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EP2561555A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines solarmoduls mit flexiblen dünnschicht-solarzellen und ein solarmodul mit flexiblen dünnschicht-solarzellen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines solarmoduls mit flexiblen dünnschicht-solarzellen und ein solarmodul mit flexiblen dünnschicht-solarzellen

Info

Publication number
EP2561555A2
EP2561555A2 EP11716833A EP11716833A EP2561555A2 EP 2561555 A2 EP2561555 A2 EP 2561555A2 EP 11716833 A EP11716833 A EP 11716833A EP 11716833 A EP11716833 A EP 11716833A EP 2561555 A2 EP2561555 A2 EP 2561555A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
film
solar cells
flexible thin
film solar
web
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11716833A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Brod
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.)
Muehlbauer GmbH and Co KG
Original Assignee
Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Muehlbauer GmbH and Co KG filed Critical Muehlbauer GmbH and Co KG
Publication of EP2561555A2 publication Critical patent/EP2561555A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/16—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating
    • B32B37/20—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of continuous webs only
    • B32B37/203—One or more of the layers being plastic
    • B32B37/206—Laminating a continuous layer between two continuous plastic layers
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    • Y10T29/532—Conductor
    • Y10T29/53209—Terminal or connector

Definitions

  • a solar module or photovoltaic module converts the sun's light directly into electrical energy.
  • the most important components are several solar cells.
  • a solar module is characterized by its electrical connection values (in particular open circuit voltage and short-circuit current). These depend on the properties of the individual solar cells and the interconnection of the solar cells within the module.
  • a solar module usually has in addition to the electrically interconnected solar cells an embedding material and a back construction.
  • a cover layer protects against mechanical and weather influences.
  • the potting material and the cover layer must be transparent in order to minimize absorption losses in the spectral range from 350 nm to 1150 nm and thus efficiency losses of the silicon solar cells usually used for power generation.
  • the embedding material for example ethyl vinyl acetate (EVA) film
  • EVA ethyl vinyl acetate (EVA) film) serves to bond the module assembly.
  • EVA must be melted at about 150 ° C. This is where the networking process begins, which lasts about 15 to 30 minutes. Due to this long process time, EVA has so far only been batch-processable in a vacuum laminator.
  • the processing parameters (time-dependent pressure and temperature curve) for EVA are very narrow.
  • EVA yellows under UV light. Molten EVA also flows into the interstices of the electrically contacted or connected to conductive adhesives solar cells and is thermally crosslinked. The formation of air bubbles leading to a reduction in the connected loads (generated by the solar module) is avoided by lamination under vacuum and / or mechanical pressure.
  • the back construction protects the solar cells and the potting material from moisture and oxygen. In addition, it serves as a mechanical protection when mounting the solar modules and as electrical insulation.
  • the back construction may be formed of glass or a composite foil.
  • a common variant are solar modules with crystalline solar cells, which are designed as about 10 x 10 cm to 15 x 15 cm wide and about 0.3 mm thick silicon solar cells and are very fragile.
  • solar modules between 6 and 100 solar cells become one Solar module summarized.
  • these types of solar modules made of crystalline solar cells are very material-intensive to manufacture and require a very careful handling during assembly.
  • An alternative to this is solar modules with thin-film solar cells, which are applied to a carrier material in several layers of different materials.
  • a substrate also called substrate, usually glass, metal foil or plastic film is used.
  • the glass sheet formats or sheet web widths are determined by the respective production process.
  • a common measure of glass substrates is 60 x 100 cm or 60 x 120 cm.
  • Thin-film solar cells can - depending on the carrier material - be flexible, but require corrosion protection.
  • the Bystronic glass Technology Center (www.bystronic-glass.com) commissioned a roll laminator for pressing thin-film modules.
  • a roll laminator shorter production times than in a vacuum laminator can be achieved.
  • Individual glass substrates are washed, positioned with high precision, and a polyvinyl butyral (PVB) film is prepared automatically.
  • the PVB film is unwound directly from the roll. After the exact juxtaposition of the film and a cover plate on the substrate and the final Ab ⁇ cut the supernatant film drives the module for thermal treatment in the roll laminator.
  • the roller laminator the module passes through a preheating zone, three main heating zones and two roller presses.
  • Robert Bürkle GmbH offers a device called Ypsator® for laminating photovoltaic modules. These are multi-level systems that laminate multi-level photovoltaic modules.
  • the safety glass, encapsulants and crystalline solar cells are laminated together to form a "solar sandwich.”
  • the modules are prelaminated to remove moisture and trapped air from the sandwich in a vacuum
  • the process is interrupted and in a second step the vacuum-tight composite is finish-laminated in a subsequent press
  • the solar module is cooled from 150 ° C to hand-warm.
  • WO 03/1059570 relates to a machine for the automated together ⁇ menbau of solar cells in series.
  • This machine has a computer-based control system, an operator interface, a cell holding station for holding a number of solar cells for mounting, a pre-assembly cell inspection station for examining and passing / rejecting individual cells for further assembly.
  • the machine has a strip material supply station for Holding and feeding a continuous length of the strip material to make strips, a strip cutting and folding station for cutting and folding the strip material into strips, a row mounting station for mounting the cells and the strips in a row.
  • the machine has a transport mechanism having a cell receiving and moving tool head to pick up the cells and move them through the pre-assembly cell inspection station and place the cells in their order in the row assembly station.
  • the machine has a strip transfer tool to transfer stripe pairs in their order to the cell assembly station.
  • a horizontally movable plate with retainers is for gripping a single cell to move the row from the row assembly station along a process path that terminates at a post-assembly row handling station.
  • a soldering station has a preheating zone, a soldering zone and a cooling zone.
  • An accepted row holding area is integrated into the post-assembly row handling station, the plate being carried on straight rails with stepper motor controllers to move the row in steps of a given cell array along the process path from the row mounting station through the soldering station to a post-assembly row holding area in the post-process Pick up row handling station.
  • the post-process row handling station is configured with a vertically, horizontally, and rotatably movable row handling tool to grip and move individual rows from the post-assembly holding area to the post-assembly row inspection station and from there to one of the good row and rejected row holding areas.
  • DE 10 2008 018 360 A1 relates to a method for attaching solar cells to a connection carrier.
  • the solar cells are connected to the connection carrier, and the connection carrier is provided with conductor tracks having contact points at which solder joints are to be formed for contacting corresponding contact points of the solar cell.
  • a connection carrier is used, which is provided at its contact points with solder in the form of a solder paste, the solar cells are arranged on the connection carrier and the solder is locally heated to melt it and form a solder joint between the connection carrier and the solar cells.
  • the solder is applied to the connection carrier.
  • the heat for heating the solder is supplied to the side facing away from the connection carrier side of the solar cells, so that the heat is supplied through the solar cells through the solder.
  • a solder mask is arranged, which has openings in the region of the contact points. The heat is generated with a hot air blower, a laser or an infrared light source.
  • a placement station serves to arrange solar cells on the connection carrier, and a soldering station serves for local heating of the solder, so that solder joints form between the connection carrier and the solar cells.
  • a funding route serves for conveying a band-shaped connection carrier.
  • a cutting station is arranged to separate solar cell module from the band-shaped connection carrier.
  • a solar cell module produced in this way has a multilayer connection carrier, wherein conductor tracks are formed on the connection carrier at different levels.
  • the connection carrier is a rigid plate, which also acts as a mechanical substrate of the solar cell module.
  • DE 10 2008 026 294 A1 relates to a loading / unloading device for a disk carrier with a lifting device which can be moved through a receiving opening of the disk carrier and a disk transport device arranged at the head of the lifting device in order to position disks relative to the receiving opening.
  • DE 10 2008 046 327 AI relates to an arrangement of several production devices as a system for processing solar cells to a module.
  • This system has production devices for the following steps: provision of the carriers, pre-fabrication of the solar cells by attaching contact wires, arranging transverse contact wires on the carrier, placing the prefabricated solar cells on the carrier, longitudinal connection of the prefabricated solar cells to the contact wires, cross-connection of the prefabricated solar cells the transverse contact wire and merging the solar cells located on the carrier to a carrier glass for the production of the module.
  • WO 94/22 172 relates to the use of a roll laminator instead of previously used Vakuumplattenlaminatoren.
  • the plastic films used are only partially suitable for the encapsulation of solar modules.
  • the foils are neither impact-resistant nor weather-resistant, nor is the adhesive layer soft enough to effectively protect the easily fragile solar cells mechanically.
  • WO 99/52153 and WO 99/52154 relate to the use of composite films or composites of a polycarbonate layer and a fluoropolymer layer for the encapsulation of solar modules.
  • the slow-to-use EVA hotmelt adhesive is used.
  • JP 10065194 A relates to a method for producing a solar cell module, wherein a sealing film and a carrier film are transferred with low friction and stability.
  • a sealing film and a carrier film are transferred with low friction and stability.
  • solar cells glued to a flexible base film are inserted between two insulating heat-conducting adhesive sealing foils together with the wiring, which forms the electrical connection of a solar cell.
  • the sealing films and support films are glued together as base films and sealed by rollers.
  • thermoplastic polyurethanes TPU
  • a film made of Desmopan® allows continuous production instead of the usual batch production. So far, solar cells made of silicon wafers are interspersed with an embedding film (eg EVA films) a glass sheet and a support and thermally crosslinked in a Vakuumiaminator for 12 to 20 minutes at temperatures around 145 ° C. Desmopan® films do not need to be cross-linked due to the higher melting point. The reduction of the cycle time in the vacuum laminator allows a continuous manufacturing of the solar modules.
  • EP 1302988 A2 relates to photovoltaic modules with a thermoplastic adhesive layer and their production.
  • JP-A-2-244 772 a method is known in which a band-shaped solar cell is wound on a cylindrical body, to which an adhesive is applied, in such a way that adjacent solar cells overlap. This overlap occurs in such a way that the back electrode of one solar cell contacts the cover electrode of the neighboring other solar cell.
  • the individual solar cells are pressed obliquely to the horizontal in the adhesive.
  • a method for producing band-type solar cells based on copper strips coated on one side with CIS (copper / indium / diselenide) and its homologs and a device which is suitable for this purpose is known, for example, from DE-C2-196 34 580.
  • Thin-film solar cells based on the Ib / IIIa / VIa compound semiconductors and processes for producing such thin-film solar cells are described in German patent applications DE-A-199 21 514 and DE-A-199 21 515.
  • a photovoltaic module is known from US-A-5 457 057.
  • a number of individual plates are electrically interconnected so as to provide a voltage and current required for the particular application.
  • the plates are series connected together to increase the generated voltage.
  • groups of series-connected plates can be connected in parallel with each other in order to meet the required performance requirements for a given chip width. fulfillment. Also in this case are so-called Ableitdrähte in or on the uppermost cover layer of each plate.
  • a photovoltaic module is known in which the parallel ⁇ interconnected groups of series-connected solar cells on the one hand, the electrically conductive back electrodes of a first solar cell of each group and on the other hand, the electrically conductive back electrodes of the last solar cell of each group are electrically connected.
  • Each group forms a strand of several, serially arranged, band-shaped solar cells. Adjacent solar cells overlap each other in such a way that the back electrode of one solar cell contacts the cover electrode of the neighboring other solar cell, wherein the solar cells are planar and inclined to the horizontal.
  • the back electrodes of the respective first solar cell of each group and the back electrodes of the last solar cell of each group are connected to each other by means of a Ableitbandes, each Ableitband is arranged perpendicular to the overlapping series-connected solar cells of each group.
  • Each drain band extends transversely across the back electrodes of each group, with one drain band near one end of the back electrodes and the other drain band near the opposite, other end of the back electrodes, and between each of the one drain band and the back electrodes of each group except the back electrode each first solar cell and between the other Ableitband and the back electrodes of each group except the back electrode of the last solar cell is an electrical insulating layer. Between the Ableitb Sn and the back electrodes of the solar cells except in the contact region of the Ableitb selected with the respective first or last solar cell, a hot melt layer is provided.
  • the several groups are embedded on all sides in a heat-activatable plastic.
  • DE-A-10 101 770 shows a solar module in which the front side consists of transparent polyurethane.
  • DE 202 20 444 U1 shows a thermoplastic aliphatic polyurethane used as the embedding material for solar cells in the layer of a photovoltaic module.
  • DE-A-10 2008 046 327 shows an arrangement of several production devices as a production line for the processing or production of solar cells into a module.
  • a production device is provided for pre-assembling the solar cells by attaching contact wires or flakes, on the front and back sides of the solar cells.
  • a production device is provided for placing the prefabricated solar cells on a carrier.
  • a production device is provided to provide the carrier or carriers.
  • a production device is provided to attach transverse contact wires thereto to the carrier.
  • a production device is provided to carry out the cross-connection of the prefabricated solar cells to the transverse contacts.
  • a production device is provided to perform the longitudinal interconnection of the solar cells. This is done by connecting the contact wires, each with an adjacent solar cell.
  • a production device is used to apply the solar cells located on the carrier to a carrier glass. The production devices are arranged along a line.
  • DE-A-10 2008 020 458 shows a method and a device for producing a solar cell string, in which at least two solar cells are provided with cell connectors.
  • the cell connectors each extend along an upper side of a first solar cell and a lower side of an adjacent solar cell and electrically connect each two adjacent solar cells.
  • the cell connectors are applied continuously to the solar cells.
  • the cells are subsequently also soldered together continuously.
  • the velocities of the two processes "application of the cell connectors" and “soldering of the cells” are coordinated with one another in such a way that overall a continuous production of the solar cell strings takes place.
  • a method for producing solar modules from a plurality of solar cells is known.
  • One side of the solar cells is designed as a first pole at a first edge and designed as a second pole at a second edge.
  • These cells are converted to a first film web in such a way that a first solar cell with its first edge forming the first pole is positioned in direct proximity to a second edge of a solar cell forming the second pole.
  • Electrically conductive contact strips are applied to the first and second poles of the solar cells in the longitudinal and transverse directions in order to interconnect the solar cells in series and / or in parallel with one another electrically.
  • the internal electrical cell connection can easily become defective;
  • the modules may be connected to copper tapes that are attached with an insufficiently cured conductive adhesive.
  • the line resistance of the solar modules increases significantly and their performance decreases. Zuoley lying task
  • the object now is to provide a low-cost, rapid process for lamination and an effective method for producing flexible solar cells to enable cost-effective production of solar power, in which the manufacturing costs compared to previous solutions lower and the durability of the solar modules over previous solutions is improved ,
  • a method for manufacturing thin-film solar modules presented here may include the following steps: A method for producing thin-film solar modules, comprising the steps of: providing flexible thin-film solar cells as separate sections in a container or on a web wound into a roll, wherein the abutting flexible thin film solar cells with a first side on the web, wherein each of the flexible thin film solar cells is configured with a first electrical pole and a second electrical pole, converting the flexible thin film solar cells from the web to a first film web such that a first flexible thin film solar cell is positioned with its first first pole near the second pole of a second flexible thin film solar cell, and applying electrically conductive contact strips on the first and second poles of the flexible thin film solar cells in the longitudinal and / or transverse direction to redesignrichtun g of the first film web to connect the flexible thin-film solar cells in series and / or parallel electrically, laminating a transparent, flexible, second thermoplastic film web on the first film web and the flexible thin-film solar cells to one of the first and the second film web and
  • the second film web (and optionally also the film web on which the second film web is to be applied) can be brought to a temperature in a range of about 60 ° C to about 110 ° C and optionally with a pressure on the first film web and the flexible thin-film solar cells are laminated by roller laminator.
  • This temperature range is significantly below the crosslinking temperature of the first and / or the second film web. In this temperature range of about 60 ° C to about 110 ° C, the film webs are only against each other immovably adhered to each other, so fixed to each other without networking.
  • the purpose of this is preferably a roller laminator with at least one pair of rollers of opposing, possibly heated rollers. Between the rollers, the stack of first film web is conveyed through with the flexible thin-film solar cells and the second film web.
  • the counter-rotating rollers rotate at a defined speed and with a defined pressure and press together a composite of the second film web, the first film web and the flexible thin-film solar cells at a defined temperature.
  • the / each roller laminator upstream can also be assigned a preheating zone, for example with infrared radiators or the like, with which the film webs to be laminated are brought to the desired temperature level. If the rollers of the roller laminator adjoining the preheating zone are also heated, the preheating zone can also only effect a first heating step.
  • thermoplastic polyurethane film As the first and / or the second film web, a thermoplastic polyurethane film may be used. However, it is also possible to use other film webs which likewise have a higher melting point than EVA and / or do not have to be crosslinked. EVA (Ethyl Vinyl Acetate) films also serve to bond the entire module assembly. For example, EVA melts when heated to about 150 ° C, also flows into the interstices of the electrically connected solar cells and is thermally crosslinked.
  • EVA Ethyl Vinyl Acetate
  • a plurality of flexible thin-film solar cells can be arranged in the longitudinal and / or transverse direction to the conveying direction of the first film web.
  • the desired configuration of serial and / or parallel connection of the individual flexible thin-film solar cells to a cell field forming the solar module can be determined very flexibly.
  • the electrically conductive contact strips can be made of one or more dispensers, which are adjacent to one another and are arranged essentially in the longitudinal direction with respect to the conveying direction of the first film web, with rollers or contact strips Dispensers with electrically conductive paste are applied to the flexible thin-film solar cells in the longitudinal direction of the conveying direction of the first film web.
  • the electrically conductive contact strips of at least one and arranged substantially in the transverse direction to the conveying direction of the first film web dispenser can be applied with a roll of conductive contact strip or a dispenser with electrically conductive paste on the flexible thin-film solar cells in the transverse direction of the conveying direction of the first film web , This makes it possible, very variable and efficient interconnect the flexible thin-film solar cells in series and / or parallel electrically.
  • the second film web can be laminated to the first film web and the flexible thin-film solar cells with a roll laminator.
  • the roll laminator has at least two counter-rotating rolls, which rotate at a defined speed and press a composite of the second film web, the first film web and the flexible thin-film solar cells at a defined temperature (preferably below the crosslinking temperature) with a defined pressure. This makes it possible to produce solar modules of any size without causing air bubbles in the finished module and thus adversely affecting the quality / electrical performance of the modules.
  • the feed rate at which the films are processed into the composite by the roll laminator is, for example, about 0.5 m / min to about 5 m / min.
  • the flexible thin-film solar cells can also carry no adhesive layer on their photoelectrically inactive (bottom side), however, in order to ensure secure positioning of the flexible thin-film solar cells on the first film web, in one variant with one or more additional adhesive dispenser devices, which are integrated in the overall arrangement can be modularly integrated, applied to the first film web at least at the points at which subsequently the flexible thin-film solar cells are deposited, a preferably insulating adhesive layer or adhesive film, before the flexible thin-film solar cells are applied to the first film web
  • electrical insulating tapes, pastes, such as polyimide (PI), with appropriate long-term stability and temperature resistance are suitable.
  • the solar module string is placed in pieces in the crosslinking station.
  • the solar module strand is divided into parts prior to introduction, each of which corresponds to one or more solar modules or parts thereof.
  • An essential aspect of the presented method is that the modular roll-to-pile production solutions or stack-to-pile production solutions presented here for the finished flexible thin-film solar modules bring significant cost savings, as well as increases in production and flexibility.
  • material-dependent fast lamination processes are combined with an effective connection of the solar cells, which can be flexibly adapted to the specifications.
  • the crosslinking of the film webs takes place at elevated temperature profile in the cross-linking station at the cross-linking temperature. This allows a customer-oriented, quickly adaptable clothing with regard to length and width both of the individual solar cells as well as in terms of length and width of the finished solar modules.
  • Another essential aspect is that a device carrying out the method allows a much more compact form factor than known arrangements. Thus, it is possible to set up more production facilities per area. The more compact form factor of the device is also accompanied by significantly shorter throughput times of the solar cells, as well as low mechanical and thermal stress of the individual solar cells and the finished solar modules.
  • the second web film can have a high transparency in the range of about 350 nm to about 1150 nm light wavelength, as well as good adhesion to the flexible thin film solar cell, the back contact of the solar cell, the front side contacts, and any anti-reflection layer of the solar cell.
  • the second web foil may be formed from one or more foils.
  • the second sheet of film also serves to balance the stresses created by the different thermal expansion coefficients of plastic and silicon, or other photoelectrically active coating such as CIS, CIGS, etc.
  • the second web film should have a melting point below the melting temperature of the electrical / mechanical compounds or the contact adhesive of the solar cells, typically below about 150 ° C.
  • the adhesive film should also have a high electrical resistance, low water absorption, high resistance to UV radiation and thermal oxidation and be easy to process.
  • CIGS stands for Cu (In, Ga) (S, Se) 2 and is an abbreviation for the elements used copper, indium, gallium, sulfur and selenium (copper, indium, gallium, sulfur, and selenium). The most important examples are Cu (In, Ga) Se2 (copper indium gallium diselenide) or CuInS2 (copper indium disulfide).
  • the film composite Only during the process stages in which the film composite is brought together in layers and stapled together with the roll laminators does the film composite have a temperature (well below the crosslinking temperature but also considerably above room temperature) and pressure. In the crosslinking station, thermal energy (temperature) in the region of the crosslinking temperature of the film web (s) acts on the film composite, but no pressure deviating from the ambient pressure.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an apparatus and associated method for providing singulated flexible thin film solar cells on one or more webs wound into a roll.
  • FIG. 2a shows a perspective schematic view of a device for assembling the solar cells from the output strips into solar modules.
  • FIG. 2b shows a perspective schematic view of a receiving and settling unit located in the input area of the device in order to receive and implement individual flexible thin-film solar cells.
  • FIG. 3a schematically illustrates how individual flexible thin-film solar cells are converted to a first film web F1 such that a second thin-film solar cell with an edge region of its first side is in electrical contact with an edge of a second side of a first flexible thin film configured as a second pole Solar cell is coming.
  • 3b schematically illustrates how individual flexible thin-film solar cells are converted to a first film web F1 so that second flexible thin-film solar cells are contacted by a contact strip.
  • Fig. 4 schematically illustrates a variant in which flexible thin-film solar cells in which both the positive pole and the negative pole are respectively disposed on an opposite edge of the upper surface of the flexible thin-film solar cells.
  • Fig. 5 schematically illustrates how the second film web is laminated to the first film web and the flexible thin film solar cells with a roll laminator.
  • Fig. 6 illustrates schematically a solution variant for preparing the connection of the plus and minus terminals of the interconnected solar module with a junction box.
  • FIG. 7 schematically illustrates a winding station for the solar module strand formed from flexible thin-film solar cells onto a second roll.
  • FIG. 8 schematically illustrates a variant in which solar modules are formed from a multilayer, for example four-ply, film web structure with flexible thin-film solar cells.
  • Fig. 9 schematically illustrates a variant in which insulating material isolates the edge portions of the solar cells to the contact strips.
  • FIG. 10 illustrates how a respective dispenser of the dispenser arrangement applies sealing material to the first film web in the region of a longitudinal edge of the first film web.
  • FIG. 11 illustrates a perspective schematic construction of a crosslinking station.
  • Fig. 12 illustrates a perspective schematic structure of a solar panel.
  • FIG. 13 illustrates a schematic cross section through a solar panel with a junction box mounted from the base layer.
  • FIG 14 illustrates a schematic cross section through a solar panel with a junction box mounted from the barrier layer.
  • FIG. 1 A method of making flexible thin film solar cells on a web wound into a roll is shown schematically in Figure 1, wherein the flexible thin film solar cells adhere to the web with a first side.
  • the steps are denoted by Sl ... Sil and explained below.
  • connection data open-circuit voltage, short-circuit current, etc.
  • connection data open-circuit voltage, short-circuit current, etc.
  • the film is rolled up again on a roll, wherein before a sorting / converting the separated, adhesive cells takes place on the original webs.
  • This conversion of the solar cells allows at the same time their binning as a function of their determined connection data on individual the output paths of the roller conveyors Bl, B2, ... Bn.
  • These output paths of the roller conveyors Bl, B2,... Bn are supplied at S10 and rewound at Sil.
  • the further processing is explained below, for example, in connection with FIG. 8 et seq.
  • FIG. 2 a shows a device 10 for assembling the flexible thin-film solar cells from the output strips into solar modules that are embedded in a solar module string.
  • the first side (in this case the side facing away from the energy-dispensing light source during operation, ie the underside) of each flexible thin-film solar cell SZ has at least sections of a metal layer. This metal layer is designed as a positive pole.
  • the second side of the flexible thin-film solar cell which is repellent from the first film (in this case, the energy-dispensing light source during operation). facing side, so the top) has an edge, which is designed as a negative pole.
  • individual flexible thin-film solar cells SZ are accommodated and converted in a pick-and-place unit 14, see FIG.
  • the head 14a has, at its curved surface 14b facing the flexible thin-film solar cell SZ, a plurality of small openings in fluid communication with a vacuum source (vacuum). If this pickup and settling head 14a with a transverse edge (in Fig. 2b left) is lowered to a flexible thin-film solar cell SZ and then unrolled through the flexible thin-film solar cell SZ, this can be taken from the original web surface and gently with negative pressure and be held.
  • the head 14a is raised, moved, and the single flexible thin-film solar cell SZ is thus transferred (positioned, lowered, and the negative pressure switched off) to a first film web F1 coming from a roll, such that a second thin-film solar cell has at least one edge region of its first Side comes into electrical contact with a designed as a second pole edge of a second side of a first flexible thin-film solar cell.
  • This process is illustrated in detail in Fig. 3a in more detail.
  • the head 14a may also be configured to rotate about its own vertical axis (Z-axis) after receiving a flexible thin-film solar cell.
  • the flexible thin-film solar cells can also be oriented differently when deposited, for example, to connect them in series with each other.
  • the electrically conductive contact strip KL1 extends there so far that a second flexible thin-film solar cell SZ2 comes into electrical contact with its underside configured as a second pole (positive pole) after it has been deposited by the pick-and-place unit 14. This process is also illustrated in greater detail in FIG. 3b for further thin-film solar cells SZ3, SZ5 and electrically conductive contact strips KL2 and KL3.
  • the processing of flexible thin-film solar cells is based, in which both the positive pole (+) and the negative pole (-) are each arranged on an opposite edge of the top of the flexible thin-film solar cells.
  • the conversion takes place flexible thin film solar cells of one of the output ribbons on the first film web Fl so that a first flexible thin film solar cell with at least its first, the first pole forming edge in close proximity to a second, the second pole forming edge of a second flexible thin film solar cell is positioned.
  • This process is illustrated in detail in Fig. 4 in more detail.
  • electrically conductive contact strips KL of one or more dispensers 16 which are adjacent to one another and are arranged essentially longitudinally with respect to the conveying direction of the first film web Fl, are applied with roller conductive contact strips in the longitudinal direction of the conveying direction of the first film web ,
  • electrically conductive contact strips from a dispenser 18 arranged essentially in the transverse direction to the conveying direction of the first film web Fl with a roll of conductive contact strip KQ are applied to the flexible thin-film solar cells in the transverse direction of the conveying direction of the first film web.
  • the flexible thin-film solar cells are connected in series and / or in parallel with each other electrically.
  • conductive contact strips KL, KQ and dispensers with electrically conductive paste may be provided, with which the flexible thin-film solar cells are connected in series and / or in parallel with each other electrically.
  • a subsequent heating station HZ the longitudinal and / or transverse wiring paths from the contact strips are baked together so that a thermally and mechanically loadable wiring of the flexible thin-film solar cells is produced.
  • a second film web F 2 is laminated to the first film web Fl and the flexible thin-film solar cells SZ.
  • This second film web F2 is thermoplastic, transparent, flexible and very resistant to ultraviolet light.
  • the second film web F2 is laminated to the first film web Fl and the flexible thin-film solar cells SZ with a Rolleniaminator RL.
  • the roll laminator RL has at least one roller pair of two counter-rotating rollers Wl, W2 between which the stack of the first film web Fl with the flexible thin-film solar cells and the second film web F2 is conveyed through.
  • the counter-rotating rollers W1, W2 rotate at a defined speed and compress a composite of the second film web, the first film web and the flexible thin-film solar cells at a defined temperature with a defined pressure.
  • the roll laminator RL illustrated in Fig. 5 has one or more roll pairs Wl, W2 formed of rolls; Wl ', W2' to laminate a self-adhesive cover film DF on the film web Fl.
  • a film FA can be promoted without adhesive layer by an adhesive application station KAS to then laminate them to the film web Fl.
  • the / each roll laminator is also assigned a heating zone with which the film webs to be laminated are brought to the desired temperature level, for example below the crosslinking temperature, before lamination. If the rolls of the subsequent roll laminator are also heated, the heating zone can also bring about only a first heating step in the direction of the softening or crosslinking temperature.
  • the plus and minus terminal PM of the interconnected solar cells can be contacted from the side to be irradiated (through an opening in the backside film) - see FIG. 6 - and in a subsequent test station 24 with sunlight-like illumination first functional test of the far completed arrangement, the pre-laminate, can be performed.
  • FIG. 8 illustrates a further variant of the method and the corresponding device as well as the resulting solar module arrangement.
  • an adhesive film of TPU thermoplastic
  • TPU thermoplastic
  • the remaining steps do not differ from the variants described above.
  • non-networked solar module composites are deposited in an input region of a step-by-step crosslinking station and entered into the crosslinking station.
  • This crosslinking station shown here operates stepwise and is set by a process control device (not further shown) to expose each of its supplied solar module assemblies to a defined temperature profile in which the film webs are brought into the area of the crosslinking temperature for the required time for the first time , Further details are explained in connection with FIG. 11 below.
  • the edge regions of the solar cells are insulated to the contact strips.
  • one or more additional insulating material dispensers which can be modularly integrated into the overall arrangement, serve to bring insulation material as a tape or paste material or as a liquid adhesive to the respective locations of the solar cells. This is illustrated for a variant for the arrangement and interconnection of the solar cells SZ in FIG. 9, but can also be used in modifications of this in order to avoid short circuits of the interconnected solar cells by isolating their edge regions from the contact strips.
  • sealing material is applied to the first film web before the second film web on the flexible thin-film solar cells and on the first Film web, for example be applied by roll lamination.
  • the dispenser assembly applies the sealing material as one or more strands or strips SP1, SP2 at the edge to the individual solar modules to be formed on the first film web, encompassing the flexible thin-film solar cells of a solar module. Suitable materials for the edge sealing butyl rubber or similar waterproof and vapor-tight plastic materials.
  • a dispenser of the dispensing arrangement applies sealing material to the first film web in the region of a longitudinal edge of the first film web.
  • Another dispenser of the dispenser assembly is movable transversely to the longitudinal edge of the first film web.
  • this dispenser for sealing material can be moved at an acute angle to the conveying direction of the first film web and brings when moving in sealing material as two spaced strands SP3, SP4 on the first film web, which connect the two edge strands SP1 and SP2.
  • the dispenser assembly applies the sealant material as one or more strands or stripes to the first film web at the edge of the individual solar modules to be formed.
  • the sealant material is then applied by means of a roll laminator, preferably with temperature below the crosslinking temperature of the or one of the film webs or the sealant material on the web or one of the film webs attached.
  • the flexible thin-film solar cells can also be so-called tandem or triple solar cells. These are multispectral solar cells, in which two layers of solar-receptive materials are superimposed, which absorb different areas of the light spectrum and thus achieve high efficiencies.
  • the overhead, partially transparent solar cell allows light of specific wavelengths to pass through almost unhindered, so that it can be absorbed by the lower solar cell (s).
  • Tandem solar cells are manufactured in thin-film technology in monolithic blocks, which can be combined, for example, with Fresnel lenses. In order to optimally absorb the different-wave photons in the individual layers, they are usually produced from different semiconductor materials.
  • the top layer may be gallium arsenide and the bottom layer germanium.
  • the gallium arsenide absorbs higher-energy radiation, but is permeable to significant proportions of low-energy radiation, which causes the germanium layer absorbed. But it is also a combination of different silicon qualities possible, for example, upper layer of amorphous silicon and the lower layer of microcrystalline silicon.
  • the top layer may be gallium
  • the middle layer may be indium arsenide
  • the bottom layer may be gallium indium phosphide.
  • the method and its variants or the device and its variants do not differ from the above-described single-layer solar cell methods / devices.
  • a solar module with the following features to produce:
  • a first, serving as a substrate film web carries a plurality of arranged on the first film web flexible thin-film solar cells, which with a first side rest on the first film web.
  • Each of the flexible thin-film solar cells has an electric first pole and an electric second pole.
  • a first flexible thin-film solar cell is arranged with at least its first pole in the vicinity of a second pole of a second flexible thin-film solar cell. Electrically conductive contact strips connect the first and the second poles of the flexible thin-film solar cells in the longitudinal and / or transverse direction to an edge of the first film web in series and / or in parallel with each other electrically.
  • a transparent, flexible second thermoplastic film web is laminated to the first film web and the flexible thin film solar cells.
  • a solar module is formed from the first and the second film web and the flexible thin-film solar cells located therebetween.
  • the second film web is a thermoplastic film web.
  • the flexible thin-film solar cells may have no adhesive layer on their photoelectrically inactive (lower) side, and an adhesive film may preferably be arranged between the first film web and the flexible thin-film solar cells, and a barrier film with adhesive layer may be applied as the second film web.
  • Insulating material may be disposed between edge regions of the flexible thin film solar cells and the electrically conductive contact strips, and may include sealing material between the first film web and the second film web as one or more strands or stripes adjacent the individual solar modules to be formed surrounding the flexible thin film solar cells be.
  • the perspective structure of the crosslinking station illustrated in FIG. 11 shows an input area and an output area for the flexible thin-film solar modules.
  • it is a step-wise cross-linking station which is to be set by a suitable process control device to expose to it, not yet cross-linked solar module composites each a defined temperature profile, in which the film webs for the first time for the required period of time be brought into the range of the cross-linking temperature.
  • the solar module composites pre-laminates
  • the network station operates in the manner of a paternoster and promotes a solar module, for example, one step per minute at eg 15 stages through the cross-linking process.
  • Fig. 12 illustrates a perspective schematic structure of a solar module with its different layers.
  • FIG. 13 illustrates a schematic cross section through a solar module with a connection box mounted from the base layer.
  • FIG. 14 shows a schematic cross section through a solar module, which otherwise corresponds to FIG. 13, with a connection box mounted from the barrier layer.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Solarmodulen, hat folgende Schritte: Bereitstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen als getrennte Abschnitte in einem Behälter oder auf einer zu einer Rolle aufgewickelten Bahn, wobei die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit einer ersten Seite auf der Bahn anliegen, wobei jede der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit einem ersten elektrischen Pol und einem zweiten elektrischen Pol ausgestaltet ist, Umsetzen der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen von der Bahn auf eine erste Folienbahn so, dass eine erste flexible Dünnschicht-Solarzelle mit ihrem ersten ersten Pol nahe zum zweiten Pol einer zweiten flexiblen Dünnschicht-Solarzelle positioniert wird, und Aufbringen von elektrisch leitenden Kontaktstreifen auf die ersten und zweiten Pole der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in Längs- und/oder Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn um die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen seriell und/oder parallel elektrisch miteinander zu verschalten, Auflaminieren einer transparenten, flexiblen, zweiten thermoplastischen Folienbahn auf die erste Folienbahn und die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen, um einen aus der ersten und der zweiten Folienbahn und den dazwischen befindlichen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen gebildeten Solarmodulstrang zu bilden, Vereinzeln der Vielzahl von Dünnschicht-Solarmodulen aus dem Solarmodulstrang, und Eintragen dieser vereinzelten Dünnschicht-Solarmodule in eine Vernetzungsstation.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmoduls mit flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und ein Solarmodul mit flexiblen Dünnschicht- Solarzellen
Beschreibung
Hintergrund
Hier wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmoduls mit flexiblen Solarzellen, insbesondere flexiblen Dünnschicht-Solarzellen beschrieben, sowie ein mit einer solchen Vorrichtung / gemäß einem solchen Verfahren / hergestelltes Solarmodul.
Ein Solarmodul oder Photovoltaikmodul wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Als wichtigste Bestandteile enthält es mehrere Solarzellen. Ein Solarmodul wird durch seine elektrischen Anschlusswerte (insbesondere Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom) charakterisiert. Diese hängen von den Eigenschaften der einzelnen Solarzellen und der Verschaltung der Solarzellen innerhalb des Moduls ab.
Ein Solarmodul hat üblicherweise neben den miteinander elektrisch verschalteten Solarzellen ein Einbettmaterial und eine Rückseitenkonstruktion. Eine Deckschicht dient dem Schutz vor mechanischen und Witterungseinflüssen. Das Einbettmaterial und die Deckschicht müssen transparent sein, um Absorptionsverluste im Spektralbereich von 350 nm bis 1150 nm und damit Wirkungsgradverluste der üblicherweise zur Stromerzeugung eingesetzten Silizium-Solarzellen möglichst gering zu halten. Das Einbettmaterial (zum Beispiel Ethylvinylacetat - (EVA) - Folie) dient zur Verklebung des Modulverbundes. EVA muss bei etwa 150 °C aufgeschmolzen werden. Hier setzt der Vernetzungsprozess ein, der etwa 15 bis 30 Minuten dauert. Aufgrund dieser langen Prozesszeit ist EVA bisher nur in einem Vakuumlaminator diskontinuierlich zu verarbeiten. Die Verarbeitungsparameter (zeitabhängiger Druck- und Temperaturverlauf) für EVA sind sehr eng. Darüber hinaus vergilbt EVA unter UV-Lichteinwirkung. Geschmolzenes EVA fließt auch in die Zwischenräume der elektrisch kontaktierten oder mit leitfähigen Klebstoffen verbundenen Solarzellen und wird dabei thermisch vernetzt. Die zur Verringerung der Anschlusswerte (vom Solarmodul erzeugte Leistung) führende Bildung von Luftblasen wird durch eine Laminierung unter Vakuum und / oder mechanischem Druck vermieden. Die Rückseitenkonstruktion schützt die Solarzellen und das Einbettmaterial vor Feuchtigkeit und Sauerstoff. Außerdem dient sie als mechanischer Schutz beim Montieren der Solarmodule und als elektrische Isolierung. Die Rückseitenkonstruktion kann aus Glas oder einer Verbundfolie gebildet sein.
Eine gängige Variante sind dabei Solarmodule mit kristallinen Solarzellen, die als ca. 10 x 10 cm bis 15 x 15 cm große und ca. 0,3 mm dicke Siliziumsolarzellen ausgestaltet und sehr zerbrechlich sind. Hier werden zwischen 6 und 100 Solarzellen zu einem Solarmodul zusammengefasst. Allerdings sind diese Art von Solarmodulen aus kristallinen Solarzellen sehr materialintensiv in der Herstellung und erfordern eine äußerst sorgsame Handhabung bei der Montage. Eine Alternative hierzu sind Solarmodule mit Dünnschichtsolarzellen, die in mehreren Schichten unterschiedlicher Materialien auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Als Trägermaterial, auch Substrat genannt, wird in der Regel Glas, Metallfolie oder Kunststofffolie verwendet. Die Glasscheibenformate bzw. Blechbahnbreiten werden dabei durch das jeweilige Produktionsverfahren bestimmt. Ein übliches Maß für Glassubstrate ist 60 x 100 cm oder 60 x 120 cm. Dünnschichtsolarzellen können - je nach Trägermaterial - flexibel sein, benötigen aber einen Korrosionsschutz.
Stand der Technik
Das Bystronic glass Technologiezentrum (www.bystronic-glass.com) hat Ende 2008 einen Rollenlaminator zum Verpressen von Dünnschichtmodulen in Betrieb genommen. In einem Rollenlaminator sind kürzere Fertigungszeiten als in einem Vakuum- laminator erreichbar. Einzelgläser als Substrat werden gewaschen, hochgenau positioniert und eine Polyvinylbutyral - (PVB) - Folie automatisch vorbereitet. Die PVB-Folie wird direkt von der Rolle abgewickelt. Nach dem exakten Aufeinanderlegen der Folie und einer Deckscheibe auf das Substrat sowie dem abschließenden Ab¬ schneiden der überstehenden Folie fährt das Modul zur thermischen Behandlung in den Rollenlaminator. Das Modul passiert im Rollenlaminator eine Vorheizzone, drei Hauptheizzonen und zwei Rollenpressen. In den Heizzonen herrschen Temperaturen zwischen 130 und 240 °C. Die Wärmewirkung auf die Folie erzeugen mittelwellige Quarzstrahler. Ein Modul verweilt etwa eine Minute im Rollenlaminator. Die endgültige Verbindung gehen Gläser und Folie anschließend bei rund 140 °C bei 13 bar für etwa 3-4 Stunden in einem Heißluftautoklaven ein.
Die Robert Bürkle GmbH bietet eine Vorrichtung, genannt Ypsator®, zum Laminieren von Photovoltaikmodulen an. Dies sind Mehretagen-Anlagen, die auf mehreren Ebenen Photovoltaikmodule laminieren. Damit die Photovoltaik-Module wasserdicht sind, werden das Sicherheitsglas, die Einkapselfolien und die kristallinen Solarzellen zu einem„Solar-Sandwich" zusammen laminiert. In einem ersten Schritt werden die Module vorlaminiert. Dabei werden im Vakuum Feuchtigkeit und Lufteinschlüsse aus dem Sandwich entfernt und ein vakuumdichter Verbund hergestellt. Dann wird der Prozess unterbrochen und in einem zweiten Schritt der vakuumdichte Verbund in einer nachfolgenden Presse fertig laminiert. Im dritten Schritt wird das Solarmodul von 150 °C auf Handwärme abgekühlt.
Die WO 03/1059570 bezieht sich auf eine Maschine für den automatischen Zusam¬ menbau von Solarzellen in Reihen. Diese Maschine hat ein computerbasiertes Steuerungssystem, eine Bedienerschnittstelle, eine Zellenhaltestation zum Halten einer Anzahl für die Montage vorgesehener Solarzellen, eine Vormontage-Zelleninspektionsstation zum Untersuchen und Durchlassen / Ablehnen einzelner Zellen für die weitere Montage. Des weiteren hat die Maschine eine Streifenmaterialzufuhrstation zum Halten und Zuführen einer kontinuierlichen Länge des Streifenmaterials zur Herstellung von Streifen, eine Streifenschneid- und Falzstation zum Schneiden und Falzen des Streifenmaterials in Streifen, eine Reihenmontagestation zum Montieren der Zellen und der Streifen in eine Reihe. Außerdem hat die Maschine einen Transportmechanismus, der einen Zellenaufnahme- und Bewegungswerkzeugkopf hat, um die Zellen aufzunehmen und sie durch die Vormontage-Zelleninspektionsstation zu bewegen und die Zellen in ihrer Reihenfolge in der Reihenmontagestation zu platzieren. Des weiteren hat die Maschine ein Streifentransferwerkzeug, um Streifenpaare in ihrer Reihenfolge in die Zellenmontagestation zu transferieren. Eine horizontal bewegbare Platte mit Haltevorrichtungen dient zum Greifen einer einzelnen Zelle zur Bewegung der Reihe von der Reihenmontagestation entlang eines Prozesspfads, der bei einer Nachmontage-Reihenhandhabungsstation endet. Eine Lötstation hat eine Vorheizzone, eine Lötzone und eine Kühlzone. Ein Haltebereich für akzeptierte Reihen ist in die Nachmontage-Reihenhandhabungsstation integriert, wobei die Platte auf geraden Schienen mit Schrittmotorsteuervorrichtungen ausgeführt ist, um die Reihe in Stufen eines vorgegebenen Zellenfeldes entlang des Prozesspfads von der Reihenmontagestation durch die Lötstation zu einem Nachmontage-Reihenhaltebereich in die Nachprozess-Reihenhandhabungsstation aufzunehmen. Die Nachprozess- Reihenhandhabungsstation ist mit einem vertikal, horizontal und drehbar bewegbaren Reihenhandhabungswerkzeug ausgeführt, um einzelne Reihen zu greifen und von dem Nachmontage-Haltebereich zur Nachmontage-Reiheninspektionsstation und von dort zu einem der Haltebereiche für gute Reihen und für abgelehnte Reihen zu bewegen.
Die DE 10 2008 018 360 AI bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen von Solarzellen auf einem Verbindungsträger. Die Solarzellen werden mit dem Verbindungsträger verbunden, und der Verbindungsträger ist mit Leiterbahnen versehen, die Kontaktstellen aufweisen, an welchen Lötstellen zum Kontaktieren korrespondierender Kontaktstellen der Solarzelle auszubilden sind. Hier wird ein Verbindungsträger verwendet, der an seinen Kontaktstellen mit Lot in Form einer Lotpaste versehen ist, die Solarzellen werden auf dem Verbindungsträger angeordnet und das Lot wird lokal erwärmt, um es zu schmelzen und eine Lötstelle zwischen dem Verbindungsträger und den Solarzellen auszubilden.
Das Lot wird auf den Verbindungsträger aufgetragen. Die Wärme zum Erwärmen des Lots wird auf der vom Verbindungsträger abgewandten Seite der Solarzellen zugeführt, so dass die Wärme durch die Solarzellen hindurch dem Lot zugeführt wird. Zwischen einer Wärmequelle und der Anordnung aus Verbindungsträger und Solarzellen wird eine Lötmaske angeordnet, die im Bereich der Kontaktstellen Öffnungen aufweist. Die Wärme wird mit einem Heißluftgebläse, einem Laser oder einer Infra¬ rotlichtquelle erzeugt.
Eine Bestückungsstation dient zum Anordnen von Solarzellen auf dem Verbindungsträger, und eine Lötstation dient zum lokalen Erwärmen des Lotes, so dass sich Lötstellen zwischen dem Verbindungsträger und den Solarzellen bilden. Ein Förderweg dient zum Befördern eines bandförmigen Verbindungsträgers. In Förderrichtung nach der Lötstation ist eine Schneidstation angeordnet, um Solarzellenmoduie von dem bandförmigen Verbindungsträger abzutrennen. Ein derart hergestelltes Solarzellenmodul hat einen mehrlagigen Verbindungsträger, wobei in unterschiedlichen Ebenen auf dem Verbindungsträger Leiterbahnen ausgebildet sind. Der Verbindungsträger ist eine starre Platte, die auch als mechanisches Substrat des Solarzellenmoduls fungiert.
Die DE 10 2008 026 294 AI betrifft eine Belade- / Entladevorrichtung für einen Scheibenträger mit einer durch eine Aufnahmeöffnung des Scheibenträgers hindurch bewegbaren Hubeinrichtung und einer am Kopf der Hubeinrichtung angeordneten Scheibentransporteinrichtung um Scheiben relativ zur Aufnahmeöffnung zu positionieren.
Die DE 10 2008 046 327 AI betrifft eine Anordnung mehrerer Produktionsvorrichtungen als Anlage zur Verarbeitung von Solarzellen zu einem Modul. Diese Anlage weist Produktionsvorrichtungen für folgende Schritte auf: Bereitstellen der Träger, Vorkon- fektionierung der Solarzellen durch Anbringen von Kontaktdrähten, Anordnen von Querkontaktdrähten am Träger, Auflegen der vorkonfektionierten Solarzellen auf den Träger, Längsverschaltung der vorkonfektionierten Solarzellen an den Kontaktdrähten, Querverschaltung der vorkonfektionierten Solarzellen an dem Querkontaktdraht und Zusammenführen der an dem Träger befindlichen Solarzellen an ein Trägerglas zur Fertigung des Moduls.
Die WO 94/22 172 betrifft die Verwendung eines Rollenlaminators anstelle bisher eingesetzter Vakuumplattenlaminatoren. Die verwendeten Kunststofffolien sind nur bedingt für die Verkapselung von Solarmodulen geeignet. Die Folien sind weder schlagzäh genug noch witterungsstabil, noch ist die Klebschicht weich genug, um die leicht zerbrechlichen Solarzellen effektiv mechanisch zu schützen.
Die WO 99/52153 und WO 99/52154 betreffen die Verwendung von Verbundfolien bzw. Verbundkörpern aus einer Polycarbonatschicht und einer Fluorpolymerschicht für die Verkapselung von Solarmodulen. Zur Verklebung wird der nur langsam zu verarbeitende EVA-Schmelzklebstoff verwendet.
Die JP 10065194 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls, wobei eine Versiegelungsfolie und eine Trägerfolie reibungsarm und stabil übertragen werden. Dazu werden auf eine flexible Basisfolie geklebte Solarzellen zwischen zwei isolierenden Wärmeleitkleber-Dichtfolien zusammen mit der Verkabelung, die die elektrische Verbindung einer Solarzelle bildet, eingelegt. Die Dichtfolien und Unterstützungsfolien sind zusammen als Basisfolien verklebt und durch Walzen versiegelt.
Nach Angaben der Bayer MaterialScience AG (www.presse.bayerbms.de) wird mit Hilfe von lichtbeständigen Thermoplastischen Polyurethanen (TPU) die Herstellung von Solarmodulen vereinfacht. Eine Folie aus Desmopan® erlaubt an Stelle der üblichen Batch-Fertigung auch eine kontinuierliche Produktion. Bisher werden aus Silizi- um-Wafern hergestellte Solarzellen mit einer Einbettfolie (z. B. EVA-Folien) zwischen einer Glasscheibe und einem Träger positioniert und in einem Vakuumiaminator über 12 bis 20 Minuten bei Temperaturen um 145°C thermisch vernetzt. Folien aus Des- mopan® müssen aufgrund des höheren Schmelzpunktes nicht vernetzt werden. Die Reduzierung der Zykluszeit im Vakuumiaminator erlaubt ein kontinuierliches Fertigen der Solarmodule. Die EP 1302988 A2 betrifft Photovoltaik-Module mit einer thermoplastischen Klebeschicht und ihre Herstellung.
Aus der JP-A-2-244 772 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine bandförmige Solarzelle auf einen zylindrischen Körper, auf den ein Kleber aufgebracht ist, derart aufgewickelt wird, dass sich benachbarte Solarzellen überlappen. Diese Überlappung erfolgt derart, dass die Rückelektrode der einen Solarzelle die Deckelektrode der benachbarten anderen Solarzelle kontaktiert. Die einzelnen Solarzellen sind schräg zur Horizontalen in den Kleber eingedrückt. Zwischen dem Kleber und dem zylindrischen Körper befindet sich außerdem ein Isolierfilm. Zum Herstellen eines Moduls werden der auf den Zylinder gewickelte Körper sowie der Isolierfilm durchgeschnitten und vom Zylinder abgenommen, so dass ein rechteckiger, dünner Folienmodul mit serienverschalteten Solarzellen erhalten wird.
Aus der US-A-5 273 608 ist ein Verfahren zum Einbetten photovoltaischer Zellen bekannt.
In der US-A-5 232 519 ist ein Photovoltaikmodul beschrieben, bei dem sich auf den Oberseiten der Deckelektroden jeder strangförmigen Gruppe von Solarzellen ein Ableitstreifen, auch Ableitgrid genannt, zum Abgreifen der erzeugten Spannung befindet. Um zu vermeiden, dass die Ableitstreifen die Deckelektrode und damit auch die darunter befindliche Absorberschicht abschatten, wird in dieser Schrift das Vorsehen einer V-förmigen Vertiefung in der den gesamten Modul überdeckenden Abdeck- schicht oberhalb jedes Ableitbandes vorgeschlagen. Dadurch sollen die einfallenden Sonnenstrahlen so umgelenkt werden, dass diese möglichst nicht auf das jeweilige Ableitband auftreffen.
Ein Verfahren zum Herstellen von Bandsolarzellen auf der Basis von einseitig mit CIS- (Kupfer/Indium/Diselenid) und seinen Homologen beschichten Kupferbändern und eine dafür geeignete apparative Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-C2-196 34 580 bekannt.
Dünnschichtsolarzellen auf der Basis der Ib/IIIa/VIa-Verbindungshalbleiter sowie Verfahren zum Herstellen derartiger Dünnschichtsolarzellen sind in den deutschen Patentanmeldungen DE-A-199 21 514 sowie DE-A-199 21 515 beschrieben.
Ein Photovoltaikmodul ist aus der US-A-5 457 057 bekannt. Bei diesem Modul ist eine Anzahl einzelner Platten elektrisch derart miteinander verbunden, dass eine für den jeweiligen Anwendungsfall gewünschte Spannung und der erforderliche Strom bereitgestellt wird. Die Platten sind miteinander serienverschaltet, um die erzeugte Spannung zu erhöhen. Es ist ferner in dieser Schrift allgemein erwähnt, dass in einigen Fällen Gruppen serienverschalteter Platten parallel miteinander verbunden werden können, um die geforderten Leistungsanforderungen bei vorgegebener Span- nung zu erfüllen. Auch in diesem Fall befinden sich sogenannte Ableitdrähte in bzw. auf der obersten Deckschicht jeder Platte.
Aus der DE-A-100 20 784 ist ein Photovoltaikmodul bekannt, bei dem zum Parallel¬ verschalten mehrerer Gruppen serienverschalteter Solarzellen einerseits die elektrisch leitenden Rückelektroden einer ersten Solarzelle jeder Gruppe und andererseits die elektrisch leitenden Rückelektroden der letzten Solarzelle jeder Gruppe elektrisch miteinander verbunden sind.
Dabei bildet jede Gruppe einen Strang mehrerer, seriell zueinander angeordneter, bandförmiger Solarzellen. Einander benachbarte Solarzellen sich hier gegenseitig überlappend so angeordnet, dass die Rückelektrode der einen Solarzelle die Deckelektrode der benachbarten anderen Solarzelle kontaktiert, wobei die Solarzellen eben ausgebildet und jeweils zur Horizontalen geneigt angeordnet sind. Die Rückelektroden der jeweils ersten Solarzelle jeder Gruppe und die Rückelektroden der jeweils letzten Solarzelle jeder Gruppe sind jeweils mittels eines Ableitbandes miteinander verbunden, wobei jedes Ableitband senkrecht zu den überlappend serienver- schalteten Solarzellen jeder Gruppe angeordnet ist. Jedes Ableitband verläuft quer über die Rückelektroden jeder Gruppe, wobei das eine Ableitband nahe dem einen Ende der Rückelektroden und das andere Ableitband nahe dem gegenüberliegenden, anderen Ende der Rückelektroden angeordnet ist und sich jeweils zwischen dem einen Ableitband und den Rückelektroden jeder Gruppe ausgenommen der Rückelektrode der jeweils ersten Solarzelle sowie zwischen dem anderen Ableitband und den Rückelektroden jeder Gruppe ausgenommen der Rückelektrode der jeweils letzten Solarzelle eine elektrische Isolierschicht befindet. Zwischen den Ableitbändern und den Rückelektroden der Solarzellen ist ausgenommen im Kontaktbereich der Ableitbänder mit den jeweils ersten bzw. letzten Solarzellen eine Heißschmelzschicht vorgesehen. Die mehreren Gruppen sind allseits in einen wärmeaktivierbaren Kunststoff eingebettet.
Die DE-A-10 101 770 zeigt ein Solarmodul, bei dem die Frontseite aus transparentem Polyurethan besteht.
Die DE 202 20 444 Ul zeigt ein thermoplastisches aliphatisches Polyurethan, das als das einbettende Material für Solarzellen in der Schicht eines photovoltaischen Moduls verwendet wird.
Die DE-A-10 2008 046 327 zeigt eine Anordnung mehrerer Produktionsvorrichtungen als Produktionslinie zur Verarbeitung bzw. Herstellung von Solarzellen zu einem Modul. Eine Produktionsvorrichtung ist vorgesehen zur Vorkonfektionierung der Solarzellen durch Anbringen von Kontaktdrähten oder Blättchen, auf den Vorder- und Rückseiten der Solarzellen. Eine Produktionsvorrichtung ist zum Auflegen der vorkonfektionierten Solarzellen auf einen Träger vorgesehen. Eine Produktionsvorrichtung ist vorgesehen, um den Träger oder die Träger bereitzustellen. Eine Produktionsvorrichtung ist vorgesehen, um auf den Träger Querkontaktdrahte daran anzubringen. Eine Produktionsvorrichtung ist vorgesehen, um die Querverschaltung der vorkonfektionierten Solarzellen an den Querkontakten vorzunehmen. Eine Produktionsvorrichtung ist vorgesehen, um die Längsverschaltung der Solarzellen durchzuführen. Dies wird durch Verbinden der Kontaktdrähte mit jeweils einer benachbarten Solarzelle durchgeführt. Eine Produktionsvorrichtung dient dazu, die an dem Träger befindlichen Solarzellen an ein Trägerglas anzulegen. Die Produktionsvorrichtungen sind entlang einer Linie angeordnet.
Die DE-A-10 2008 020 458 zeigt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Solarzellenstrings, bei dem mindestens zwei Solarzellen mit Zellverbindern versehen werden. Die Zellverbinder verlaufen jeweils entlang einer Oberseite einer ersten Solarzelle und einer Unterseite einer benachbarten Solarzelle und verbinden jeweils zwei benachbarte Solarzellen elektrisch. Die Zellverbinder werden auf die Solarzellen kontinuierlich aufgebracht. Die Zellen werden nachfolgend miteinander ebenfalls kontinuierlich verlötet. Dabei sind die Geschwindigkeiten der beiden Abläufe "Aufbringen der Zellverbinder" und "Verlöten der Zellen" so aufeinander abgestimmt, dass insgesamt eine kontinuierliche Produktion der Solarzellenstrings erfolgt.
Aus der US-A-2007 00 659 62 ist ein Verfahren zum Herstellen von Solarmodulen aus mehreren Solarzellen bekannt. Eine Seite der Solarzellen ist an einer ersten Kante als erster Pol ausgestaltet und an einer zweiten Kante als zweiter Pol ausgestaltet. Diese Zellen werden auf eine erste Folienbahn so umgesetzt, dass eine erste Solarzelle mit ihrer ersten, den ersten Pol bildenden Kante in direkte Nähe zu einer zweiten, den zweiten Pol bildenden Kante einer Solarzelle positioniert wird. Elektrisch leitende Kontaktstreifen werden auf die ersten und zweiten Pole der Solarzellen in Längs- und Querrichtung angebracht um die Solarzellen seriell und/oder parallel elektrisch miteinander zu verschalten.
Aus der EP-A-0 111 394 ist ein Mehrschichtenstreifen von großflächigen Solarzellen und Verfahren zur Erzeugung dieses Mehrschichtenstreifens bekannt.
Probleme der vorstehend genannten und anderer Techniken sind unter anderem, dass sie aufwendige Maschinen erfordern oder darstellen, die damit herzustellenden Solarmodule nicht immer die geforderte Stabilität und Funktionssicherheit haben und auch ihre elektrischen Verbindungen nicht zuverlässig genug sind. So rufen einige der Montagetechniken einen zu großen thermischen Stress beim Verlöten der Solarzellen hervor. Aufgrund der auftretenden Temperaturdifferenzen zwischen der heißen Lötstelle und der kühleren Umgebung können die Solarzellen zur Rissbildung neigen. Bei anderen Modulen kann es vorkommen, dass die die Leiterbahnen oder Emitter bildende Metallpaste keinen festen Zusammenhalt bietet. Auf ein Solarmodul im tages- oder jahreszeitlichen Zyklus wirkende Wind- und Schneelasten können dann die Emitter brechen. Dies trennt viele der Solarzellen aus dem elektrischen Verbund des Solarmoduls und reduziert dessen abgegebene elektrische Leistung. Bei Dünnschichtmodulen kann die interne elektrische Zellenverschaltung leicht defekt werden; zum Beispiel können die Module mit Kupferbändchen verbunden sein, die mit einem nicht ausreichend ausgehärteten leitfähigen Kleber angebracht sind. Damit steigt der Leitungswiderstand der Solarmodule erheblich und ihre Leistungsfähigkeit sinkt. Zuorunde liegende Aufgabe
Die Aufgabe besteht nun darin, ein kostengünstiges, schnelles Verfahren zur Lamination und ein effektives Verfahren zur Herstellen von flexiblen Solarzellen bereitzustellen um eine kosteneffiziente Erzeugung von Solarstrom zu ermöglichen, bei dem die Herstellkosten gegenüber bisherigen Lösungen geringer und die Haltbarkeit der Solarmodule gegenüber bisherigen Lösungen verbessert ist.
Vorgeschlagene Lösung
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Manche der nachfolgenden Merkmale werden nur für die Anordnung oder nur für das Verfahren genannt. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Anordnung als auch für das Verfahren gelten können.
Ein hier vorgestelltes Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Solarmodulen kann folgende Schritten haben: Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Solarmodulen, mit folgenden Schritten: Bereitstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen als getrennte Abschnitte in einem Behälter oder auf einer zu einer Rolle aufgewickelten Bahn, wobei die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit einer ersten Seite auf der Bahn anliegen, wobei jede der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit einem ersten elektrischen Pol und einem zweiten elektrischen Pol ausgestaltet ist, Umsetzen der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen von der Bahn auf eine erste Folienbahn so, dass eine erste flexible Dünnschicht-Solarzelle mit ihrem ersten ersten Pol nahe zum zweiten Pol einer zweiten flexiblen Dünnschicht-Solarzelle positioniert wird, und Aufbringen von elektrisch leitenden Kontaktstreifen auf die ersten und zweiten Pole der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in Längs- und/oder Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn um die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen seriell und/oder parallel elektrisch miteinander zu verschalten, Auflaminieren einer transparenten, flexiblen, zweiten thermoplastischen Folienbahn auf die erste Folienbahn und die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen, um einen aus der ersten und der zweiten Folienbahn und den dazwischen befindlichen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen gebildeten Solarmodulstrang zu bilden, Vereinzeln der Vielzahl von Dünnschicht-Solarmodulen aus dem Solarmodulstrang, und Eintragen dieser vereinzelten Dünnschicht-Solarmodule in eine Vernetzungsstation.
Die zweite Folienbahn (und ggf. auch die Folienbahn, auf welche die zweite Folienbahn aufzubringen ist) kann auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 60 °C bis etwa 110 °C gebracht werden und ggf. mit einem Druck auf die erste Folienbahn und die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mittels Rollenlaminator auflaminiert werden. Dieser Temperaturbereich liegt signifikant unterhalb der Vernetzungstemperatur der ersten und/oder der zweiten Folienbahn. Bei diesem Temperaturbereich von etwa 60 °C bis etwa 110 °C werden die Folienbahnen nur gegeneinander unverschieblich aneinander angeheftet, also zueinander fixiert, ohne dass sie vernetzen.
Dazu dient ein vorzugsweise ein Rollenlaminator mit mindestens einem Rollenpaar aus gegenläufigen, ggf. beheizbaren Walzen. Zwischen den Walzen wird der Stapel aus erster Folienbahn mit den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und der zweite Folienbahn hindurchgefördert. Die gegenläufigen Walzen drehen sich mit einer definierten Geschwindigkeit und mit einem definierten Druck und pressen einen Verbund aus der zweiten Folienbahn, der ersten Folienbahn und den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen bei einer definierten Temperatur aufeinander. Dabei kann dem / jedem Rollenlaminator aufstromseitig auch noch eine Vorheizzone zum Beispiel mit Infrarotstrahlern oder dergl. zugeordnet sein, mit der die zu laminierenden Folienbahnen auf das gewünschte Temperaturniveau gebracht werden. Sofern auch die Rollen des sich an die Vorheizzone anschließenden Rollenlaminators beheizt sind, kann die Vorheizzone auch nur einen ersten Erwärmungsschritt bewirken.
Als die erste und/oder die zweite Folienbahn kann eine thermoplastische Polyurethanfolie verwendet werden. Es sind jedoch auch andere Folienbahnen einsetzbar, die ebenfalls einen höheren Schmelzpunkt als EVA haben und/oder nicht vernetzt werden müssen. EVA (Ethyl-Vinylacetat)-Folien dienen auch zur Verklebung des gesamten Modulverbundes. Zum Beispiel schmilzt EVA auf bei einer Erwärmung auf etwa 150 °C, fließt auch in die Zwischenräume der elektrisch verbundenen Solarzellen und wird thermisch vernetzt.
Vorzugsweise sind die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in die Folienbahnen aus zum Beispiel EVA eingebettet, das erst bei Temperaturen um ca. 150 °C (=Vernetzungs- temperatur von EVA) aufschmilzt, glasklar wird und dann dreidimensional vernetzt. Erst nach dem Abkühlen von der Vernetzungstemperatur zum Beispiel auf Raumtemperatur liegt ein dauerhafter Verbund vor, in dem die Zellen vor Umwelteinflüssen geschützt sind. Eine Bildung von Luftblasen zwischen den Folienbahnen, die zu Sonnenlichtreflexion und damit zu elektrischen Leistungsverlusten führen, wird durch eine Laminierung mit den Rollen mit definiertem Anpressdruck sowie ggf. unter Unterdruck vermieden.
Beim Umsetzen der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auf die erste Folienbahn kann eine Mehrzahl flexibler Dünnschicht-Solarzellen in Längs- und/oder Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordnet werden. So kann sehr flexibel die gewünschte Konfiguration aus serieller und/oder paralleler Verschaltung der einzelnen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen zu einem das Solarmodul bildenden Zellenfeld festgelegt werden.
Die elektrisch leitenden Kontaktstreifen können aus einem oder mehreren, zueinander benachbarten und im wesentlichen in Längsrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordneten Spendern mit Rollen leitender Kontaktstreifen oder Spendern mit elektrisch leitender Paste auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in Längsrichtung der Förderrichtung der ersten Folienbahn aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können die elektrisch leitenden Kontaktstreifen aus wenigstens einem und im wesentlichen in Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordneten Spender mit einer Rolle leitender Kontaktstreifen oder einem Spender mit elektrisch leitender Paste auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in Querrichtung der Förderrichtung der ersten Folienbahn aufgebracht werden. Damit ist es möglich, sehr variabel und effizient die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen seriell und / oder parallel elektrisch miteinander zu verschalten.
Die zweite Folienbahn kann auf die erste Folienbahn und die flexiblen Dünnschicht- Solarzellen mit einem Rollenlaminator auflaminiert werden. Der Rollenlaminator hat mindestens zwei gegenläufige Walzen, die sich mit einer definierten Geschwindigkeit drehen und mit einem definierten Druck einen Verbund aus der zweiten Folienbahn, der ersten Folienbahn und den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen bei einer definierten Temperatur (vorzugsweise unter der Vernetzungstemperatur) aufeinander pressen. Dies erlaubt, beliebig große Solarmodule herzustellen, ohne dass Luftblasen im fertigen Modul auftreten und dadurch die Qualität / elektrische Leistung der Module negativ beeinflusst wird. Die Vorschubgeschwindigkeit, mit der die Folien durch den Rollenlaminator zu dem Verbund verarbeitet werden, beträgt zum Beispiel etwa 0,5 m/min bis etwa 5 m/min.
Die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen können an ihrer photoelektrisch inaktiven (Unterseite auch keine Klebeschicht tragen. Um dennoch eine sichere Positionierung der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auf der ersten Folienbahn sicherzustellen, wird in einer Variante mit einem oder mehreren zusätzlichen Kleberdispensereinrichtun- gen, die in die Gesamtanordnung modular integriert sein können, auf die erste Folienbahn zumindest an den Stellen, an denen anschließend die flexiblen Dünnschicht- Solarzellen abgesetzt werden, eine vorzugsweise isolierende Klebeschicht oder Klebefolie aufgebracht, bevor die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auf die erste Folienbahn aufgebracht werden. Als zweite Folienbahn kann eine Barrierefolie mit Klebeschicht aufgebracht werden. Als Kantenisolierungsmaterial eignen sich elektrische isolierende Bänder, Pasten, wie Polyimid (PI), mit entsprechender Langzeitstabilität und Temperaturfestigkeit.
In die Vernetzungsstation wird der Solarmodulstrang in Stücken eingebracht. Dazu wird der Solarmodulstrang vor dem Einbringen in Abschnitte zerteilt, die jeweils einem oder mehreren Solarmodulen oder Teilen hiervon entsprechen.
Vorteile, weitere Ausgestaltungen und Eigenschaften
Ein wesentlicher Aspekt des vorgestellten Verfahrens ist, dass die hier vorgestellten modularen Rolle - zu - Stapel-Produktionslösungen oder Stapel - zu - Stapel-Produktionslösungen für die fertigen flexiblen Dünnschicht-Solarmodule signifikante Kostenersparnis, sowie Produktions- und Flexibilitätssteigerungen bringen. Hier werden materialabhängige schnelle Laminationsprozesse mit einer effektiven und flexibel an die Spezifikationen anzupassende Verbindung der Solarzellen verknüpft. Erst am Ende der Prozesskette erfolgt das Vernetzen der Folienbahnen bei auf Vernetzungstemperatur erhöhtem Temperaturprofil in der Vernetzungsstation. Dies erlaubt eine kundenorientierte, schnell adaptierbare Konfektion hinsichtlich Länge und Breite sowohl der einzelnen Solarzellen als auch hinsichtlich Länge und Breite der fertigen Solarmodule. Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist, dass eine das Verfahren ausführende Vorrichtung gegenüber bekannten Anordnungen einen sehr viel kompakteren Formfaktor erlaubt. Somit ist es möglich, mehr Produktionsanlagen pro Fläche aufzustellen. Mit dem kompakteren Formfaktor der Vorrichtung einher gehen auch erheblich verkürzte Durchlaufzeiten der Solarzellen, sowie geringer mechanischer und thermischer Stress der einzelnen Solarzellen und der fertigen Solarmodule.
Die zweite Bahnfolie kann eine hohe Transparenz im Bereich von etwa 350 nm bis etwa 1150 nm Lichtwellenlänge haben, sowie eine gute Haftung auf der flexiblen Dünnschicht-Solarzelle, dem Rückseitenkontakt der Solarzelle, den Vorderseitenkontakten und einer etwaigen Antireflexschicht der Solarzelle. Die zweite Bahnfolie kann aus einer oder mehreren Folien gebildet sein.
Die zweite Bahnfolie dient auch dazu, die Spannungen ausgleichen, die durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Kunststoff und Silizium, oder der sonstigen photoelektrisch aktiven Beschichtung wie beispielsweise CIS, CIGS etc. entstehen. Die zweite Bahnfolie sollte einen Schmelzpunkt unterhalb der Schmelztemperatur der elektrisch-/mechanischen Verbindungen bzw. der Kontaktkleber der Solarzellen, typischerweise unter etwa 150 °C haben. Die Klebefolie sollte außerdem einen hohen elektrischen Widerstand, geringe Wasseraufnahme, hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlung und thermische Oxidation aufweisen und einfach verarbeitbar sein. CIGS steht für Cu(In,Ga)(S,Se)2 und ist eine Abkürzung für die verwendeten Elemente Kupfer, Indium, Gallium, Schwefel und Selen (engl. Copper, Indium, Gallium, Sulfur, and Selenium). Die wichtigsten Beispiele sind Cu(In,Ga)Se2 (Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid) oder CuInS2 (Kupfer-Indium-Disulfid).
Nur während der Prozess-Sch ritte, in denen der Folienverbund lagenweise zusammengeführt und mit den Rollenlaminatoren aneinander geheftet wird, wirkt auf den Folienverbund Temperatur (deutlich unterhalb der Vernetzungstemperatur aber auch erheblich über Raumtemperatur) und Druck. In der Vernetzungsstation wirkt auf den Folienverbund Wärmeenergie (Temperatur) im Bereich der Vernetzungstemperatur der Folienbahn(en), aber kein vom Umgebungsdruck abweichender Druck mehr.
Kurze Zeichnunasbeschreibung
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Dabei bilden alle im Text oder den Zeichnungen offenbarten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombi- nation den offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Für einen Fachmann zeigen die in den Fig. und deren Beschreibung enthaltene Gesamtoffenbarung einschließlich ihrer Details und Varianten mögliche Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmoduls mit flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und eines Solarmodul mit flexiblen Dünnschicht-Solarzellen.
Fig. l zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung und das zugehörige Verfahren für das Bereitstellen von vereinzelten flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auf einer oder mehreren zu einer Rolle aufgewickelten Bahn.
Fig. 2a zeigt eine perspektivische schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Konfektionieren der Solarzellen von den Ausgangsbändern in Solarmodule.
Fig. 2b zeigt eine perspektivische schematische Ansicht einer im Eingangsbereich der Vorrichtung befindlichen Aufnehm- und Absetzeinheit um einzelne flexiblen Dünnschicht-Solarzellen aufzunehmen und umzusetzen.
Fig. 3a veranschaulicht schematisch, wie einzelne flexiblen Dünnschicht-Solarzellen so auf eine erste Folienbahn Fl umgesetzt werden, dass eine zweite Dünnschicht- Solarzelle mit einem Kantenbereich ihrer ersten Seite in elektrischen Kontakt mit einer als zweiter Pol ausgestalteten Kante einer zweiten Seite einer ersten flexiblen Dünnschicht-Solarzelle kommt.
Fig. 3b veranschaulicht schematisch, wie einzelne flexible Dünnschicht-Solarzellen so auf eine erste Folienbahn Fl umgesetzt werden, dass zweite flexible Dünnschicht- Solarzellen durch einen Kontaktstreifen kontaktiert werden.
Fig. 4 veranschaulicht schematisch eine Variante, bei der flexible Dünnschicht- Solarzellen, bei denen sowohl der Pluspol als auch der Minuspol jeweils an einer entgegengesetzten Kante der Oberseite der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen angeordnet sind.
Fig. 5 veranschaulicht schematisch, wie die zweite Folienbahn auf die erste Folienbahn und die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit einem Rollenlaminator laminiert wird.
Fig. 6 veranschaulicht schematisch eine Lösungsvariante zur Vorbereitung der Verbindung der Plus- und Minusanschlüsse des verschalteten Solarmoduls mit einer Anschlussdose.
Fig. 7 veranschaulicht schematisch eine Aufwickelstation für den aus flexiblen Dünnschicht-Solarzellen gebildeten Solarmodulstrang auf eine zweite Rolle.
Fig. 8 veranschaulicht schematisch eine Variante, bei der Solarmodule aus einem mehrlagigen, zum Beispiel vierlagigen Folienbahnaufbau mit flexiblen Dünnschicht- Solarzellen gebildet werden.
Fig. 9 veranschaulicht schematisch eine Variante, bei der Isoliermaterial die Kantenbereiche der Solarzellen zu den Kontaktstreifen isoliert.
Fig. 10 veranschaulicht, wie jeweils ein Spender der Spenderanordnung im Bereich einer Längskante der ersten Folienbahn Abdichtungsmaterial auf die erste Folienbahn aufbringt. Fig. 11 veranschaulicht einen perspektivischen schematischen Aufbau einer Vernetzungsstation.
Fig. 12 veranschaulicht einen perspektivischen schematischen Aufbau eines Solarpanels.
Fig. 13 veranschaulicht einen schematischen Querschnitt durch ein Solarpanel mit einer von der Basisschicht her montierten Anschlussdose.
Fig. 14 veranschaulicht einen schematischen Querschnitt durch ein Solarpanel mit einer von der Barriereschicht her montierten Anschlussdose.
Detaillierte Beschreibung von Ausführunqsvarianten
Ein Verfahren zur Herstellung von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auf einer zu einer Rolle aufgewickelten Bahn ist in Fig. 1 in einer schematischen Darstellung gezeigt, wobei die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit einer ersten Seite auf der Bahn haften. Im Einzelnen sind die Schritte mit Sl ... Sil bezeichnet und nachstehend erläutert.
Bei Sl erfolgt ein Einspeisen des Absorbermaterials von einer Rolle auf einen Ver- /Bearbeitungstisch. Bei S2 erfolgt ein Freistellen einzelner Zellen aus dem Absorbermaterial durch Ritzen von Kanten und Kontaktstrukturen auf den einzelnen Zellen. Bei S3 erfolgt ein Drucken von elektrischen Zellenkontakten mit lichtaushärtbarer oder thermisch aushärtbarer Leitpaste. Bei S4 erfolgt das Aushärten der Zellenkontakte durch UV-Licht und / oder durch einen Ofen. Bei S5 wird ein Transferklebeband zu der Unterseite des Absorbermaterials zugeführt, das bei S6 auf die Unterseite des Absorbermaterials laminiert wird. Bei S7 erfolgt ein Vereinzeln der Zellen durch Stanzen oder Schneiden. Bei S8 erfolgt ein Lichttest jeder einzelnen Zelle, wobei mit elektrischen Tast-Kontaktierungen die Anschlussdaten (Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom, etc.) jeder einzelnen Zelle festgestellt und in einem nicht weiter veranschaulichten Prüf- / Dokumentationsrechner abgelegt werden. Bei S9 wird die Folie wieder auf eine Rolle aufgerollt, wobei vorher ein Sortieren / Umsetzen der vereinzelten, klebenden Zellen auf Ausgangsbahnen stattfindet. Dieses Umsetzen der Solarzellen erlaubt gleichzeitig ihr Eingruppieren (Binning) in Abhängigkeit ihrer festgestellten Anschlussdaten auf einzelne die Ausgangsbahnen der Rollenbahnen Bl, B2, ... Bn. Diese Ausgangsbahnen der Rollenbahnen Bl, B2, ... Bn werden bei S10 zugeführt und bei Sil wieder aufgewickelt. Die weitere Verarbeitung ist weiter unten zum Beispiel im Zusammenhang mit Fig. 8 ff. erläutert.
Fig. 2a zeigt eine Vorrichtung 10 zum Konfektionieren der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen von den Ausgangsbändern in Solarmodule, die in einen Solarmodulstrang eingebettet sind. Die erste Seite (hier die im Betrieb von der Energie spendenden Lichtquelle abgewandte Seite, also die Unterseite) jeder flexiblen Dünnschicht-Solarzelle SZ hat zumindest abschnittsweise eine Metallschicht. Diese Metallschicht ist als Pluspol ausgestaltet. Die von der ersten Folie abweisende, zweite Seite der flexiblen Dünnschicht-Solarzelle (hier die im Betrieb der Energie spendenden Lichtquelle zu- gewandte Seite, also die Oberseite) hat eine Kante, die als Minuspol ausgestaltet ist. In einem Eingangsbereich 12 der Vorrichtung 10 werden in einer Aufnehm- und Absetzeinheit 14 einzelne flexiblen Dünnschicht-Solarzellen SZ aufgenommen und umgesetzt, siehe Fig. 2b. Dies geschieht mit einem abrollbaren und in X -, Y -, und Z - Richtung verfahrbaren Aufnehm- und Absetzkopf 14a. Der Kopf 14a hat an seiner den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen SZ zugewandten, gekrümmten Oberfläche 14b eine Vielzahl von kleinen Öffnungen, die mit einer Unterdruckquelle (Vakuum) in Strömungsverbindung stehen. Wenn dieser Aufnehm- und Absetzkopf 14a mit einer Querkante ( in Fig. 2b links) auf eine flexible Dünnschicht-Solarzelle SZ abgesenkt wird und dann über die flexible Dünnschicht-Solarzelle SZ abgerollt wird, kann diese von der Ausgangsbahn flächig und schonend mit Unterdruck aufgenommen und festgehalten werden. Anschließend wird der Kopf 14a angehoben, verfahren und die einzelne flexible Dünnschicht-Solarzelle SZ so auf eine von einer Rolle kommende erste Folienbahn Fl so umgesetzt (positioniert, abgesenkt und der Unterdruck abgeschaltet), dass eine zweite Dünnschicht-Solarzelle mit zumindest einem Kantenbereich ihrer ersten Seite in elektrischen Kontakt mit einer als zweiter Pol ausgestalteten Kante einer zweiten Seite einer ersten flexiblen Dünnschicht-Solarzelle kommt. Dieser Vorgang ist im Einzelnen auch in Fig. 3a näher veranschaulicht. Der Kopf 14a kann auch so gestaltet sein, dass er sich nach dem Aufnehmen einer flexiblen Dünnschicht-Solarzelle um seine eigene Hochachse (Z - Achse) rotieren kann. So können die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen beim Absetzen auch unterschiedlich zueinander orientiert werden, zum Beispiel um sie in Reihenschaltung miteinander zu verbinden. Bei einer anderen Variante der Vorrichtung 10 wird in dem Eingangsbereich 12 der Vorrichtung 10 mit einer Aufnehm- und Absetzeinheit 14 einzelne flexible Dünnschicht-Solarzellen SZ von den Ausgangsbahnen so auf eine von einer Rolle kommende erste Folienbahn Fl so umgesetzt, dass sie mit übereinstimmender Orientierung dicht nebeneinander positioniert sind. Wie in Fig. 3b dargestellt, wird dabei zuerst eine erste flexible Dünnschicht-Solarzelle SZ1 abgesetzt, Anschließend wird aus einem (nachstehend noch im Detail erläuterten) Spender 16 ein elektrisch leitender Kontaktstreifen KL1 auf den Minuspol der ersten flexiblen Dünnschicht-Solarzelle SZ1 aufgetragen, so dass der Kontaktstreifen KL1 über den elektrischen Kontakt (Minuspol) der ersten flexiblen Dünnschicht-Solarzelle SZ1 hinausragt und auf die erste Folienbahn Fl reicht. Der elektrisch leitende Kontaktstreifen KL1 erstreckt sich dort so weit, dass eine zweite flexiblen Dünnschicht-Solarzelle SZ2 nach deren Absetzen durch die Aufnehm- und Absetzeinheit 14 in elektrischen Kontakt mit ihrer als zweiter Pol (Pluspol) ausgestalteten Unterseite kommt. Dieser Vorgang ist im Einzelnen auch in Fig. 3b für weitere Dünnschicht-Solarzellen SZ3, SZ5 und elektrisch leitende Kontaktstreifen KL2 und KL3 näher veranschaulicht.
In einer weiteren Variante der Vorrichtung 10 geht der Verarbeitungsprozess von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen aus, bei denen sowohl der Pluspol (+) als auch der Minuspol (-) jeweils an einer entgegengesetzten Kante der Oberseite der flexiblen Dünnschicht-Solar-zellen angeordnet sind. In diesem Fall erfolgt das Umsetzen der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen von einem der Ausgangsbänder auf die erste Folienbahn Fl so, dass eine erste flexible Dünnschicht-Solarzelle mit zumindest ihrer ersten, den ersten Pol bildenden Kante in direkte Nähe zu einer zweiten, den zweiten Pol bildenden Kante einer zweiten flexiblen Dünnschicht-Solarzelle positioniert wird. Dieser Vorgang ist im Einzelnen auch in Fig. 4 näher veranschaulicht.
In einem Kontaktierungsbereich 14 der Vorrichtung 10 werden elektrisch leitende Kontaktstreifen KL aus einem oder mehreren, zueinander benachbarten und im wesentlichen in Längsrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn Fl angeordneten Spendern 16 mit Rollen leitender Kontaktstreifen die flexiblen Dünnschicht- Solarzellen in Längsrichtung der Förderrichtung der ersten Folienbahn aufgebracht. Außerdem werden elektrisch leitende Kontaktstreifen aus einem im wesentlichen in Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn Fl angeordneten Spender 18 mit einer Rolle leitendem Kontaktstreifen KQ auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in Querrichtung der Förderrichtung der ersten Folienbahn aufgebracht. Damit werden die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verschaltet. Anstelle der Spender 16, 18 für die Rollen leitender Kontaktstreifen KL, KQ können auch Spender bzw. Dispensereinrichtungen mit elektrisch leitender Paste vorgesehen sein, mit denen die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen seriell und / oder parallel elektrisch miteinander verschaltet werden. In einer anschließenden Heizstation HZ werden die längs und / oder quer verlaufenden Verdrahtungsbahnen aus den Kontaktstreifen miteinander verbacken, so dass eine thermisch und mechanisch belastbare Verdrahtung der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen entsteht.
Das Ergebnis des seriell und / oder parallel elektrisch miteinander Verschaltens der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen ist ebenfalls in Fig. 4 veranschaulicht.
In einer Laminierstation 20 erfolgt ein Laminieren einer zweiten Folienbahn F2 auf die erste Folienbahn Fl und die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen SZ. Diese zweite Folienbahn F2 ist thermoplastisch, transparent, flexibel und gegenüber Ultraviolettlicht sehr beständig.
Die zweite Folienbahn F2 wird auf die erste Folienbahn Fl und die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen SZ mit einem Rolleniaminator RL auflaminiert. Der Rollenlaminator RL hat mindestens ein Rollenpaar aus zwei gegenläufigen Walzen Wl, W2 zwischen die der Stapel aus erster Folienbahn Fl mit den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und der zweite Folienbahn F2 hindurchgefördert wird. Die gegenläufigen Walzen Wl, W2 drehen sich mit einer definierten Geschwindigkeit und pressen mit einem definierten Druck einen Verbund aus der zweiten Folienbahn, der ersten Folienbahn und den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen bei einer definierten Temperatur aufeinander. So gehen die einzelnen Komponenten des Verbundes eine stoffschlüssige, möglichst blasenfreie und innige Verbindung miteinander ein, bei der die beiden aneinander anhaftenden Folienbahnen nicht mehr zueinander verschiebbar oder verrutschbar sind. Dies ist beispielhaft in Fig. 5 veranschaulicht. Der in Fig. 5 veranschaulichte Rollenlaminator RL hat ein oder mehrere, aus Walzen gebildete Rollenpaare Wl, W2; Wl', W2' um eine selbstklebende Deckfolie DF auf die Folienbahn Fl zu laminieren. Alter- nativ dazu kann eine Folie FA ohne Haftschicht durch eine Kleberauftragsstation KAS gefördert werden um sie dann auf die Folienbahn Fl zu laminieren. Der in Fig. 5 veranschaulichte Rollenlaminator RL ist dazu geeignet, alle hier beschriebenen Prozessschritte auszuführen, bei denen eine Folien- oder Materialbahn auf eine andere Folie oder einen bereits aus mehreren Schichten gebildeten Folienverbund aufzubringen ist. Dem / jedem Rollenlaminator ist in einer Variante auch noch eine Heizzone zugeordnet, mit der die zu laminierenden Folienbahnen vor dem Laminieren auf das gewünschte Temperaturniveau, zum Beispiel unterhalb der Vernetzungstemperatur gebracht werden. Sofern auch die Rollen des anschließenden Rollenlaminators beheizt sind, kann die Heizzone auch nur einen ersten Erwärmungsschritt in Richtung der Erweichungs- oder der Vernetzungstemperatur bewirken.
In einer Kontaktierstation 22 kann der Plus- und Minusanschluss PM der verschalteten Solarzellen von der zu bestrahlenden Seite abliegenden Seite her (durch eine Öffnung in der Rückseitenfolie hindurch) kontaktiert werden - Siehe Fig. 6 - und in einer nachfolgenden Teststation 24 mit einer sonnenlichtähnlichen Beleuchtung ein erster Funktionstest der soweit fertig gestellten Anordnung, dem Pre-Laminat, ausgeführt werden kann.
In Fig. 8 ist eine weitere Variante des Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung sowie der sich demzufolge ergebenen Solarmodulanordnung veranschaulicht. Sofern die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen SZ nicht selbstklebend ausgestaltet sind, also an ihrer photoelektrisch inaktiven (Unter-)Seite keine Klebeschicht tragen, kann gemäß dieser Variante in Fig. 8 auf die erste Folienbahn Fl (Substratfolie) eine Klebefolie aus TPU (TPU = Thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis) oder EVA mittels Rollenlaminierung aufgebracht werden. Anschließend werden die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen aufgebracht und (seriell und/oder parallel) verschaltet. Eine nachfolgend mittels Rollenlaminierung aufgebrachte Laminierfolie 2 kann eine Barrie- refolie mit Klebeschicht oder eine reine Klebefolie wie die Laminierfolie 1 sein. In diesem Fall wird jedoch zusätzlich auch eine Barrierefolie mittels Rollenlaminierung aufgebracht (= Laminierfolie 3). Die übrigen Schritte (Testen, Absetzen der fertigen Solarmodule etc.) unterscheiden sich von den oben beschriebenen Varianten nicht. Bei der in Fig. 8 gezeigten Variante werden in einen Eingangsbereich einer stufenweise arbeitenden Vernetzungsstation noch nicht vernetzte Solarmodul-Verbünde abgesetzt und in die Vernetzungsstation eingetragen. Diese hier gezeigte Vernetzungsstation arbeitet stufenweise und wird durch eine nicht weiter gezeigte Prozess-Steuerein- richtung darauf eingestellt, ihm zugeführte Solarmodul-Verbünde jeweils einem definierten Temperaturprofil auszusetzen, bei dem die Folienbahnen zum ersten Mal für die erforderliche Zeitdauer in den Bereich der Vernetzungstemperatur gebracht werden. Weitere Details sind im Zusammenhang mit Fig. 11 weiter unten erläutert.
Um einen elektrischen Kurzschluss der verschalteten Solarzellen zu vermeiden, werden bei einigen Varianten des Verfahrens / der Vorrichtung die Kantenbereiche der Solarzellen zu den Kontaktstreifen isoliert. Dazu dienen ein oder mehrere zusätzliche Isoliermaterialspender, die in die Gesamtanordnung modular integriert sein können, um Isolationsmaterial als Band- oder Pastenmaterial oder als Flüssigklebstoff an die jeweiligen Stellen der Solarzellen zu bringen. Dies ist für eine Variante zur Anordnung und Verschaltung der Solarzellen SZ in Fig. 9 veranschaulicht, kann aber bei Abwandlungen hiervon ebenfalls angewendet werden um Kurzschlüsse der verschalteten Solarzellen zu vermeiden indem deren Kantenbereiche gegenüber den Kontaktstreifen isoliert werden.
Aus einer weiteren Spenderanordnung (siehe Fig. 10) mit wenigstens einem oder mit mehreren längs bzw. quer zur Förderrichtung der Folienbahnen positionierbaren oder verfahrbaren Spendern wird Abdichtungsmaterial auf die erste Folienbahn aufgebracht, bevor die zweite Folienbahn auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und auf die erste Folienbahn z.B. mittels Rollenlaminierung aufgebracht werden. Die Spenderanordnung bringt das Abdichtungsmaterial als einen oder mehrere Stränge oder Streifen SP1, SP2 randseitig zu den zu bildenden einzelnen Solarmodulen auf die erste Folienbahn, die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen eines Solarmoduls einfassend, auf. Als Material für die Randabdichtung eignen sich Butylkautschuk oder ähnlich wasserdichte und dampfdichte Kunststoffmaterialien. In Fig. 10 ist ersichtlich, dass jeweils ein Spender der Spenderanordnung im Bereich einer Längskante der ersten Folienbahn Abdichtungsmaterial auf die erste Folienbahn aufbringt. Ein weiterer Spender der Spenderanordnung ist quer zur Längskante der ersten Folienbahn verfahrbar. Dabei kann dieser Spender für Abdichtungsmaterial unter einem spitzen Winkel zur Förderrichtung der ersten Folienbahn verfahrbar sein und bringt beim sich Bewegen in Abdichtungsmaterial als zwei voneinander beabstandete Stränge SP3, SP4 auf die erste Folienbahn auf, welche die beiden randseitigen Stränge SP1 und SP2 verbinden. Somit bringt die Spenderanordnung das Abdichtungsmaterial als einen oder mehrere Stränge oder Streifen randseitig zu den zu bildenden einzelnen Solarmodulen auf die erste Folienbahn auf.Anschließend wird das Abdichtungsmaterial mittels eines Rollenlaminators, vorzugsweise mit Temperatureinwirkung unterhalb der Vernetzungstemperatur der oder einer der Folienbahnen oder des Abdichtungsmaterials an der oder einer der Folienbahnen angeheftet.
Die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen können auch sogenannte Tandem- oder Tripel- Solarzellen sein. Dies sind Multispektral-Solarzellen, bei der zwei Schichten solarrezeptiver Materialien übereinander liegen, die unterschiedliche Bereiche des Lichtspektrums absorbieren und damit hohe Wirkungsgrade erreichen. Dabei lässt die oben liegende, teiltransparente Solarzelle Licht bestimmter Wellenlängen fast ungehindert durch, so dass dieses von der / den unteren Solarzellen/n aufgenommen werden kann. Tandem-Solarzellen sind in Dünnschicht-Technologie in monolithischen Blöcken hergestellt, die zum Beispiel mit Fresnel-Linsen kombiniert sein können. Um die verschiedenwelligen Photonen in den einzelnen Schichten optimal aufzufangen, werden diese meist aus unterschiedlichen Halbleiter-Materialien hergestellt. In einer Tandem-Solarzelle kann die obere Schicht Galliumarsenid und die untere Schicht Germanium sein. Das Gallliumarsenid absorbiert energiereichere Strahlung, ist aber für wesentliche Anteile energieärmerer Strahlung durchlässig, welche die Germanium- schicht absorbiert. Es ist aber auch eine Kombination unterschiedlicher Siliziumqualitäten möglich, zum Beispiel obere Schicht aus amorphem Silizium und die untere Schicht aus mikrokristallinem Silizium. In einer Tripel-Solarzelle kann die obere Schicht Gallium sein, die Mittelschicht Indium-Arsenid und die untere Schicht Gallium- Indium-Phosphid sein. Im übrigen unterscheiden sich das Verfahren und seine Varianten bzw. die Vorrichtung und ihre Varianten von den vorstehend beschriebenen Verfahren / Vorrichtungen mit einschichtigen Solarzellen nicht.
Auf einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung mit ihren unterschiedlichen Varianten und mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren und seinen unterschiedlichen Varianten ist ein Solarmodul mit folgenden Merkmalen herzustellen: Eine erste, als Substrat dienende Folienbahn trägt eine Vielzahl auf der ersten Folienbahn angeordneten flexiblen Dünnschicht-Solarzellen, die mit einer ersten Seite auf der ersten Folienbahn anliegen. Jeder der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen hat einen elektrischen ersten Pol und einen elektrischen zweiten Pol. Eine erste flexible Dünnschicht- Solarzelle ist mit zumindest ihrem ersten Pol in der Nähe zu einem zweiten Pol einer zweiten flexiblen Dünnschicht-Solarzelle angeordnet ist. Elektrisch leitende Kontaktstreifen verbinden die ersten und die zweiten Pole der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in Längs- und/oder Querrichtung zu einer Kante der ersten Folienbahn seriell und/oder parallel elektrisch miteinander. Eine transparente, flexible zweite thermoplastische Folienbahn ist auf die erste Folienbahn und die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auflaminiert. So wird aus der ersten und der zweiten Folienbahn und den dazwischen befindlichen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen ein Solarmodul gebildet. Die zweite Folienbahn ist eine thermoplastische Folienbahn. Die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen können an ihrer photoelektrisch inaktiven (Unter-)Seite keine Klebeschicht haben und vorzugsweise zwischen der ersten Folienbahn und den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen kann eine Klebefolie angeordnet sein und als die zweite Folienbahn eine Barrierefolie mit Klebeschicht aufgebracht sein. Isoliermaterial kann zwischen Kantenbereichen der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und den elektrisch leitenden Kontaktstreifen angeordnet sein und kann Abdichtungsmaterial zwischen der ersten Folienbahn und der zweiten Folienbahn als ein oder mehrere Stränge oder Streifen randseitig zu den zu bildenden einzelnen Solarmodulen, die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen umgebend, angeordnet sein.
Der in Fig. 11 veranschaulichte perspektivische Aufbau der Vernetzungsstation zeigt einen Eingangsbereich und einen Ausgangsbereich für die flexiblen Dünnschicht- Solarmodule. In der hier veranschaulichten Variante handelt es sich um eine stufenweise arbeitende Vernetzungsstation, der durch eine geeignete Prozess-Steuerein- richtung darauf einzustellen ist, ihm zugeführte, noch nicht vernetzte Solarmodul- Verbünde jeweils einem definierten Temperaturprofil auszusetzen, bei dem die Folienbahnen zum ersten Mal für die erforderliche Zeitdauer in den Bereich der Vernetzungstemperatur gebracht werden. Dazu werden die bis hier her geförderten Solarmodul-Verbünde (Pre-Laminate) auf ein Tablett in die Vernetzungsstation gebracht und dort stufenweise nach oben transportiert. In der Vernetzungsstation befindet sich ein Stapel mit Tabletts, die, wenn sie die oberste Position in dem Stapel der Vernetzungsstation erreicht haben, über den Ausgangsbereich der Vernetzungsstation für die fertig vernetzen Solarmodule ausgeschleust werden. Außerhalb der Vernetzungsstation werden diese Tabletts wieder auf das unterste Niveau des Stapels umgesetzt und das Solarmodul entnommen. Damit arbeitet die Vernetzungsstation nach der Art eines Paternosters und fördert ein Solarmodul z.B. eine Stufe pro Minute bei z.B. 15 Stufen durch den Vernetzungsvorgang.
Fig. 12 veranschaulicht einen perspektivischen schematischen Aufbau eines Solarmoduls mit seinen unterschiedlichen Schichten.
In Fig. 13 ist ein schematischer Querschnitt durch ein Solarmodul mit einer von der Basisschicht her montierten Anschlussdose veranschaulicht. Fig. 14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein ansonsten mit Fig. 13 übereinstimmenden Solarmoduls mit einer von der Barriereschicht her montierten Anschlussdose.
Die vorstehend erläuterten Vorrichtungs- und Verfahrensdetails und ihre Varianten sind im Zusammenhang dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass diese Details und einzelnen Merkmalen auch unabhängig von einander sind und auch frei miteinander kombinierbar sind. Die in den Fig. gezeigten Verhältnisse der einzelnen Teile und Abschnitte hiervon zueinander und deren Abmessungen und Proportionen sind nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr können einzelne Abmessungen und Proportionen auch von den gezeigten abweichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Solarmodulen, mit folgenden Schritten:
• Bereitstellen von flexiblen Dünnschicht-Solarzellen als getrennte Abschnitte in einem Behälter oder auf einer zu einer Rolle aufgewickelten Bahn, wobei die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit einer ersten Seite auf der Bahn anliegen, wobei jede der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit einem ersten elektrischen Pol und einem zweiten elektrischen Pol ausgestaltet ist,
• Umsetzen der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen von der Bahn auf eine erste Folienbahn so, dass eine erste flexible Dünnschicht-Solarzelle mit ihrem ersten ersten Pol nahe zum zweiten Pol einer zweiten flexiblen Dünnschicht-Solarzelle positioniert wird, und
• Aufbringen von elektrisch leitenden Kontaktstreifen auf die ersten und zweiten Pole der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in Längs- und/oder Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn um die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen seriell und/oder parallel elektrisch miteinander zu verschalten,
• Auflaminieren einer transparenten, flexiblen, zweiten thermoplastischen Folienbahn auf die erste Folienbahn und die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen, um einen aus der ersten und der zweiten Folienbahn und den dazwischen befindlichen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen gebildeten Solarmodulstrang zu bilden,
• Vereinzeln der Vielzahl von Dünnschicht-Solarmodulen aus dem Solarmodulstrang, und
• Eintragen dieser vereinzelten Dünnschicht-Solarmodule in eine Vernetzungsstation.
2. Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Solarmodulen, nach Anspruch 1, wobei als Dünnschicht-Solarzellen bereitgestellt werden entweder:
• unverschaltete Dünnschicht-Solarzellen als Einzelzellen, oder
• vorverschaltete Dünnschicht-Solarzellen als seriell verschaltete Anordnung (serieller String),
• vorverschaltete Dünnschicht-Solarzellen als parallel verschaltete Anordnung (paralleler String), oder
• Submodule als seriell und/oder parallel vorverschaltete monolithische Zellen, wobei die Einzelzellen, die seriellen oder die parallelen Anordnungen oder die monolithischen Zellen jeweils mit einer selbstklebenden oder mit einer nicht- klebenden, photoelektrisch inaktiven Rückseite versehen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Folienbahn mit einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich vorzugsweise unterhalb der Vernetzungstemperatur der zweiten Folienbahn auf die erste Folienbahn und den aus den dazwischen befindlichen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen gebildeten Solarmodulstrang, angeheftet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Folienbahn auf die erste Folienbahn und die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit einem Rollenlaminator auflaminiert wird, der mindestens zwei gegenläufigen Walzen aufweist, die sich mit einer definierten Geschwindigkeit drehen und mit einem definierten Druck einen Verbund aus der zweiten Folienbahn, der ersten Folienbahn und den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen bei einer definierten Temperatur vorzugsweise unterhalb der Vemetzungstemperatur der oder einer der Folienbahnen aufeinander pressen.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor der Rollenlaminie- rung ein Vorheizen des Verbundes aus der zweiten Folienbahn, der ersten Folienbahn und den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auf eine definierte Temperatur erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die in die Vernetzungsstation eingetragenen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in der Vernetzungsstation einer für einen vorbestimmten Zeitraum einer Temperatur in einem Bereich ausgesetzt werden, bei dem die Folienbahnen aufschmelzen, transparent werden und vernetzen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrisch leitenden Kontaktstreifen aus einem oder mehreren, zueinander benachbarten und im wesentlichen in Längsrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordneten Spendern mit Rollen leitender Kontaktstreifen oder Spendern mit elektrisch leitender Paste auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in Längsrichtung der Förderrichtung der ersten Folienbahn aufgebracht werden, und/oder bei dem die elektrisch leitenden Kontaktstreifen aus wenigstens einem im wesentlichen in Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordneten Spender mit einer Rolle leitendem Kontaktstreifen oder einem Spender mit elektrisch leitender Paste auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen in Querrichtung der Förderrichtung der ersten Folienbahn aufgebracht werden um die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen seriell und/oder parallel elektrisch miteinander zu verschalten.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die flexiblen
Dünnschicht-Solarzellen an ihrer photoelektrisch inaktiven (Unter-)Seite keine Klebeschicht haben und auf die erste Folienbahn eine Klebefolie aufgebracht wird, bevor die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auf die erste Folienbahn aufgebracht werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als die zweite Folienbahn eine Barrierefolie mit Klebeschicht vorzugsweise durch Rollenlaminie- rung mit Temperatureinwirkung unterhalb der Vernetzungstemperatur der oder einer der Folienbahnen aufgebracht wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als flexible Dünnschicht-Solarzellen Tandem- oder Tri pel-Solarzellen verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus einer Spenderanordnung Isoliermaterial zwischen Kantenbereiche der flexiblen Dünnschicht- Solarzellen und die elektrisch leitenden Kontaktstreifen aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus mindestens einer Spenderanordnung Abdichtungsmaterial auf die erste Folienbahn aufgebracht wird, bevor die zweite Folienbahn auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und die erste Folienbahn aufgebracht werden.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Spenderanordnung das Abdichtungsmaterial als einen oder mehrere Stränge oder Streifen randseitig zu den zu bildenden einzelnen Solarmodulen auf die erste Folienbahn, die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen umgebend, aufbringt.
14. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs mit
• einer Aufnehm- und Absetzeinheit zum Umsetzen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auf eine von einer ersten Rolle kommende erste Folienbahn, um diese flexiblen Dünnschicht-Solarzellen miteinander elektrisch zu verschalten,
• einem Kontaktierungsbereich zum Aufbringen elektrisch leitender Kontaktstreifen aus mehreren, zueinander benachbarten und im wesentlichen in Längsrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordneten Spendern auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und die erste Folienbahn und/oder zum Aufbringen elektrisch leitender Kontaktstreifen aus einem im wesentlichen in Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordneten Spender auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und die erste Folienbahn in Querrichtung der Förderrichtung der ersten Folienbahn,
• einer Laminierstation zum Auflaminieren einer transparenten, flexiblen, thermoplastischen zweiten Folienbahn auf die erste Folienbahn und die flexiblen Dünn¬ schicht-Solarzellen, um einen aus der ersten und der zweiten Folienbahn und den dazwischen befindlichen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen gebildeten Solarmodulstrang zu erhalten,
• einer Kontaktierstation zum Freistellen je eines in der zweiten Folienbahn eingebetteten Plus- und Minusanschlusses der verschalteten Solarzellen aus der zweiten Folienbahn, einer Teststation mit einer sonnenlichtähnlichen Beleuchtung zum Ausführen eines Funktionstestes des soweit fertig gestellten Solarmoduls, und
• einer Vernetzungsstation zum Laminieren einzelner Solarmodule aus dem Solarmodulstrang in einen Absetzbereich nach einem Zerteilen des Solarmodulstrangs in einzelne Abschnitte.
15. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Aufnehm- und Absetzeinheit dazu eingerichtet ist, als Dünnschicht-Solarzellen entweder
• unverschaltete Dünnschicht-Solarzellen als Einzelzellen, oder
• vorverschaltete Dünnschicht-Solarzellen als seriell verschaltete Anordnung (serieller String), oder
• vorverschaltete Dünnschicht-Solarzellen als parallel verschaltete Anordnung (paralleler String), oder
• Submodule als seriell und/oder parallel vorverschaltete monolithische Zellen
bereit zu stellen, wobei
• die Einzelzellen, die seriellen oder parallelen Anordnungen oder die monolithischen Zellen jeweils mit einer selbstklebenden oder mit einer nicht-klebenden, photoelektrisch inaktiven Rückseite versehen sind.
16. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Aufnehm- und Absetzeinheit einen abrollbaren und in X-, Y-, und Z-Richtung verfahrbaren und/oder drehbaren Aufnehm- und Absetzkopf hat, der einzelne flexible Dünnschicht-Solarzellen mit Unterdruck an einer Oberfläche des Kopfes aufnimmt und während des Umsetzens festhält und bei der die Aufnehm- und Absetzeinheit auf die erste Folienbahn eine Mehrzahl flexibler Dünnschicht-Solarzellen in Längs- und/oder Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn anordnet.
17. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Laminierstation einen ersten Rollenlaminator aufweist, der mindestens einem Rollenpaar aus gegenläufigen Walzen aufweist, das den Stapel aus erster Folienbahn mit den flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und der zweite Folienbahn zwischen sich hindurchfördert, wobei sich die Walzen gegenläufigen mit einer definierten Geschwindigkeit drehen und einen Verbund aus der zweiten Folienbahn, der ersten Folienbahn und den flexiblen Dünnschicht- Solarzellen bei einer definierten Temperatur unterhalb der Vernetzungstemperatur der oder einer der Folienbahnen, mit einem definierten Druck aufeinander pressen.
18. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der dem / jedem Rollenlaminator aufstromseitig eine Vorheizzone zu geordnet ist, mit der die zu laminierenden Folienbahnen auf ein gewünschtes Temperaturniveau gebracht werden.
19. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 19, bei der die Laminierstation einen zweiten Rollenlaminator aufweist, um für flexible Dünnschicht-Solarzellen, die an ihrer photoelektrisch inaktiven Seite keine Klebeschicht tragen, auf die erste Folienbahn eine Klebefolie aufgebracht wird, bevor die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen auf die erste Folienbahn, vorzugsweise durch Rollenlaminierung mit Temperatureinwirkung unterhalb der Vernetzungstemperatur einer der Folienbahnen aufgebracht werden.
20. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 20, bei der ein dritter Rollenlaminator vorgesehen ist, um als zweite Folienbahn eine Barrierefolie mit Klebeschicht aufzubringen, vorzugsweise mit Temperatureinwirkung unterhalb der Vernetzungstemperatur der oder einer der Folienbahnen.
21. Vorrichtung zur Hersteilung eines Solarmodulsstrangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 21, bei der eine Spenderanordnung für Streifen oder Bänder aus Isoliermaterial vorgesehen ist, die Kantenbereiche der flexiblen Dünnschicht-Solarzellen gegenüber den elektrisch leitenden Kontaktstreifen isoliert.
22. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 22, wobei die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen Tandem- oder Tripel-Solarzellen sind.
23. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 23, bei der eine Spenderanordnung für Abdichtungsmaterial vorgesehen ist, wobei die Spenderanordnung das Abdichtungsmaterial auf die erste Folienbahn aufbringt, bevor die zweite Folienbahn auf die flexiblen Dünnschicht-Solarzellen und die erste Folienbahn aufgebracht werden.
24. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Spenderanordnung das Abdichtungsmaterial als einen oder mehrere Stränge oder Streifen randseitig zu den zu bildenden einzelnen Solarmodulen auf die erste Folienbahn aufbringt und anschließend ein Rollenlaminator, vorzugsweise mit Temperatureinwirkung unterhalb der Vernetzungstemperatur der oder einer der Folienbahnen oder des Abdichtungsmaterials, das Abdichtungsmaterial an der oder einer der Folienbahnen anheftet.
25. Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulsstrangs nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, bei dem die Vernetzungsstation durch eine Prozess-Steuer- einheit dazu eingerichtet ist, die in ihn eingetragenen flexiblen Dünnschicht-Solarzellen für einen vorbestimmten Zeitraum einer Temperatur in einem Bereich aus- zusetzen, bei dem die Folienbahnen aufschmelzen, transparent werden und vernetzen.
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