DE102009003495C5

DE102009003495C5 - Lötverfahren und Lötvorrichtung

Info

Publication number: DE102009003495C5
Application number: DE102009003495.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Pfennig; Markus Träger
Original assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Current assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: DE102009003495B4; DE102009003495A1

Abstract

Lötverfahren, bei dem ein metallischer, sich in eine Erstreckungsrichtung (E) erstreckender Verbinder (2) mit einer Solarzelle (1) elektrisch verbunden wird, umfassend die folgenden Schritte: – Auflegen des Verbinders auf einen Elektrodenkontakt (12) der Solarzelle (1); – Erhitzen eines ersten Verbinderbereiches (21); – Erhitzen eines auf dem Verbinder (2) in der Erstreckungsrichtung (E) zwischen dem ersten Verbinderbereich (21) und einem dritten Verbinderbereich (23) angeordneten zweiten Verbinderbereiches (22); und – Erhitzen des dritten Verbinderbereiches (23), wobei das Erhitzen jeweils ein Erzeugen eines Temperaturverlaufs (51, 52) mit einer Aufheizphase (51w, 52w) und einer Abkühlphase (51k, 52k) an dem jeweiligen Verbinderbereich (21, 22, 23) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizphase (52w) des zweiten Verbinderbereiches (22) zumindest teilweise während der Abkühlphase (51k) des ersten Verbinderbereiches (21) und des dritten Verbinderbereiches (23) durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lötverfahren und eine Lötvorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Verbinders mit einer Solarzelle.
Ein derartiger Verbinder wird herkömmlich als metallischer Verbinderstreifen bereitgestellt, welcher mit einem Ende auf einem Elektrodenkontakt der Solarzelle platziert wird. Der Elektrodenkontakt dient hierbei dazu, den in der Solarzelle erzeugten Strom aus der Solarzelle zu entnehmen und/oder den mittels weiterer Elektrodenkontakte entnommenen Strom zu sammeln. In letzterem Fall wird der Elektrodenkontakt auch als Busbar bezeichnet.
Entweder auf dem Verbinderstreifen oder auf der Busbar ist ein Lot aufgebracht. In einem anschließenden Lötschritt wird der Verbinder mit einem Heizelement erhitzt und somit das Lot zum Schmelzen gebracht. In dieser Phase startet in einer Fügezone ein Benetzungsprozess. An den Grenzflächen zwischen den Verbindungspartnern bilden sich intermetallische Phasen aus. In einer nachfolgenden Abkühlphase erkaltet das Lot und bildet eine stoffschlüssige elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Verbinder und der Busbar. Anschließend wird das andere Ende des Verbinderstreifens in gleicher Weise mit einer Busbar einer benachbarten Solarzelle verbunden, um die beiden Solarzellen zu einem sogenannten String für ein Solarzellenmodul zu kontaktieren.
Die Verlötung des Verbinderstreifens auf der Busbar erfolgt flächig oder punktuell, wobei zur Verfahrensbeschleunigung mehrere Heizelemente eingesetzt werden können. Beispielsweise weist ein bekannter Industrielötautomat (die Xcell^® 3300 von Komax) drei kufenförmige Heizelemente auf, die gleichzeitig entlang des Verbinderstreifens versetzt positioniert werden. Mittels Induktion wird zeitgleich unterhalb aller drei Heizelemente in dem Verbinderstreifen Hitze erzeugt und so eine Verlötung des Verbinderstreifens mit der Busbar erreicht. Diese Heizelemente sind in der Literatur als Tunnelinduktoren bekannt.
Weitere Lötvorrichtungen mit einem oder einer Mehrzahl synchron betriebener Löteinrichtungen mit Heizelementen sind aus der DE 203 11 931 U1 und aus der EP 1 291 929 A1 bekannt.
Derartige bekannte Lötverfahren haben den Nachteil, dass aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungseigenschaften der Materialien in der Solarzelle und in den Verbindern nach der Verlötung mechanische Spannungen entstehen, die zu einer Verbiegung der Solarzelle führen können. Die Spannungen müssen von der Solarzelle und den Verbindern aufgenommen werden. Insbesondere beim Einsatz von Solarzellen aufgebaut aus sehr dünnen Halbleiterwafern mit Dicken von weniger als 200 μm kommt es daher regelmäßig zu einer sichtbaren Verbiegung des Wafers. Im ungünstigsten Fall kann hierbei die Solarzelle oder die elektrische Verbindung zwischen der Solarzelle und dem Verbinder beschädigt werden.
Anders ausgedrückt: Bei ganzflächiger Lötung oder zeitgleicher Lötung an allen Lötpunkten erreicht die aufgrund Wärmeeintrags entstandene thermomechanische Spannung einen Maximalwert und behält diesen Zustand in der Fügezone nach dem Erstarren; wird sozusagen in diesem Zustand ”eingefroren”. Übersteigt diese thermomechanische Spannung die Stabilitätsgrenze der verwendeten Materialen, dann kann es zur Zerstörung eines Bereiches um die Verbindung kommen. Die Zelle ist in diesem Bereich dann elektrisch defekt. Damit die mechanischen Spannungen zu keinen signifikanten Schädigungen führen, werden herkömmlich Solarzellen mit Dicken von mehr als etwa 200 μm verwendet. Dies stellt jedoch einen Kostennachteil dar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Lötverfahren und eine Lötvorrichtung bereitzustellen, um dünnere und somit kostengünstigere Solarzellen ohne die Gefahr einer Beschädigung der Solarzellen auf verlässliche Art miteinander verschalten zu können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lötverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Lötvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mittels einer gezielten zeitlichen Temperatursteuerung in räumlich unterschiedlichen Verbinderbereichen bereichsweise begrenzte Materialausdehnungen im Verbinder und im Elektrodenkontakt erzielt werden, die sich gegenseitig aufheben. Auf diese Weise werden bleibende thermomechanische Spannungen zwischen Verbinder und Solarzelle vermindert oder sogar im Wesentlichen vermieden. Hierzu durchlaufen drei entlang einer Erstreckungsrichtung des Verbinders räumlich getrennte Verbinderbereiche Temperaturverläufe, die jeweils eine Aufheizphase und eine Abkühlphase umfassen, wobei ein entlang des Elektrodenkontakts zwischen einem ersten und einem dritten Verbinderbereich angeordneter zweiter Verbinderbereich und seine Umgebung dann die Aufheizphase durchläuft, wenn der erste und/oder der dritte Verbinderbereich ihre jeweiligen Abkühlphasen durchlaufen.
Hierdurch wird erreicht, dass der zweite Verbinderbereich und gegebenenfalls seine Umgebung im Elektrodenkontakt und/oder in der Solarzelle dann eine thermische Ausdehnung erfährt, wenn zumindest einer der anderen beiden Verbinderbereiche seine maximale thermische Ausdehnung erreicht hat und sich gegebenenfalls sogar in der Abkühlphase zusammenzieht, um die thermische Ausdehnung im zweiten Verbinderbereich zu kompensieren.
Bei dem ersten und dem dritten Verbinderbereich kann es sich um Randbereiche des Verbinders handeln. Es ist jedoch auch möglich, dass das Verfahren auf mehreren Dreiergruppen von Verbinderbereichen angewendet wird, die entlang der Erstreckungsrichtung des Verbinders angeordnet sind. Das vorangehend beschriebene Prinzip des Abbaus thermischer Spannungen durch einen gezielten Temperatureintrag funktioniert unabhängig von der absoluten Lage der drei ausgewählten Verbinderbereiche in dem Verbinder.
Bei den Elektrodenkontakten handelt es sich vorzugsweise um metallische Kontaktstreifen, beispielsweise um Busbars für Emitter- oder Basiselektroden. Ferner kann das zum Löten notwendige Lot auf den Elektrodenkontakten und/oder auf dem Verbinder aufgebracht sein und/oder während des Lötverfahrens dem Verbinder und dem Elektrodenkontakt zugeführt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Wahl der Verfahrensparameter wie beispielsweise der Position und der Erstreckung der Verbinderbereiche sowie der Dauer und Höhe des Wärmeeintrags in die Verbinderbereiche derart, dass letztendlich das Lot im Wesentlichen entlang der gesamten Erstreckung des Elektrodenkontakts aufgeschmolzen wird, um nach dem Erstarren eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbinder und dem Elektrodenkontakt zu bilden. Wenngleich vorteilhaft, ist jedoch eine ganzflächige Kontaktierung des Elektrodenkontakts nicht zwingend notwendig.
Zur Vereinfachung des Lötverfahrens und der zu ihrer Durchführung eingesetzten Vorrichtung können die bei der Erhitzung der drei Verbinderbereiche eingesetzten Temperaturverläufe paarweise oder alle drei im Wesentlichen gleiche oder zumindest ähnliche Formen aufweisen. In diesem Fall müssen die Temperaturverläufe zeitversetzt in den Verbinderbereichen erzeugt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erzeugten Temperaturverläufe jeweils einen Maximalwert zwischen der Aufheizphase und der Abkühlphase aufweisen und dass die Temperaturverläufe an den Verbinderbereichen derart zeitversetzt erzeugt werden, dass der Temperaturverlauf im zweiten Verbinderbereich seinen zugehörigen Maximalwert um einen jeweiligen Zeitversatz später erreicht, als der Temperaturverlauf im ersten Verbinderbereich und/oder im dritten Verbinderbereich.
Beispielsweise können derartige Temperaturverläufe erzeugt werden, indem dem entsprechenden Verbinderbereich Energie zugeführt wird, bis dort der Temperaturmaximalwert erreicht ist, und anschließend die Energiezufuhr abgestellt wird, zum Beispiel mittels Ausschalten oder Entfernen eines Heizelementes. Nach dem Abstellen der Energiezufuhr tritt der Verbinderbereich aufgrund einer kühleren Umgebungstemperatur selbständig in eine Abkühlphase ein. Alternativ kann die Abkühlphase jedoch auch mittels einer aktiven Kühlung erzielt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Zeitversatz in einem Bereich zwischen etwa 50 Millisekunden und etwa 1000 Millisekunden, vorzugsweise zwischen etwa 200 Millisekunden und etwa 600 Millisekunden liegt. Beispielsweise kann der Zeitversatz etwa 500 Millisekunden betragen. Die Erwärmung des zweiten Verbinderbereiches erfolgt vorzugsweise erst dann, wenn mittels Erwärmung des ersten und dritten Verbinderbereiches eine stoffschlüssige Verbindung an den jeweiligen Verbinderbereichen erzeugt wurde. Beispielsweise kann die Wärmezufuhr im zweiten Verbinderbereich gestartet werden, wenn die Temperatur am ersten und am dritten Verbinderbereich wieder unter die Schmelztemperatur des Lotes gesunken ist.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erzeugten Temperaturverläufe jeweils einen Maximalwert aufweisen, der in einem Bereich bis zu 15%, vorzugsweise bis zu 10% oberhalb der Schmelztemperatur eines zur Verbindung des Verbinders mit dem Elektrodenkontakt der Solarzelle verwendeten Lötmittels liegt.
Bevorzugterweise wird die Solarzelle vor dem Erzeugen der Temperaturverläufe vorgewärmt. Mit anderen Worten, die Temperaturverläufe beginnen jeweils bei einer Starttemperatur, die oberhalb der üblicherweise bei der Herstellung verwendeten Umgebungstemperatur liegt. Diese Starttemperatur kann beispielsweise einen Wert haben, der in einem Bereich zwischen der genannten Umgebungstemperatur und etwa 100°C liegt.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Auflegen des Verbinders auf den Elektrodenkontakt der Solarzelle der erste Verbinderbereich und der dritte Verbinderbereich jeweils auf gegenüberliegenden Randabschnitten des Elektrodenkontaktes angeordnet werden. Hierbei kann der zweite Verbinderbereich beispielsweise in etwa mittig auf dem Elektrodenkontakt vorgesehen sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Temperaturverläufe an den Verbinderbereichen mittels eines einzelnen Heizelementes erzeugt werden, welches relativ zu dem Verbinder bewegt wird. In diesem Fall wird also das Heizelement von einem der Verbinderbereiche zum anderen bewegt und an jedem Verbinderbereich der gewünschte Temperaturverlauf erzeugt. Die Relativbewegung kann hierbei durch eine Bewegung des Heizelements und/oder eine entgegengesetzt gerichtete Bewegung der Solarzelle im Raum erzielt werden. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Bewegung handeln, mit der die Solarzelle durch die Lötvorrichtung zu einem nachfolgenden Prozessschritt transportiert wird, so dass diese in der Lötvorrichtung nicht gestoppt wird.
Das Heizelement kann einen Laserstrahl oder eine ähnlich wirkende, Energie transportierende Strahlung umfassen, der/die mittels Reflexion, Refraktion oder Bewegen einer zugehörigen Strahlenquelle bewegt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Temperaturverläufe an den Verbinderbereichen mittels zumindest zweier Heizelemente erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass zumindest zwei der Verbindungsbereiche gleichzeitig erhitzt werden können. Hierdurch ergibt sich eine größere Flexibilität hinsichtlich der Erzeugung der Temperaturverläufe. Es ist darauf hinzuweisen, dass sich die zumindest zwei Heizelemente unterschiedlich aufbauen lassen. Eines der Heizelemente kann einen Verbindungsbereich mittels Induktion erhitzen, während das andere oder die anderen Heizelemente zu diesem Zweck eine optische Strahlung bereitstellen, beispielsweise einen Laserstrahl.
Hierzu sind in einer zweckmäßigen Weiterbildung der Lötvorrichtung zumindest zwei voneinander unabhängig ansteuerbare Heizelemente vorgesehen.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Temperaturverläufe mittels Induktion in den Verbinderbereichen erzeugt werden. Hierbei bilden über den Verbinderbereichen als Heizelemente angeordnete Induktoren, die sich beispielsweise in Tunnelinduktoren befinden, Primärwicklungen, an denen eine Wechselspannung angelegt wird, vorzugsweise eine hochfrequente Wechselspannung bei Hochfrequenzinduktoren. Der Verbinder bildet dann die Sekundärwicklung, in der ein Stromfluss induziert wird, welcher aufgrund von ohmschen Verlusten den umgebenden Verbinderbereich aufheizt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest ein Verbinderbereich auf dem Verbinder und ein weiterer Verbinderbereich auf einem weiteren Verbinder im Wesentlichen gleichzeitig erhitzt werden. Auf diesem Wege können mehrere Verbinder gleichzeitig mit der Solarzelle verbunden werden. Die in den sich entsprechenden Verbinderbereichen der beiden Verbinder erzeugten Temperaturverläufe sind zweckmäßigerweise im Wesentlichen gleich und/oder werden mittels ein und desselben Heizelements erzeugt.
Bei der Lötvorrichtung ist hierzu zweckmäßigerweise vorgesehen, dass zumindest eines der Heizelemente ausgebildet ist, einen Verbindungsbereich auf dem Verbinder, welcher auf dem Elektrodenkontakt der Solarzelle aufgelegt ist, und einen weiteren Verbindungsbereich auf einem weiteren Verbinder, welcher auf einem weiteren Elektrodenkontakt der Solarzelle aufgelegt ist, im Wesentlichen gleichzeitig zu erhitzen. Bei dem Heizelement kann es sich beispielsweise um einen Lötkolben handeln, der breit genug ausgebildet ist, um den Abstand zwischen zwei Elektrodenkontakten auf der Solarzelle zu übergreifen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine Anordnung mit drei als Lötkolben ausgebildeten Heizelementen, welche oberhalb eines auf einem Elektrodenkontakt aufgelegten Verbinders angeordnet sind;
2 eine Diagrammdarstellung von Temperaturverläufen für zwei Verbinderbereiche; und
3 eine Aufsicht auf eine Solarzelle mit drei hierauf aufgelegten Verbindern.
Die 1 zeigt schematisch eine Anordnung, in welcher mit Hilfe von drei Heizelementen 41, 42, 43 ein sich in einer Erstreckungsrichtung E erstreckender Verbinder 2 mit einer Solarzelle 1 elektrisch verbunden wird. Hierzu wird ein Abschnitt des Verbinders 2, der für eine Kontaktierung vorgesehene Verbinderbereiche 21, 22, 23 umfasst, auf einen sich ebenfalls entlang der Erstreckungsrichtung E erstreckenden Elektrodenkontakt 12 auf der Solarzelle 1 angeordnet. Anschließend wird mittels Wärmezufuhr eine Lötverbindung zwischen dem Verbinder 2 und dem Elektrodenkontakt 12 hergestellt. Die Verbinderbereiche 21, 22, 23 umfassen einen ersten Verbinderbereich 21, einen zweiten Verbinderbereich 22 und einen dritten Verbinderbereich 23.
Das Erhitzen der Verbinderbereiche 21, 22, 23 erfolgt jeweils mit einem zugeordneten hierüber angeordneten Heizelement 41, 42, 43. Die Heizelemente 41, 42, 43 umfassen vorzugsweise Induktoren, welche mittels einer Steuereinheit mit Wechselstrom versorgt werden und in den zugehörigen Verbinderbereichen 21, 22, 23 Heizströme induzieren. Hierdurch wird eine sich zwischen dem Verbinder 2 und dem Elektrodenkontakt 12 befindende Lotschicht (nicht dargestellt) zum Schmelzen gebracht.
Die Verbinderbereiche 21, 22, 23 sind in allen Ausführungsformen jeweils so zu definieren, dass in ihnen der primäre Wärmeeintrag erfolgt. Als sekundärer Effekt wird aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Verbinders 2 in kürzester Zeit ein den jeweiligen Verbinderbereich 21; 22; 23 umgebender Bereich in dem Verbinder, im Elektrodenkontakt und gegebenenfalls auch in der Solarzelle ebenfalls erhitzt. Diese die Verbinderbereiche 21; 22; 23 umgebenden Bereiche können sich berühren oder überlappen, auch wenn sich die Verbinderbereiche 21; 22; 23 nicht berühren.
Mittels der Heizelemente 41, 42, 43 werden in den Verbinderbereichen 21, 22, 23 Temperaturverläufe 51, 52 erzeugt, die in der 2 in einem Diagramm beispielhaft dargestellt sind, wobei die Zeit in Millisekunden entlang der Abszisse aufgetragen ist. Der Temperaturverlauf 51 im ersten und im dritten Verbinderbereich 21, 23 weist eine ähnliche Form auf, wie der Temperaturverlauf 52 im zweiten Verbinderbereich 22. Die Temperaturverläufe 51, 52 umfassen jeweils eine Aufheizphase 51w, 52w und eine Abkühlphase 51k, 52k, zwischen denen der Temperaturverlauf 51; 52 einen Maximalwert erreicht.
Wie in der 2 deutlich zu sehen ist, tritt die Aufheizphase 52w im zweiten Verbinderbereich 22 teilweise während der Abkühlphase 51k des ersten Verbinderbereiches 21 und des dritten Verbinderbereiches 23 auf. Dies wird vorliegend dadurch erreicht, dass die Maximalwerte um einen vorbestimmten Zeitversatz 6 gegeneinander verschoben sind. Hierdurch entstehen in den jeweiligen Verbinderbereichen 21, 22, 23 gegenläufige thermomechanische Effekte, die sich gegenseitig zumindest teilweise aufheben, so dass mechanische Spannungen in der hierdurch entstehenden Lötverbindung nicht ganzflächig wirken und deshalb stark reduziert sind.
Mit anderen Worten wird mittels Erhitzen des ersten Verbinderbereichs 21 und des dritten Verbinderbereichs 23 eine maximale thermische Längenausdehnung des Verbinders 2 zwischen diesen beiden Verbinderbereichen 21, 23 fixiert. Während der Abkühlphase 52k im ersten und dritten Verbinderbereich 21, 23, in der sich das Material des Verbinders zusammenzieht, wird der hierzwischen liegende zweite Verbinderbereich 22 erwärmt und dehnt sich aus, wodurch das Zusammenziehenden in den beiden anderen Verbinderbereichen 21, 23 zumindest teilweise kompensiert wird. Eventuelle Längenausdehnungen werden außerdem zum Teil vom Verbinder 2 kompensiert, indem es sich beispielsweise entlang der Erstreckungsrichtung E verformt.
Wenngleich in der anhand der 2 veranschaulichten Ausführungsform der gleiche Temperaturverlauf 51 im ersten Verbinderbereich 21 wie im dritten Verbinderbereich 23 erzeugt wird, können diese beiden Verbinderbereiche 21, 23 auch unterschiedliche Temperaturverläufe (nicht dargestellt) aufweisen. In diesem Fall würde in der 2 der Temperaturverlauf 51 in einem dieser beiden Verbinderbereiche 21, 23 dargestellt sein. Ferner können unabhängig hiervon auch weitere Verbinderbereiche zwischen den hier dargestellten Verbinderbereichen 21, 22, 23 erhitzt werden.
Der in 2 dargestellte Zeitversatz 6 zwischen Temperaturmaximalwerten der Temperaturverläufe 51, 52 beträgt in etwa 500 Millisekunden. Er kann jedoch in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Temperaturverläufe 51, 52, wie beispielsweise ihren Anstiegs- und/oder Abfallzeiten, unterschiedlich eingestellt sein.
Die 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Solarzelle 1, auf der drei sich entlang einer Erstreckungsrichtung E erstreckende Verbinder 2, 2' aufgelegt sind. Da alle drei Verbinder 2, 2' auf die gleiche Weise mit der Solarzelle 1 verbunden werden können, können der erste Verbinderbereich 21 des Verbinders 2 und die entsprechenden Verbinderbereiche der weiteren Verbinder 2' gleichzeitig erhitzt werden. Das gleiche gilt für die anderen Verbinderbereiche 22, 23. Für den zweiten Verbinderbereich 22 ist zur Veranschaulichung der für diese Vorgehensweise sinnvolle Heizbereich 7 mittels einer gestrichelten Linie dargestellt.
Um den in der 3 dargestellten Heizbereich 7 gleichmäßig aufheizen zu können, weist die Lötvorrichtung ein entsprechend breites Heizelement (nicht dargestellt) auf. Zum Erhitzen der weiteren Verbinderbereiche 21, 23 kann dieses breite Heizelement relativ zur Solarzelle 1 entlang der Erstreckungsrichtung E der Verbinder 2, 2' bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich können weitere Heizelemente vorgesehen sein. Beispielsweise kann es sich bei der Darstellung in der 1 um eine Querschnittsansicht der Anordnung zum Verlöten der drei Verbinder 2, 2' aus der 3 handeln.
Bezugszeichenliste

1: Solarzelle
12: Elektrodenkontakt
2: Verbinder
E: Erstreckungsrichtung des Verbinders
21: erster Verbinderbereich
22: zweiter Verbinderbereich
23: dritter Verbinderbereich
2': weitere Verbinder
41, 42, 43: Heizelemente
51: Temperaturverlauf im ersten und dritten Verbinderbereich
51w: Aufheizphase im ersten und dritten Verbinderbereich
51k: Abkühlphase im ersten und dritten Verbinderbereich
52: Temperaturverlauf im zweiten Verbinderbereich
52w: Aufheizphase im zweiten Verbinderbereich
52k: Abkühlphase im zweiten Verbinderbereich
6: Zeitversatz zwischen Temperaturmaximalwerten
7: Heizbereich

Claims

Lötverfahren, bei dem ein metallischer, sich in eine Erstreckungsrichtung (E) erstreckender Verbinder (2) mit einer Solarzelle (1) elektrisch verbunden wird, umfassend die folgenden Schritte: – Auflegen des Verbinders auf einen Elektrodenkontakt (12) der Solarzelle (1); – Erhitzen eines ersten Verbinderbereiches (21); – Erhitzen eines auf dem Verbinder (2) in der Erstreckungsrichtung (E) zwischen dem ersten Verbinderbereich (21) und einem dritten Verbinderbereich (23) angeordneten zweiten Verbinderbereiches (22); und – Erhitzen des dritten Verbinderbereiches (23), wobei das Erhitzen jeweils ein Erzeugen eines Temperaturverlaufs (51, 52) mit einer Aufheizphase (51w, 52w) und einer Abkühlphase (51k, 52k) an dem jeweiligen Verbinderbereich (21, 22, 23) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizphase (52w) des zweiten Verbinderbereiches (22) zumindest teilweise während der Abkühlphase (51k) des ersten Verbinderbereiches (21) und des dritten Verbinderbereiches (23) durchgeführt wird.
Lötverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Temperaturverläufe (51, 52) jeweils einen Maximalwert zwischen der Aufheizphase (51w, 52w) und der Abkühlphase (51k, 52k) aufweisen und dass die Temperaturverläufe (51, 52) an den Verbinderbereichen (21, 22, 23) derart zeitversetzt erzeugt werden, dass der Temperaturverlauf (52) im zweiten Verbinderbereich (22) seinen zugehörigen Maximalwert um einen jeweiligen Zeitversatz (6) später erreicht, als der Temperaturverlauf (51) im ersten Verbinderbereich (21) und im dritten Verbinderbereich (23).
Lötverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitversatz (6) in einem Bereich zwischen etwa 50 Millisekunden und etwa 1000 Millisekunden oder zwischen etwa 200 Millisekunden und etwa 600 Millisekunden liegt.
Lötverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Temperaturverläufe (51, 52) jeweils einen Maximalwert aufweisen, der in einem Bereich bis zu 15%, oder bis zu 10% oberhalb der Schmelztemperatur eines zur Verbindung des Verbinders (2) mit dem Elektrodenkontakt (12) der Solarzelle (1) verwendeten Lötmittels liegt.
Lötverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (1) vor dem Erzeugen der Temperaturverläufe (51, 52) vorgewärmt wird.
Lötverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auflegen des Verbinders auf den Elektrodenkontakt (12) der Solarzelle (1) der erste Verbinderbereich (21) und der dritte Verbinderbereich (23) jeweils auf gegenüberliegenden Randabschnitten des Elektrodenkontaktes (12) angeordnet werden.
Lötverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturverläufe (51, 52) an den Verbinderbereichen (21, 22, 23) mittels eines einzelnen Heizelementes (41, 42, 43) erzeugt werden, welches relativ zu dem Verbinder (2) bewegt wird.
Lötverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturverläufe (51, 52) an den Verbinderbereichen (21, 22, 23) mittels zumindest zwei Heizelementen (41, 42, 43) erzeugt werden.
Lötverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturverläufe (51, 52) mittels Induktion in den Verbinderbereichen (21, 22, 23) erzeugt werden.
Lötverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verbindungsbereich (21, 22, 23) auf dem Verbinder (2) und ein weiterer Verbindungsbereich (21, 22, 23) auf einem weiteren Verbinder (2') im Wesentlichen gleichzeitig erhitzt werden.
Lötvorrichtung zum elektrischen Verbinden eines sich in eine Erstreckungsrichtung (E) erstreckenden Verbinders (2) mit einer Solarzelle (1), wenn der Verbinder auf einem Elektrodenkontakt (12) der Solarzelle (1) aufgelegt ist, wobei die Lötvorrichtung zumindest ein Heizelement (41, 42, 43) zum Erhitzen eines ersten Verbinderbereiches (21), eines auf dem Verbinder (2) in der Erstreckungsrichtung (E) zwischen dem ersten Verbinderbereich (21) und einem dritten Verbinderbereich (23) angeordneten zweiten Verbinderbereiches (22) und eines dritten Verbinderbereiches (23) umfasst und derart ausgebildet ist, dass beim Erhitzen der Verbinderbereiche (21, 22, 23) jeweils ein Temperaturverlauf (51, 52) mit einer Aufheizphase (51w, 52w) und einer Abkühlphase (51k, 52k) an dem jeweiligen Verbinderbereich (21, 22, 23) erzeugt wird, so dass die Aufheizphase (52w) des zweiten Verbinderbereiches (22) zumindest teilweise während der Abkühlphase (51k) des ersten Verbinderbereiches (21) und des dritten Verbinderbereiches (23) durchgeführt wird.
Lötvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch zumindest zwei voneinander unabhängig ansteuerbare Heizelemente (41, 42, 43).
Lötvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Heizelemente (41, 42, 43) ausgebildet ist, einen Verbindungsbereich (21, 22, 23) auf dem Verbinder (2), welcher auf dem Elektrodenkontakt (12) der Solarzelle (1) aufgelegt ist, und einen weiteren Verbindungsbereich (21, 22, 23) auf einem weiteren Verbinder (2'), welcher auf einem weiteren Elektrodenkontakt (12) der Solarzelle (1) aufgelegt ist, im Wesentlichen gleichzeitig zu erhitzen.