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DE102020109600A1 - Production line for the manufacture of solar modules from divided solar cells - Google Patents

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DE102020109600A1
DE102020109600A1 DE102020109600.3A DE102020109600A DE102020109600A1 DE 102020109600 A1 DE102020109600 A1 DE 102020109600A1 DE 102020109600 A DE102020109600 A DE 102020109600A DE 102020109600 A1 DE102020109600 A1 DE 102020109600A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
production line
light
solar
temperature treatment
treatment device
Prior art date
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Pending
Application number
DE102020109600.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Frank Allenstein
Steffen Frigge
Marcel Leonhardt
Heiko Mehlich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meyer Burger Germany GmbH
Original Assignee
Meyer Burger Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Meyer Burger Germany GmbH filed Critical Meyer Burger Germany GmbH
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Priority to EP21737337.2A priority patent/EP4133534A1/en
Priority to PCT/DE2021/100322 priority patent/WO2021204330A1/en
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fertigungslinie zur Herstellung von Solarmodulen aus geteilten Solarzellen, wobei die Fertigungslinie einen Solarzellenherstellungsbereich, eine Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung, einen Zellteilungsbereich und einen Modulherstellungsbereich aufweist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt im Erreichen einer hohen Effizienz hergestellter Solarzellen bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten. Die Aufgabe wird von einer Fertigungslinie gelöst, in welcher die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung in einer Prozessfolgenanordnung der Fertigungslinie nach dem Zellteilungsbereich und vor dem Modulherstellungsbereich angeordnet ist.The present invention relates to a production line for producing solar modules from divided solar cells, the production line having a solar cell production area, a light and temperature treatment device, a cell division area and a module production area. The object of the present invention is to achieve a high level of efficiency for solar cells produced while at the same time producing low production costs. The object is achieved by a production line in which the light and temperature treatment device is arranged in a process sequence arrangement of the production line after the cell division area and in front of the module production area.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fertigungslinie zur Herstellung von Solarmodulen aus geteilten Solarzellen, wobei die Fertigungslinie einen Solarzellenherstellungsbereich, eine Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung, einen Zellteilungsbereich und einen Modulherstellungsbereich aufweist.The present invention relates to a production line for producing solar modules from divided solar cells, the production line having a solar cell production area, a light and temperature treatment device, a cell division area and a module production area.

Bei der Herstellung von Solarmodulen aus Solarzellen ist im Stand der Technik bekannt, dass höhere Ströme aus effizienteren Solarzellen bei gegebenen Widerständen zu höheren Leistungsverlusten als bei weniger effizienten Solarzellen führen können. In DE 10 2012 216 740 B4 ist beschrieben, dass Verluste minimiert werden können, indem Solarzellen in zwei oder mehr als zwei streifenförmige Teilzellen geteilt werden und dann Stränge(Strings) bzw. Serienschaltungen aus Halbzellen oder noch schmaleren Streifen geteilter Solarzellen bzw. Teilzellen angefertigt werden. In diesen Strängen aus Teilzellen sind die fließenden Ströme entsprechend der Teilungszahl halb so groß oder mehr als zweimal kleiner als in Strängen die aus ganzen Solarwafern angefertigt werden. Nach dem Parallelschalten von zwei oder mehr Strängen aus Teilzellen, kann eine größere Gesamtleistung geerntet werden, als aus nur einem Strang von Vollzellen bzw. ganzen Solarzellen. Das Teilen kann allerdings auch mit technischen Nachteilen verknüpft sein, beispielsweise können an den Bruchkanten infolge von dort konzentrierten Rekombinationszentren Rekombinationsverluste auftreten.In the production of solar modules from solar cells, it is known in the prior art that higher currents from more efficient solar cells for given resistances can lead to higher power losses than with less efficient solar cells. In DE 10 2012 216 740 B4 describes that losses can be minimized by dividing solar cells into two or more than two strip-shaped sub-cells and then making strings or series connections from half-cells or even narrower strips of divided solar cells or sub-cells. In these strings of sub-cells, the flowing currents are half as large or more than twice smaller than in strings made from whole solar wafers, depending on the number of divisions. After connecting two or more strings of partial cells in parallel, a greater total output can be harvested than from just one string of full cells or whole solar cells. However, the sharing can also be associated with technical disadvantages, for example recombination losses can occur at the break edges as a result of recombination centers concentrated there.

In US 9, 893,222 B2 sind in mehrere Teilzellen unterteilte Solarzellen beschrieben, wobei Gräben zwischen den Teilzellen die Unterteilung vornehmen. Solche Solarzellen haben den Vorteil, dass auf den Hauptflächen der Solarzelle abgeschiedene Antireflexionsschichten auch in den Gräben abgeschieden werden und dort eine Passivierung der Teilzellkanten bewirken können. Die Herstellung solcher Solarzellen ist aber für eine Massenfertigung zu aufwendig und zu teuer.In US 9,893,222 B2 describes solar cells subdivided into several sub-cells, with trenches between the sub-cells making the subdivision. Such solar cells have the advantage that antireflection layers deposited on the main surfaces of the solar cell are also deposited in the trenches and can cause passivation of the partial cell edges there. However, the production of such solar cells is too complex and expensive for mass production.

Bei der Herstellung von hocheffizienten Solarzellen sind lange Lebensdauern von mittels Solarenergie generierten Elektronen-Loch-Ladungsträgerpaaren wünschenswert, weil mit zunehmender Lebensdauer der Ladungsträger die Chance zunimmt, dass die Ladungsträger über Anschlüsse der Solarzelle abgegriffen und genutzt werden können und nicht ungenutzt im Inneren der Solarzelle durch Rekombination an einem Rekombinationszentrum verloren gehen. Rekombinationszentren können beispielsweise Kristallfehler in einem einkristallinen Siliziumsolarwafer, Strukturfehler in abgeschiedenen Schichten oder unabgesättigte Bindungen an einer Grenzfläche oder Oberfläche des Solarwafers sein. Es ist deshalb ein generelles Ziel bei der Solarzellenherstellung Rekombinationszentren geeignet zu passivieren bzw. unwirksam zu machen. Beste Passivierungen werden in Silizium-Heterojunction Solarzellen (oft kurz als HJT-Solarzellen bezeichnet) erreicht, in denen auf eine kristalline Basis intrinsische und dotierte andere Schichten, insbesondere amorphe Siliziumschichten, abgeschieden werden.In the production of highly efficient solar cells, long lifetimes of electron-hole charge carrier pairs generated by means of solar energy are desirable, because the longer the charge carriers life, the greater the chance that the charge carriers can be tapped and used via the connections of the solar cell and not unused inside the solar cell Recombination at a recombination center will be lost. Recombination centers can be, for example, crystal defects in a monocrystalline silicon solar wafer, structural defects in deposited layers or unsaturated bonds at an interface or surface of the solar wafer. It is therefore a general goal in the manufacture of solar cells to passivate recombination centers in a suitable manner or to render them ineffective. The best passivations are achieved in silicon heterojunction solar cells (often referred to as HJT solar cells for short), in which intrinsic and doped other layers, in particular amorphous silicon layers, are deposited on a crystalline basis.

Teilweise sind die Eigenschaften einer Solarzelle nicht vollständig stabil, sondern die Solarzelle degradiert mit zunehmenden Alter ein wenig. Aus US 7,754,962 B2 ist bekannt, dass mittels Licht- und Temperaturbehandlungen die Degradation von Solarzellen minimiert werden kann. Dabei müssen selbstverständlich bestehende Temperaturbelastbarkeiten, die insbesondere bei amorphen Si-Schichten gering sind, beachtet werden.In some cases, the properties of a solar cell are not completely stable, but the solar cell degrades a little with increasing age. the end US 7,754,962 B2 it is known that the degradation of solar cells can be minimized by means of light and temperature treatments. It goes without saying that existing thermal load capacities, which are particularly low in the case of amorphous Si layers, must be taken into account.

Bei der Herstellung von Solarzellen und der Entwicklung der dafür verwendeten Fertigungslinien bestehen die Aufgaben, die Effizienz der Solarzellen weiter zu steigern, möglichst niedrige Kosten der Herstellung und insgesamt ein Optimum zu erreichen. Dies ist auch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.In the manufacture of solar cells and the development of the production lines used for them, the tasks are to further increase the efficiency of the solar cells, to achieve the lowest possible manufacturing costs and, overall, to achieve an optimum. This is also the object of the present invention.

Die Aufgabe wird von einer Fertigungslinie gelöst, in welcher die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung in einer Prozessfolgenanordnung der Fertigungslinie nach dem Zellteilungsbereich und vor dem Modulherstellungsbereich angeordnet ist. In der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung werden abgeschiedene Schichten auf den Solarwafern mit Licht und Wärme nachbehandelt, um die Effizienz der hergestellten Solarzellen zu maximieren und deren Degradation zu minimieren. Wenn die Solarzelle bereits geteilt ist und die Teilzellen entsprechend mit unbeschichteten Bruchkanten in der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung bearbeitet werden, dann werden bessere Solarzellwirkungsgrade erreicht als bei einer im Wesentlichen gleichen Licht- und Temperaturnachbearbeitung von Vollzellen.The object is achieved by a production line in which the light and temperature treatment device is arranged in a process sequence arrangement of the production line after the cell division area and in front of the module production area. In the light and temperature treatment device according to the invention, deposited layers on the solar wafers are post-treated with light and heat in order to maximize the efficiency of the solar cells produced and to minimize their degradation. If the solar cell is already divided and the sub-cells are processed accordingly with uncoated breaking edges in the light and temperature treatment device, better solar cell efficiencies are achieved than with substantially the same light and temperature post-processing of full cells.

Ein mögliche Erklärung für den beobachteten Effekt ist die Ausbildung einer Passivierungsschicht auf der Bruchkante, die bei der vorhandenen erhöhten Temperatur erzeugt wird. Zur Ausbildung der Passivierungsschicht ist es erforderlich, dass in der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung die zur Entstehung der Passivierungsschicht benötigten Mittel bereitgestellt sind. Im einfachsten Fall dient Luftsauerstoff als ein Oxidationsmittel, durch dessen Anwesenheit die Siliziumbruchkannte zu Siliziumoxid oxidiert wird. Es können aber auch aufwendigere Mittel implementiert sein.One possible explanation for the observed effect is the formation of a passivation layer on the break edge, which is generated at the elevated temperature that is present. In order to form the passivation layer, it is necessary for the means required for the formation of the passivation layer to be provided in the light and temperature treatment device. In the simplest case, atmospheric oxygen serves as an oxidizing agent, the presence of which oxidizes the broken silicon edge to silicon oxide. However, more complex means can also be implemented.

Ein anderer Mechanismus, der möglicherweise an der Entstehung der beobachteten Wirkung beteiligt ist, besteht in einer Ausheilung von Defekten im Volumen der Solarzelle während der Licht- und Temperaturbehandlung, insbesondere an den Bruchkanten.Another mechanism that may contribute to the creation of the observed effect is involved, consists in the healing of defects in the volume of the solar cell during the light and temperature treatment, especially at the broken edges.

Die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Fertigungslinie kann ein Leuchtmittel mit einer Beleuchtungsstäke von wenigstens einer Sonne und eine Wärmequelle zur Einstellung einer Temperatur der Solarzelle über 200°C aufweisen. Bei der Herstellung von Solarzellen sind minimale Kosten durch kurze Bearbeitungszeiten und entsprechend schnelle Bearbeitungen wünschenswert. Sowohl für eine Lichtbehandlung als auch eine Temperaturbehandlung wird eine intensive und entsprechend schnelle Bearbeitung angestrebt. Allerdings kann die Intensität von Licht- und Temperaturbehandlungen nicht beliebig erhöht werden. Technische Grenzen und ökonomische Gesichtspunkte spielen bei der Festlegung der Arbeitsparameter auch wichtige Rollen. Eine technische Grenze ist beispielsweise das unerwünschte Kristallisieren amorph abgeschiedener Schichten infolge einer zu hohen Temperatur und/oder eines überschrittenen thermischen Budgets. In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, auch in Fertigungslinien für HJT-Solarzellen, werden Arbeitstemperauren über 200°C genutzt, um hinreichend kurze Prozesszeiten zu realisieren. Alternativ weist die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung ein Leuchtmittel mit einer Beleuchtungsstäke von wenigstens einer Sonne auf. Dieses Leuchtmittel ist dabei nicht nur eine Lichtquelle sondern auch die Wärmequelle und es ist ausreichend emissionsstark, um auch einen ausreichenden Wärmeeintrag in die Schicht zu bewirken. Insbesondere werden Arbeitstemperaturen über 200°C erreicht. Die Erwärmung erfolgt in diesem Fall über einen Mechanismus der Lichtabsorption. Sowohl Leuchtmittel, deren Licht einen großen Infrarotanteil aufweist, wie beispielsweise Halogenlampen, als auch Leuchtmittel, die Elektroenergie mit einem größeren Wirkungsgrad in sichtbares Licht umwandeln, beispielsweise LED-Leuchtmittel, können als alleinige oder als anteilige Wärmequellen eingesetzt werden.The light and temperature treatment device of the production line according to the invention can have a light source with an illuminance of at least one sun and a heat source for setting a temperature of the solar cell above 200 ° C. In the production of solar cells, minimal costs due to short processing times and correspondingly fast processing are desirable. For both a light treatment and a temperature treatment, intensive and correspondingly fast processing is aimed for. However, the intensity of light and temperature treatments cannot be increased at will. Technical limits and economic aspects also play important roles in determining the working parameters. A technical limit is, for example, the undesired crystallization of amorphous deposited layers as a result of an excessively high temperature and / or an exceeded thermal budget. In some exemplary embodiments of the present invention, including in production lines for HJT solar cells, working temperatures above 200 ° C. are used in order to achieve sufficiently short process times. Alternatively, the light and temperature treatment device has a lighting means with an illuminance of at least one sun. This light source is not only a light source but also the heat source and it has sufficient emissions to bring about sufficient heat input into the layer. In particular, working temperatures above 200 ° C are reached. In this case, the heating takes place via a mechanism of light absorption. Both lamps, the light of which has a large infrared component, such as halogen lamps, and lamps that convert electrical energy with greater efficiency into visible light, e.g. LED lamps, can be used as sole or partial heat sources.

Die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung der Fertigungslinie kann wenigstens einen offenen Bearbeitungsbereich oder einen als eine mit Luft gefüllte Bearbeitungskammer ausgebildeten Bearbeitungsbereich aufweisen. Die Atmosphäre in der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung kann aus einfacher Luft bestehen, die infolge von Konvektion und/oder Diffusion aus der Atmosphäre in der Fertigungslinie in den Bearbeitungsbereich gelangt. Der Bearbeitungsbereich kann aber auch eine Bearbeitungskammer sein. Das darin enthaltene Gas kann aufbereitete, beispielsweise getrocknete oder befeuchtete Luft sein. In einer Bearbeitungskammer kann auch ein von atmosphärischem Druck abweichender Druck eingestellt sein. Alternativ kann die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung wenigstens eine wenigstens teilweise von der Umgebungsatmosphäre abgrenzbare und eine Gasversorgung aufweisende Bearbeitungskammer als Bearbeitungsbereich aufweisen. Wenn beispielsweise reiner Sauerstoff aus Sauerstoffflaschen verwendet wird, dann sind einerseits definierte Prozessbedingungen und andererseits auch ein größerer Sauerstoffpartialdruck als in Luft bereitstellbar. Es können aber auch andere innerhalb der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung vorteilhafte Gase angeschlossen sein. Die Gasversorgung kann auch statt oder zusätzlich zu einer Sauerstoff-Gasversorgung, eine Ozon-Gasversorgung oder eine Wasserdampf-Gasversorgung aufweisen. Mit den Oxidationsmitteln Wasserdampf und Ozon kann eine schnellere Oxidation als mit Sauerstoff bewirkt werden. Bei gegebener Prozesszeit wird entsprechend eine größere Dicke der erzeugten Oxidschicht erreicht.The light and temperature treatment device of the production line can have at least one open processing area or a processing area designed as a processing chamber filled with air. The atmosphere in the light and temperature treatment device can consist of simple air which, as a result of convection and / or diffusion, reaches the processing area from the atmosphere in the production line. However, the processing area can also be a processing chamber. The gas contained therein can be prepared, for example dried or humidified air. A pressure other than atmospheric pressure can also be set in a processing chamber. Alternatively, the light and temperature treatment device can have at least one processing chamber which can be at least partially demarcated from the ambient atmosphere and has a gas supply as the processing area. If, for example, pure oxygen from oxygen bottles is used, then on the one hand defined process conditions and on the other hand a higher oxygen partial pressure than in air can be provided. However, other gases which are advantageous within the light and temperature treatment device can also be connected. The gas supply can also have an ozone gas supply or a water vapor gas supply instead of or in addition to an oxygen gas supply. The oxidizing agents water vapor and ozone can cause faster oxidation than oxygen. With a given process time, a greater thickness of the oxide layer produced is accordingly achieved.

In der Bearbeitungskammer der erfindungsgemäßen Fertigungslinie kann ein Plasma erzeugbar sein. Mit Plasma können aus Gasmolekülen chemisch aktivere Radikale hergestellt werden und geladene Teilchen können beschleunigt werden, sodass letztendlich schnellere und/oder effektivere Bearbeitungen ermöglicht werden. Ein Plasma, beispielsweise zur Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff kann auch außerhalb der Bearbeitungskammer angeordnet sein.A plasma can be generated in the processing chamber of the production line according to the invention. With plasma, chemically more active radicals can be produced from gas molecules and charged particles can be accelerated, so that ultimately faster and / or more effective processing is possible. A plasma, for example for generating ozone from oxygen, can also be arranged outside the processing chamber.

Der Solarzellenherstellungsbereich der erfindungsgemäßen Fertigungslinie kann als Herstellungsbereich für Heterojunction-Solarzellen ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Fertigungslinie zur Herstellung hocheffizienter Heterojunction-Solarzellen ist mit wenigstens einer Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung für die Licht- und Temperaturbehandlung von Halbzellen ausgestattet und somit gegenüber einer herkömmlichen Fertigungslinie aus dem Stand der Technik mit einer Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung für die Behandlung von Vollzellen verbessert. Bei hocheffizienten HJT-Solarzellen fallen technische Schwachstellen, wie z.B. unpassivierte Bruchkanten, stärker ins Gewicht als bei einfacheren Solarzellentypen, sodass die Erfindung in Fertigungslinien zur Herstellung hocheffizienter Heterojunction-Solarzellen von besonderer Bedeutung ist. In der erfindungsgemäßen Fertigungslinie kann ein Herstellungsverfahren von Silizium-Heterojunction Solarzellen einschließlich eines in der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung durchgeführten Stabilisierungsschrittes durchgeführt werden. Dabei kann die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung einen Fertigungslinienabschnitt ausbilden, so wie er in der Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2019 111 061.9 beschrieben ist und deren Inhalt hier vollständig mit aufgenommen wird.The solar cell production area of the production line according to the invention can be designed as a production area for heterojunction solar cells. The production line according to the invention for the production of highly efficient heterojunction solar cells is equipped with at least one light and temperature treatment device for the light and temperature treatment of half cells and is thus improved compared to a conventional production line from the prior art with a light and temperature treatment device for the treatment of full cells. In the case of high-efficiency HJT solar cells, technical weak points, such as unpassivated broken edges, are more significant than in the case of simpler solar cell types, so that the invention is of particular importance in production lines for the production of high-efficiency heterojunction solar cells. In the production line according to the invention, a production method for silicon heterojunction solar cells including a stabilization step carried out in the light and temperature treatment device can be carried out. The light and temperature treatment device can form a production line section, as it is in the patent application with the official file number DE 10 2019 111 061.9 and the content of which is included here in full.

Die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Fertigungslinie kann mit einem Bearbeitungsbereich zur gleichzeitigen Licht- und Temperaturbehandlung der Solarwafer ausgebildet sein. Für eine Kostenminimierung der Fertigungslinie werden möglichst einfach aufgebaute und ausgestattete Anlagen benötigt, verschiedene Verfahrensschritte müssen soweit wie möglich kombiniert und gebündelt werden. Auch die Lichtbehandlung und die Temperaturbehandlung der Solarwafer kann vorteilhaft gleichzeitig in einem einzigen Bearbeitungsbereich durchgeführt werden. In anderen Ausführungsbeispielen sind separate Licht-Bearbeitungsbereiche und Temperatur-Bearbeitungsbereiche vorgesehen.The light and temperature treatment device of the production line according to the invention can be designed with a processing area for the simultaneous light and temperature treatment of the solar wafers. In order to minimize the costs of the production line, systems that are designed and equipped as simply as possible are required, and various process steps must be combined and bundled as far as possible. The light treatment and the temperature treatment of the solar wafers can also advantageously be carried out simultaneously in a single processing area. In other exemplary embodiments, separate light processing areas and temperature processing areas are provided.

Die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung kann ein Rollentransportsystem zum Durchlaufen von Solarwafern aufweisen. Im Wesentlichen kontinuierlich ablaufende Prozesse und dafür ausgestattete Anlagen sind besonders einfach und mit niedrigsten Kosten realisierbar. Rollentransportsysteme, bei denen die Rollen im warmen Bearbeitungsbereich verbleiben, sodass nur die zu bearbeitenden Substrate bei der Bearbeitung erwärmt werden müssen, sind energetisch besonders effektiv. Rollentransportsysteme können sowohl bei vollständig kontinuierlich ablaufenden Prozessen eingesetzt werden, bei denen Substrate mit einer konstanten Geschwindigkeit transportiert werden, als auch bei Prozessen, bei denen die Transportgeschwindigkeit während der Bearbeitung verlangsamt, gestoppt oder alterniert wird.The light and temperature treatment device can have a roller transport system for passing through solar wafers. Essentially continuously running processes and systems equipped for them can be implemented particularly easily and at the lowest possible cost. Roller transport systems in which the rollers remain in the warm processing area so that only the substrates to be processed have to be heated during processing are particularly effective in terms of energy. Roller transport systems can be used both in completely continuous processes in which substrates are transported at a constant speed, and in processes in which the transport speed is slowed down, stopped or alternated during processing.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Herstellungsverfahren von Solarzellen und Solarmodulen gelöst, wobei das Herstellungsverfahren das Betreiben einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie einschließt, wobei in dem Herstellungsverfahren ein Teilschritt des Teilens der Solarzellen in Teilzellen vor einem Stabilisierungs-Teilschritt des Verfahrens ausgeführt wird, und wobei der Stabilisierungs-Teilschritt in der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung durchgeführt wird. Zum Erhalten hocheffizienter Solarzellen sind einerseits geeignete Fertigungslinien und andererseits optimierte Fertigungsverfahren erforderlich, wobei beide Aspekte in einem engen Zusammenhang miteinander stehen. Folglich sind die Verfahrensaspekte auch ein Teil der vorliegenden Erfindung. Das Solarmodul als unmittelbares Produkt des Herstellungsverfahrens in der Fertigungslinie ist ebenfalls ein Aspekt der vorliegenden Erfindung.The object of the invention is also achieved by a manufacturing method for solar cells and solar modules, the manufacturing method including the operation of a production line according to the invention, wherein in the manufacturing method a sub-step of dividing the solar cells into sub-cells is carried out before a stabilization sub-step of the method, and wherein the Stabilization substep is carried out in the light and temperature treatment device. To obtain highly efficient solar cells, on the one hand, suitable production lines and, on the other hand, optimized production processes are required, both aspects being closely related to one another. Thus the method aspects are also part of the present invention. The solar module as a direct product of the manufacturing process in the production line is also an aspect of the present invention.

Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden anhand von Figuren weiter erläutert werden, wobei

  • 1 eine Fertigungslinie aus dem Stand der Technik und
  • 2 eine erfindungsgemäße Fertigungslinie skizziert.
The present invention is to be explained further below with reference to figures, wherein
  • 1 a state-of-the-art production line and
  • 2 outlined a production line according to the invention.

Der Skizze einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie 1 in 2 ist als Referenz eine herkömmliche Fertigungslinie 101 aus dem Stand der Technik in 1 gegenübergestellt. In dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie 1 zu Herstellung von Solarmodulen aus geteilten Solarzellen sind in einer Abfolge von Verfahrensschritten bzw. Teilschritten bei der Herstellung von Solarmodulen zunächst nacheinander ein Solarzellenherstellungsbereich 2, dann ein Curing-Ofen 3 zum Trocknen und Aushärten zuvor aufgedruckter Metallpasten, ein Zellteilungsbereich 4, dann eine Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung 5 und abschließend ein Modulherstellungsbereich 6 angeordnet. Die verschiedenen Bereiche und Vorrichtungen der Fertigungslinie 1 sind entsprechend der Abfolge der Verfahrensschritte in einer Durchlaufrichtung 7 hintereinander angeordnet. Diese dargestellten Bereiche geben grob Bereiche der Fertigungslinie an, so wie es zur Darstellung der Erfindung zweckmäßig ist. Weitere Bestandteile und viele Details der Fertigungslinie 1, des Solarzellenherstellungsbereiches 2 und des Modulherstellungsbereiches 6, sind zur Fokussierung auf die Erfindung weggelassen. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Fertigungslinie in eine Zellfertigungslinie und in eine Modulfertigungslinie aufgeteilt. Die Solarzellen sind in diesem Fall die Produkte des in der Zellfertigungslinie durchgeführten Verfahrens zur Herstellung von Voll- oder Teilzellen, die erst an einem anderen Ort in einem Modulherstellungsbereich weiterverarbeitet werden; die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung ist dann entweder in Zellfertigungslinie oder in der Modulfertigungslinie angeordnet, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindungsbeschreibung zu verlassen.The sketch of a production line according to the invention 1 in 2 is a conventional production line for reference 101 from the prior art in 1 juxtaposed. In the embodiment of a production line according to the invention 1 For the production of solar modules from divided solar cells, a solar cell production area is initially one after the other in a sequence of process steps or partial steps in the production of solar modules 2 , then a curing oven 3 for drying and hardening of previously printed metal pastes, a cell division area 4th , then a light and temperature treatment device 5 and finally a module manufacturing area 6th arranged. The different areas and fixtures on the production line 1 are in one flow direction according to the sequence of process steps 7th arranged one behind the other. These areas shown roughly indicate areas of the production line, as is expedient to illustrate the invention. Other components and many details of the production line 1 , the solar cell manufacturing area 2 and the module manufacturing area 6th , are omitted in order to focus the invention. In other exemplary embodiments, not shown, the production line is divided into a cell production line and a module production line. In this case, the solar cells are the products of the process carried out in the cell production line for the production of full or partial cells, which are only further processed at a different location in a module production area; the light and temperature treatment device is then arranged either in the cell production line or in the module production line without departing from the scope of the present description of the invention.

Durch die vorteilhafte Anordnung der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung 5 nach dem Zellteilungsbereich 4, kann der Bearbeitungsbereich in der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung 5 nicht nur zur Bearbeitung der Hauptoberflächen der Solarzellen, nämlich ihrer Vorderseite und ihrer Rückseite genutzt werden. Zusätzlich können auch die bei der Teilung der Solarwafer neu entstandenen Oberflächen, nämlich die Bruchkanten mit bearbeitet werden. In dem vorgestellten Ausführungsbeispiel besteht die Bearbeitung einfach darin, dass die Bruchkanten mit Licht und Wärme bearbeitet werden. Außerdem kommen die Bruchkanten bei der Bearbeitungstemperatur mit Luftsauerstoff in Kontakt und werden dadurch oxidiert. In anderen, nicht veranschaulichten Ausführungsbeispielen werden aufwendigere Bearbeitungen durchgeführt.Due to the advantageous arrangement of the light and temperature treatment device 5 according to the cell division area 4th , the processing area in the light and temperature treatment device can 5 can not only be used for processing the main surfaces of the solar cells, namely their front and back. In addition, the surfaces newly created when the solar wafers were divided, namely the broken edges, can also be processed. In the exemplary embodiment presented, the machining simply consists in machining the broken edges with light and heat. In addition, the broken edges come into contact with atmospheric oxygen at the processing temperature and are thereby oxidized. In other, non-illustrated exemplary embodiments, more complex processing is carried out.

In einer herkömmlichen Fertigungslinie 101 sind auch am Anfang der Fertigungslinie 101 ein Solarzellenherstellungsbereich 102 und am Ende ein Modulherstellungsbereich 106 angeordnet. Eine Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung 105 ist aber bereits nach dem Solarzellenherstellungsbereich 102 und dem Ausgang des Curing-Ofens 103 und somit vor dem Zellteilungsbereich 104 angeordnet. Bruchkanten der geteilten Solarzellen entstehen in dieser herkömmlichen Fertigungslinie 101 erst, nachdem die Teilzellen die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung 104 verlassen haben.In a conventional production line 101 are also at the beginning of the production line 101 a solar cell manufacturing area 102 and at the end a module manufacturing area 106 arranged. A light and temperature treatment device 105 but is already after the solar cell production area 102 and the exit of the curing oven 103 and thus before the cell division area 104 arranged. Broken edges of the divided solar cells are created in this conventional production line 101 only after the sub-cells pass the light and temperature treatment device 104 have left.

In dem Solarzellenherstellungsbereich 2 werden in dem in 2 vorgestellten Ausführungsbeispiel Heterojunction-Solarzellen hergestellt, indem unter anderem auf einen n-dotierten kristallinen Basiswafer beidseitig intrinsische und dotierte amorphen Siliziumschichten und darauf transparente leitfähige Oxide (TCO) als Antireflexionsschichten abgeschieden werden. Am Ende des Solarzellenherstellungsbereiches 2 werden auf die Vorderseite und die Rückseite der Solarzelle Metallpasten zur Herstellung von Kontaktstrukturen per Siebdruck aufgedruckt. Dann durchlaufen im vorgestellten Ausführungsbeispiel die Solarzellen in einer Durchlaufrichtung 7 einen als Rollendurchlaufofen ausgebildeten Curing-Ofen 3. Dieser Rollendurchlaufofen dient der Herstellung von metallischen Kontaktstrukturen durch Tempern der siebgedruckten Niedertemperatur-Metallpasten. Zum Teilen der Solarzellen im Zellteilungsbereich 4 kommen in verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung verschiedene kommerziell verfügbare Laser-Teilungsverfahren zum Einsatz. Daran schließt sich in der erfindungsgemäßen Fertigungslinie die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung 5 an. Konkret handelt es sich hier bei der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung 5 um eine Durchlaufvorrichtung mit einem als Licht- und Wärmequelle dienenden Halogen-Leuchtmittel, dessen Strahlung sowohl die Lichtbehandlung als auch die Wärmebehandlung der Substrate bewirkt. Des Weiteren wird unter Verwendung von Luftsauerstoff als Oxidationsmittel und mit einer kurzzeitigen Erwärmung über 100°C, vorzugsweise über 200°C ein verbessertes natürliches Oxid gewachsen, das überraschenderweise ausreicht, um an der Bruchkannte eine wirksame Passivierungsschicht zu erzeugen. In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispien kommen LED-Strahler und Infrarotheizer oder LED-Strahler allein zum Einsatz. In verschiedenen Ausführungsbeispielen liegen die eingestellten Beleuchtungsstärken über 3 Sonnen, die Temperaturen bei 240°C und die Behandlungszeiten bei 20 bis 35 s.In the solar cell manufacturing field 2 are in the in 2 The presented embodiment of heterojunction solar cells is produced by, inter alia, depositing intrinsic and doped amorphous silicon layers on both sides on an n-doped crystalline base wafer and then depositing transparent conductive oxides (TCO) as antireflection layers. At the end of the solar cell manufacturing area 2 Metal pastes are printed onto the front and back of the solar cell to produce contact structures using screen printing. Then, in the exemplary embodiment presented, the solar cells pass through in one direction 7th a curing oven designed as a continuous roller oven 3 . This continuous roller oven is used to produce metallic contact structures by tempering the screen-printed low-temperature metal pastes. For dividing the solar cells in the cell division area 4th Various commercially available laser division methods are used in various embodiments of the invention. This is followed by the light and temperature treatment device in the production line according to the invention 5 at. Specifically, this is the light and temperature treatment device 5 a continuous device with a halogen lamp serving as a light and heat source, the radiation of which effects both the light treatment and the heat treatment of the substrates. Furthermore, using atmospheric oxygen as the oxidizing agent and with brief heating above 100 ° C., preferably above 200 ° C., an improved natural oxide is grown that is surprisingly sufficient to produce an effective passivation layer at the break edge. In other exemplary embodiments, not shown, LED emitters and infrared heaters or LED emitters are used alone. In various exemplary embodiments, the set illuminance levels are above 3 suns, the temperatures are 240 ° C and the treatment times are 20 to 35 s.

Im Modulherstellungsbereich 6, 106 werden im vorgestellten Ausführungsbeispiel die hergestellten Teilzellen zunächst unter Einsatz der SmartWire™ Connecting Technologie SWCT™ zu Strängen verbunden (die Stränge werden üblicherweise auch im deutschen Sprachgebrauch mit der englischen Vokabel „Strings“ bezeichnet). Anschließend werden zwei Halbzellen-Stränge miteinander verbunden und zwischen zwei Glasscheiben einlaminiert. Bei Verbindung von Zellen mit der SWCT-Technologie kann der Solarzellenherstellungsbereich 2 auch als den Modulherstellungsbereich 6 überlappend angesehen werden, weil die Drähte der SWCT-Technologie sowohl Teile der Solarzellen (Busleitungen) als auch Verbinder der Zellen in den Solarmodulen sind. Nach der hier vorgenommenen und in 2 gezeigten Aufteilung ist die Zellverbindung mittels SWCT-Drahtfolien dem Modulherstellungsbereich zugeordnet und die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung 5 ist entsprechend in einer Prozessfolgenanordnung der Fertigungslinie 1 nach dem Zellteilungsbereich 4 und vor dem Modulherstellungsbereich 6 angeordnet.In the module manufacturing area 6th , 106 In the exemplary embodiment presented, the sub-cells produced are first connected to strings using the SmartWire ™ connecting technology SWCT ™ (the strings are usually also referred to in German with the English word “strings”). Then two half-cell strings are connected to one another and laminated between two panes of glass. When cells are connected with SWCT technology, the solar cell manufacturing area can 2 also as the module manufacturing area 6th overlapping, because the wires of the SWCT technology are both parts of the solar cells (bus lines) and connectors of the cells in the solar modules. According to the one made here and in 2 The division shown is the cell connection by means of SWCT wire foils assigned to the module production area and the light and temperature treatment device 5 is accordingly in a process sequence arrangement of the production line 1 according to the cell division area 4th and in front of the module manufacturing area 6th arranged.

Verschiedene vorgestellte und offensichtlich zu ergänzende Optionen der Erfindung können im Ermessen eines Fachmanns miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zufällig nacheinander genannte Merkmale dürfen nicht als zwingende Merkmalskombination fehlinterpretiert werden.Various options of the invention which have been presented and which obviously need to be supplemented can be combined with one another at the discretion of a person skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Features named randomly one after the other must not be misinterpreted as a mandatory combination of features.

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Claims (12)

Fertigungslinie (1) zur Herstellung von Solarmodulen aus geteilten Solarzellen, wobei die Fertigungslinie (1) einen Solarzellenherstellungsbereich (2), eine Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung (5), einen Zellteilungsbereich (3) und einen Modulherstellungsbereich (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fertigungslinie (1) die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung (5) in einer Prozessfolgenanordnung der Fertigungslinie nach dem Zellteilungsbereich (4) und vor dem Modulherstellungsbereich (6) angeordnet ist.Production line (1) for the production of solar modules from divided solar cells, the production line (1) having a solar cell production area (2), a light and temperature treatment device (5), a cell division area (3) and a module production area (6), characterized in that in the production line (1) the light and temperature treatment device (5) is arranged in a process sequence arrangement of the production line after the cell division area (4) and in front of the module production area (6). Fertigungslinie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung (5) ein Leuchtmittel mit einer Beleuchtungsstäke von wenigstens einer Sonne und eine Wärmequelle zur Einstellung einer Temperatur der Solarzelle über 200°C aufweist.Production line after Claim 1 , characterized in that the light and temperature treatment device (5) has a light source with an illuminance of at least one sun and a heat source for setting a temperature of the solar cell above 200 ° C. Fertigungslinie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung (5) ein Leuchtmittel mit einer Beleuchtungsstäke von wenigstens einer Sonne aufweist.Production line after Claim 1 , characterized in that the light and temperature treatment device (5) has a light source with an illuminance of at least one sun. Fertigungslinie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung (5) wenigstens einen offenen Bearbeitungsbereich oder einen als eine mit Luft gefüllte Bearbeitungskammer ausgebildeten Bearbeitungsbereich aufweist.Production line after Claim 1 , characterized in that the light and temperature treatment device (5) has at least one open processing area or a processing area designed as a processing chamber filled with air. Fertigungslinie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung (5) wenigstens eine wenigstens teilweise von der Umgebungsatmosphäre abgrenzbare und eine Gasversorgung aufweisende Bearbeitungskammer als Bearbeitungsbereich aufweist.Production line after Claim 1 , characterized in that the light and temperature treatment device (5) has at least one processing chamber which can be at least partially delimited from the ambient atmosphere and has a gas supply as the processing area. Fertigungslinie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasversorgung eine Sauerstoff-Gasversorgung, eine Ozon-Gasversorgung oder eine Wasserdampf-Gasversorgung aufweist.Production line after Claim 5 , characterized in that the gas supply has an oxygen gas supply, an ozone gas supply or a water vapor gas supply. Fertigungslinie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bearbeitungskammer ein Plasma erzeugbar ist.Production line after Claim 5 , characterized in that a plasma can be generated in the processing chamber. Fertigungslinie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarzellenherstellungsbereich (2) als Herstellungsbereich für Heterojunction-Solarzellen ausgebildet ist.Production line (1) according to Claim 1 , characterized in that the solar cell production area (2) is designed as a production area for heterojunction solar cells. Fertigungslinie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung (5) mit einem Bearbeitungsbereich zur gleichzeitigen Licht- und Temperaturbehandlung der Solarwafer ausgebildet ist.Production line (1) according to Claim 1 , characterized in that the light and temperature treatment device (5) is designed with a processing area for the simultaneous light and temperature treatment of the solar wafers. Fertigungslinie (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung (5) ein Rollentransportsystem zum Durchlaufen von Solarwafern aufweist.Production line (1) according to Claim 9 , characterized in that the light and temperature treatment device (5) has a roller transport system for passing through solar wafers. Herstellungsverfahren von Solarzellen und Solarmodulen, wobei das Herstellungsverfahren das Betreiben einer Fertigungslinie (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1-10 einschließt, wobei in dem Herstellungsverfahren ein Teilschritt des Teilens der Solarzellen in (4) Teilzellen vor einem Stabilisierungs-Teilschritt des Verfahrens ausgeführt wird, und wobei der Stabilisierungs-Teilschritt in der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung (5) durchgeführt wird.Manufacturing process for solar cells and solar modules, the manufacturing process being the operation of a production line (1) according to at least one of the Claims 1 - 10 includes, wherein in the manufacturing method a substep of dividing the solar cells into (4) subcells is carried out before a stabilization substep of the method, and wherein the stabilization substep is carried out in the light and temperature treatment device (5). Solarmodul das mit einem Herstellungsverfahren nach Anspruch 11 und in einer Fertigungslinie nach wenigstens einem der Ansprüche 1-10 hergestellt ist, wobei die Bruchkanten der in dem Solarmodul verbauten Teilzellen eine in der Licht- und Temperaturbehandlungsvorrichtung 4 erzeugte Passivierungsschicht aufweisen.Solar module according to a manufacturing process Claim 11 and in a production line after at least one of the Claims 1 - 10 is produced, wherein the broken edges of the sub-cells built into the solar module have a passivation layer produced in the light and temperature treatment device 4.
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