DE20112309U1 - Contacts and connectors of solar cells - Google Patents
Contacts and connectors of solar cellsInfo
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Description
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Die Erfindung dient der vereinfachten Herstellung und der effektiveren Wirkungsweise von Solarmodulen sowie der effektiven Ausnutzung von Solarzellen. Die beschriebenen Verfahren und Techniken gelten sowohl für Solarmodule der terrestrischen als auch extraterrestrischen Anwendung. Dabei sind die beschriebenen Techniken anwendbar, wenn einzelne und auch mehrere Solarzellen unter einen Glas liegen.The invention serves to simplify the production and more effective operation of solar modules as well as to effectively utilize solar cells. The methods and techniques described apply to solar modules for terrestrial as well as extraterrestrial use. The techniques described can be used when individual or multiple solar cells are placed under one glass.
Die erfindungsgemäße Änderung von Solarmodulen ermöglichen wirtschaftliche und technische Vorteile. Dabei wird erfindungsgemäß ein neues geometrisches Design der metallischen Verbinder, speziell auch des metallischen Grids auf der Vorderseite der Solarzelle benutzt unter Ausnutzung von bisher freibleibenden Flächen zwischen den Solarzellen des Moduls. Die Integration einer Bypass-Diode geschieht auf neue Weise.The modification of solar modules according to the invention enables economic and technical advantages. The invention uses a new geometric design of the metal connectors, especially the metal grid on the front of the solar cell, taking advantage of previously free areas between the solar cells of the module. The integration of a bypass diode is done in a new way.
ZweckPurpose
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der metallischen Verbindungen erlauben wesentliche und wünschenswerte Änderungen von Solarmodulen, was der Kostenreduktjon und der Effizienzsteigerung dient. Die Integration einer Bypass-Diode geschieht auf neue Weise.The inventive design of the metallic connections allows significant and desirable changes to solar modules, which serves to reduce costs and increase efficiency. The integration of a bypass diode is done in a new way.
Die elektrische Verschaltung von einzelnen Solarzellen (1) zu Solarmodulen wird gewöhnlich mit metallischen Verbindern (2) vorgenommen, die mit verschiedenen Verfahren (z.B. löten oder schweißen) auf die elektrisch leitende Kontakte der Solarzelle aufgebracht werden. Dabei werden die Vorderseite einer Solarzelle (3) mit der Rückseite der benachbarten Solarzelle (4) elektrisch und auch mechanisch verbunden (Zeichnung 1). Diese Fertigungsschritte werden wechselseitig ausgeführt, bzw. nach einseitigen Anbringen einer Anzahl von Verbindern auf einer Anzahl von Solarzellen werden diese Solarzellen positioniert, um sie von der anderen Seite zu einem String zu verbinden (Zeichnung 2). Ein Verfahren für die serienmäßige Kontaktierung und Verschaltung mit besonderen Eigenschaften der Verbinder wird z. B. in DE0019804877A1 dargelegt.The electrical connection of individual solar cells (1) to solar modules is usually carried out using metal connectors (2) that are applied to the electrically conductive contacts of the solar cell using various methods (e.g. soldering or welding). The front of a solar cell (3) is electrically and mechanically connected to the back of the neighboring solar cell (4) (drawing 1). These production steps are carried out alternately, or after a number of connectors have been attached to a number of solar cells on one side, these solar cells are positioned in order to connect them to a string from the other side (drawing 2). A method for series contacting and connection with special properties of the connectors is set out, for example, in DE0019804877A1.
Nach Erreichen eines Strings von Solarzellen wird dieser auf einen Träger (z.B. aus Glas, EVA, Alumiumwaben und Kohlefaser gestützte Kunstharze) positioniert und ggf. festgeklebt. Dieser Träger kann Bestandteil des fertigen Moduls sein. Sinngemäß kann dieser Träger auch das Glas der Vorderseite des Solarmoduls sein. Zur besseren Beschreibung werden hier folgende Bereiche von zusammen geschalteten Solarzellen unterschieden.Once a string of solar cells has been created, it is positioned on a carrier (e.g. made of glass, EVA, aluminum honeycomb and carbon fiber-supported synthetic resins) and glued in place if necessary. This carrier can be part of the finished module. This carrier can also be the glass on the front of the solar module. For a better description, the following areas of interconnected solar cells are distinguished here.
a) Es entstehen Zwischenräume zwischen den Solarzellen (5), die durch eine minimale Distanz der Zellen zueinander zustande kommt. Dieser (minimale) „normale" Zwischenraum besteht auch zwischen benachbarten Solarzellen, die nicht elektrisch verbunden sind.a) Gaps are created between the solar cells (5), which are caused by a minimal distance between the cells. This (minimal) "normal" gap also exists between neighboring solar cells that are not electrically connected.
b) Die Geometrie der Solarzelle führt zu einer maximalen Packungsdichte beim Verschalten zu großflächigen Modulen, wobei unter Umständen „packungsbedingf Zwischenräume bleiben (6). Nur in den Ausnahmen von Rechtecken und besonderen anderen geometrischen Flächen sind diese packungsbedingten Zwischenräume vermeidbar. Nach Stand der Technik werden verschiedene Geometrien, wie z.B.b) The geometry of the solar cell leads to a maximum packing density when connecting large-area modules, whereby "packing-related gaps" may remain under certain circumstances (6). These packing-related gaps can only be avoided in the exceptions of rectangles and other special geometric surfaces. According to the state of the art, various geometries, such as
(halbe) Kreise, Rechtecke mit geschnittenen Ecken (Zeichnung 2 und 4) oder trapezähnliche Formen eingesetzt, da die Wirtschaftlichkeit von vielen Faktoren abhängen, wie z.B. den Kosten der Solarzellen und deren Zuschnitt aus runden Wafern. Da allgemein beim Anordnen dieser geometrischen Flächen aneinander Zwischenräume bleiben, wird in diesen Fällen im weiteren von packungsbedingten Zwischenräumen gesprochen.(Half) circles, rectangles with cut corners (drawings 2 and 4) or trapezoidal shapes are used, since the economic viability depends on many factors, such as the cost of the solar cells and their cutting from round wafers. Since there are generally gaps when these geometric surfaces are arranged next to one another, in these cases we will refer to them as packing-related gaps.
c) Die Oberfläche der Solarzelle kann unterschieden werden in die aktive Fläche (7), wo Photonen in das photovoltaisch aktive Material der Solarzelle eindringen können und das Kontaktgrid (8), welches über die aktive Fläche hinweg auf der Solarzelle verzweigt und verteilt ist. Bauartbedingt führt das Grid zum Abdecken der aktiven Fläche, womit gewöhnlich eine nicht gewünschte Verringerung des Wirkungsgrades einher geht. Das Kontaktgrid besteht aus sehr dünnen Leiterbahnen, die den Photostfom der aktiven Fläche aufnehmen, ableiten und meist in breitere Leiterbahnen münden, welche die Summe der Ströme weiterleiten. Diese breiteren Bahnen werden häufig Busbar, hier im weiteren Sammler (9) genannt. Nach Stand der Technik ist die Geometrie des Grids im wesentlichen nach zwei Gesichtspunkten optimiert. Eine hohec) The surface of the solar cell can be divided into the active area (7), where photons can penetrate the photovoltaically active material of the solar cell, and the contact grid (8), which is branched and distributed over the active area on the solar cell. Due to its design, the grid covers the active area, which is usually accompanied by an undesirable reduction in efficiency. The contact grid consists of very thin conductor tracks that absorb the photon form of the active area, divert it and usually lead into wider conductor tracks that pass on the sum of the currents. These wider tracks are often called busbars, hereafter called collectors (9). According to the state of the art, the geometry of the grid is essentially optimized according to two aspects. A high
Leitfähigkeit zum Abtransport des generierten Photostroms wird durch großflächige Auslegung des Grids erreicht. Hingegen wird mit der oberflächlichen Abdeckung mit Köntaktgrid die aktive Fläche der Solarzelle verkleinert, was den Wirkungsgrad senkt. Die beiden konkurrierenden Auslegungen des Grids und weitere Kriterien finden für jeden speziellen Typus von Solarzelle ein optimales Grid-Design, was teilweise in der Serienproduktion berücksichtigt wird. Zusätzlich sind auf dem Sammler (9) entweder besondere Flächen oder aber noch zusätzliche, damit verbundene Leiterflächen vorgesehen, im weiteren Verbinderkontaktflächen (3) genannt, wo der elektrische und mechanische Kontakt zum Verbinder mittels Löten, Schweißen o. ä. hergestellt wird.Conductivity for transporting the generated photocurrent is achieved by a large-area design of the grid. On the other hand, covering the surface with a contact grid reduces the active area of the solar cell, which reduces the efficiency. The two competing designs of the grid and other criteria find an optimal grid design for each specific type of solar cell, which is partially taken into account in series production. In addition, either special areas or additional, connected conductor areas are provided on the collector (9), hereinafter referred to as connector contact areas (3), where the electrical and mechanical contact with the connector is made by soldering, welding or similar.
Kritik des Standes der TechnikCriticism of the state of the art
Bei dem Erstellen eines Strings müssen die einzelnen Solarzellen im ersten Schritt bzw. der gesamte String im zweiten Schritt positioniert werden. Dieses mechanische Arbeit und speziell das Ersetzen einer Solarzelle in einem String aus Gründen der Reparatur ist aufwendig und kostenintensiv.When creating a string, the individual solar cells must be positioned in the first step and the entire string in the second step. This mechanical work, and especially replacing a solar cell in a string for repair purposes, is complex and costly.
Werden mehrere Strings zu einer Einheit zusammengelegt, um sie rückseitig mit einem Siebtechnik mit Kleber zu versehen, entstehen vielfältige technische Probleme mit einer großflächigen Siebdrucktechnik, welche es zu beseitigen gilt. Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls ist von der Packungsdichte der Solarzellen abhängig. Wird die Geometrie der Solarzelle aus Kostengründen derart gewählt, daß packungsbedingt Zwischenräume entstehen, verbleiben diese Stellen ohne spezielle Funktion und der Wirkungsgrad ist entsprechend geringer. (Eine passive Aufgabe wird diesen Zwischenräumen noch zuteil: Bei großflächigen Abdeckungen mittels Glas wird ein reflektierender Träger verwandt, z. B. weißes EVA, um etwaige Strahlung aus dem Zwischenraum zu reflektieren und diese u. U. noch auf die Solarzelle zu bringen.) Der Wirkungsgrad des Solarmoduls bzw. die Kostenbilanz der Herstellung kann nur durch Ausnutzung noch verbliebener „Nischen" der Optimierung verbessert werden. Der packungsbedingte Zwischenraum stellt eine zur Optimierung der Solarmodul-Herstellung weitgehend noch nicht genutzte Fläche dar.If several strings are combined to form a unit in order to provide them with a screen technique with adhesive on the back, a variety of technical problems arise with a large-area screen printing technique, which must be eliminated. The efficiency of a solar module depends on the packing density of the solar cells. If the geometry of the solar cell is chosen for cost reasons in such a way that gaps arise due to the packing, these areas remain without a special function and the efficiency is correspondingly lower. (These gaps still have a passive function: In the case of large-area covers made of glass, a reflective carrier is used, e.g. white EVA, to reflect any radiation from the gap and possibly bring it onto the solar cell.) The efficiency of the solar module or the cost balance of production can only be improved by exploiting the remaining "niches" of optimization. The gap caused by the packing represents an area that has largely not yet been used to optimize solar module production.
AufgabeTask
Aufgabe dieser Erfindung ist es, die packungsbedingten Zwischenräume als ein notwendiges Übel sinnvoll zu nutzen und dabei die Solarzelle, bzw. das Solarmodul im Wirkungsgrad zu optimieren.The aim of this invention is to make sensible use of the gaps caused by the packaging as a necessary evil and to thereby optimize the efficiency of the solar cell or solar module.
LösungSolution
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erst die Solarzelle auf den Träger positioniert bzw. geklebt wird und danach die elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird. Damit entfällt prinzipiell eine Positionierung eines gesamten Strings und ggf. auch eine großflächige Siebdruck-Klebung.The task is solved by first positioning or gluing the solar cell onto the carrier and then establishing the electrically conductive connection. This essentially eliminates the need to position an entire string and, if necessary, to apply large-scale screen-printed gluing.
Die Solarzellen werden erfindungsgemäß hinsichtlich des Kontaktgrids (8), der Sammler (9) und der Verbinderkontaktfläche (3) derart ausgelegt, daß der anzubringende elektrisch leitende Verbinder (2) die Vorderseite der Solarzelle an der Stelle verläßt, wo der Verbinder in den packungsbedingt leeren Zwischenraum ragt. Damit liegt der über die Solarzelle hinausragende Teil des Verbinder auf einer funktionslosen Fläche, dem packungsbedingten Zwischenraum.According to the invention, the solar cells are designed with regard to the contact grid (8), the collectors (9) and the connector contact surface (3) in such a way that the electrically conductive connector (2) to be attached leaves the front of the solar cell at the point where the connector protrudes into the empty space caused by the packaging. The part of the connector protruding beyond the solar cell therefore lies on a non-functional surface, the space caused by the packaging.
Wird ein zweiter Verbinder an die Rückseite der benachbarten Zelle derart angebracht, daß auch dieser in den packungsbedingten Zwischenraum ragt, kann die elektrische Verbindung nach (!) Positionierung der Solarzellen stattfinden. \If a second connector is attached to the back of the adjacent cell in such a way that it also extends into the gap caused by the packaging, the electrical connection can be made after (!) positioning of the solar cells. \
Die Prozeßschritte sind im einzelnen:The process steps are as follows:
Erst wird jede Solarzelle mit vorder- und rückseitigen Verbindern versehen, dann positioniert (und ggf. geklebt), um anschließend elektrisch leitend verbunden zu werden.First, each solar cell is provided with front and back connectors, then positioned (and glued if necessary) and then electrically connected.
Eine weitere Lösung der Aufgabe entsteht, wenn die nach Stand der Technik in die Solarzelle integrierte Bypass-Diode aus der Solarzelle herausgenommen wird, was den Wirkungsgrad steigern kann. Die notwendige Funktion der Bypass-Diode wird durch eine diskrete Diode erfüllbar. Diese diskrete Diode wird erfindungsgemäß in die elektrisch leitende Verbindung der benachbarten Solarzellen in den packungsbedingten Zwischenraum integriert. Dazu werden je ein Verbinder auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle in den packungsbedingten Zwischenraum verlegt, wo die diskrete Diode liegt und angeschlossen wird. Von dem entsprechenden Anschluß (p oder n) der Diode wird dieAnother solution to the problem arises when the bypass diode, which is integrated into the solar cell according to the state of the art, is removed from the solar cell, which can increase the efficiency. The necessary function of the bypass diode can be fulfilled by a discrete diode. According to the invention, this discrete diode is integrated into the electrically conductive connection of the neighboring solar cells in the space required by the packaging. For this purpose, a connector is placed on the front and back of a solar cell in the space required by the packaging, where the discrete diode is located and connected. The
elektrisch leitende Verbindung zur benachbarten Solarzelle hergestellt. Damit ist die Bypass-Funktion der diskreten Diode und die Stromführung zur nächsten Solarzelle im packungsbedingten Zwischenraum kombiniert.An electrically conductive connection is established to the adjacent solar cell. This combines the bypass function of the discrete diode and the current flow to the next solar cell in the space provided by the packaging.
Weiterhin-kann der elektrisch leitende Verbinder, der sich im packungsbedingten Zwischenraum befindet, derart geformt sein, daß die Oberfläche des.Verbinders aus der Ebene der Solarzellen hervorsteht, um eine optische Strahlung, die in den Zwischenraum strahlt, auf die Solarzellen zu reflektieren. Dadurch ist im packungsbedingten Zwischenraum der metallische, reflektierende Verbinder wie ein Spiegel eingesetzt, welcher die sonst wirkungslose Strahlung auf die Solarzellen lenkt und somit zusätzlich zur Energiegewinnung beiträgt. Ein solcher Verbinder kann z. B. die Form einer halben offenen Pyramide mit entsprechend großen Winkeln haben.Furthermore, the electrically conductive connector, which is located in the gap caused by the packaging, can be shaped in such a way that the surface of the connector protrudes from the plane of the solar cells in order to reflect optical radiation that radiates into the gap onto the solar cells. As a result, the metallic, reflective connector is inserted in the gap caused by the packaging like a mirror, which directs the otherwise ineffective radiation onto the solar cells and thus also contributes to energy generation. Such a connector can, for example, have the shape of half an open pyramid with correspondingly large angles.
Der Herstellungsprozeß vereinfacht sich folgendermaßen:The manufacturing process is simplified as follows:
Die Solarzellen können separat auf Vorder- und Rückseite mit einem Verbinder versehen werden (z. B. mittels löten oder schweißen). Eine Funktionskontrolle ist im Anschluß leicht durchführbar, was bereits von Vorteil ist. Nach Positionierung und ggf. Verkleben der Solarzelle auf den Träger können immer noch deutlich vereinfacht Reparaturen durchgeführt werden. Durch diesen Ablauf entfällt ggf. ein aufwendiges Drehen der Solarzellen von der Vorder auf die Rückseite mittels Transferplatten.The solar cells can be provided with a connector separately on the front and back (e.g. by soldering or welding). A functional check is then easy to carry out, which is already an advantage. After positioning and, if necessary, gluing the solar cell to the carrier, repairs can still be carried out much more easily. This process eliminates the need for the time-consuming turning of the solar cells from the front to the back using transfer plates.
Die anschließend durchzuführende elektrisch leitende Verbindung der benachbarten Zellen mittels beispielsweise Löten oder Schweißen kann mit Apparaturen durchgeführt werden, die den packungsbedingten Zwischenraum ausnutzen, um z. B. eine Elektrode unter die beiden aufeinander liegenden Verbindern der benachbarten Zellen zu schieben. Weiterhin gestattet dieser Zwischenraum andere Verbindungtechniken, die aufgrund der normalen Zwischenräume nicht einsetzbar sind. So können die beiden Verbinder der benachbarten Solarzellen durch Drahtbonding verbunden werden. Nach der erbrachten elektrisch leitenden Verbindung können noch immer deutlich vereinfacht Reparaturen an dem String durchgeführt werden, da eine neue Zelle beidseitig mit Verbindern ausgestattet ist. Dies ermöglicht eine Kostenreduktion.The subsequent electrically conductive connection of the neighboring cells, for example by soldering or welding, can be carried out using equipment that uses the gap created by the packaging, for example to slide an electrode under the two connectors of the neighboring cells that are lying on top of each other. This gap also allows other connection techniques that cannot be used due to the normal gaps. For example, the two connectors of the neighboring solar cells can be connected by wire bonding. After the electrically conductive connection has been made, repairs to the string can still be carried out much more easily, since a new cell is equipped with connectors on both sides. This enables costs to be reduced.
Die ggf. eingesetzte Siebdrucktechnik zum Verkleben auf den Träger kann auf jede einzelne Solarzelle angewandt werden. Der Verzicht auf großflächiges Verkleben vonThe screen printing technique used to bond the cells to the substrate can be applied to each individual solar cell. The elimination of large-scale bonding of
Strings stellt eine deutliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses und der entsprechenden Apparatur dar. Zusätzlich wird die Qualität des Solarmoduls durch die besser kontrollierbare Verklebung jeder einzelnen Zelle erhöht und in der Produktionsstätte der Raumbedarf verringert.Strings represents a significant simplification of the manufacturing process and the corresponding equipment. In addition, the quality of the solar module is increased by the better controllable bonding of each individual cell and the space required in the production facility is reduced.
Die beschriebene Kombination von elektrischer Stromführung und der Bypass-Diode in den packungsbedingten Zwischenraum stellt einen Fortschritt in der Wirkungsgradsteigerung und Bautechnik dar.The described combination of electrical current conduction and the bypass diode in the packing-related gap represents an advance in efficiency improvement and construction technology.
Die Zeichnungen 1 bis 4 zeigen Solarzellen und Strings nach Stand der Technik. In Zeichnung 4 ergeben sich die Längen der einzelnen Seiten a, b, c und d aus dem Zuschnitt von zwei solcher Solarzellen aus einem kreisrunden Wafer. Dabei lassen sich verschieden Verhältnisse der Längen untereinander realisieren. Nach Stand der Technik liegen der Sammler (9) und die Verbindüngskontaktflächen (3) auf der längsten Seite a. Die Zeichnungen 6 und 7 sind Ausführungsbeispiele. (1) SolarzelleDrawings 1 to 4 show solar cells and strings according to the state of the art. In drawing 4, the lengths of the individual sides a, b, c and d result from cutting two such solar cells from a circular wafer. Different ratios of the lengths to each other can be achieved. According to the state of the art, the collector (9) and the connecting contact surfaces (3) are on the longest side a. Drawings 6 and 7 are exemplary embodiments. (1) Solar cell
(2) Verbinder(2) Connectors
(3) Verbinderkontaktfläche der Vorderseite(3) Front connector contact surface
(4) Verbinderkontaktfläche der Rückseite(4) Rear connector contact surface
(5) normaler Zwischenraum(5) normal gap
(6) packungsbedingter Zwischenraum(6) packing-related gap
(7) aktive Fläche der Solarzelle(7) active area of the solar cell
(8) Kontaktgrid .(8) Contact grid .
(9) Sammler(9) Collectors
(10) elektrisch leitende Verbindung des zusätzlichen Prozeßschrittes in (6)(10) electrically conductive connection of the additional process step in (6)
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die Zeichnung 5 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für die Verbesserung der Solarzelle aus Zeichnung 4. Entsprechend kann das Ausführungsbeispiel der Zeichnung mit dem Stand der Technik aus Zeichnung 2 verglichen werden. Das Grid der Solarzellen ist derart ausgelegt, daß die Sammler an den Seiten der Solarzelle liegen, die an den packungsbedingt leeren Zwischenraum angrenzen (Vergleiche Seite c der Zeichnung 5Drawing 5 is an embodiment according to the invention for improving the solar cell from drawing 4. Accordingly, the embodiment of the drawing can be compared with the prior art from drawing 2. The grid of the solar cells is designed in such a way that the collectors are located on the sides of the solar cell that border on the empty space caused by the packaging (compare page c of drawing 5).
mit Zeichnung 6). Die Verbinderkontaktflächen (3) liegen auf dem Sammler derart, daß der Verbinder (2) in den packungsbedingten Zwischenraum ragt. In diesem Zwischenraum wird die elektrisch leitende Verbindung mit dem nächsten Verbinder der benachbarten Solarzelle hergestellt (10).with drawing 6). The connector contact surfaces (3) are located on the collector in such a way that the connector (2) protrudes into the gap caused by the packaging. In this gap, the electrically conductive connection is made with the next connector of the adjacent solar cell (10).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20112309U DE20112309U1 (en) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | Contacts and connectors of solar cells |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE20112309U DE20112309U1 (en) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | Contacts and connectors of solar cells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE20112309U1 true DE20112309U1 (en) | 2001-11-15 |
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ID=7959714
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE20112309U Expired - Lifetime DE20112309U1 (en) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | Contacts and connectors of solar cells |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE20112309U1 (en) |
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