GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul mit Tandem-Solarzellen.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Solarmodule dienen dazu, Licht, wie es insbesondere von der Sonne eingestrahlt wird, in elektrische Energie umzuwandeln. Solche Solarmodule werden auch als Photovoltaikmodule oder PV-Module bezeichnet. Ein Solarmodul umfasst dabei eine Vielzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Solarzellen. Das Solarmodul verfügt herkömmlich ferner über einen Stromeingangsanschluss und einen Stromausgangsanschluss, um das Solarmodul mit weiteren Solarmodulen in Serie und/oder parallel zu einer Solaranlage verschalten zu können und um letztendlich die in dem Solarmodul erzeugte elektrische Energie einem externen Stromkreis mit darin verschalteten Verbrauchern Zufuhren zu können.

Herkömmlich wurden in Solarmodulen typischerweise Solarzellen eingesetzt, bei denen Ladungsträgerpaare, die durch Absorption von einfallendem Licht generiert wurden, an einem einzelnen beispielsweise durch einen pn-Übergang erzeugten Potenzialunterschied getrennt werden. Eine Leistung bzw. ein Wirkungsgrad der Solarzellen hängt dabei unter anderem von dem Potenzialunterschied und somit von dem zur Erzeugung des Potenzialunterschieds eingesetzten (Halbleiter-)Material ab. Dabei ist der Wirkungsgrad der Solarzellen unter anderem dadurch limitiert, dass, abhängig von einer Bandlücke des eingesetzten Halbleitermaterials, ein niederenergetischer Anteil des eingestrahlten Lichts nicht absorbiert werden kann und ein hochenergetischer Anteil nur mit erheblichen Energieverlusten in elektrische Energie umgesetzt werden kann. Um den Wirkungsgrad der Solarzellen zu steigern, wurden Solarzellen entwickelt, bei denen zwei oder mehr Teilsolarzellen übereinandergestapelt sind. Solche Solarzellen werden als Tandemsolarzellen oder manchmal auch als Mehrfachsolarzellen oder Stapelsolarzellen bezeichnet. Die beiden Teilsolarzellen unterscheiden sich dabei hinsichtlich ihrer Materialien und somit hinsichtlich ihrer Bandlücken. Eine dem einfallenden Licht zugewandte Teilsolarzelle, welche auch als Topzelle bezeichnet wird, weist hierbei typischerweise eine größere Bandlücke auf und ist somit dazu ausgelegt, einen hochenergetischen Anteil des eingestrahlten Lichts mit verhältnismäßig wenig Energieverlusten zu absorbieren und umzuwandeln. Eine darunter angeordnete weitere Teilsolarzelle, welche auch als Bottomzelle bezeichnet wird, weist dann eine geringere Bandlücke auf und ist somit dazu ausgelegt, einen niederenergetischen Anteil des eingestrahlten Lichts verhältnismäßig verlustarm zu absorbieren und umzuwandeln.

Tandemsolarzellen sind vorzugsweise monolithisch aufgebaut. Das heißt, dass eine Tandemsolarzelle als einzelnes Bauteil ausgestaltet ist, bei dem alle Komponenten wie beispielsweise verschiedene Halbleiterschichten sowie Kontakte fest miteinander verbunden sind. Hierzu können beispielsweise mehrere Schichten ganzflächig und/oder in Teilbereichen übereinander abgeschieden werden. Dabei weist die Tandemsolarzelle mindestens zwei, wie nachfolgend erläutert bei einigen Implementierungen jedoch auch drei, vier oder mehr Terminalkontakte auf. Unter einem Terminalkontakt wird dabei ein an der Tandemsolarzelle von außen her zugänglicher elektrischer Kontakt verstanden, über den die Solarzelle oder ihre Teilsolarzellen mit anderen Solarzellen oder deren Teilsolarzellen elektrisch verschaltet werden kann.

Dabei sind für Tandemsolarzellen verschiedene Verschaltungskonfigurationen bekannt.

Sogenannte 2-Terminal-Tandemsolarzellen, auch als 2TT-Solarzellen bezeichnet, verfugen über lediglich zwei Terminalkontakte, wobei typischerweise ein sogenannter Topkontakt an einer Frontseite und ein sogenannter Bottomkontakt an einer Rückseite der Tandemsolarzelle vorgesehen sind. Solche 2TT-Solarzellen sind in einem Solarmodul einfach, d.h. im Wesentlichen wie herkömmliche Nicht-Tandem-Solarzellen, zu verschalten. Allerdings führt die Tatsache, dass ein Gesamtstrom, der durch die 2TT-Solarzelle strömt, für beide Teilsolarzellen gleich groß sein muss, dazu, dass dieser durch die schwächere der beiden Teilsolarzellen begrenzt wird. Dementsprechend kommt es regelmäßig zu Verlusten durch Stromfehlanpassung. Ursache hierfür kann einerseits sein, dass die Bandlücken der beiden Teilsolarzellen bedingt durch technologische Rahmenbedingungen nicht optimal gewählt sind und eine Teilsolarzelle einen höheren Strom generiert als die andere, wobei der niedrigere Strom der schwächeren Teilsolarzelle dann den Gesamtstrom der Tandemsolarzelle limitiert. Andererseits kann es auch bei optimaler Wahl der Bandlücken durch eine Veränderung des eingestrahlten Lichtspektrums zu Stromfehlanpassungseffekten kommen.

Verluste durch Stromfehlanpassungen können weitestgehend vermieden werden, wenn die einzelnen Teilsolarzellen der Tandemsolarzellen separat kontaktiert und verschaltet werden können. Hierzu kann eine Tandemsolarzelle über vier Terminalkontakte verfügen, d.h. als sogenannte 4TT-Solarzelle ausgebildet sein. Jede einzelne Teilsolarzelle besitzt hierbei ihre eigenen beiden Terminalkontakte und kann daher unabhängig von der anderen Teilsolarzelle in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. Allerdings müssen hierfür alle Teilsolarzellen separat prozessiert, kontaktiert und verschaltet werden, wodurch ein erhöhter Aufwand benötigt sein sowie eine erhöhte optische Verschattung auftreten können.

Quasi als Mittelweg zwischen den 2TT-Solarzellen und den 4TT-Solarzellen wurden Tandemsolarzellen mit drei Terminalkontakten entwickelt, die dementsprechend als 3TT- Solarzellen bezeichnet werden. Ergänzend zu einem Topkontakt und einem Bottomkontakt verfügen 3TT-Solarzellen über einen zusätzlichen Terminalkontakt, welcher als Mittenabgriffkontakt bezeichnet wird. Der Mittenabgriffkontakt kontaktiert sowohl die Topzelle als zweiter Terminalkontakt ergänzend zu dem Topkontakt als auch die Bottomzelle als zweiter Terminalkontakte ergänzend zu dem Bottomkontakt. Hierdurch erlauben 3TT-Solarzellen einerseits eine elektrische Verschaltung innerhalb eines Solarmoduls, bei der Verluste durch Fehlanpassungen des Stromes deutlich reduziert werden können. Andererseits kann eine Verschaltung der 3TT-Solarzellen innerhalb des Moduls weniger aufwendig sein als bei 4TT- Solarzellen und/oder Verluste durch optische Verschattung aufgrund einer Vielzahl von Terminalkontakten können geringer ausfallen als bei 4TT-Solarzellen.

3TT-Solarzellen und damit aufgebaute Solarmodule werden seit langem sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Überlegungen und Erkenntnisse zu deren internem Aufbau sowie deren Anordnung und Verschaltung in Solarmodulen sind unter anderem in den nachfolgend aufgeführten Dokumenten dargelegt, die im nachfolgenden Text teilweise referenziert werden: [1] Sakai, S. and Umeno, M., “Theoretical analysis of new wavelength-division solar cells,” Journal of Applied Physics, vol. 51, no. 9, pp. 5018-5024, 1980. [2] Gee, J. M., “A comparison of different module configurations for multi-band-gap solar cells,” Solar Cells, vol. 24, no. 1-2, pp. 147-155, 1988.

[3] Jimeno, J. C., Gutierrez, R., Fano, V., Habib, A., del Canizo, C., Rasool, M. A., and Otaegi, A., “A 3 terminal parallel connected silicon tandem solar cell,” Energy Procedia, vol. 92, pp. 644-651, 2016.

[4] Nagashima, T., Okumura, K., Murata, K., and Kimura, Y., “Three-terminal tandem solar cells with a back-contact type bottom cell,” 2000. In Proceedings of the 28th IEEE PVSC, 1193-96. http://ieeexplore.ieee. org/servlet/opac?punumber=7320.

[5] McMahon, William; Schulte-Huxel, Henning; Buencuerpo, Jeronimo; Geisz, John; Young, Michelle; Klein, Talysa et al. (2021): Homogenous Voltage-Matched Strings Using Three- Terminal Tandem Solar Cells: Fundamentals and End Losses. In: IEEE J. Photovoltaics 11 (4), S. 1078-1086. DOI: 10.1109/JPHOTOV.2021.3068325.

[6] Jimeno Cuesta, J., Luque Lopez, A., Recart Baranano, F., Lago Aurrekoetxea, R, Gutierrez Serrano, R, Varner, K., Ikaran Salegi, C. et al. “Photovoltaic device and photovoltaic panel,” WO/2011/045462, filed Oct. 14, 2010, issued Apr. 21, 2011.

[7] Borden, P. G. “Three-terminal solar cell circuit,” US4513168 A, filed 19.04.1984, issued 23.04.1985.

[8] H. Uzu, G. Koizumi, “SOLAR CELL MODULE”, WO/2020/196288, 19.03.2020, issued 01.10.2020.

[9] E. L. Warren et al., “A taxonomy for three-terminal tandem solar cells,” ACS Energy Lett., vol. 5, no. 4, pp. 1233-1242, Apr. 2020

[10] M. Zehender et al., “Module interconnection for the three-terminal heterojunction bipolar transistor solar cell”, AIP Conference Proceedings 2012, 040013 (2018); https://doi.org/10.1063/L5053521, Published Online: 13 September 2018

[11] H. Schulte-Huxel et al., “String-Level Modelling of Two, Three, and Four Terminal Si- Based Tandem Modules”, IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS, VOL. 8, NO. 5, SEPTEMBER 2018, p. 1370 - 1375

[12] R. Witteck et al., “Partial shading of one solar cell in a photovoltaic module with 3 -terminal cell interconnection”, Solar Energy Materials & Solar Cells 219 (2021) 110811

Es wurde beobachtet, dass Wirkungsgrade bzw. Leistungsausbeuten bei Solarmodulen, die mit 3TT-Solarzellen aufgebaut sind, suboptimal sein können, d.h. insbesondere geringer sein können, als dies aufgrund der Wirkungsgrade der einzelnen Solarzellen und der Anzahl an Solarzellen in einem Solarmodul zu erwarten wäre. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es kann daher ein Bedürfnis an Solarmodulen bestehen, welche höhere Wirkungsgrade bzw. Leistungsausbeuten ermöglichen. Insbesondere kann ein Bedürfnis an Solarmodulen auf Basis von 3TT-Solarzellen bestehen, bei denen ein hoher Wirkungsgrad der einzelnen Solarzellen aufgrund einer geeignet gewählten Konfiguration der Solarzellen innerhalb des Solarmoduls zu einem hohen Wirkungsgrad des gesamten Solarmoduls führt. Ferner kann ein Bedürfnis an einer hocheffizienten Solaranlage mit solchen Solarmodulen bestehen.

Die genannten Bedürfnisse können zumindest teilweise mit dem Gegenstand eines der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Solarmodul beschrieben, welches mehrere 3TT-Solarzellen sowie wenigstens zwei Stromeingangsanschlüsse an einem Stromeingang des Moduls und/oder wenigstens zwei Stromausgangsanschlüsse an einem Stromausgang des Moduls aufweist. Die 3TT-Solarzellen sind hierbei miteinander zu zumindest einem String verschaltet. Jede 3TT-Solarzelle weist einen Stapel mit einer Topzelle und einer darunter angeordneten Bottomzelle auf, wobei die Topzelle und die Bottomzelle sich voneinander bezüglich einer bei Lichteinstrahlung erzeugten elektrischen Spannung unterscheiden. Jede 3TT-Solarzelle weist drei Terminalkontakte mit einem Topkontakt, welcher eine von der Bottomzelle abgewandte Seite der Topzelle elektrisch kontaktiert, einem Bottomkontakt, welcher eine von der Topzelle abgewandte Seite der Bottomzelle elektrisch kontaktiert, und einem Mittenabgriffkontakt, welcher die 3TT-Solarzelle an einer Grenzfläche zwischen der Topzelle und der Bottomzelle elektrisch kontaktiert, auf. Ein erster der Stromeingangsanschlüsse ist zumindest mit einem der Terminalkontakte einer dem Stromeingang nächstliegenden ersten der 3TT-Solarzellen verbunden und ein zweiter der Stromeingangsanschlüsse ist zumindest mit einem der Terminalkontakte einer der ersten 3TT- Solarzelle benachbarten zweiten der 3TT-Solarzellen verbunden. Ferner ist ein erster der Stromausgangsanschlüsse zumindest mit einem der Terminalkontakte einer dem Stromausgang nächstliegenden letzten der 3TT-Solarzellen verbunden und ein zweiter der Stromausgangsanschlüsse ist zumindest mit einem der Terminalkontakte einer der letzten 3TT- Solarzelle benachbarten vorletzten der 3TT-Solarzellen verbunden. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Solaranlage beschrieben, welche mehrere Solarmodule gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung aufweist, wobei bei benachbarten der Solarmodule jeweils jeder der Stromausgangsanschlüsse eines der Solarmodule mit einem zugeordneten der Stromeingangsanschlüsse des benachbarten der Solarmodule elektrisch verbunden ist.

Einleitend soll eine Grundidee zu Ausfiihrungsformen der hierin beschriebenen Erfindung kurz erläutert werden, wobei diese Erläuterung als lediglich grob zusammenfassend und die Erfindung nicht einschränkend auszulegen ist:

Die vorliegende Erfindung beschreibt insbesondere ein Solarmodul, bei dem aufgrund einer speziellen Art der Anordnung und Verschaltung der darin aufgenommenen 3TT-Solarzellen Verluste, insbesondere sogenannte String-End- Verluste, wie sie bei herkömmlichen Solarmodulen, bei denen die 3TT-Solarzellen in konventioneller Weise angeordnet und verschaltet sind, auftreten, weitgehend vermieden werden können. Wie weiter unten in genaueren Einzelheiten ausgeführt, kann dabei ein Hauptmerkmal des hierin vorgestellten Solarmoduls darin gesehen werden, dass das Solarmodul nicht wie bei herkömmlichen Solarmodulen meist üblich über lediglich einen einzelnen Stromeingangsanschluss und einen einzelnen Stromausgangsanschluss verfügt, sondern jeweils zwei oder mehr solche Stromeingangsanschlüsse und Stromausgangsanschlüsse aufweist und dabei diese Anschlüsse in einer spezifischen Weise mit den 3TT-Solarzellen innerhalb des Solarmoduls verschaltet sind. Aufgrund der speziellen Art der Verschaltung und der Mehrzahl von Stromeingangsanschlüssen und Stromausgangsanschlüssen wird dabei ermöglicht, dass String -End- Verluste durch Teilsolarzellen, die aufgrund der Verschaltung nicht bzw. nicht in optimalem Maße zu dem Wirkungsgrad des Moduls beitragen, nicht mehr an jedem verschalteten Solarzellenstring, d.h. mindestens einmal in jedem Solarmodul, verursacht werden. Stattdessen kann eine Vielzahl von Solarmodulen derart miteinander verschaltet werden, dass entsprechende End-Verluste lediglich einmalig in der gesamten Vielzahl von Solarmodulen verursacht werden und somit einen erheblich geringeren reduzierenden Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad einer Solaranlage haben. Außerdem wird eine Ausgestaltung eines Solarmoduls mit 3TT-Solarzellen beschrieben, bei der eine geeignete Verschaltung von Bypassdioden den zuverlässigen Betrieb des Solarmoduls absichert und gleichzeitig die Vermeidung der zuvor genannten End-Verluste ermöglicht. Nachfolgend werden mögliche Ausgestaltungen und Vorteile von Ausfuhrungsformen des Solarmoduls sowie eines Verfahrens zu dessen Fertigung in genaueren Einzelheiten beschrieben:

Ein Solarmodul, wie es hier beschrieben ist, umfasst eine Vielzahl von Solarzellen in Form von 3TT-Solarzellen. Beispielsweise umfasst das Solarmodul typischerweise mehr als zehn Solarzellen, meist mehr als 50 Solarzellen, im Regelfall jedoch weniger als 300 Solarzellen, meist weniger als 150 Solarzellen. Jede einzelne Solarzelle ist eine flächig ausgebildete Diode, wobei eine Fläche typischerweise zwischen 10 cm ² und 1000 cm ² , meist zwischen 100 cm ² und 500 cm ² beträgt. Eine Dicke einer Solarzelle liegt typischerweise im Bereich von zwischen 10 pm und 1000 pm, meist zwischen 50 pm und 400 pm. Zumindest ein Teil der Solarzelle kann auf Basis eines kristallinen, das heißt monokristallinen, multikristallinen oder polykristallinen, Halbleitersubstrats wie beispielsweise eines Siliziumwafers ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann ein Teil der Solarzelle mit amorphem Halbleitermaterial ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Dünnschichten.

Die Solarzellen sind zu einem oder mehreren Strings verschaltet. Dabei können die gesamten Solarzellen oder die diese Solarzellen bildenden Teilsolarzellen in Serie und/oder parallel zueinander verschaltet sein. Als String wird hierbei eine kleinste Einheit aus einer Mehrzahl von miteinander verschalteten Solarzellen verstanden, wobei das gesamte Solarmodul mehrere solche miteinander seriell und/oder parallel verschaltete Strings umfassen kann. Eine Anzahl von Solarzellen, die in einem String zusammengefasst sind, kann hierbei von verschiedenen Einflussfaktoren abhängen. Insbesondere wird diese Anzahl typischerweise derart gewählt, dass eine von dem String bei Beleuchtung erzeugte elektrische Spannung nicht eine Reversespannungsfestigkeit jeder einzelnen der Solarzellen in dem String übersteigt. Typischerweise umfassen solche Strings zwischen drei und 50 in Serie geschalteter Solarzellen, meist zwischen sechs und 30 in Serie geschalteter Solarzellen.

Die in dem Solarmodul verbauten 3TT-Solarzellen setzen sich aus einer ersten Teilsolarzelle und einer zweiten Teilsolarzelle zusammen. Die erste Teilsolarzelle ist an einer im Einsatz dem einfallenden Licht zugewandten Seite der Solarzelle angeordnet, welche als obere Seite angesehen wird, weswegen diese erste Teilsolarzelle als Topzelle bezeichnet wird. Die zweite Teilsolarzelle ist unterhalb der ersten Teilsolarzelle angeordnet und wird daher als Bottomzelle bezeichnet. Jede der Teilsolarzellen kann ihrerseits über einen einzelnen pn-Übergang oder bei Anwendung spezieller Zellkonzepte über mehrere pn-Übergänge, die vorzugsweise entlang der Lichteinfallsrichtung hintereinander liegen, verfügen.

Die Topzelle und die Bottomzelle unterscheiden sich hinsichtlich der sie bildenden Halbleitermaterialien. Beispielsweise weist das Halbleitermaterial der Topzelle typischerweise eine größere Energiebandlücke auf als dasjenige der Bottomzelle, wobei sich die beiden Bandlücken beispielsweise um mehr als 20 %, vorzugsweise mehr als 40 % oder sogar mehr als 80 % betragsmäßig voneinander unterscheiden können. Aufgrund der unterschiedlichen Bandlücken stellen sich in den beiden Teilsolarzellen an einem jeweils darin durch geeignete lokale Dotierung gebildeten Potenzialunterschied (beispielsweise aufgrund eines jeweiligen pn- Übergangs) bei Beleuchtung unterschiedliche elektrische Spannungen ein. Anders ausgedrückt unterscheiden sich bei der Topzelle und der Bottomzelle die Leerlaufspannungen (welche teilweise auch als Offene-Klemmen-Spannungen Voc bezeichnet werden) erheblich. Beispielsweise kann die Voc der Topzelle um 30% oder mehr, um 50 % oder mehr oder sogar um 100 % oder mehr größer sein als diejenige der Bottomzelle.

Jede 3TT-Solarzelle umfasst genau drei Terminalkontakte, über die sie mit anderen 3TT- Solarzellen verschaltet ist. Ein Terminalkontakt ist hierbei im Allgemeinen durch eine an der Solarzelle angebrachte bzw. in die Solarzelle integrierte elektrisch leitende Schicht wie beispielsweise eine Metallschicht gebildet. Ein Terminalkontakt kann hierbei mit einer einzelnen Schicht gebildet sein, der Terminalkontakte kann aber auch aus einer Mehrzahl von Teilbereichen bzw. Teilschichten zusammengesetzt sein.

Die drei Terminalkontakte können gemäß einer Konvention, wie sie von Warren et al. (siehe Dokument [9] in der in der Beschreibungseinleitung genannten Liste von Dokumenten) eingeführt wurde, bezeichnet sein. Ein erster Kontakt ist hierbei typischerweise an einer dem einfallenden Licht zugewandten Frontseiten-Oberfläche der Solarzelle angeordnet und kontaktiert diejenige Seite der Topzelle, die von der Bottomzelle abgewandt ist, elektrisch (wobei unter „elektrisch kontaktieren“ hierin im Allgemeinen ein direkter elektrischer Kontakt, d.h. ohne Zwischenschaltung anderer elektrischer Bauelemente, verstanden werden soll, d.h. insbesondere ein ohmscher Kontakt). Der erste Kontakt wird hierin als Topkontakt bezeichnet, kann aber gemäß der Konvention von Warren auch als T-Kontakt (mit „T“ für top) bezeichnet werden. Ein zweiter Kontakt ist typischerweise an einer dem einfallenden Licht abgewandten Rückseiten- Oberfläche der Solarzelle angeordnet und kontaktiert diejenige Seite der Bottomzelle elektrisch, welche von der Topzelle abgewandt ist. Der zweite Kontakt wird hierin als Bottomkontakt bezeichnet, kann aber gemäß der Konvention von Warren auch als R-Kontakt (mit „R“ für raiz oder root) bezeichnet werden. Ein dritter Kontakt kann beispielsweise in einer Ebene zwischen der Topzelle und der Bottomzelle angeordnet sein. Wie weiter unten detaillierter angegeben, kann der dritte Kontakt räumlich jedoch auch an der Rückseiten-Oberfläche der Solarzelle angeordnet sein, wobei die Bottomzelle und der dritte Kontakt derart ausgestaltet sein können, dass über den dritten Kontakt ein an einer Grenzfläche zwischen der Topzelle und der Bottomzelle herrschender elektrischer Strom abgeleitet werden kann. In beiden Fällen kontaktiert der dritte Kontakt die Grenzfläche zwischen der Topzelle und der Bottomzelle elektrisch. Dabei kontaktiert er eine Seite der Bottomzelle elektrisch, welche der von dem Bottomkontakt kontaktierten Seite entgegengesetzt ist und relativ zu dem von dem Bottomkontakt kontaktierten Bereich der Bottomzelle eine entgegengesetzte Polarität aufweist, sodass über den Bottomkontakt und den dritten Kontakt eine an der Bottomzelle generierte Spannung abgegriffen werden kann. Außerdem kontaktiert der dritte Kontakt eine Seite der Topzelle elektrisch, welche der von dem Topkontakt kontaktierten Seite entgegengesetzt ist und relativ zu dem von dem Topkontakt kontaktierten Bereich der Topzelle eine entgegengesetzte Polarität aufweist, sodass über den Topkontakt und den dritten Kontakt eine an der Topzelle generierte Spannung abgegriffen werden kann. Der dritte Kontakt wird hierin als Mittenabgriffkontakt bezeichnet, kann aber gemäß der Konvention von Warren auch als Z-Kontakt (mit „Z“ für zusätzlich) bezeichnet werden.

Bei herkömmlichen Solarmodulen verfugt jedes einzelne Solarmodul typischerweise über lediglich einen Stromeingangsanschluss und lediglich einen Stromausgangsanschluss, über welche die in dem Solarmodul integrierten Solarzellen mit einem externen Stromkreis verschaltet werden können. Mehrere Solarmodule können dabei jeweils über deren einzelne Stromeingangsanschlüsse und Stromausgangsanschlüsse miteinander in Serie und/oder parallel verschaltet werden, um insgesamt eine Solaranlage zu bilden.

Im Gegensatz hierzu soll das hierin beschriebene Solarmodul wenigstens zwei Stromeingangsanschlüsse und/oder wenigstens zwei Stromausgangsanschlüsse aufweisen. Vorzugsweise soll jedes Solarmodul wenigstens zwei Stromeingangsanschlüsse und zwei Stromausgangsanschlüsse aufweisen. Zumindest theoretisch ist jedoch vorstellbar, dass ein Solarmodul, welches als erstes Solarmodul innerhalb einer Solaranlage dient, lediglich einen Stromeingangsanschluss, aber zwei Stromausgangsanschlüsse aufweist bzw. ein Solarmodul, welches als letztes Solarmodul innerhalb einer Solaranlage dient, zwei Stromeingangsanschlüsse, aber lediglich einen Stromausgangsanschluss aufweist.

Die Stromeingangsanschlüsse und Stromausgangsanschlüsse sind hierbei in einer speziellen Weise mit den Terminalkontakten der verschiedenen Solarzellen innerhalb des Solarmoduls elektrisch verbunden.

Insbesondere ist ein erster Stromeingangsanschluss zumindest mit einem der Terminalkontakte derjenigen Solarzelle, die in dem Solarmodul dem Stromeingang am nächsten liegt, das heißt welcher stromeingangsseitig keine weitere Solarzelle vorgeschaltet ist und die daher als erste Solarzelle des Solarmoduls angesehen werden kann, elektrisch verschaltet. Ein zweiter Stromeingangsanschluss ist zumindest mit einem der Terminalkontakte derjenigen Solarzelle, die der ersten Solarzelle benachbart ist, d.h. mit der zweiten Solarzelle innerhalb des Solarmoduls, elektrisch verschaltet. Die erste und die zweite Solarzelle sind dabei Bestandteile ein und desselben Strings. Vorzugsweise ist der erste Stromeingangsanschluss ausschließlich mit der ersten Solarzelle direkt elektrisch verschaltet. Der zweite Stromeingangsanschluss kann ausschließlich mit der zweiten Solarzelle direkt elektrisch verschaltet sein. Ergänzend kann der zweite Stromeingangsanschluss auch mit einem der Terminalkontakte der ersten Solarzelle verschaltet sein, wobei sich dieser Terminalkontakt jedoch von demjenigen Terminalkontakt, mit dem der erste Stromeingangsanschluss verschaltet ist, unterscheidet. Dementsprechend besteht zwischen dem ersten und dem zweiten Stromeingangsanschluss keine direkte ohmsche elektrische Verbindung.

In ähnlicher Weise ist ein erster Stromausgangsanschluss zumindest mit einem der Terminalkontakte einer dem Stromausgang nächstliegenden letzten Solarzelle verbunden und ein zweiter Stromausgangsanschluss ist zumindest mit einem der Terminalkontakte einer der letzten Solarzelle benachbarten vorletzten Solarzelle verbunden. Die letzte und die vorletzte Solarzelle sind dabei Bestandteile ein und desselben Strings. Auch in diesem Falle ist vorzugsweise der erste Stromausgangsanschluss ausschließlich mit der letzten Solarzelle des Solarmoduls direkt elektrisch verschaltet. Der zweite Stromausgangsanschluss kann ausschließlich mit der vorletzten Solarzelle direkt elektrisch verschaltet sein. Ergänzend kann der zweite Stromausgangsanschluss auch mit einem der Terminalkontakte der letzten Solarzelle verschaltet sein, wobei sich dieser Terminalkontakt jedoch von demjenigen Terminalkontakt, mit dem der erste Stromausgangsanschluss verschaltet ist, unterscheidet. Dementsprechend besteht zwischen dem ersten und dem zweiten Stromausgangsanschluss keine direkte ohmsche elektrische Verbindung.

Das Vorsehen von wenigstens zwei elektrisch separaten Stromeingangsanschlüssen und/oder wenigstens zwei separaten Stromausgangsanschlüssen sowie die spezielle Art und Weise, wie diese Anschlüsse mit den verschiedenen Solarzellen innerhalb des Solarmoduls verschaltet sind, ermöglicht unter anderem, dass die verschiedenen Teilsolarzellen, d.h. die Topzellen und die Bottomzellen, innerhalb des Solarmoduls derart in einer vorteilhaften Weise miteinander verschaltet werden können, dass innerhalb einer gesamten Solaranlage mit mehreren Solarmodulen fast alle Teilsolarzellen optimal betrieben werden können, d.h. zu einem gesamten Wirkungsgrad der Solaranlage beitragen. Insbesondere können String-End- Verluste, wie sie bei herkömmlichen Solarmodulen mit 3TT-Solarzellen typischerweise in jedem einzelnen Solarmodul einer Solaranlage oder sogar an jedem einzelnen String auftreten, weitgehend vermieden werden bzw. deren Auftreten auf ein erstes Solarmodul und/oder ein letztes Solarmodul innerhalb einer Solaranlage mit einer Vielzahl von Solarmodulen beschränkt werden. Dies wird hierin weiter unten mit Bezug auf konkrete beispielhafte Ausführungsformen weiter erläutert.

Gemäß einer Ausfiihrungsform sind die Topzelle und die Bottomzelle jeder der 3TT-Solarzellen in einer r-Typ-Konfiguration in umgekehrt gerichteter Polung angeordnet. Ferner ist der erste Stromeingangsanschluss mit dem Mittenabgriffkontakt der ersten 3TT-Solarzelle verbunden und der zweite Stromeingangsanschluss ist mit dem Mittenabgriffkontakt der zweiten Solarzelle verbunden. Alternativ oder ergänzend ist der erste Stromausgangsanschluss mit dem Topkontakt der letzten 3TT-Solarzelle verbunden und der zweite Stromausgangsanschluss ist mit dem Topkontakt der vorletzten 3TT-Solarzelle verbunden.

Anders ausgedrückt sind bei dieser Ausführungsform die Topzelle und die Bottomzelle einer 3TT-Solarzelle entgegengesetzt gepolt ausgerichtet, d.h. beispielsweise ist die Durchlassrichtung der Topzelle von dem Mittenabgriffkontakt hin zu dem Topkontakt und die Durchlassrichtung der Bottomzelle von dem Mittenabgriffkontakt hin zu dem Bottomkontakt gerichtet. Eine solche Ausgestaltung wird auch als r-Typ-Konfiguration bezeichnet, wobei „r“ für „reverse“ steht. Im Gegensatz dazu sind bei einer sogenannten s-Typ-Konfiguration die Topsolarzelle und die Bottomsolarzelle gleichartig ausgerichtet und somit in Serie verschaltet. Die r-Typ-Konfiguration ermöglicht bei dem hierin beschriebenen Solarmodulen eine besonders vorteilhafte Verschaltung der 3TT-Solarzellen untereinander sowie mit den wenigstens zwei Stromeingangsanschlüssen bzw. wenigstens zwei Stromausgangsanschlüssen.

Insbesondere kann in diesem Fall der erste Stromeingangsanschluss vorzugsweise ausschließlich mit dem Mittenabgriffkontakt der ersten 3TT-Solarzelle des Solarmoduls elektrisch kontaktiert sein. Der zweite Stromeingangsanschluss ist dann mit dem Mittenabgriffkontakt der zweiten 3TT-Solarzelle des Solarmoduls elektrisch kontaktiert, wobei dieser zweite Stromeingangsanschluss zusätzlich mit dem Bottomkontakt der ersten 3TT-Solarzelle elektrisch kontaktiert sein kann. Alternativ oder ergänzend ist der erste Stromausgangsanschluss vorzugsweise ausschließlich mit dem Topkontakt der letzten 3TT-Solarzelle des Solarmoduls elektrisch kontaktiert. Der zweite Stromausgangsanschluss ist dann mit dem Topkontakt der vorletzten 3TT-Solarzelle des Solarmoduls elektrisch kontaktiert, wobei dieser zweite Stromausgangsanschluss zusätzlich mit dem Bottomkontakt der letzten 3TT-Solarzelle des Solarmoduls elektrisch kontaktiert sein kann.

Die beschriebene r-Typ-Konfiguration zusammen mit der speziellen Art und Weise der Verschaltung der Anschlüsse ermöglicht es, die 3TT-Solarzellen in einer vorteilhaften Weise, insbesondere einer Weise mit relativ wenig benötigten elektrischen Leitungen, miteinander und mit den mehreren Eingangs-und Ausgangsanschlüssen so zu verschalten, dass ein Auftreten von Verlusten, insbesondere ein Auftreten von String-End- Verlusten weitgehend begrenzt werden kann.

Dies trifft insbesondere für den Fall zu, dass die von den Topzellen erzeugten elektrischen Spannungen und die von den Bottomzellen erzeugten elektrischen Spannungen in einem gewissen Verhältnis zueinander stehen.

Beispielsweise können gemäß einer Ausfuhrungsform die bei Lichteinstrahlung erzeugte elektrische Spannung der Topzelle und die bei Lichteinstrahlung erzeugte elektrische Spannung der Bottomzelle im Wesentlichen in einem Verhältnis von m zu n stehen, m und n sind hierbei natürliche Zahlen. Unter „im Wesentlichen“ kann hierbei beispielsweise verstanden werden, dass sich das Verhältnis der sich tatsächlich einstellenden elektrischen Spannungen bei der Topzelle und der Bottomzelle von einem Verhältnis (m : n) beispielsweise um weniger als 25 %, vorzugsweise weniger als 15 % stärker bevorzugt weniger als 5 % unterscheidet. In diesem Fall können jeweils n in Serie verschaltete Topzellen parallel zu m in Serie verschalteten Bottomzellen verschaltet sein. Anders ausgedrückt können die Topzelle und die Bottomzelle beispielsweise aufgrund einer geeigneten Wahl von zu deren Herstellung eingesetzten Materialien und/oder Dotierungen derart ausgestaltet sein, dass ihre unter gemeinsamer Beleuchtung generierten elektrischen Spannungen, d.h. vorzugsweise ihre elektrischen Spannungen V _mp p im Punkt maximaler Leistung, im Wesentlichen in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Dementsprechend können die n in Serie verschalteten Topzellen unter Beleuchtung im Wesentlichen die gleiche Spannung erzeugen wie die hierzu parallel verschalteten in Serie miteinander verschalteten m Bottomzellen. Die beschriebene Anpassung der Spannungen zwischen den Teilsolarzellen wird auch als Spannungs-Matching der Strings (englisch: voltage matched strings) bezeichnet.

Dabei kann gemäß einer konkretisierten Ausführungsform m > 2 und n > 1 sein. Eine Anzahl der Stromeingangsanschlüsse und/oder eine Anzahl der Stromausgangsanschlüsse entspricht dann (im Falle einer r-Typ-Konfiguration) einem Größeren der beiden Werte m und n oder ist (im Falle einer s-Typ-Konfiguration) größer als der Größere der beiden Werte m und n.

Mit anderen Worten kann eine Anzahl der an dem Solarmodul vorgesehenen Stromeingangsanschlüsse und/oder Stromausgangsanschlüsse mit der Art und Weise korrelieren, wie die Topzellen und die Bottomzellen hinsichtlich der von Ihnen erzeugten elektrischen Spannungen aufeinander abgestimmt sind und somit gematched in Gruppen aus mehreren seriell verschalteten Topzellen parallel zu Gruppen aus mehreren seriell verschalteten Bottomzellen verschaltet werden können.

Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform kann beispielsweise m=2 und n=l sein. In diesem Fall kann, mit Ausnahme der letzten 3TT-Solarzelle, jeder Bottomkontakt einer Solarzelle mit dem Mittenabgriffkontakt der benachbarten nächsten 3TT-Solarzelle verschaltet sein, und, mit Ausnahme der letzten und der vorletzten 3TT-Solarzelle, jeder Topkontakt einer Solarzelle mit dem Mittenabgriffkontakt der übernächsten nachfolgenden 3TT-Solarzelle verschaltet sein.

Ein derartiges Abstimmen der von den Topzellen und Bottomzellen erzeugten Spannungen im Verhältnis (2 : 1) zusammen mit der beschriebenen Verschaltung der Topzellen und Bottomzellen der mehreren 3TT-Solarzellen untereinander kann eine besonders einfache Gesamtverschaltung innerhalb des Solarmoduls bei gleichzeitiger hoher Effizienz aufgrund einer Vermeidung von Verlusten, insbesondere End- Verlusten, ermöglichen. Gemäß einer Ausfiihrungsform ist in jedem der Strings eine erste Bypassdiode parallel zu den 3TT-Solarzellen des Strings verschaltet. Ferner ist in jedem der Strings eine zweite Bypassdiode parallel zu der Topzelle einer letzten 3TT-Solarzelle des Strings verschaltet.

Wie alle Dioden lassen Bypassdioden einen wesentlichen Stromfluss ausschließlich in eine Richtung zu, d.h. in ihrer Durchlassrichtung. Bei Solarmodulen werden Bypassdioden typischerweise antiparallel zu den Solarzellen z.B. eines Strings geschaltet, sodass sie im normalen Betriebszustand, das heißt wenn alle Solarzellen korrekt funktionieren und Strom generieren, in Sperrrichtung gepolt sind. Liefert jedoch eine (oder mehrere) der Solarzellen beispielsweise aufgrund einer Verschattung keinen Strom, wirkt diese wie ein elektrischer Verbraucher. Über diesen Verbraucher müsste der von den anderen Solarzellen generierte Strom fließen, wobei erheblich Wärme entstehen kann und es zu sogenannten Hotspots kommen kann. Außerdem hängt der gesamte durch ein Solarmodul fließende Strom im Allgemeinen von der schwächsten Solarzelle innerhalb des Solarmoduls ab, sodass eine einzelne verschattete Solarzelle den Wirkungsgrad des Solarmoduls erheblich begrenzen könnte. Um Hotspots und Mindererträge zu vermeiden werden daher in Solarmodulen typischerweise Bypassdioden antiparallel zu Strings aus seriell miteinander verschalteten Solarzellen geschaltet. Eine Sperrspannung der Bypassdiode entspricht dabei ungefähr einer Leerlaufspannung der in dem String verschalteten Solarzellen.

Bei den hierin beschriebenen Solarmodulen aus 3TT-Solarzellen können, wie vorangehend erläutert, die einzelnen Topzellen und Bottomzellen der mehreren 3TT-Solarzellen derart verschaltet sein, dass jeweils eine erste Anzahl von Topzellen miteinander in Serie verschaltet ist und eine davon verschiedene zweite Anzahl von Bottomzellen ebenfalls in Serie verschaltet ist, wobei beide Serienschaltungen parallel zueinander verschaltet sind. Dabei können beispielsweise die Topzellen der 3TT-Solarzellen nicht jeweils mit der Topzelle einer nächstbenachbarten 3TT- Solarzelle, sondern erst mit der Topzelle einer übernächsten 3TT-Solarzelle in Serie verschaltet sein. Eine erste Bypassdiode kann in diesem Fall parallel zu den 3TT-Solarzellen eines Strings verschaltet sein. Allerdings ist die Topzelle der letzten 3TT-Solarzelle des Strings bei der beschriebenen Verschaltung nicht durch diese erste Bypassdiode geschützt. Dementsprechend ist es vorteilhaft, für diese Topzelle eine eigene, zweite Bypassdiode vorzusehen, die parallel zu dieser Topzelle verschaltet ist. Prinzipiell kann eine solche zweite Bypassdiode andere Eigenschaften aufweisen als die erste Bypassdiode, da sie lediglich eine einzelne Topzelle absichern muss. Beispielsweise kann die Sperrspannung der zweiten Bypassdiode geringer sein als diejenige der ersten Bypassdiode. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, alle in dem Solarmodul aufgenommenen Bypassdioden gleich auszugestalten.

Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform kann die erste Bypassdiode einerseits mit dem Mittenabgriffkontakt der ersten 3TT-Solarzelle des Strings und andererseits mit dem Bottomkontakt oder dem Topkontakt der letzten 3TT-Solarzelle des Strings elektrisch verbunden sein. Dabei kann ferner die zweite Bypassdiode einerseits mit dem Topkontakt oder dem Bottomkontakt der letzten 3TT-Solarzelle des Strings und andererseits mit dem Mittenabgriffkontakt der letzten 3TT-Solarzelle des Strings elektrisch verbunden sein.

Eine solche Art der Verschaltung der ersten und zweiten Bypassdioden kann, wie weiter unten mit Bezug auf ein konkretes Ausfiihrungsbeispiel beschrieben, insbesondere für eine Ausgestaltung des Solarmoduls vorteilhaft sein, bei der die 3 TT- Solarzellen in einer r-Typ- Konfiguration ausgestaltet sind und hinsichtlich der Spannungen ihrer Topzellen und Bottomzellen im Verhältnis (2 : 1) aufeinander abgestimmt sind.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Solarmodul zumindest eine stringübergreifend verschaltete Bypassdiode aufweisen, wobei die stringübergreifend verschaltete Bypassdiode einerseits mit einer 3TT-Solarzelle vor der letzten 3TT-Solarzelle (d.h. beispielsweise einer vorletzten 3 TT- Solarzelle) eines benachbarten Substrings und anderseits mit der letzten Solarzelle des zu sichernden Substrings verbunden ist.

Anders ausgedrückt kann in dem Solarmodul eine Verschaltung von Bypassdioden mit den 3TT- Solarzellen derart ausgestaltet sein, dass zumindest eine letzte 3TT-Solarzelle in einem der Substrings mit zwei Bypassdioden verbunden ist, nämlich der dem betreffenden Substring zugeordneten und zu diesem parallel verbundenen Bypassdiode sowie der einem benachbarten Substring zugeordneten Bypassdiode. Die Bypassdioden können dabei derart mit der betreffenden 3TT-Solarzelle verbunden sein, dass zumindest eine der beiden Bypassdioden die Bottomzelle und zumindest die andere der beiden Bypassdioden die Topzelle dieser 3TT- Solarzelle absichert. Auf diese Weise kann vorzugsweise auf das Vorsehen einer separaten Bypassdiode lediglich zum Absichern einer einzelnen Top- oder Bottomzelle einer einzelnen 3TT-Solarzelle, wie es weiter oben mit der zweiten Bypassdiode diskutiert wurde, vermieden werden.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Solarmodul zumindest einen weiteren Stromeingangsanschluss und/oder zumindest einen weiteren Stromausgangsanschluss aufweisen. In dem Solarmodul ist dabei zumindest eine modulübergreifend zu verschaltende Bypassdiode aufgenommen. Die modulübergreifend zu verschaltende Bypassdiode kann hierbei einerseits mit dem weiteren Stromeingangsanschluss und andererseits mit einem der Terminalkontakte, insbesondere dem Bottomkontakt, einer der 3TT-Solarzellen in dem Solarmodul verschaltet sein. Alternativ oder ergänzend kann der Mittenabgriffkontakt der letzten 3TT-Solarzelle des Solarmoduls mit dem weiteren Stromausgangsanschluss verschaltet sein.

Bei dieser Ausgestaltung des Solarmoduls kann auf das zuvor beschriebene Vorsehen einer zweiten Bypassdiode zur Absicherung der Topzelle einer letzten 3TT-Solarzelle in einem String verzichtet werden. Stattdessen kann diese Topzelle durch die bzw. eine der ersten Bypassdioden des nachfolgenden Strings mitabgesichert werden, d.h. eine derart verschaltete Bypassdiode kann stringübergreifend wirken. Dazu kontaktiert die nachfolgende erste Bypassdiode die letzte Topzelle des vorangegangen Strings, indem sie beispielsweise im Falle der r-Typ-Konfiguration den Mittelkontakt der letzten Zelle im Strang kontaktiert. Sofern es sich bei der abzusichernden Topzelle jedoch um diejenige der letzten 3TT-Solarzelle nicht nur innerhalb eines von mehreren Strings in dem Solarmodul sondern um die allerletzte 3TT-Solarzelle in dem gesamten Solarmodul handelt, kann diese nicht über eine erste Bypassdiode aus dem gleichen Solarmodul abgesichert werden. Stattdessen wird diese Topzelle mithilfe einer ersten Bypassdiode eines benachbarten Solarmoduls mitabgesichert. Um hierzu eine modulübergreifende Verschaltung der Bypassdiode zu ermöglichen, wird an dem Solarmodul zumindest ein weiterer Stromeingangsanschluss und/oder zumindest ein weiterer Stromausgangsanschluss vorgesehen, über welche die genannte Topzelle mit der ersten Bypassdiode in einem benachbarten Solarmodul verschaltet werden kann. Ein erläuterndes Beispiel einer solchen Ausgestaltung des Solarmoduls wird weiter unten dargelegt.

Gemäß einer weiteren konkretisierten Ausfuhrungsform sind mehrere 3TT-Solarzellen über eine gesamte Breite des Solarmoduls hin seitlich nebeneinander angeordnet und elektrisch zu einem Substring verschaltet. Dabei sind die erste Bypassdiode und, sofern vorhanden, die zweite Bypassdiode jeweils seitlich neben dem Substring angeordnet. Mit anderen Worten kann das Solarmodul hinsichtlich einer geometrischen Anordnung der darin aufgenommenen 3TT-Solarzellen derart ausgestaltet sein, dass mehrere der Solarzellen, die einen Substring bilden, seitlich nebeneinander entlang der gesamten Breite des Solarmoduls angeordnet sind. Der Substring enthält dementsprechend eine relativ große Anzahl von in Serie verschalteten Solarzellen.

Diese Art der Verschaltung in zellenreiche Substrings eignet sich insbesondere für den Fall, dass die einzelnen Teilsolarzellen jeweils eine relativ hohe Reversspannungsfestigkeit aufweisen. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die erste und die zweite Bypassdiode jeweils seitlich neben dem Substring, d.h. an einem äußeren Rand des Solarmoduls, anzuordnen. Dort können die Bypassdioden besonders einfach zugänglich sein und/oder platzsparend angeordnet werden, beispielsweise im Bereich eines den Rand des Solarmoduls lokal überdeckenden Rahmens des Solarmoduls.

Gemäß einer alternativen konkretisierten Ausfiihrungsform sind mehrere 3TT-Solarzellen über eine erste Hälfte einer Breite des Solarmoduls hin seitlich nebeneinander angeordnet und elektrisch zu einem ersten Substring verschaltet und mehrere andere 3TT-Solarzellen sind über eine zweite Hälfte der Breite des Solarmoduls hin seitlich nebeneinander angeordnet und elektrisch zu einem zweiten Substring verschaltet. Der erste Substring und der zweite Substring sind dabei parallel zueinander verschaltet. Ferner sind die erste Bypassdiode und, sofern vorhanden, die zweite Bypassdiode jeweils räumlich zwischen dem ersten Substring und dem zweiten Substring angeordnet.

Anders ausgedrückt kann das Solarmodul hinsichtlich der geometrischen Anordnung der darin aufgenommenen Solarzellen derart ausgestaltet sein, dass jeweils nur eine relativ kleine Anzahl von Solarzellen zu einem Substring verschaltet ist. Die zu einem Substring verschalteten Solarzellen sind dabei geometrisch so seitlich nebeneinander angeordnet, dass sie sich lediglich über eine Hälfte der Breite des Solarmoduls erstrecken. Über die gesamte Breite des Solarmoduls hin können daher zwei räumlich benachbarte Substrings nebeneinander angeordnet werden. Die beiden Substrings werden hierbei vorzugsweise parallel zueinander verschaltet.

Da bei einer solchen Art der Verschaltung die Anzahl der Solarzellen innerhalb eines Substrings relativ gering ist, eignet sich diese Ausgestaltung insbesondere für den Fall, dass zumindest einige der Teilsolarzellen eine relativ geringe Reversspannungsfestigkeit aufweisen. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die erste und die zweite Bypassdiode jeweils geometrisch zwischen dem ersten Substring und dem zweiten Substring anzuordnen. Die Bypassdioden können somit beispielsweise in oder nahe einer geometrischen Mitte des Solarmoduls angeordnet sein. Dabei kann für die beiden parallel zueinander verschalteten Substrings eine einzelne erste Bypassdiode vorgesehen sein, die ihrerseits parallel zu beiden Substrings verschaltet ist. Ferner kann für jeden der beiden Substrings eine eigene zweite Bypassdiode vorgesehen sein, wobei eine zweite Bypassdiode antiparallel zu der Topzelle der letzten 3TT-Solarzelle in einem der beiden Substrings verschaltet ist und eine weitere zweite Bypassdiode antiparallel zu der Topzelle der letzten 3TT-Solarzelle in dem anderen der beiden Substrings verschaltet ist. Insgesamt kann aufgrund der zentralen Anordnung der Bypassdioden zwischen den Substrings eine günstige Gesamtverschaltung in dem Solarmodul mit beispielsweise kurzen Verbindungsdistanzen und dementsprechend geringen elektrischen Widerstandsverlusten erreicht werden.

Gemäß einer weiteren konkretisierten Ausfuhrungsform können die erste und, sofern vorhanden, die zweite Bypassdiode in einer gemeinsamen Diodenbox aufgenommen sein.

Eine Diodenbox kann hierbei beispielsweise ein Gehäuse sein, in dem die Bypassdioden aufgenommen sein können und durch welches die Bypassdioden beispielsweise vor Umwelteinflüssen geschützt werden können. Indem beide Bypassdioden in einer gemeinsamen Diodenbox aufgenommen werden, kann die Anzahl benötigter Diodenboxen gering gehalten werden. Außerdem kann die Ausgestaltung des Solarmoduls hinsichtlich der darin vorzusehenden Diodenboxen gleich oder ähnlich zu derjenigen herkömmlicher Solarmodule sein, bei denen lediglich eine Bypassdiode pro Solarzellenstring existiert. Dementsprechend können die Solarmodule hinsichtlich ihrer Diodenboxen in gleicher Weise hergestellt und/oder montiert werden wie herkömmliche Solarmodule.

Gemäß einer Ausfuhrungsform ist die Topzelle eine Perowskitsolarzelle und die Bottomzelle ist eine Siliziumsolarzelle.

Siliziumsolarzellen sind für ihre Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und hohen Wirkungsgrad bekannt. Beispielsweise sind Siliziumsolarzellen kommerziell erhältlich, die einen Wirkungsgrad von deutlich über 20 % zuverlässig über eine Lebensdauer von 20 Jahren und mehr liefern können. Allerdings ist der Wirkungsgrad von Siliziumsolarzellen unter anderem dadurch begrenzt, dass Silizium eine relativ kleine Bandlücke aufweist, sodass hochenergetisches Licht im Allgemeinen nur mit relativ hohen Energieverlusten in Form von Wärmeerzeugung in elektrische Energie umgewandelt werden kann. In jüngerer Zeit wurden Perowskitsolarzellen entwickelt, die inzwischen ebenfalls einen hohen Wirkungsgrad liefern können, wobei eine Langlebigkeit und Zuverlässigkeit stark von der genauen Zusammensetzung der verwendeten Perowskite zusammenhängt. Perowskite weisen im Regelfall eine deutlich größere Bandlücke auf als beispielsweise Silizium, sodass daraus gebildete Solarzellen für eine verlustarme Absorption von hochenergetischem Licht prädestiniert sind.

Dementsprechend sind Perowskitsolarzellen hervorragend geeignet, in Tandemsolarzellen als Partner für Siliziumsolarzellen zu dienen und dort als Topzelle eingesetzt zu werden. Die genaue Zusammensetzung der verwendeten Perowskite korreliert hierbei stark mit deren Bandlücke und somit indirekt mit der von der Perowskitsolarzelle gelieferten Leerlaufspannung.

Bei dem hierin beschriebenen Ansatz für eine Solaranlage können Perowskitsolarzellen als Topzellen in den 3TT-Solarzellen eingesetzt werden und dabei beispielsweise hinsichtlich ihrer Langlebigkeit und Zuverlässigkeit optimiert werden. Die sich bei Beleuchtung einstellende elektrische Spannung der Topzellen hängt dabei von den verwendeten Perowskiten ab. Je nach sich einstellender elektrischer Spannung können dann die Verschaltungen innerhalb des Solarmoduls sowie die Anzahl von Stromeingangsanschlüssen und Stromausgangsanschlüssen wie hierin beschrieben angepasst werden, um ein günstiges Spannungsmatching zwischen den Topzellen und den Bottomzellen innerhalb des Solarmoduls realisieren zu können.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Bottomsolarzelle eine Rückkontaktsolarzelle sein, bei der Terminalkontakte beider Polaritäten verschachtelt an einer von der Topsolarzelle weg gerichteten Rückseite der Bottomsolarzelle angeordnet sind, wobei einer der Terminalkontakte der Bottomsolarzelle als der Mittenabgriffkontakt wirkt.

Rückkontaktsolarzellen, bei denen Kontakte beider Polaritäten verschachtelt an einer lichtabgewandten Rückseite eines Halbleitersubstrats angeordnet sind, sind seit langem bekannt und werden teilweise auch als IBC-Solarzellen (interdigitated back contact) bezeichnet. Bei geeigneter Anpassung der in ihnen eingesetzten Strukturen, insbesondere der Schichtdicken, können solche Rückkontaktsolarzellen derart angepasst werden, dass sie in einer Tandemsolarzelle als Bottomzelle fünktionieren und dabei die beiden Typen von Kontakten nicht nur zum Extrahieren des generierten Stroms aus der Bottomzelle dienen, sondern einer der Kontakte außerdem beispielsweise über Tunnelkontakte derart elektrisch mit der Topzelle verbunden ist, dass über ihn zusammen mit dem Topkontakt auch der in der Topzelle generierte Strom extrahiert werden kann. Der genannte Kontakt wirkt dabei als Mittenabgriffkontakt für die 3TT-Solarzelle, ist jedoch nicht räumlich mittig zwischen der Topzelle und der Bottomzelle sondern an der Rückseite der Bottomzelle angeordnet. Entsprechende Konzepte wurden bereits vorgestellt, beispielsweise in dem in der Beschreibungseinleitung zitierten Dokument [4], Dadurch, dass der Mittenabgriffkontakt an der Rückseite der Bottomzelle vorgesehen ist, kann dieser sowohl verhältnismäßig einfach hergestellt als auch von außen kontaktiert werden. Hierdurch kann eine Herstellung der 3TT-Solarzellen und/oder eine Verschaltung der 3TT- Solarzellen innerhalb des Solarmoduls deutlich vereinfacht werden.

Ausführungsformen der hierin beschriebenen Solarmodule können dazu eingesetzt werden, daraus eine Solaranlage gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufzubauen. Die Eigenschaft, dass jedes Solarmodul hierbei mindestens zwei Stromeingangsanschlüsse und/oder zwei Stromausgangsanschlüsse aufweist, kann dabei dazu genutzt werden, benachbarte Solarmodule derart miteinander zu verschalten, dass Verluste wie beispielsweise String-End- Verluste, wie sie bei herkömmlich ausgestalteten und verschalteten Solarmodulen mit 3TT- Solarzellen auftreten, weitgehend vermieden werden. Hierzu wird jeder der Stromausgangsanschlüsse eines der Solarmodule mit einem zugeordneten der Stromeingangsanschlüsse des benachbarten der Solarmodule elektrisch verbunden. Anders ausgedrückt werden beispielsweise der erste Stromausgang eines Solarmoduls mit dem ersten Stromeingang des benachbarten Solarmoduls und der zweite Stromausgang des Solarmoduls mit dem zweiten Stromeingang des benachbarten Solarmoduls verbunden.

Hierdurch kann, wie weiter unten anhand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert, vermieden werden, dass in jedem der Solarmodule zumindest eine der dem Stromeingang nächstliegende erste 3TT-Solarzelle und/oder eine der dem Stromausgang nächstliegenden letzte 3TT-Solarzelle nicht optimal betrieben werden kann und es dementsprechend zu den genannten End- Verlusten kommt. Stattdessen treten aufgrund der hierin vorgeschlagenen speziellen Verschaltung zwischen benachbarten Solarmodulen über die wenigstens zwei Ausgangs-und Eingangsanschlüsse solche End-Verluste nicht mehr in jedem einzelnen Solarmodul sondern im Idealfall lediglich in einem ersten Solarmodul und/oder einen letzten Solarmodul der gesamten Solaranlage auf. Dementsprechend lässt sich der Einfluss dieser End-Verluste auf den Wirkungsgrad der gesamten Solaranlage erheblich reduzieren. Gemäß einer Ausfiihrungsform sind, mit Ausnahme der Stromeingangsanschlüsse eines ersten der Solarmodule und der Stromausgangsanschlüsse eines letzten der Solarmodule, die Stromeingangsanschlüsse jedes der Solarmodule voneinander elektrisch separiert sind und auch die Stromausgangsanschlüsse jedes der Solarmodule sind voneinander elektrisch separiert.

Ferner sind, gemäß einer Ausführungsform, bei einem ersten der Solarmodule die wenigstens zwei Stromeingangsanschlüsse elektrisch miteinander kurzgeschlossen oder verbunden und/oder bei einem letzten der Solarmodule sind die wenigstens zwei Stromausgangsanschlüsse elektrisch miteinander kurzgeschlossen oder verbunden.

Anders ausgedrückt ist jeder der Stromeingangsanschlüsse eines Solarmoduls mit lediglich einem der Stromausgangsanschlüsse des benachbarten Solarmoduls, nicht jedoch mit dem anderen Stromeingangsanschluss des gleichen Solarmoduls bzw. dem anderen Stromausgangsanschluss des benachbarten Solarmoduls elektrisch verbunden. Dies gilt vorzugsweise für alle Solarmodule der Solaranlage mit Ausnahme des ersten Solarmoduls und des letzten Solarmoduls. Bei diesen beiden Solarmodulen, die an gegenüberliegenden Enden der Serienverschaltung von Solarmodulen innerhalb der Solaranlage hegen, dienen die Stromeingangsanschlüsse des ersten Solarmoduls sowie die Stromausgangsanschlüsse des letzten Solarmoduls dazu, um die gesamte Solaranlage an einen einzelnen externen Stromkreis anzuschließen. Dementsprechend werden diese beiden „extremalen“ Stromeingangsanschlüsse bzw. Stromausgangsanschlüsse elektrisch miteinander verbunden. Dementsprechend sind an dem ersten Solarmodul und dem letzten Solarmodul End-Verluste nicht zu vermeiden, werden aber an allen dazwischenliegenden Solarmodulen vermieden.

Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Vorteile und Ausgestaltungen von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Solarmodul oder teilweise mit Bezug auf eine aus mehreren solchen Solarmodulen zusammengesetzte Solaranlage beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die beschriebenen Merkmale in geeigneter Weise übertragen, angepasst, ausgetauscht oder modifiziert werden können, um zu weiteren Ausfiihrungsformen der Erfindung zu gelangen. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden Ausfiihrungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefiigten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

Fign. l(a)-(d) veranschaulichen eine Verschaltung von 2TT-Solarzellen, 4TT-Solarzellen, 3TT- Solarzellen in einer s-Typ-Konfiguration sowie 3 TT- Solarzellen in einer r-Typ-Konfiguration.

Fig. 2(a) zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer 3TT-Solarzelle mit einer Rückkontaktsolarzelle als Bottomzelle in einer r-Typ-Konfiguration.

Fig. 2(b) zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer 3TT-Solarzelle mit einer Rückkontaktsolarzelle als Bottomzelle in einer s-Typ-Konfiguration.

Fig. 3 veranschaulicht eine herkömmliche Verschaltung von 3TT-Solarzellen in einer r-Typ- Konfiguration mit auftretenden End- Verlusten.

Fig. 4 veranschaulicht eine Verschaltung in einem erfindungsgemäßen Solarmodul mit 3TT- Solarzellen in einer r-Typ-Konfiguration mit jeweils zwei separaten Stromeingangs- und Ausgangsanschlüssen sowie mit mehreren ersten und zweiten Bypassdioden.

Fig. 5 veranschaulicht zwei zu einer erfmdungsgemäßen Solaranlage verschaltete Solarmodule.

Fig. 6 veranschaulicht eine Verschaltung in einem erfindungsgemäßen Solarmodul mit 3TT- Solarzellen in einer r-Typ-Konfiguration mit einer stringübergreifend verschalteten Bypassdiode sowie mit jeweils drei separaten Stromeingangs- und Ausgangsanschlüssen zur Ermöglichung einer modulübergreifenden Verschaltung einer Bypassdiode.

Fig. 7 zeigt eine geometrische Anordnung und Verschaltung von Bypassdioden in einem erfmdungsgemäßen Solarmodul.

Fig. 8 zeigt eine alternative geometrische Anordnung und Verschaltung von Bypassdioden in einem weiteren erfmdungsgemäßen Solarmodul.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Abmessungen nicht realitätsnah wiedergegeben sind, sondern lediglich Grundprinzipien veranschaulichen sollen. Gleiche

Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mehrfach-, Stapel- oder Tandemsolarzellen 1, wie sie in verschiedenen Ausgestaltungen und Verschaltungen in den Fign. l(a)-(d) als Teilbereiche eines jeweiligen Solarmoduls (19) dargestellt sind, bieten durch die Absorption unterschiedlicher spektraler Anteile in über einanderlieg enden Teilsolarzellen in Form einer Topzelle 3 und einer Bottomzelle 5 die Möglichkeit, deutlich höhere Wirkungsgrade zu erreichen als Solarzellen mit nur einem p-n- Übergang.

Werden, wie in Fig. 1(a) dargestellt, die Teilsolarzellen 3, 5 zur Bildung von 2-Terminal- Tandem-Solarzellen 7 (d.h. eine Zelle mit zwei Anschlüssen bzw. Kontakten) übereinandergestapelt und in Serie verschaltet, kann es zu Verlusten durch Stromfehlanpassung kommen. Ursachen dafür sind einerseits, dass die Bandlücken der beiden Teilsolarzellen 3, 5 bedingt durch technologische Rahmenbedingungen meist nicht optimal gewählt sind und eine Teilsolarzelle einen höheren Strom generiert als die andere. Der niedrigere Teilzellstrom limitiert dann den gesamten Strom der 2TT-Solarzelle. Andererseits kann es auch bei optimaler Wahl der Bandlücken beispielsweise durch eine Veränderung des eingestrahlten Spektrums zu Stromfehlanpassungseffekten kommen.

Verluste durch Fehlanpassung des Stromes können vermieden werden, wenn die einzelnen Teilsolarzellen 3, 5, wie in Fig. 1(b) dargestellt, separat kontaktiert und verschaltet werden. Eine Tandemsolarzelle 1 weist hierzu vier Anschlüsse bzw. Kontakte auf, d.h. jeweils zwei Anschlüsse für jede Teilsolarzelle 3, 5 und wird daher als 4-Terminal-Tandem-Solarzelle 9 bezeichnet. Dabei können die jeweiligen Teilsolarzellen 3, 5 am optimalen Arbeitspunkt arbeiten. Dafür müssen aber alle Teilsolarzellen separat prozessiert, kontaktiert und verschaltet werden, was in der Regel einen erhöhten Aufwand und optische Verschattung bedeutet.

Auch Tandem-Solarzellen 1 mit drei Terminalkontakten, d.h. 3TT-Solarzellen 11, wie sie in den Fign. 1(c) und 1(d) dargestellt sind, ermöglichen, Verluste durch Fehlanpassung des Stromes deutlich zu reduzieren. Fig. 1(c) zeigt dabei eine sogenannte s-Typ-Konfiguration, bei der die Topzelle 3 und die Bottomzelle 5 in gleicher Richtung gepolt sind und somit in Serie verschaltet sind. Fig. 1(d) zeigt eine sogenannte r-Typ-Konfiguration dar, bei der die Topzelle 3 und die Bottomzelle 5 in umgekehrter Richtung, d.h. „reverse“, gepolt sind.

Eine attraktive Variante einer 3TT-Solarzelle 11 bietet die Verwendung einer Bottomzelle 5 als IBC-Solarzelle mit zwei ineinander verschachtelt angeordneten Rückkontakten und einem Kontakt an der Vorderseite, der einen Kontakt zur Topzelle 3 ermöglicht. Ein Konzept für eine solche 3TT-Solarzelle 11 ist beispielsweise in dem in der Beschreibungseinleitung genannten Dokument [4] erläutert.

Fign. 2(a) und 2(b) zeigen Ausgestaltungen einer solchen 3TT-Solarzelle 11, wobei eine Kontaktanordnung und -bezeichnung nach der Konvention gemäß Warren et al. (siehe in der Beschreibungseinleitung genanntes Dokument [9]) vorgenommen ist. Gleichartige Dotierungen sind dabei jeweils durch eine gleichartige Weise der Schraffierung in den Figuren wiedergegeben. Die 3TT-Solarzellen können in unterschiedlichen Typen hergestellt werden, die sich in „reverse“ -Verschaltung, d.h. als r-Typ-Konfiguration wie in Fig. 2(a) dargestellt, und „series“-Verschaltung, d.h. als s-Typ-Konfiguration wie in Fig. 2(b) dargestellt, einordnen lassen. Aufgrund der einfacheren Verschaltung wird im Folgenden vorwiegend die „reverse“ Variante diskutiert. Die Terminalkontakte der 3TT-Solarzellen 11 werden nach ihren Eigenschaften bezeichnet. Der Topkontakt 13 oder T-Kontakt ist der einzige zugängliche Kontakt an der Topzelle 3. Der Topkontakt 13 kontaktiert dabei die von der Bottomzelle 5 abgewandte Seite der Topzelle 3. Der Bottomkontakt 15 oder R-Kontakt (für “raiz” or “root”) ist derjenige Kontakt der beiden rückseitigen Kontakte der Bottomzelle 5 mit der entgegengesetzten Polarität des Vorderseiten-Kontaktes der Bottom-Zelle. Der Bottomkontakt 15 kontaktiert dabei die von der Topzelle 3 abgewandte Seite der Bottomzelle 5. Der Mittenabgriffkontakt 17 oder Z-Kontakt (für „zusätzlich“) ist derjenige Rückkontakt mit der gleichen Polarität der Bottomzellen-Vorderseite, also der zusätzliche Kontakt, um die Ladungsträger zu extrahieren. Der Mittenabgriffkontakt kontaktiert somit eine Seite der Bottomzelle 5 elektrisch, welche der von dem Bottomkontakt 15 kontaktierten Seite entgegengesetzt ist und relativ zu dieser eine entgegengesetzte Polarität aufweist. Damit ist der Mittenabgriffkontakt 17 auch in der Lage, Ladungsträger, die in der Topzelle 3 getrennt wurden, aus der Grenzfläche zwischen der Topzelle 3 und der Bottomzelle 5 zu extrahieren. Der Mittenabgriffkontakt 17 kann hierbei geometrisch zwischen der Topzelle 3 und der Bottomzelle 5 angeordnet sein, im Falle einer Rückseitenkontaktierung ähnlich wie bei einer IBC-Solarzelle kann der Mittenabgriffkontakt 17 jedoch alternativ geometrisch auch an der Rückseite der Bottomzelle 5, d.h. seitlich benachbart zu dem Bottomkontakt 15, angeordnet sein und dabei als elektrisch mit der Grenzfläche zwischen der Topzelle 3 und der Bottomzelle 5 verbunden wirken.

In den Fign. 2(a) und 2(b) sind ergänzend die zwischen den verschiedenen Terminalkontakten 13, 15, 17 vorherrschenden elektrischen Spannungen angegeben. Vt _op ist hierbei die von der Topzelle 3 generierte Spannung und Vbot ist die von der Bottomzelle 5 generierte Spannung. VRT ist die zwischen dem Bottomkontakt 15 und dem Topkontakt 13 anliegende Spannung, VZT ist die zwischen dem Mittenabgriffkontakt 17 und dem Topkontakt 13 anliegende Spannung und VRZ ist die zwischen dem Bottomkontakt 15 und dem Mittenabgriffkontakt 17 anliegende Spannung.

Vorteile von 3TT-Solarzellen bestehen unter anderem darin, dass

(i) damit gebildete Solarmodule als bifaziale Tandemmodule im Freifeld zu betreiben sind, da die Top- und Bottom-Solarzelle nicht denselben Strom aufweisen müssen. Damit wird eine wesentliche Markteinstiegshürde umgangen, da sich der Mehrertrag von Tandemmodulen sich nicht nur gegenüber monofazialen Siliziummodulen sondern gegen bifazialen Siliziummodulen messen muss. Diese weisen einen Mehrertrag gegenüber monofazialen PV-Modulen mit demselben Wirkungsgrad von ca. 5%-20% je nach Einsatzweise und Einsatzort auf;

(ii) geringe Verluste bei nicht optimal angepasster Bandlücke bzw. Spannung am Punkt maximaler Leistung möglich sind. Dadurch kann die Auswahl der Topzelle 3 bezüglich anderer Kriterien wie Zuverlässigkeit oder Wirkungsgrad der Topzelle getroffen werden;

(iii) sich die Spannung je zusätzlicher Solarzelle in einem String von Solarzellen nur um die Spannung der Bottomzelle und nicht um die gemeinsame Spannung der Bottom- plus Topzelle erhöht. Dies ermöglicht mehr Photo voltaikmodule je Modulstrang und damit werden weniger Kabel im Systemaufbau notwendig.

Wie in den Fign. 1(c) und 1(d) als Teilbereichsansicht veranschaulicht, lassen 3TT-Solarzellen 11 sich durch eine Kombination aus Reihen- und Parallelverschaltung in ein Solarmodul 19 integrieren. Da die Topzellen 3 eine deutlich höhere Spannung erzeugen als die Bottomzellen 5, wird z.B. eine einzelne Topzelle 3 parallel zu zwei Bottomzellen 5 verschaltet. Dazu wird ein Topkontakt 13, d.h. ein von der Bottomzelle 5 abgewandter Kontakt der Topzelle 3, zu einem Kontakt der entgegengesetzten Polarität der übernächsten 3TT-Solarzelle 11 geführt, wobei es sich hierbei um einen Mittenabgriffkontakt 17 handelt.

Da am Ende eines Strings keine übernächste 3TT-Solarzelle 11 vorhanden ist, kommt es dort zu Verlusten in der Größenordnung der Leistung von ein bis zwei 3TT-Solarzellen, je nach Zelldesign bzw. Konfiguration und/oder Art der Verschaltung. Die Verluste an den Enden der Strings wurden theoretisch untersucht, beispielsweise in dem in der Beschreibungseinleitung genannten Dokument [5] und die Überlegungen zur Anpassung der Spannung durch die Verschaltung der Zellen wurden seit der Einführung der 3TT-Solarzellen diskutiert, beispielsweise in dem in der Beschreibungseinleitung genannten Dokument [2], Eine mögliche Weise einer Verschaltungstechnik für 3T Tandem-PV-Module wurde in dem Dokument [10] vorgestellt. Für die Verschaltung von 3TT-Solarzellen im Solarmodul existiert demnach eine praktisch umsetzbare Lösung. Dabei wird darauf hingewiesen, dass anstatt der Verschaltung von 3TT-Solarzellen mittels einer gemeinsamen Verbinder Struktur, auf die dann verschiedene Terminalkontakte der 3TT-Solarzellen mit unterschiedlichen Methoden angeschlossen bzw. verschaltet werden, wie dies in Dokument [10] beschrieben wird, alternativ auch durchgängige Verbinder eingesetzt werden können, mittels welcher typischerweise benachbarte Solarzellen innerhalb eines Moduls kontaktiert und verschaltet werden, wobei üblicherweise ein einzelner Verbinder von einer Frontseite einer 3TT-Solarzelle zu einer Rückseite einer benachbarten 3TT- Solarzelle geführt wird.

Fig. 3 zeigt eine mögliche herkömmliche Verschaltung von 3TT-Solarzellen 11 in einer Kombination aus Reihen- und Parallelverschaltung zur Modulintegration. An beiden Enden eines Strings 21 gibt es je zwei Verdrahtungsenden 23. Diese sind herkömmlich durch elektrische Verbinder 25 miteinander verbunden, um den vom String 21 erzeugten Strom aus dem Solarmodul 19 an einem Stromeingangsanschluss 27 und einem Stromausgangsanschluss 29 extrahieren zu können. Anders ausgedrückt wird durch die Verbinder 25 an jedem String -Ende sichergestellt, dass der im String 21 erzeugte Strom aus dem String 21 extrahiert werden kann.

Durch diese Verbinder 25 wird jedoch die Bottomzelle 5‘ der ersten 3TT-Solarzelle 11 ‘ des Strings 21 (in Fig. 3 ganz links) kurzgeschlossen und ihre Leistung nicht extrahiert. Ferner wird an jedem String-Ende, d.h. an der ersten 3 TT-Solarzelle 11 ‘ und der letzten 3TT-Solarzelle 11“, die dortiger Topzelle 3‘, 3“ nur bei etwa 50% ihrer Spannung betrieben. Dies führt zu Verlusten, die auch als String-End -Verluste bezeichnet werden und die im dargestellten Fall in der Höhe der Leistung von ungefähr einer 3TT-Solarzelle hegen. Durch die Verbindung der Verdrahtungsenden 23 mit den Verbindern 25 lässt sich ferner eine gemeinsame Bypass-Diode 31 parallel zu allen 3TT-Solarzellen 11 des Strings 21 einschließlich aller Topzellen 3 und aller Bottomzellen 5 verschalten. Das bedeutet, dass String-End- Verluste bei der Integration jeder Bypass-Diode auftreten. Dieses Vorgehen führt bei einer aktuell typischen Stringlänge von 20 Zellen zu etwa 5% Leistungsverlust, was den Vorteil der 3TT-Solarzellen gegenüber z.B. 2TT- Solarzellen oft mehr als überkompensiert. Im Falle von Perowskit-Solarzellen ist oft sogar nur eine geringe Stringlänge pro Bypass-Diode möglich und somit der Einfluss der End-Verluste noch erheblicher.

Mit dem in dieser Patentanmeldung diskutierten Ansatz werden sowohl Methoden diskutiert, um die String-End- Verluste von einer Modul ebene (mit typischerweise ca. 60 Zellen) bzw. einer Substringebene (typischerweise ein 1/3 Modul mit ca. 20 Zellen) auf eine Systemebene z.B. einer Solaranlage (mit typischerweise bis zu 2000 Zellen) zu transferieren, um ihren relativen Beitrag zu minimieren, als auch eine vorteilhafte Möglichkeit einer Integration von Bypassdioden adressiert.

Insbesondere adressieren Ausführungsformen der Erfindung folgende Aspekte:

(i) Eine elektrische Verbindung zwischen Solarmodulen zu einer Solaranlage mit beispielsweise einem Kabel mit zwei Adem oder mit zwei Kabeln;

(ii) Eine Integration von Bypassdioden ohne eine Notwendigkeit, Kontakte bzw. Verdrahtungsenden am Ende von Strings zusammen zu führen;

(iii) Ein Moduldesign für Module in der Mitte und an den Enden von Strings durch die externe Kombination der Kontakte (z.B. Modulkontakte, die außerhalb des Modules kombiniert werden), z.B. durch geeignete Stecker oder Verbinder.

Fig. 4 stellt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 19 dar, bei dem 3TT- Solarzellen 11 in einer speziellen Weise untereinander und mit zwei Stromeingangsanschlüssen 27‘, 27“ und zwei Stromausgangsanschlüssen 29‘, 29“ verdrahtet sind. Dabei sind ferner in jedem von zwei beispielhaft dargestellten Substrings 21 ‘, 21‘ ‘ zumindest eine erste Bypassdiode 33 und eine zweite Bypassdiode 35 vorgesehen.

Fig. 5 veranschaulicht, wie zwei erfindungsgemäße Solarmodule 19 zu einer erfindungsgemäßen Solaranlage 37 verschaltet werden können. Dabei wird angemerkt, dass reale Solaranlagen selbstverständlich im Allgemeinen mehr als zwei Solarmodule 19 umfassen, dass ein Prinzip der Verdrahtung jedoch an diesem reduzierten Beispiel gut erkennbar ist.

Bezüglich dem obigen Aspekt (i) zeigen die Fign. 4 und 5 ein Herausführen aller String-Enden unterschiedlicher Potentiale zu Terminalkontakten in Form der jeweils zwei Stromeingangsanschlüsse 27 und Stromausgangsanschlüsse 29. Dadurch werden die Substrings 21‘, 21“ mehrerer benachbarter Solarmodule 19 über physische Grenzen der Solarmodule 1 hinaus zu einem Gesamtstring verbunden. Durch das Verbinden der Solarmodule 19 untereinander über die jeweils zwei Stromeingangsanschlüsse 27 und Stromausgangsanschlüsse 29 wird es ermöglicht, allen Topzellen 3 in dem Gesamtstring (mit Ausnahme der Topzelle 3 einer allerletzten 3TT-Solarzelle 11) jeweils eine übernächste Bottomzelle 5 zur Parallelverschaltung zur Verfügung zu stellen und das Verschaltungskonzept über die Modulgrenzen hinweg zu erweitern. Dadurch schieben sich die String-End- Verluste, wie sie ansonsten in jedem der Substrings 21 ‘, 21“ parallel zu einer Bypassdiode 31 (d.h. bei jeweils typischerweise 20 oder weniger Zellen) auftreten würden, auf eine Systemebene (mit typischerweise bis zu 2000 und mehr Zellen) mit einer Vielzahl miteinander verschalteter Solarmodule 1, was einen relativen Beitrag der String-End- Verluste um zwei Größenordnungen (d.h. von 1/20 = 5% auf 1/2000 = 0,05% reduziert).

Bezüglich dem obigen Aspekt (ii) zeigen die Fign. 4 und 5 schematisch die Integration der ersten Bypassdioden 33 und zweiten Bypassdioden 35. Die ersten Bypassdioden 33 (in den Figuren unten verlaufend dargestellt) sichern den jeweiligen Substring 21 ‘, 21‘ ‘ ab, ähnlich wie in einem aktuellen 2TT-Solarzellen- oder Single-Junction-Solarzellen-Solarmodul. Hierbei ist jedoch die letzte Topzelle 3“ jedes Substrings 21 ‘, 21“ nicht abgesichert und wird daher durch eine separate zweite Diode 35 abgesichert.

Am Ende des Gesamtstrings, der sich durch die beschriebene Verschaltung über mehrerer Solarmodule 19 hin erstreckt, müssen die Gesamtstring -Enden 43 für einen Anschluss an eine Leistungselektronik bzw. einen Wechselrichter im Allgemeinen zusammengeführt werden, um eine Ableitung des generierten Stroms aus drei parallelen Strängen zu ermöglichen. Dabei umfasst ein erster Strang eine erste Vielzahl von jeweils in Serie verschalteten, jeweils übernächsten Topzellen 3, ein zweiter Strang umfasst eine zweite Vielzahl von jeweils in Serie verschalteten, ebenfalls jeweils übernächsten anderen Topzellen 3 und ein dritter Strang umfasst eine Vielzahl von jeweils in Serie verschalteten, jeweils nächsten Bottomzellen.

Es wird darauf hingewiesen, dass die in den Fign. 3 bis 5 dargestellten Beispiele jeweils für den Fall gelten, dass die von den Topzellen 3 bei Beleuchtung erzeugten Spannungen Vt _op in etwa doppelt so groß sind wie diejenigen Spannungen Vbot der Bottomzellen 5, das heißt, dass ein Verhältnis Vtop / Vbot ein ganzzahliges Verhältnis (m : n) ist, welches im konkreten Fall gleich (2 : 1) ist. Dementsprechend umfasst die beschriebene Verschaltung jeweils n = 1 in Serie verschaltete Topzellen 3, die parallel zu m = 2 in Serie verschalteten Bottomzellen 5 verschaltet sind. Dabei werden m = 2 zueinander parallele Stränge von in Serie verschalteten Topzellen 3 vorgesehen.

Es ist darauf hinzuweisen, dass generell die Spannungsverhältnisse der Top- und Bottomzellen in anderer Weise in ganzzahligen Verhältnissen m : n aufeinander abgestimmt (d.h. „gematched“) sein können, z.B. Vt _op / Vbot = (m : n) = (3 : 2) (nicht in den Figuren dargestellt).

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Solarzellenmoduls 1, welche sich insbesondere hinsichtlich der Bereitstellung und Verschaltung von Bypassdioden sowie hinsichtlich der Art, wie dieses Solarzellenmodul 1 mit benachbarten Modulen zu verschalten ist, von derjenigen aus den Fign. 4 und 5 unterscheidet.

Insbesondere verfügt dieses Solarzellenmodul 1 über eine in der Mitte des Solarmoduls 19 stringübergreifend verschaltete Bypassdiode 34. Diese ist einerseits mit einer vorletzten Zelle 3TT-Solarzelle 11‘ “ vor der letzten 3TT-Solarzelle 11“ des vorherliegend benachbarten Substrings 21“ und anderseits mit der letzten Solarzelle 11“ des zu sichernden Substrings 21 ‘ verbunden. Im dargestellten Beispiel ist die stringübergreifend verschaltete Bypassdiode 34 mit dem Bottomkontakt 15 der vorletzten Zelle 3TT-Solarzelle 11‘“ des vorherliegend benachbarten Substrings 21“ einerseits und mit dem Bottomkontakt 15 der letzten Solarzelle 11“ des zu sichernden Substrings 21 ‘ andererseits verbunden. Auf diese Weise ist die letzte Solarzelle 11“ in dem vorherliegend benachbarten Substrings 21“ sowohl an die ihrem Substring“ zugeordnete Bypassdiode 36 als auch an die dem benachbarten Substring 21 ‘ zugeordnete stringübergreifende Bypassdiode 34 angeschlossen. Dadurch wird auch ihre Topzelle 3‘“ abgesichert, sodass auf eine zweite Bypassdiode 35, wie sie für das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 vorgeschlagen wurde, verzichtet werden kann.

Ferner verfugt dieses Solarzellenmodul 1 zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Stromeingangsanschluss 27‘, 27“ über einen weiteren Stromeingangsanschluss 27“ ‘ und/oder zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Stromausgangsanschluss 29‘, 29“ über einen weiteren Stromeingangsanschluss 29“ ‘. Ferner verfugt das Solarmodul 1 über zumindest eine Bypassdiode 36, welche derart verschaltet ist, dass sie sowohl 3TT-Solarzellen 11 des betreffenden Solarmoduls 1 als auch zumindest eine 3TT-Solarzelle 11 eines benachbarten Solarmoduls absichern kann. Diese Bypassdiode wird hierin daher auch als modulübergreifend zu verschaltende Bypassdiode 36 bezeichnet. Im dargestellten Beispiel ist diese modulübergreifend zu verschaltende Bypassdiode 36 einerseits mit dem weiteren Stromeingangsanschluss 27“ ‘ und andererseits mit dem Bottomkontakt 15 einer der 3TT-Solarzellen 11 in dem Solarmodul 1 elektrisch kontaktiert. Ferner umfasst das gesamte Solarmodul neben der modulübergreifend zu verschaltenden Bypassdiode 36 auch noch eine weitere Bypassdiode, die wie vorangehend beschrieben als stringübergreifende Bypassdiode 34 verschaltet ist. Dabei ist diese Bypassdiode 34 zwischen dem Mittenabgriffkontakt 17 derjenigen 3TT-Solarzelle 11“ des im Beispiel links dargestellten Substrings 11“, deren Bottomkontakt 15 von der modulübergreifenden Bypassdiode 36 kontaktiert wird, und dem Bottomkontakt 15“ der letzten 3 TT- Solarzelle 11“ des im Beispiel links dargestellten Substrings 21‘ verschaltet. Da hierdurch jedoch nicht die Topzelle 3“ der letzten 3TT-Solarzelle 11“ abgesichert wird, wird der Mittenabgriffkontakt 17“ dieser letzten 3 TT-Solarzelle 11“ mit dem weiteren Stromausgangsanschluss 29“ ‘ verschaltet.

Indem nun zwischen benachbarten Solarmodulen 1 deren weiterer Stromeingangsanschluss 27“ ‘ jeweils mit dem weiteren Stromausgangsanschluss 29“ ‘ des benachbarten Solarmoduls 1 verschaltet wird, kann die modulübergreifend zu verschaltende Bypassdiode 36 auch die Topzelle 3“ der letzten 3TT-Solarzelle 11“ in dem benachbarten Solarmodul 1 absichern. Auf ein Vorsehen einer oder mehrerer zweiter Bypassdioden 35 kann bei diesem Ausführungsbeispiel daher verzichtet werden.

Fign. 7 und 8 zeigen mögliche geometrische Anordnungen der Bypassdioden 33, 35 in jeweiligen Substrings 21 eines 3TT-Solarmoduls 19 für 3TT-Solarzellen 11 mit hoher Spannungsfestigkeit (Fig. 7) und niedriger Spannungsfestigkeit (Fig. 8).

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausgestaltung sind hierbei mehrere 3TT-Solarzellen 11 in Reihen über eine gesamte Breite B des Solarmoduls 19 hin seitlich nebeneinander angeordnet, wobei im dargestellten Beispiel zwei solche Reihen elektrisch zu einem Substring 21 ‘ verschaltet sind. Dabei sind die erste Bypassdiode 33 und die zweite Bypassdiode 35 jeweils seitlich neben dem Substring 21 ‘ angeordnet sind. Die Bypassdioden 33, 35 können hierbei beispielsweise nahe einem seitlichen Rand des Solarmoduls 19 angeordnet sein, beispielsweise an oder unter einem das Solarmodul 19 umschließenden Rahmen (nicht dargestellt).

In der Figur stellen die Quadrate die 3TT-Solarzellen 11 dar. Die Linien 39 entlang der Kante der 3TT-Solarzellen 11 symbolisieren eine 3-polige Verschaltung zwischen den Solarzellen. Ein praktischer Lösungsvorschlag für diese 3-polige Verschaltung wurde in [10] erläutert. Vertikal schraffierte Punkte symbolisieren einen Bottomkontakt 15 (R-Kontakt) zur Bottomzelle 5, horizontal schraffierte Punkte symbolisieren einen Topkontakt 13 (T-Kontakt) zur Topzelle 3, diagonal schraffierte Punkte symbolisieren einen Mittenabgriffkontakt 17 (Z-Kontakt) der 3TT- Solarzelle 11. Um das Kontaktschema für die Bypassdioden 33, 35 einfach zu halten, sind nur die Kontakte zur jeweils geometrisch nächstliegenden 3TT-Solarzelle 11 eingezeichnet. Durch die Verschaltung zwischen die den 3TT-Solarzellen 11 (symbolisiert durch die Linie 39) werden die Terminalkontakte zu weiteren 3TT-Solarzellen 11 im String 21 weitergeführt. Diese Anordnung weist zwei parallel liegende Solarzellenreihen auf, die in Serie verschaltet sind. Diese geometrische Anordnung ist geeignet für Solarzellen mit hoher Reverspannungsfestigkeit.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausgestaltung sind hingegen mehrere 3TT-Solarzellen 11 über eine erste Hälfte B/2 einer Breite B des Solarmoduls 19 hin seitlich nebeneinander angeordnet sind und elektrisch zu einem ersten Substring 21 ‘ verschaltet und mehrere andere 3TT- Solarzellen sind über eine zweite Hälfte der Breite des Solarmoduls 19 hin seitlich nebeneinander angeordnet und elektrisch zu einem zweiten Substring 21“ verschaltet. Der erste Substring 21‘ und der zweite Substring 21“ sind hierbei parallel zueinander verschaltet. Die erste Bypassdiode 33 und die zweite Bypassdiode 35 sind jeweils lateral zwischen dem ersten Substring 21 ‘ und dem zweiten Substring 21“ angeordnet. Eine solche Art der Verschaltung ist besonders geeignet für 3TT-Solarzellen 11 mit niedriger Reverspannungsfestigkeit.

Anders ausgedrückt kann, wie bei Halbzellenmodulen, die Bypassverschaltung für 3TT- Solarzellen 11 mit niedriger Reversspannungsfestigkeit in der Modulmitte durchgeführt werden (Fig. 8). Die 3TT-Solarzellen 11 sind jedoch innerhalb eines Doppelstrings quasi in Reihe geschaltet (symbolisiert durch die umlaufende Linie 39). Von den herausgeführten Kontakten kann eine weitere Verschaltung entweder zum nächsten Substring 21 erfolgen oder zum nächsten Solarmodul 19. Ein Mittenkontakt 17 (Z-Kontakt) wird von einer nicht direkt in der Modulmitte liegenden 3TT-Solarzelle 11 abgegriffen. Dieser Kontakt wird über eine Drahtverbindung hergestellt, die standardmäßig zur weiteren Verschaltung zur übernächsten Topzelle 3 geführt wird. Diese Verbindung kann als Stromabgriff verwendet werden.

Das Besondere der geometrischen Anordnung von Solarzellen 11 und Bypassdioden 33, 35 in Fig. 7 ist, dass jeweils zwei der neben einem Doppelstring 21 liegenden Bypassdioden 33, 35 in einer gemeinsamen Diodenbox 41 (aus Gründen der besseren Übersicht in Fig. 7 gestrichelt dargestellt) zusammengefasst werden können. So ist es z.B. möglich mit den üblichen drei Diodenboxen 41 ein Solarmodul 19 aufzubauen. Genauso können bei der geometrischen Anordnung von Solarzellen 11 und Bypassdioden 33, 35 in Fig. 8 jeweils zwei Bypassdioden 33, 35 in einer Diodenbox (aus Gründen der besseren Übersicht in Fig. 8 nicht dargestellt) verschaltet werden, so dass es wiederum möglich ist mit den üblichen drei Diodenboxen 41 in der Modulmitte die Diodenverschaltung durchzuführen.

Verschaltet man die vorgeschlagenen Solarmodule 19, kann man optional unter Hinnehmen von String-End- Verlusten die beiden Stromausgangsanschlüsse 29‘, 29“ zu einem gemeinsamen Minus-Kontakt und die beiden Stromeingangsanschlüsse 27‘, 27‘ ‘ zu einem gemeinsamen Plus- Kontakt kurzschließen, um nur eine einadrige Verbindung zwischen den Solarmodulen 19 zu erreichen. Die Solarmodule 19 werden in diesem Fall so miteinander in Serie verdrahtet, dass jeweils der Minus-Kontakt mit einem Plus-Kontakt eines benachbarten Solarmoduls 19 verbunden wird. Möchte man das volle Potential der Verschaltung ausnutzen, müssen ein erster Stromausgangsanschluss 29‘ mit einem ersten Stromeingangsanschluss 27‘ und ein zweiter Stromausgangsanschluss 29“ mit einem zweiten Stromeingangsanschluss 27“eines benachbarten Solarmoduls 19 über eine zweiadrige Verbindung, d.h. beispielsweise mit einem zwei-adrigen Kabel oder mit zwei Kabeln, in Serie geschaltet werden.

Es ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

BEZUGSZEICHENLIS TE

I Tandemsolarzelle

3 Topzelle

3‘ Topzelle der ersten 3TT-Solarzelle

3“ Topzelle der letzten 3TT-Solarzelle

5‘ Bottomzelle der ersten 3TT-Solarzelle

5“ Bottomzelle der letzten 3TT-Solarzelle

5 Bottomzelle

7 2TT-Solarzelle

9 4TT-Solarzelle

I I 3TT-Solarzelle

11 ‘ erste 3TT-Solarzelle

11“ letzte 3TT-Solarzelle

13 Topkontakte

15 Bottomkontakt

17 Mittenabgriffkontakt

19 Solarmodul

21 String

21‘ Substring

21“ Substring

23 Verdrahtungsenden

25 Verbinder

27 Stromeingangsanschluss

27 ‘ erster Stromeingangsanschluss

27“ zweiter Stromeingangsanschluss

27 “ ‘ weiterer Stromeingangsanschluss

29 Stromausgangsanschluss

29 ‘ erster Stromausgangsanschluss

29“ zweiter Stromausgangsanschluss

29 “ ‘ weiterer Stromausgangsanschluss

31 gemeinsame Bypassdiode 33 erste Bypassdiode

34 stringübergreifend verschaltete Bypassdiode

35 zweite Bypassdiode

36 modulübergreifend zu verschaltende Bypassdiode 37 Solaranlage

39 Reihenschaltung symbolisierende Linie

41 Diodenbox

43 Gesamtstring-Enden