DE19804877A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kontaktieren von plattenförmigen Solarzellen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontaktierung von plattenförmigen Solarzellen.

Derzeit werden Solarzellen im Bereich ihrer Flachseiten mit elektrischen Leitern versehen, indem diese Leiter als bandförmiges Material mit einem Ende nahe dem Rand der Solarzelle positioniert werden und dann quer über die Oberfläche der Solarzelle gelegt werden. Dann wird der Leiter mit der Solarzelle verlötet und nach erfolgter Lötung in dem überstehenden Bereich auf eine solche Länge abgeschnitten, daß das überstehende Ende mit einer zweiten Solarzelle verlötet werden kann. Nach der ersten Lötung müssen die Solarzellen mit dem zunächst einseitig aufgebrachten Leiter dann relativ zueinander positioniert und miteinander verlötet werden, um sogenannte Strings zu fertigen. Dieser Vorgang ist bei großen einzelnen Zellen noch vertretbar, da zum Fertigen eines Strings oder eines Moduls nur relativ wenige Lötvorgänge erforderlich sind. Wenn aber eine große Zahl von kleinen Solarzellen miteinander kontaktiert werden sollen, so wird dieses Verfahren unwirtschaftlich.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres und weitestgehend automatisierbares Verfahren zur Kontaktierung von Solarzellen zu Strings zu schaffen.

Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur automatisierten Fertigung von Solarzellenstrings bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Weil bei dem Verfahren zunächst das Ausrichten wenigstens eines bandförmigen Leiters, dann das Erzeugen wenigstens einer Sollbruchstelle in jedem Leiter, das Positionieren des Leiters auf einer ersten Flachseite der Solarzelle, das Verlöten des Leiters mit der Solarzelle, das Abkühlen der Lötverbindung und schließlich das Trennen des Leiters an der Sollbruchstelle vorgesehen ist, kann die Trennstelle im Bereich einer Flachseite einer Solarzelle liegen, so daß mehrere Solarzellen in einem Arbeitsgang mit einem durchgehenden Leiter verbunden werden können und dieser dann ohne Benutzung einer separaten Schneidvorrichtung im Bereich der Flachseiten auf die passende Länge abgetrennt werden kann.

Dabei ist von Vorteil, wenn das Erzeugen der wenigstens einen Sollbruchstellen mittels Stanzen oder Schneiden erfolgt, weil diese Verfahren zuverlässige Sollbruchstellen gewährleisten. Die Sollbruchstelle ist vorteilhaft einem Rand der Flachseite benachbart, so daß ein möglichst großer Flächenbereich der Solarzelle überdeckt und andererseits ein Überstand über den Rand der Solarzelle vermieden wird. Das elektrische Kontaktieren des Leiters mit der Solarzelle ist besonders einfach, wenn vor dem Positionieren des Leiters auf der Solarzelle der Leiter und/oder die Solarzelle mit einer Lötpaste und/oder einem Flußmittel beaufschlagt wird. Für die weitere Verarbeitung ist es dabei besonders einfach, wenn zwischen dem Abkühlen und dem Trennen die der Solarzelle abgewandte Seite des Leiters oder die dem Leiter abgewandte Flachseite der Solarzelle mit einer Lötpaste beaufschlagt wird. Das Beaufschlagen mit Lötpaste erfolgt dabei vorteilhaft mittels Siebdruck oder mittels Dispensor.

Besonders wirtschaftlich wird das Verfahren, wenn das Löten und Trennen für wenigstens zwei in Richtung des ausgerichteten bandförmigen Leiters hintereinander angeordnete Solarzellen im wesentlichen gleichzeitig erfolgt. Schließlich wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter rationalisiert, wann nach dem Trennen des Leiters benachbarte Solarzellen in Längsrichtung des Leiters voneinander entfernt werden, die Solarzellen sodann um eine quer zu dem Leiter und parallel zu der ersten Flachseite liegende Achse gekippt werden, die benachbarten Solarzellen dann einander wieder angenähert werden, bis der von der einen Solarzelle abstehende Teil des Leiters mit der nächsten Solarzelle überlappt und schließlich der an der ersten Flachseite der einen Solarzelle angeordnete Leiter mit einer zweiten Flachseite der benachbarten Solarzelle kontaktiert und vorzugsweise verlötet wird. Auf diese Weise werden zwei oder mehr Solarzellen automatisch und ohne zusätzliche Schneidvorgänge oder Transportvorgänge verbunden.

Weil bei der Vorrichtung zur Fertigung von Solarzellenstrings aus einzelnen plattenförmigen Solarzellen mit Vorrichtungen zum Fördern und Ausrichten wenigstens eines bandförmigen Leiters, mit wenigstens einer Halte- und Positioniervorrichtung für die Solarzellen sowie mit einer Löteinrichtung, außerdem eine Vorrichtung zur Formung einer Sollbruchstelle, in der wenigstens ein Leiter vorgesehen ist, wird das Auftrennen einer Reihe von gemeinsam kontaktierten Solarzellen im Bereich der Sollbruchstelle ohne weitere Werkzeuge ermöglicht. Die Vorrichtung zur Formung einer Sollbruchstelle kann dabei beispielsweise eine Stanze oder eine Prägevorrichtung sein, die die Sollbruchstelle in einfacher Weise in das Leitermaterial einformt.

Die gleichzeitige Fertigung von mehreren Solarzellenstrings wird ermöglicht, wenn die Halte- und Positioniervorrichtung quer zu der Längsrichtung der Leiter mehrere nebeneinander angeordnete Aufnahmen für Solarzellen aufweist. Dabei können die nebeneinander angeordneten Aufnahmen auf einer gemeinsamen Palette vorgesehen sein, die dann mehrere Solarzellen gleichzeitig halten und verfahren kann. In Längsrichtung der Leiter können für eine weitere Rationalisierung des Verfahrens mehrere Paletten vorgesehen sein, wobei die Paletten relativ zueinander in der Längsrichtung verfahrbar angeordnet sind. Schließlich wird die relative Positionierung von einzelnen Solarzellen zueinander besonders einfach gehandhabt, wenn die Paletten um parallele, quer zu den Leitern verlaufende Achsen kippbar sind.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: Eine Draufsicht auf eine schematische Vorrichtung zum Kontaktieren von Solarzellen in drei verschiedenen Arbeitstakten;

Fig. 2: den Ablauf einer Verkettung von drei Solarzellen zu einem Solarzellenstring in einer schematischen Seitenansicht; sowie

Fig. 3: eine Draufsicht auf eine Anzahl von Solarzellen in drei verschiedenen Arbeitsschritten bei der Verkettung zu einem Solarzellenstring.

Die Fig. 1 zeigt nebeneinander drei Betriebszustände einer Vorrichtung 1 zum Fertigen von Solarzellenelementen 2, die aus einer Solarzelle 2 und in diesem Ausführungsbeispiel je zwei Leitern 3 gefertigt sind. Die Vorrichtung umfaßt je eine Lötstation 4 mit einem Feld 5 zur Halterung der Solarzelle 2 während des Lötvorgangs. Weiterhin ist eine jeweils doppelt ausgeführte Stanzvorrichtung 6 vorgesehen, über die der jeweilige elektrische Leiter 3 von einer Vorratsrolle 7 zu dem jeweiligen Lötplatz 5 gefördert wird.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1 beschrieben. Dabei ist die Vorrichtung im linken Arbeitstakt mit I bezeichnet, die Vorrichtung in der mittleren Darstellung ist mit II bezeichnet und die Vorrichtung der rechten Darstellung mit III. Im Arbeitstakt I ist der elektrische Leiter 3 als Band von der Vorratsrolle 7 abgezogen und auf den Lötplatz bis nahe dem oberen Rand gefördert. Darüber liegt eine Solarzelle 2, die plan auf den Leitern 3 aufliegt. Die Leiter 3 sind zuvor punktweise mit einer Lötpaste beaufschlagt worden. Die Halterung 4 ist im Bereich der Lötstation 5 mit einer Glasplatte versehen, auf der die Leiter 3 und die Solarzelle 2 aufliegen. Durch Einwirkung von Infrarotstrahlung von der Unterseite her wird die Solarzelle 2 mit den elektrischen Leitern 3 zunächst kurzzeitig erhitzt und dann wieder abgekühlt. Die Infrarotstrahlung kann dabei die Lötstation 5 nahezu ungehindert passieren. Durch die Einwirkung der Infrarotstrahlung wird der jeweilige Leiter 3 mit der Solarzelle 2 verlötet. Nun wird im Bereich der Stanze 6 das Leiterband jeweils mit einer Sollbruchstelle 10 versehen, beispielsweise in Gestalt einer beidseitigen, V-förmigen Ausstanzung 11. Die Sollbruchstelle 10 ist in der vergrößerten Darstellung oberhalb des Arbeitstaktes I genauer veranschaulicht.

Im Arbeitstakt II wird die Solarzelle 2 mit den damit verlöteten elektrischen Leitern 3 in der Vorderrichtung der elektrischen Leiter von dem Lötplatz 5 entfernt und der elektrische Leiter entsprechend nachgefördert. Die Sollbruchstelle 10 liegt dabei an der Position, die sie gegenüber dem Rand der Solarzelle 2 in der Abb. I eingenommen hat.

Nunmehr wird im Arbeitstakt 111 das Leiterband entweder im Bereich der Stanzvorrichtung 6 oder im Bereich der Vorratsrolle 7 in seiner Förderrichtung blockiert und eine Zugkraft in Förderrichtung auf die Solarzelle 2 ausgeübt. Hierbei reißt das Leiterband 3 im Bereich der Sollbruchstelle definiert ab. Die Solarzelle 2 mit angelöteten und abgelenkten Leiterbändern 3 ist damit vereinzelt und kann weiterverarbeitet werden. In einem weiteren, nicht dargestellten Arbeitstakt wird nun eine neue Solarzelle 2 auf den Lötplatz 5 und die Leiterbahn 3 gelegt. Damit ist der Zustand des Arbeitstaktes I erreicht und das Verfahren beginnt erneut.

Mit der insoweit beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren werden auf einfache Weise Solarzellen mit den entsprechenden elektrischen Leitern versehen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in der Fig. 2 veranschaulicht. Hier wird unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 die jeweilige Solarzelle 2 nach dem Arbeitstakt II nicht von dem durchgehenden Leiterband 3 abgetrennt sondern auf einer Palette 13 abgelegt und weitergefördert. Die Palette 13 kann mit der Halterung 4 identisch sein. So werden durch abwechselndes Stanzen und Löten sowie Fördern gemäß den Arbeitstakten I und II in diesem Ausführungsbeispiel vier Solarzellen 2 mit einem durchgehenden, jedoch mit Sollbruchstellen versehenen Leiterband 3 verlötet. Hierbei liegen die Solarzellen 2 auf jeweils einer einzelnen Palette 13 und sind durch seitliche Halterungen 14 und (nicht sichtbare) Anschläge vor und hinter der Solarzelle in Förderrichtung fixiert. Nachdem vier Solarzellen 2 auf ihren jeweiligen Paletten 13 abgelegt und verlötet sind, wird zunächst das zusammenhängende Band der vier Solarzellen von der übrigen Vorrichtung abgetrennt. Dieser Zustand liegt in der linken Darstellung IV vor.

Sodann werden die Paletten 13 jeweils um den gleichen Betrag voneinander entfernt, so daß die Leiterbahnen 3 im Bereich jeder Sollbruchstelle abreißen. Dieser Vorgang ist in dem Arbeitstakt V veranschaulicht. Es liegen dann jeweils einzelne Solarzellen 2 mit ihren zugehörigen Leitern 3 auf je einer Palette 13 vor, wobei die einzelnen Solarzellen und die elektrischen Leiter sich nicht mehr überlappen.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Paletten 13 nunmehr in eine in der Zeichenebene liegende, quer zu den Leiterbahnen 3 orientierten Achse gekippt und die Paletten 13 dann einander angenähert, wodurch sich die Leiterbahnen 3 jeweils einer Solarzelle 2 auf die Oberseite einer benachbarten Solarzelle legen. Die einzelnen Solarzellen 2 sind dann etwa schindelartig angeordnet. Dieser Zustand ist im Arbeitstakt VI veranschaulicht. Nunmehr kann durch Wärmeeinwirkung von oben, also senkrecht auf die Zeichnungsebene der Fig. 2, das auf der jeweiligen Solarzellenoberfläche liegende Leiterband mit der darunter liegenden Zelle verlötet werden. Nach Abkühlen ist ein durchgehender String von Solarzellen verfügbar, der von den Paletten 13 abgenommen werden kann.

Die Fig. 3 zeigt die Verfahrensschritte der Fig. 2 in einer Seitenansicht. Die Verfahrensschritte gemäß Fig. 2 sind mit denselben römischen Ziffern gekennzeichnet. Von oben nach unten liegt zunächst ein (in diesem Ausführungsbeispiel aus drei Solarzellen 2 bestehendes) Band von Solarzellen mit an der Unterseite aufgelöteten elektrischen Leitern 3 vor. Die Sollbruchstellen liegen unterhalb der jeweiligen Solarzelle 2 und sind mit einem Pfeil in ihrer Lage angedeutet.

Im Verfahrensschritt V sind die Solarzellen 2 mit ihren elektrischen Leitern 3 auseinandergezogen und im Bereich der Sollbruchstellen 10 aufgetrennt. Der Verfahrensschritt Va zeigt die in Fig. 2 nicht ersichtliche Kippung der Solarzellen 2 um eine Querachse, die bei der Darstellung gemäß Fig. 3 senkrecht auf der Zeichenebene steht. Im Verfahrensschritt VI sind die Solarzellen 2 einander angenähert, so daß jeweils ein elektrischer Leiter 3 einer Solarzelle 2 auf der Oberseite der links benachbarten Solarzelle 2 zu liegen kommt. Hier werden die Leiter 3 auf der Oberseite der benachbarten Solarzelle 2 verlötet.

Ein weiterer Verfahrensschritt VII umfaßt die Stauchung des im Verfahrensschritt VI gefertigten Solarzellenstrings, wodurch ein Bereich 15 des jeweiligen Leiterbandes 3 stufenartig zweimal abgewinkelt und so parallel verschoben wird. Die Solarzellen 2 kommen dadurch wieder in eine Lage, in der ihre Oberflächen in einer Ebene angeordnet sind.

Bei einer Weiterentwicklung der dargestellten Vorrichtung und des dargestellten Verfahrens werden mehrere Vorrichtungen nebeneinander angeordnet, so daß eine Anzahl von Solarzellen 2 nebeneinander und gleichzeitig bearbeitet werden können. Außerdem können nahezu beliebig viele Paletten 13 aufeinanderfolgende Solarzellen 2 eines Bandes aufnehmen, so daß ein ganzes Feld von Solarzellen in parallelen Strings gleichzeitig verarbeitet werden kann. Es werden dann simultan Strings gleicher Länge gefertigt.

Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft bei relativ kleinen Zellengrößen, bei denen eine automatische Fertigung mit möglichst geringem Handlingaufwand erzielt werden muß, um eine rentable Produktion zu ermöglichen. Die bezogen auf die Solarzellenfläche relativ zahlreichen Lötungen bei kleinen Zellengrößen sind im herkömmlichen Verfahren nicht rentabel durchführbar. Bei paralleler Fertigung mehrerer Strings können die nebeneinander angeordneten Paletten 13 zum Beispiel einen gemeinsamen Träger haben, so daß jeweils benachbarte Solarzellen zwangsweise simultan bewegt, getrennt und gekippt werden können. Die Paletten können insgesamt aus Glas oder Quarz gefertigt werden, das eine zum Infrarotlöten ausreichende Durchlässigkeit aufweist. Der Auftrag von Lötpaste kann auf verschiedene Weise entweder auf das Band der Leiter 3 oder unmittelbar auf die Oberfläche der Solarzellen 2 aufgebracht werden. Es kann auch bei versilbertem Leiterband lediglich vorgesehen sein, ein Flußmittel zwischen das Leiterband 3 und die Solarzelle 2 zu bringen, um eine zuverlässige Lötung zu gewährleisten.

Claims (15)

1. Verfahren zur Kontaktierung von plattenförmigen Solarzellen (2) auf den Flachseiten, mit folgenden Schritten:
Ausrichten wenigstens eines bandförmigen Leiters (3); Erzeugen jeweils wenigstens einer Sollbruchstelle (10) in jedem Leiter (3);
Positionieren des wenigstens einen Leiters auf einer ersten Flachseite der Solarzelle (2);
Verlöten des Leiters (3) mit der Solarzelle (2);
Abkühlen der Lötverbindung;
Trennen des Leiters (3) an der Sollbruchstelle (10).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen der wenigstens einen Sollbruchstelle (10) mittels Stanzen oder Schneiden erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle (10) einem Rand der Flachseite benachbart ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Positionieren des Leiters (3) auf der Solarzelle (2) der Leiter (3) und/oder die Solarzelle (2) mit einer Lötpaste und/oder einem Flußmittel beaufschlagt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abkühlen und dem Trennen die der Solarzelle (2) abgewandte Seite des Leiters (3) oder die dem Leiter (3) abgewandte Flachseite der Solarzelle (2) mit einer Lötpaste beaufschlagt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Beaufschlagen mittels Siebdruck oder mittels Dispenser erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Löten und Trennen für wenigstens zwei in Richtung des ausgerichteten bandförmigen Leiters (3) hintereinander angeordnete Solarzellen (2) im wesentlichen gleichzeitig erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Trennen des Leiters (3)

• - benachbarte Solarzellen (2) in Längsrichtung des Leiters (3) voneinander entfernt werden, sodann
• - die Solarzellen (2) um eine quer zu dem Leiter (3) und parallel zu der ersten Flachseite liegende Achse gekippt werden;
• - die benachbarten Solarzellen (2) einander angenähert werden, bis der von der einen Solarzelle (2) abstehende Teil des Leiter (3) mit der nächsten Solarzelle (2) überlappt; und schließlich
• - der an der ersten Flachseite der einen Solarzelle (2) angeordnete Leiter (3) mit einer zweiten Flachseite der benachbarten Solarzelle (2) kontaktiert, vorzugsweise verlötet wird.

9. Vorrichtung zur Fertigung von Solarzellenstrings aus einzelnen plattenförmigen Solarzellen (2), mit Vorrichtungen (6, 7) zum Fördern und Ausrichten wenigstens eines bandförmigen Leiters (3), mit wenigstens einer Halte- und Positioniervorrichtung (4, 5) für die Solarzellen (2) sowie mit einer Löteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (6) zur Formung einer Sollbruchstelle (10) in dem wenigstens einen Leiter (3) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (6) zur Formung einer Sollbruchstelle (10) eine Stanze oder eine Prägevorrichtung ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte- und Positioniervorrichtung (4, 5) quer zu der Längsrichtung der Leiter (3) mehrere nebeneinander angeordnete Aufnahmen (13, 14) für Solarzellen (2) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander angeordneten Aufnahmen (13, 14) auf einer gemeinsamen Palette vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung der Leiter (3) mehrere Paletten (13) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Paletten (13) relativ zueinander in der Längsrichtung verfahrbar sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Paletten (13) um parallele, quer zu den Leitern (3) verlaufende Achsen kippbar sind.