angeordnet. Die Frontelektrodenschicht ist für Strahlung im für die Halbleiterschicht empfindlichen Spektralbereich transparent.
Die Vorderseite des Trägersubstrats ist mit mindestens einer Zwischenschicht mit der Rückseite des Decksubstrats verbunden. Da in Substratkonfiguration die Vorderseite des Trägersubstrats großflächig die Rückelektrodenschicht und die Halbleiterschicht aufweist, erfolgt die Verbindung zwischen Trägersubstrat und Zwischenschicht großflächig über diese Schichten.
Eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls erfolgt in Superstratkonfiguration. Dabei ist ein Decksubstrat auf seiner Rückseite über eine Frontelektrodenschicht mit einer photovoltaisch aktiven Halbleiterschicht verbunden. Da die Rückseite des Decksubstrats großflächig die photovoltaisch aktive Halbleiterschicht und die Rückelektrodenschicht aufweist, erfolgt die Verbindung zwischen Decksubstrat und Zwischenschicht großflächig über diese Schichten.
Ein erfindungsgemäßes Solarmodul enthält mindestens zwei Sammelleiter, die mit der Rückelektrodenschicht und/oder der Frontelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden sind. Die Sammelleiter werden durch zwei Kontaktelemente kontaktiert, wobei die Kontaktelemente in einem oder zwei Kontaktlöchern angeordnet sind. Die Kontaktlöcher befinden sich im Decksubstrat und/oder im Trägersubstrat. Die Kontaktlöcher werden durch Anschlussgehäuse verschlossen, in deren Innern die Kontaktelemente mit äußeren Zuleitungen verbunden sind. Die Anschlussgehäuse werden auf der Vorderseite des Decksubstrats oder der Rückseite des Trägersubstrats angeordnet. Vorderseite im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet die dem Lichteinfall zugewandte Seite eines Substrats, Rückseite dementsprechend, die dem Lichteinfall abgewandte Seite eines Substrats.
Über jedem Kontaktloch ist ein erfindungsgemäßes Abdichtelement angeordnet. Das Abdichtelement ist zwischen Sammelleiter und dem Substrat, welches das Kontaktloch aufweist, angeordnet. Das Abdichtelement weist eine Öffnung auf, die über dem Kontaktloch angeordnet ist. Dies bedeutet, die Öffnung des Abdichtelements ist in einer Flucht mit dem Kontaktloch angeordnet. Das Abdichtelement ist vorteilhafterweise unmittelbar auf dem Substrat, welches das Kontaktloch aufweist, beziehungsweise unmittelbar auf einer Rückelektrodenschicht, die sich auf diesem Substrat befindet, angeordnet. Auf diese Weise wird eine rundum abschließende Abdichtung des Kontaktlochs erzielt.
Das erfindungsgemäße Abdichtelement enthält vorteilhafterweise elastische, feuchtigkeitsabdichtende Polymere, bevorzugt Elastomere und insbesondere Polyisobutylen, Polyisobutylenisopren, Polysulfid, Polyurethan, Silikon oder Kombinationen davon. Das Abdichtelement hat die Aufgabe das Eindringen von Wasser und Feuchtigkeit in das Innere des Solarmoduls zu verhindern. Wasser und Feuchtigkeit führen zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads des Solarmoduls, was durch ein erfindungsgemäßes Abdichtelement zuverlässig vermindert wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist das Trägersubstrat ein Kontaktloch auf und bevorzugt zwei Kontaktlöcher auf. Die Anschlussgehäuse sind demnach auf der Rückseite des Trägersubstrats angeordnet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass keine Abschattung der photoaktiven Fläche durch die Anschlussgehäuse erfolgt. Das Abdichtelement ist dabei zwischen Trägersubstrat und Sammelleiter angeordnet. Das Abdichtelement ist derart ausgestaltet, dass es das Kontaktloch rundherum umfasst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung hat ein erfindungsgemäßes Kontaktloch einen Durchmesser von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 2 mm bis 10 mm und besonders bevorzugt von 4 mm bis 5 mm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung hat das Abdichtelement eine Öffnung mit einem Durchmesser a von 0,5 mm bis 20 mm. In einer bevorzugten Ausgestaltung hat das Abdichtelement eine Öffnung mit einem Durchmesser a der kleiner ist, als der Durchmesser des Kontaktloch. Der Durchmesser a ist bevorzugt um 0,1 mm bis 3 mm kleiner als der Durchmesser c. Dies hat den besondern Vorteil, dass das elastische Material des Abdichtelements in den Bereich des Kontaktlochs eindringt und den Randbereich des Kontaktlochs an der Eintrittsstelle besonders zuverlässig abdichtet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat das Abdichtelement einen Durchmesser c, der größer ist als die Breite d des Sammelleiters. Der Durchmesser c ist bevorzugt 0,2 mm bis 3 mm großer als die Breite d. Durch den Überlapp des Abdichtelements über den Sammelleiter erfolgt eine besonders zuverlässige Abdichtung. Das elastische Material des Abdichtelements gleicht dabei die Unebenheiten zwischen Sammelleiter und Rückelektrode oder Frontelektrode aus und dichtet das Innere des Solarmoduls zuverlässig ab.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Abdichtelement als Dichtplatte mit mindestens einer Öffnung ausgestaltet. Die Dichtplatte ist dabei parallel zu den Substraten angeordnet, wobei die Öffnung in einer Flucht mit dem Kontaktloch angeordnet ist. Die Dichtplatte kann dabei jede beliebige Form aufweisen und ist bevorzugt quadratisch, rechteckig, fünfeckig, sechseckig oder vieleckig. Die Dichtplatte ist derart ausgestaltet, dass sie das Kontaktloch rundherum umfasst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Abdichtelement eine ringförmige Dichtscheibe. Die Öffnung ist dabei im Zentrum der Dichtscheibe und in einer Flucht mit dem Kontaktloch angeordnet. Durch die symmetrische Ausgestaltung des Abdichtelements erfolgt eine besonders gleichmäßige und zuverlässige Abdichtung. Des Weiteren lassen sich ringförmige Dichtscheiben, beispielsweise als einfache Stanzteile, kostengünstig herstellen und einfach automatisiert verarbeiten.
Die Dicke des Abdichtelements hängt von der jeweiligen Solarzelle ab. In der Substratkonfiguration hat das Abdichtelement vorteilhafterweise eine Dicke h von 0,03 mm bis 0,5 mm. Die Dicke des Abdichtelements entspricht bevorzugt etwa der Dicke des Sammelleiters, besonders bevorzugt der Dicke des Sammelleiters zuzüglich von etwa 10 μιη bis 100 μιη. In der Superstratkonfiguration beträgt die Dicke des Abdichtelements vorteilhafterweise etwa der Dicke der Zwischenschicht.
Decksubstrat und Trägersubstrat sind vorzugsweise aus vorgespannten, teilvorgespannten oder nichtvorgespannten Glas, insbesondere Floatglas gefertigt. Das Decksubstrat enthält insbesondere gehärtetes oder nichtgehärtetes eisenarmes Natron-Kalk-Glas mit einer hohen Durchlässigkeit für Sonnenlicht. Decksubstrat und Trägersubstrat weisen bevorzugt Dicken von 1 ,5 mm bis 10 mm auf. Das Trägersubstrat kann vorteilhafterweise auch als Folie ausgestaltet sein. Die Zwischenschichten enthalten vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe, wie Polyvinylbutyral (PVB) oder Ethylenvinylacetat (EVA) oder mehrere Schichten davon, bevorzugt mit Dicken von 0,3 mm bis 0,9 mm. Trägersubstrat und Decksubstrat werden über eine oder mehrere Zwischenschichten bei Hitze und Druck oder unter Vakuum fest miteinander verbunden. Das Decksubstrat kann auf seiner dem Licht zugewandten Seite eine spezielle Beschichtung oder Textur auf weisen, die die Reflexion von Licht oder die Anhaftung von Schmutz reduziert.
Der Sammelleiter ist vorteilhafterweise ein metallische Band und bevorzugt ein Aluminiumband. Der Sammelleiter hat beispielsweise eine Dicke von 0,03 mm bis 0,3 mm und eine Breite von 2 mm bis 16 mm. Aluminium hat sich für solche Sammelleiter besonders bewährt, da es eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine gute Verarbeitbarkeit zu Folien besitzt. Gleichzeitig sind die Materialkosten niedrig. Es können auch andere elektrisch leitende Materialien verwendet werden, die sich zu Folien verarbeiten lassen. Beispiele hierfür sind Kupfer, verzinntes Kupfer, Gold, Silber oder Zinn und Legierungen davon.
Der Sammelleiter ist mit der Rück- und/oder Frontelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Ultraschallverschweisen oder Ultraschallbonden, Thermokompressionsbonden, Schweißen, Punktschweisen, Löten, Klemmen oder Kleben mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers.
Sammelleiter, die sich zur Kontaktierung von Rück- und/oder Frontelektrodenschichten in Solarmodulen eignen, weisen lediglich eine Gesamtdicke von maximal 0,5 mm auf. Derart dünne Sammelleiter können ohne Schwierigkeiten zwischen Trägersubstrat und Decksubstrat in die Zwischenschicht eingebettet werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem mindestens ein ein- oder mehrteiliges Anschlussgehäuse mit mindestens einer elektrischen Zuleitung und einem Kontaktelement zur Ausbildung einer elektrischen Leitungsverbindung mit dem Sammelleiter.
Das Anschlussgehäuse wird vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt. Für eine industrielle Fertigung des Anschlussgehäuses bieten sich thermoplastische Kunststoffe und Elastomere an, die im Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Als thermoplastische Kunststoffe und Elastomere werden beispielsweise Polyamid, Polyoxymethylen, Polybutylenterephthalat oder Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk verwendet. Alternativ können auch Vergusswerkstoffe wie Acrylat- oder Epoxidharzsysteme zur Herstellung des Anschlussgehäuses verwendet werden. Das Anschlussgehäuse kann aus Metall oder einem anderen elektrisch leitenden Werkstoff mit elektrisch isolierenden Einsätzen hergestellt werden.
Als Kontaktelemente werden bevorzugt Kontaktstifte oder Federkontaktelemente aus Metall verwendet. Für den bevorzugten Einsatzzweck in einem Solarmodul genügt eine lötfreie, klemmende Verbindung, da die Kontaktstelle beim Einsatz in Gebäuden in der Regel keinen Vibrationen ausgesetzt ist. Bei Bedarf kann die elektrische Leitungsverbindung zwischen Kontaktelementen auch geschweißt, gebondet, gelötet, geklebt oder zusätzlich gesichert werden.
Das Anschlussgehäuse kann als Basis für einen Anschlussstecker oder eine Anschlussleitung dienen. Außerdem kann es weitere Funktionselemente wie Dioden oder eine Steuerungselektrik aufnehmen.
Das Anschlussgehäuse wird auf der Rückseite des Trägersubstrats oder der Vorderseite des Decksubstrats vorzugsweise durch Kleben befestigt und abgedichtet. Das Kleben erfolgt vorzugsweise mittels eines Klebestrangs oder Klebebandes mit einem Kleber auf Acryl-, Polyurethan- oder Polyisobutylenbasis.
Das Kontaktloch und damit die Kontaktierungsstelle des Sammelleiters befinden sich bevorzugt in der Mitte der Erstreckungsrichtung des Sammelleiters. Da der Sammelleiter selbst einen ohmschen Widerstand aufweist, findet bei einem Stromfluss durch den Sammelleiter ein Spannungsabfall statt. Bei einer elektrischen Kontaktierung in der Mitte der Erstreckungsrichtung des Sammelleiters wird eine homogenere Verteilung des Stromflusses durch das Solarmodul und den Sammelleiter erzielt als bei einer elektrischen Kontaktierung an einem Ende des Sammelleiters. Außerdem ist die maximale Stromdichte im Sammelleiter im Bereich des Stromabgriffs geringer als im Falle einer Kontaktierung an einem Ende. Dies erlaubt die Verwendung von Sammelleitern mit einer geringeren Querschnittsfläche, beispielsweise mit einer geringeren Breite. Durch den Einsatz von schmäleren Sammelleitern kann die photovoltaisch aktive Fläche des Solarmoduls vergrößert und die flächenabhängige Leistung erhöht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die Rückelektrodenschicht ein Metall, bevorzugt Molybdän, Titan- oder Tantalnitride. Die Rückelektrodenschicht kann einen Schichtstapel unterschiedlicher Einzelschichten umfassen. Vorzugsweise enthält der Schichtstapel eine Diffusionsbarriere aus Siliziumnitrid um eine Diffusion von beispielsweise Natrium aus dem Trägersubstrat in die photovoltaisch aktive Absorberschicht zu verhindern. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die Frontelektrodenschicht einen n-leitenden Halbleiter, bevorzugt Aluminium-dotiertes Zinkoxid oder Indium-Zinnoxid.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die p- leitende Halbleiterschicht der photovoltaisch aktiven Absorberschicht amorphes, mikromorphes oder polykristallines Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs) oder Kupfer-lndium(Gallium)-Schwefel/Selen (CI(G)S).
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls ist der Spalt zwischen Trägersubstrat und Decksubstrat durch eine Randversiegelung abgedichtet, bevorzugt einem Kleber auf Acryl-, Polyurethan- oder Polyisobutylenbasis. Die Randversiegelung verhindert als zusätzliche Maßnahme zum erfindungsgemäßen Abdichtelement das Eindringen von Luft, Wasser oder Feuchtigkeit und schützt die empfindlichen Halbleiter- und Metallschichten vor Degradation und Korrosion.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls ist das Innere des Anschlussgehäuses durch ein Dichtmittel abgedichtet, bevorzugt einen Kleber auf Acryl-, Polyurethan- oder Polyisobutylen- oder Silikonbasis. Das Dichtmittel verhindert als zusätzliche Maßnahme zum erfindungsgemäßen Abdichtelement das Eindringen von Luft, Wasser oder Feuchtigkeit in das Innere des Anschlussgehäuses und schützt insbesondere die elektrische Leitungsverbindung zwischen Sammelleiter und Kontaktelement vor Degradation und Korrosion.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weisen die elektrischen Leitungsverbindungen zwischen Sammelleiter und Rück- und/oder Frontelektrodenschicht und/oder zwischen Sammelleiter und Kontaktelement Löt-, Schweiß-, Bond- oder Klemmverbindungen auf. Die elektrischen Leitungsverbindungen können auch Klebeverbindungen mit einem elektrisch leitfähigen Kleber aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist das Solarmodul zwei Sammelleiter auf, die über zwei Kontaktelementen in zwei Anschlussgehäuse durch zwei Kontaktlöcher elektrisch kontaktiert werden. Ein Sammelleiter ist vorzugsweise mit dem positiven Spannungsanschluss des Solarmoduls und der zweite Sammelleiter mit dem negativen Spannungsanschluss des Solarmoduls verbunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls sind mindestens zwei Sammelleiter auf der Rückseite des Trägersubstrats oder der Vorderseite des Decksubstrats in einem gemeinsamen Anschlussgehäuse mit mindestens zwei Kontaktelementen elektrisch leitend verbunden. Beide Kontaktelemente können beispielsweise über ein zweipoliges Kabel oder einen zweipoligen Stecker mit einer weiteren elektrischen Schaltung verbunden sein. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da die Substrate mit nur einem Kontaktloch durchbrochen werden müssen. Substrate mit nur einem Kontaktloch sind einfacher und kostengünstiger herzustellen als Substrate mit zwei Kontaktlöchern, da die Gefahr von Abplatzern und Ausbrüchen während des Bohrens der Kontaktlöcher reduziert wird.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls mit Abdichtelement, wobei mindestens:
a) ein erstes Substrat mit seriell verschalteten Solarzellen und mindestens zwei Kontaktlöchern bereitgestellt wird,
b) ein Abdichtelement mit einer Öffnung im Bereich jedes Kontaktlochs (14) angeordnet wird,
c) ein Sammelleiter über dem Kontaktloch angeordnet wird,
d) der Sammelleiter mit der Rückelektrode elektrisch leitend verbunden wird, wobei die Verbindung vom Bereich des Kontaktlochs ausgehend erfolgt,
e) das erste Substrat über eine Zwischenschicht mit einem zweiten
Substrat laminiert wird.
Das erste Substrat ist bevorzugt ein Trägersubstrat und das zweite Substrat ist bevorzugt Decksubstrat.
Die Erfindung umfasst außerdem ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls, wobei mindestens:
a) ein zweites Substrat mit seriell verschalteten Solarzellen bereitgestellt wird, b) zwei Sammelleiter auf dem zweiten Substrat angeordnet und mit der Frontelektrodenschicht und/oder der Rückelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden werden,
c) ein erstes Substrat mit zwei Kontaktlöchern und darauf angeordneter Zwischenschicht bereitgestellt wird, wobei in der Zwischenschicht im Bereich des Kontaktlochs eine Aussparung angeordnet wird, d) ein Abdichtelement mit einer Öffnung im Bereich des Kontaktlochs und in der Aussparung der Zwischenschicht angeordnet wird, e) erstes Substrat und zweites Substrat über die Zwischenschicht
miteinander laminiert werden, wobei die Kontaktlöcher unterhalb der Sammelleiter angeordnet werden.
Das erste Substrat ist bevorzugt ein Trägersubstrat und das zweite Substrat ist bevorzugt Decksubstrat.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Sammelleiter mit der Frontelektrodenschicht und/oder der Rückelektrodenschicht durch Ultraschallverschweisen elektrisch leitend verbunden.
Zur Verbindung von Decksubstrat und Trägersubstrat mit einer Zwischenschicht können die dem Fachmann geläufigen Verfahren mit und ohne vorhergehende Herstellung eines Vorverbundes eingesetzt werden. Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130°C bis 145°C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 130°C bis 145°C.
Vorzugsweise können Decksubstrat und Trägersubstrat mit einer Zwischenschicht in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einem erfindungsgemäßen Solarmodul verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundverglasungen bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 bis 150°C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt. Alternativ werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solarmodule Vakuumlaminatoren eingesetzt. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen Decksubstrat und Trägersubstrat innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80°C bis 170°C laminiert werden.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung des Abdichtelements zur Abdichtung der elektrischen Kontaktierungstelle eines Solarmoduls, insbesondere eines Dünnschichtsolarmoduls.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Insbesondere die Schichtdicken des Sammelleiters und der Elektrodenschichten sind hier zur Veranschaulichung deutlich vergrößert dargestellt. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Figur 1 eine Querschnittszeichnung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls,
Figur 2A eine Querschnittszeichnung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls aus Figur
1A entlang der Schnittlinie A-A',
Figur 2B eine schematisch Darstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls im Bereich des Anschlussgehäuses mit Abdichtelement in einer Ansicht auf die Rückseite des Trägersubstrats,
Figur 3 eine schematisch Darstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls in einer Ansicht auf die Rückseite des Trägersubstrats,
Figur 4 eine Querschnittszeichnung einer alternativen Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Solarmoduls,
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte anhand eines Flussdiagramms und
Figur 6 ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte anhand eines Flussdiagramms. In den folgenden Figuren ist ohne Einschränkung der Erfindung eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 20 mit Abdichtelement 17 am Beispiel eines Dünnschichtsolarmoduls dargestellt.
Figur 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls 20 mit zwei serienverschalteten zwei Solarzellen 20.1 und 20.2 in Substratkonfiguration. Das Dünnschichtsolarmodul 20 umfasst ein elektrisch isolierendes Trägersubstrat 1 mit einem darauf aufgebrachten Schichtenaufbau zur Ausbildung einer photovoltaisch aktiven Absorberschicht. Der Schichtenaufbau ist auf der lichteintrittseitigen Vorderseite III des Trägersubstrats 1 angeordnet. Das Trägersubstrat 1 besteht hier beispielsweise aus Glas mit einer relativ geringen Lichtdurchlässigkeit, wobei gleichermaßen andere isolierende Materialien mit genügender Festigkeit, sowie inertem Verhalten gegenüber den durchgeführten Prozessschritten eingesetzt werden können.
Der Schichtenaufbau umfasst eine auf der Vorderseite III des Trägersubstrats 1 angeordnete Rückelektrodenschicht 3. Die Rückelektrodenschicht 3 enthält beispielsweise eine Schicht aus einem lichtundurchlässigen Metall wie Molybdän und wird beispielsweise durch Kathodenzerstäuben auf das Trägersubstrat 1 aufgebracht. Die Rückelektrodenschicht 3 hat beispielsweise eine Schichtdicke von etwa 1 μιη. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Rückelektrodenschicht 3 einen Schichtstapel unterschiedlicher Einzelschichten. Vorzugsweise enthält der Schichtstapel eine Diffusionsbarriere um eine Diffusion von beispielsweise Natrium aus dem Trägersubstrat 1 in die Halbleiterschicht 4 zu verhindern.
Auf der Rückelektrodenschicht 3 ist eine photovoltaisch aktive Absorberschicht in Form einer Halbleiterschicht 4 abgeschieden, deren Bandabstand vorzugsweise in der Lage ist, einen möglichst großen Anteil des Sonnenlichts zu absorbieren. Die Halbleiterschicht 4 enthält eine p-dotierte Halbleiterschicht, beispielsweise einen p- leitenden Chalkopyrithalbleiter, wie eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium-Di- selenid (CulnSe 2 ), insbesondere Natrium (Na)-dotiertes Cu(lnGa)(SSe) 2 . Die Halbleiterschicht 4 hat beispielsweise eine Schichtdicke von 500 nm bis 5 μιη und insbesondere von etwa 2 μιη. Auf der Halbleiterschicht 4 ist eine hier nicht dargestellte Pufferschicht abgeschieden, die beispielsweise eine Einzellage Cadmiumsulfid (CdS) und eine Einzellage intrinsisches Zinkoxid (i-ZnO) enthält. Auf die Halbleiterschicht 4 ist eine Frontelektrodenschicht 6 aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen. Die Frontelektrodenschicht 6 ist für Strahlung im für die Halbleiterschicht 4 empfindlichen Spektralbereich transparent ("Fensterschicht"), um eine nur geringe Schwächung des einstrahlenden Sonnenlichts zu gewährleisten. Die Frontelektrodenschicht 6 kann verallgemeinernd als TCO-Schicht (TCO = Transparent Conductive Electrode) bezeichnet werden und basiert auf einem dotierten Metalloxid, beispielsweise n- leitenden, Aluminium-dotierten Zinkoxid (AZO). Durch die Frontelektrodenschicht 6, die Pufferschicht und die p-dotierte Halbleiterschicht wird ein pn-Heteroübergang gebildet, das heißt eine Abfolge von unterschiedlichen Schichten vom entgegengesetzten Leitungstyp. Die Schichtdicke der Frontelektrodenschicht 6 beträgt beispielsweise 300 nm.
Das Schichtsystem ist mit an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls in einzelne photovoltaisch aktive Bereiche, sogenannte Solarzellen 20.1 und 20.2 unterteilt. Die Unterteilung erfolgt durch Einschnitte unter Einsatz einer geeigneten Strukturierungstechnologie wie Laserschreiben und mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Abheben oder Ritzen. Die einzelnen Solarzellen 20.1 und 20.2 sind über einen Bereich der Rückelektrodenschicht 3 seriell miteinander verschaltet.
Ein erfindungsgemäßes Dünnschichtsolarmodul 20 weist beispielsweise 100 seriell verschaltete Solarzellen und eine Leerlaufspannung von 56 Volt auf. Im hier dargestellten Beispiel werden sowohl der resultierende positive (+) als auch der resultierende negative (-) Spannungsanschluss des Dünnschichtsolarmoduls 20 über die Rückelektrodenschicht 3 geführt und dort elektrisch kontaktiert.
Zum Schutz vor Umwelteinflüssen ist auf der Frontelektrodenschicht 6 eine Zwischenschicht 5 aufgebracht, die beispielsweise Polyvinylbutyral (PVB) oder Ethylenvinylacetat (EVA) enthält. Die Dicke der Zwischenschicht 5 beträgt beispielsweise 0,76 mm. Zusätzlich ist der Schichtenaufbau aus Trägersubstrat 1 , Rückelektrodenschicht 3 und Halbleiterschicht 4 über die Zwischenschicht 5 mit einem Decksubstrat 2 versiegelt. Das Decksubstrat 2 ist für Sonnenlicht transparent und enthält beispielsweise gehärtetes, extraweißes Glas mit geringem Eisengehalt. Das Decksubstrat 2 weist beispielsweise eine Fläche von 1 ,6 m x 0,7 m auf. Das gesamte Dünnschichtsolarmodul 20 ist für die Montage am Verwendungsort in einem Aluminium-Hohlkammerrahmen befestigt, der hier nicht dargestellt ist.
Aufgrund der geringen Stromtragefähigkeit der Rückelektrodenschicht 3 wird der photovoltaisch erzeugte Strom in sogenannten Sammelleitern 1 1 gesammelt. Die Sammelleiter enthalten beispielsweise ein Aluminiumband mit einer Dicke von 200 μιη und einer Breite d von 6 mm. Die Sammelleiter 1 1 sind in diskreten Flächenbereichen mit der Rückelektrode 3 elektrisch leiten verbunden.
Das Trägersubstrat 1 weist unterhalb des Sammelleiters 1 1 ein Kontaktloch 14 auf. In das Kontaktloch 14 ist ein Anschlusselement 9 eingeführt, das den Sammelleiter 1 1 elektrisch leitend kontaktiert. Das Kontaktloch 14 ist nach außen durch ein Anschlussgehäuse 8 abgedeckt, das beispielsweise durch Kleben mit der Rückseite IV des Substrats verbunden ist.
Ein erfindungsgemäßes Abdichtelement 17 ist zwischen Sammelleiter 1 1 und Trägersubstrat 1 angeordnet. Das erfindungsgemäße Abdichtelement 17 dichtet das inneren des Solarmoduls 20 gegen Feuchtigkeit ab, die durch das Kontaktloch 14 eindringen könnte. Das Abdichtelement 17 enthält ein weiches und flexibles Polymer, das geeignet ist den Bereich zwischen Sammelleiter 1 1 und Trägersubstrat 1 abzudichten. Das Abdichtelement 17 enthält beispielsweise einen Butyl-Kautschuk wie Polyisobutylenisopren. Das Abdichtelement 17 ist derart ausgestaltet, dass es in den Randbereich des Kontaktlochs 14 eindringt und die Innenkante 16 der Rückelektrodenschicht 3 überdeckt und abdichtet. Auf diese Weise kann kein Wasser und keine Feuchtigkeit die über das Kontaktloch 14 von Außen in das Modul eindringt zur Rückelektrodenschicht 3 und zur Halbleiterschicht 4 im Inneren des Solarmoduls 20 gelangen. Das Abdichtelement 17 weist eine Öffnung 18 auf. Innerhalb des Kontaktlochs 14 ist ein Kontaktelement 9 angeordnet und durch ein Anschlussgehäuse 8 fixiert. Das Kontaktelement 9 reicht durch die Öffnung 18 des Abdichtelements 17 und weist eine elektrische Leitungsverbindung 10 zum Sammelleiter 1 1 auf.
Bei einem Solarmodul 20 ohne Abdichtelement 17 nach dem Stand der Technik würde die eindringende Feuchtigkeit zu einer Korrosion der Rückelektrodenschicht 3 führen. Die Korrosion würde im Bereich des Kontaktlochs 14 beginnen und sich in das Innere des Solarmoduls 20 ausbreiten. Eine solche Korrosion verschlechtert den Wirkungsgrad eines Solarmoduls 20 im Laufe der Zeit. Das Polymermaterial der Zwischenschicht 5 ist nicht geeignet, den Feuchtigkeitseintritt zu unterbinden, da es hygroskopisch ist und Wasser und Feuchtigkeit bindet. Das erfindungsgemäße Abdichtelement 17 verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit, so dass eine feuchtigkeitsbedingte Verschlechterung des Wirkungsgrads des Solarmoduls 20 verringert wird.
Figur 2A zeigt eine Querschnittszeichnung des erfindungsgemäßen Solarmoduls 20 entlang der Schnittlinie A-A' aus Figur 1. Figur 2B zeigt eine schematisch Darstellung eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls 20 im Bereich des Anschlussgehäuses mit Abdichtelement in einer Draufsicht auf die Rückseite IV des Trägersubstrats 1.
Das Abdichtelement 17 enthält vorteilhafterweise eine ringförmige Dichtscheibe 19 mit einer Dicke von etwa der Dicke des Sammelleiters, bevorzugt von der Dicke des Sammelleiters 1 1 zuzüglich von etwa 10 μιη bis 100 μιη. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Durchmesser a der Öffnung 18 kleiner als der Durchmesser c des Kontaktlochs 14. Das Kontaktloch hat beispielsweise einen Durchmesser c von 5 mm. Die Öffnung 18 hat einen Durchmesser a von beispielsweise 4 mm. Dies hat den besonderen Vorteil, dass das weiche Material des Abdichtelements 17 in das Kontaktloch 14 hineinreicht und die Innenkante 16 der Rückelektrodenschicht 3 abdichten kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Außendurchmesser b des Abdichtelements 17 größer als die Breite d des Sammelleiters 1 1 , so dass die Dichtscheibe über die seitlichen Ränder des Sammelleiters 1 1 hinausragt und abdichtet. Der Außendurchmesser b beträgt beispielsweise 7 mm.
Der Sammelleiter 1 1 ist in mehreren Flächenbereichen 12.1 ,12.1 ', 12.2, 12.2' mit der Rückelektrodenschicht 3 elektrisch leitend verbunden. Der Sammelleiter 1 1 ist bevorzugt in 20 bis 100 und beispielsweise 40 Flächenbereichen mit der Rückelektrodenschicht 3 verbunden. Die elektrische Leitungsverbindung erfolgt beispielsweise durch Ultraschallverschweisen. In Figur 3 ist ein Dünnschichtsolarmodul 20 in einer Ansicht auf die Rückseite IV des Trägersubstrats 1 dargestellt. Das Trägersubstrat 1 weist zwei Kontaktlöcher 14 auf, die oberhalb der Sammelleiter 1 1 angeordnet sind. Die Kontaktlöcher 14 befinden sich beispielsweise in der Mitte der Längskante 25 des Dünnschichtsolarmoduls 20. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Spannungsabfall aufgrund des ohmschen Widerstands durch die Sammelleiter 1 1 reduziert wird, was zu einem höheren Wirkungsgrad des Dünnschichtsolarmoduls führt. Durch die Kontaktlöcher 14 werden die Sammelleitern 1 1 beispielsweise durch zwei hier nicht dargestellte Kontaktelemente 9 elektrisch kontaktiert. Zwischen dem Trägersubstrat 1 und den Sammelleitern 1 1 sind erfindungsgemäße Abdichtelemente 17 angeordnet. Oberhalb der Kontaktlöcher 14 und auf der Rückseite IV des Trägersubstrats 1 sind Anschlussgehäuse 8 angeordnet.
Figur 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls 20' mit zwei serienverschalteten zwei Solarzellen 20.1' und 20.2' in Substratkonfiguration. Die Frontelektrode 6 ist auf der Rückseite II des Decksubstrats 2 angeordnet. Die Halbleiterschicht 4 und die Rückelektrode 3 sind auf der Frontelektrode 6 angeordnet und serienverschaltet. Das Decksubstrat 2 ist über eine Zwischenschicht 5 mit dem Trägersubstrat 1 verbunden. Die Materialien und Abmessungen entsprechen beispielsweise dem Ausführungsbeispiels aus Figur 1.
Der Sammelleiter 1 1 ist mit der Frontelektrode 6 verbunden. Das Kontaktloch 14 ist im Trägersubstrat 1 angeordnet. Das Abdichtelement 17 ist in diesem Ausführungsbeispiel hülsenartig und so dick ausgestaltet, dass es eine Aussparung 15 in der Zwischenschicht 5 füllt. Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass das Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit durch das Kontaktloch 14 in die Zwischenschicht 5 zuverlässig abdichtet wird.
Die Erfindung ist in keinster Weise auf die Kontaktierung der Rückelektrodenschicht 3 beschränkt. In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls 20 werden der resultierende positive und der resultierende negative Spannunganschluss des Dünnschichtsolarmoduls 20 über die Frontelektrodenschicht 6 geführt und dort elektrisch kontaktiert. Alternativ kann ein Spannungsanschluss über die Rückelektrodenschicht 3 und der zweite Spannungsanschluss über die Frontelektrodenschicht 6 erfolgen. Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls 20 mit Substratkonfiguration und Anordnung des Anschlussgehäuses 8 auf der Rückseite IV des Trägersubstrats 1. Im ersten Schritt wird ein Trägersubstrat 1 mit einem Aufbau aus seriell verschalteten Dünnschichtsolarzellen 20.1 ,20.2, bereitgestellt, wobei das Trägersubstrat 1 mindestens 1 Kontaktloch 14 und bevorzugt zwei Kontaktlöcher 14 aufweist. In einem zweiten Schritt wird ein Abdichtelement 17 im Bereich jedes Kontaktlochs 14 auf der Innenseite III des Trägersubstrats 1 und dort oberhalb der Rückelektrodenschicht 3 angeordnet. Die Anordnung des Abdichtelements 17 kann beispielsweise automatisiert oder manuell erfolgen.
In einem dritten Schritt wird ein Sammelleiter 1 1 entlang der Längskante 25 des Solarmoduls 20 und im Bereich des Kontaktlochs 14 auf die Rückelektrodenschicht 3 aufgebracht. Der Sammelleiter 1 1 verläuft oberhalb des Abdichtelements 17 und fixiert dieses auf der Rückelektrodenschicht 3 und damit auf dem Trägersubstrat 1.
In einem vierten Schritt wird der Sammelleiter 11 mit der Rückelektrode 3 elektrisch leitend verbunden. Die Leitungsverbindung erfolgt bevorzugt in diskreten Flächenbereichen 12.1 ,12.1 ', 12.2, 12.2' ausgehend von Bereichen 12.1 ,12.1 ' die das Kontaktloch 14 auf beiden Seiten begrenzen und dann entlang des Sammelleiters 1 1 nach außen in den Flächenbereichen 12.2, 12.2'. Anschließend erfolgen weitere Verbindungen in hier nicht dargestellten Flächenbereichen entlang des Sammelleiters 11. Die elektrische Leitungsverbindung zwischen Rückelektrode 3 und Sammelleiter 11 erfolgt bevorzugt mittels Ultraschallverschweisen. Der Sammelleiter 1 1 wird während des Verbindens vorteilhafterweise durch außen anliegende Kräfte in seiner Erstreckungsrichtung gespannt. Das Spannen kompensiert eine Ausdehnung des Sammelleiters 1 1 während des Verbindungsvorgangs, wie es beispielsweise beim Ultraschallverschweisen erfolgt. Falls der Platz neben dem Kontaktloch nicht ausreicht um zwei Verbindungswerkzeuge gleichzeitig anzuordnen, so kann auch eine alternative Verbindungsreihenfolge in den Flächenbereichen erfolgen. Die Verbindungsreihe erfolgt beispielsweise bei 12.1 , dann 12.1 ', dann 12.2, dann 12.2', dann 12.3, dann 12.3' und so weiter. Alternativ kann die Verbindungsreihenfolge bei 12.1 , dann bei 12.1 ', dann 12.2', dann 12.2, dann 12.3, dann 12.3' und so weiter, erfolgen. Der Sammelleiter 1 1 wird beispielsweise in 40 Flächenbereichen mit der Rückelektrode 3 verbunden. Ist das Kontaktloch 14 in der Mitte des Sammelleiters 1 1 bezüglich seiner Erstreckungsnchtung angeordnet, so sind jeweils 20 Flächenbereiche auf beiden Seiten des Kontaktloches 14 angeordnet.
Alternativ können kontinuierliche Verbindungsverfahren wie Löten verwendet werden, die den gesamten Sammelleiter 1 1 auf seiner vollen Erstreckungsnchtung oder auf großen Teilbereichen mit der Rückelektrodenschicht 3 verbinden.
Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls 20 mit Superstratkonfiguration und Anordnung des Anschlussgehäuses 8 auf der Rückseite IV des Trägersubstrats 1.
Die Erfindung stellt ein Solarmodul 20, insbesondere Dünnschichtsolarmodul, zur Verfügung, das in der industriellen Serienfertigung eine einfache und kostengünstige Abdichtung des Schichtaufbaus im Inneren eines Solarmoduls ermöglicht. Die Eindiffusion von Wassermolekülen an den Kontaktlöchern 14 kann zuverlässig und sicher verhindert werden.
Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
Es zeigen:
1 Substrat, Trägersubstrat
2 Substrat, Decksubstrat
3 Rückelektrodenschicht
4 Halbleiterschicht
5 Zwischenschicht, thermoplastische Zwischenschicht
6 Frontelektrodenschicht
8 Anschlussgehäuse
9 Kontaktelement, Federkontaktelement, Zuleitung
10 elektrische Leitungsverbindung zwischen 9 und 11
11 Sammelleiter
12.1 , 12'.1 , 12.2, 12'.2 Verbindung zwischen 1 1 und 3
14 Kontaktloch
15 Aussparung der Zwischenschicht 5
16 Innenkante der Rückelektrodenschicht 3
17 Abdichtelement
18 Öffnung in 17
19 ringförmige Dichtscheibe
20 Solarmodul, Dünnschichtsolarmodul
20.1 , 20.2, 20.1 ', 20.2' Solarzelle
25 Längskante des Solarmoduls 20 a Durchmesser der öffnung 18
b Außendurchmesser von 17
c Durchmesser des Kontaktlochs 14
d Breite des Sammelleiters 1 1
I Vorderseite des Decksubstrats 2, Außenseite des
Substrats 2
II Rückseite des Decksubstrats 2
III Vorderseite des Trägersubstrats 1
IV Rückseite des Trägersubstrats 1 , Außenseite des
Substrats 1
A-A' Schnittlinie
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