專利名稱：彎曲的光電模塊及其制造方法
技術領域：
本發明涉及從平坦的晶體(kristallinen )太陽能電池(Solarzellen ) 出發制造彎曲的(gekruemmt)光電模塊(Photovoltaik-Modul)的方 法。本發明還涉及彎曲的光電模塊以及具有這樣的模塊的太陽能驅動 的(solarbetrieben )光源的立桿(Standpfahl)。
背景技術：
迄今為止，為了制造彎曲的光電模塊，首先使用由聚合物材料或 非晶材料構成的薄膜(Duennschicht)太陽能電池，其中該薄膜太陽 能電池是柔韌的并且允許狹小的(eng)曲率半徑。但是，這種太陽能 電池的效率顯著低于晶體太陽能電池；因此已經進行了多種嘗試，以 借助于晶體太陽能電池構造彎曲的光電模塊。
例如，EP1564816中公開了在單晶或多晶太陽能電池不折斷的情 況下彎曲單晶或多晶太陽能電池，這只允許微小的彎曲。在 WO03/069682A2和WO03/005457A2中公開了厚度小于150fim或 200jim的由晶體太陽能電池構成的彎曲的光電模塊，這在某種程度上 允許更強的彎曲，而不損壞晶體結構，但是仍然還不允許狹小的曲率 半徑。此外，生產非常薄的電池成本很高，并且不適于日常應用。最 后，US4152536A中公開了培制(zuechten )彎曲形狀的晶體作為用于 太陽能電池的原材料，這是成本非常高的方法。
發明內容
本發明的目標是提供一種用于由晶體太陽能電池制造彎曲的光 電模塊的方法，該方法允許狹小的曲率半徑并且可以被經濟地實現。 在根據本發明的第一方面中，通過前面所提到的類型的方法實現
5該目標，該方法的特征在于以下步驟
在可變形的載體層(Traegerschicht )和可變形的覆蓋層 (Deckschicht)之間嵌入背面接點(rueckseitenkontaktierten )型的 至少一個平坦的晶體太陽能電池，以產生疊層(Laminat)，和
在栽體層和覆蓋層變形以及同時太陽能電池斷裂為多個碎片的 情況下，將疊層彎曲為期望的凸面形狀，
其中碎片通過在斷裂處彎曲的背面接點 (Rueckseitenkontaktierung)而4呆持相互連接。
根據本發明的方法的一種可選變體的特征在于以下步驟 在可變形的栽體層和可變形的覆蓋層之間嵌入金屬格柵接點 (drahtgitterkontaktiert)型的至少 一個平坦的晶體太陽能電池，以產 生疊層，和
在載體層和覆蓋層變形以及同時太陽能電池斷裂為多個碎片的 情況下，將疊層彎曲為期望的形狀，
其中碎片通過在斷裂處延伸的(dehend )金屬格柵接點 (Drahtgitterkontaktierung )而寸呆持相互連接。
與迄今已知的方案不同，本發明提出了平坦的晶體太陽能電池的 系統性(systematisch)斷裂，以便產生期望的彎曲。本發明尤其基于 以下認識，即如果在疊層中使用特定類型的太陽能電池，即金屬格柵 接點型或背面接點型的太陽能電池，則太陽能電池的成小塊的斷裂 (kleinteiliges Brechen )令人驚訝地不導致太陽能電池的明顯的功率 下降(Leistungsabfall)。
在本說明書中，背面接點的太陽能電池被理解為其中至少一些正 面接點(Vorderseitenkontaktierung)、例3口所謂的匯$危條(Busbar) 借助于通過晶體(Kristallkoerper )的相應的通孑L敷鍍 (Durchkontaktienmg)敷設到晶體的背面的任何類型的太陽能電池， 例如所謂的"金屬化回繞(metallization wrap around )，，電池(MWA)、 "金屬化貫穿(metallization wrap through)"電池(MWT )或"發射 極貫穿(emitter wrap through )"電池(EMT )。因為這里沒有帶狀導線(Leiterbahn )或只有少量帶狀導線在太陽能電池的正面 (Vorderseite)上延伸，所以在太陽能電池的向后的凸面4斤斷時也不 損壞帶狀導線或只損壞少量的帶狀導線，并且碎片通過彎曲的、但是 保持完好的背面接點而保持連接。
在本說明書中，金屬格柵接點的太陽能電池被理解為這樣的太陽 能電池，即代替通常的絲網印刷的(siebgedruckt)或汽化滲鍍的 (aufgedampft)的接點，該太陽能電池具有用于至少接觸太陽能電池 的正面(主要的光入射面)的精細的(fein)金屬導線的任意布置，例 如網絡。在絲網印刷接點(Siebdmckkontaktierung)或汽化滲鍍接點 (Aufdampfkontaktierung)在碎片之間的斷裂裂縫(Bruchspalten ) 處被斷裂時，金屬導線(Metalldraehte )能夠伸展，并且因此跨越 (ueberspannen )晶體結構的斷裂裂縫。
其中，通過在載體層和覆蓋層中在折斷之前嵌入太陽能電池，光 電模塊的完整性在彎曲狀態中被保持。可以理解，所實現的彎曲曲線 (Kruemmungsverlauf)嚴格地講通過斷裂成小塊的碎片的多邊形導 線(Polygonzuege )近似，該近似被包括在這里所使用的概念"彎曲" 中。結果，以令人驚異的簡單和經濟的方式和方法，獲得具有高效率 的彎曲的光電模塊，該光電模塊也可以具有狹小的彎曲。
有利地，太陽能電池在嵌入之前可以具有衰減線 (Schwaechungslinien )，以便產生折斷的額定斷裂點。由此，特別地， 可以實現規則的碎片以及均勻的彎曲曲線。
其中，特別有利的是，衰減線通過使用激光的劃割(Ritzen)來 生成，這實現高的精確度。
此外，特別有利的是，根據本發明的另一優選特征，使用由熱塑 性薄膜(Folien )制成的載體層和覆蓋層，并且借助于熱壓(Heizpresse ) 通過將太陽能電池層疊(Einlaminieren)到薄膜中而實現嵌入。這得 到緊湊的、良好連接的疊層，如后面還將說明的那樣，該疊層特別好 地適合于繼續加工。
有利地，不僅僅一個太陽能電池，而是相同的多個太陽能電池被平面地一個挨一個地被設置，經由柔韌的電導線連接，并且共同被嵌 入在載體層和覆蓋層之間，由此還可以產生大面積的光電模塊。
根據本發明的第一有利變體，通過在造型模(Formstempel)和 相應才莫具(Matrize)之間壓制(Pressen )疊層而實現彎曲。由此， 可以產生任意彎曲曲線。
根據本發明的用于制造管狀光電模塊的一個可選變體，通過將疊 層滾巻(Einrollen)為管狀半成品而實現彎曲，該管狀半成品然后,皮 插入到透明管中，并且被層壓(auflaminieren)在其內側上。借助于 該方法，具有非常小的直徑的管可以全面地(vollflaechig)配備有太 陽能電池。
有利地，借助于引入到半成品中的壓套管(Pressschlauch )實現 層壓，其中該壓套管可以被施加以超壓或低壓并且在管的內部產生均 勻的擠壓應力(Anpressdruck)。
其中，特別有利的是，對于使用由熱塑性材料制成的覆蓋層，在 熱塑性的覆蓋層的再加熱的情況下將半成品層壓在管的內側面上，這 節省了附加的連接材料。
可選地，可以在半成品的內側面上層壓保護薄膜(Schutzfolie ); 對于使用由熱塑性材料制成的載體層，同樣優選地通過對熱塑性的載 體層再加熱而實現。
對于所提到的借助于對熱塑性的載體層和覆蓋層再加熱的層壓， 特別有利的是，根據本發明的另一特征，載體層和覆蓋層首先在熱壓 中獲得粗糙的表面結構，特別優選地通過中間i殳置(Zwischenlegen ) 表面結構化的壓凸薄膜(Praegefolien )或壓凸網(Praegenetzen )， 其中該壓凸薄膜或壓凸網在壓制過程后被去除。粗糙的表面結構要求 在半成品的層壓過程中空氣的逸出(Entweichen)，從而避免氣態夾 雜(Lufteinschluesse )。
在另一方面中，本發明還涉及按照所述類型的方法產生的光電模塊。
在再一方面中，本發明還提供了一種用于太陽能驅動的光源的立桿，其包含至少一個所述類型的光電模塊。
下面借助于在附圖中所示的實施例詳細地介紹本發明，在附圖
中，
圖1至3分別在通過模塊的示例性截面中在三個相繼的階段中示 出了根據本發明的用于制造彎曲的光電模塊的方法；
圖4a、 4b、 5a、 5b示出了根據本發明的用于制造管狀光電模塊 的進一步的方法步驟；
圖6在示意性的透視圖示出了在根據本發明的方法中使用的金屬 格柵接點的太陽能電池；
圖7和8分別在示意性的透視圖中示出了在根據本發明的方法中 圖6的太陽能電池的不同斷裂狀態(Bruchverhalten );
圖9在示意性的透視圖中示出了在根據本發明的方法中使用的背 面接點的太陽能電池的第一變體；
圖IO示出了圖9的太陽能電池的透視底視圖11在示意性的透視圖中示出了在根據本發明的方法中圖9的 太陽能電池的斷裂狀態；
圖12在示意性的透視圖中示出了在根據本發明的方法中使用的 背面接點的太陽能電池的第二變體；
圖13示出了在箭頭A-A方向上通過圖12的太陽能電池的截面；
和
圖14在示意性的透視圖中示出了在根據本發明的方法中圖12的 太陽能電池的斷裂狀態。
具體實施例方式
現在借助于圖l-3詳細地介紹用于制造彎曲的光電模塊的方法。 該方法從平坦的晶體的太陽能電池1出發，該太陽能電池借助于圖 6-14而被詳細地解釋。如本領域技術人員所公知的那樣，太陽能電池1的合適的晶體材料例如是硅(Si)或砷化鎵(GaAs)。
圖6示意性地示出了金屬格柵接點型的太陽能電池l的第一變體 1，。太陽能電池l，包括由硅材料制成的晶體的基體，該晶體的基體在 其正面3 (光入射面)上配備有精細的金屬導線4的格柵(Gitter)作 為電氣接點(Kontaktierung )。太陽能電池1，的背面5配備有全面的、 例如被印壓(aufgedruckt)或汽化滲鍍的金屬化6作為背面接點。如 果同樣使用金屬導線4的格柵代替全面的金屬化6來實現背面接點， 則太陽能電池l，也適于兩側的光入射。
圖9和12以示意方式示出了太陽能電池1的適于根據本發明的 方法的兩個進一步的變體l"和l"，，即背面接點型的。對于這樣的背 面接點的太陽能電池，對于接觸正面3所需要的帶狀導線的至少一部 分被敷設在背面5上，以便減少正面接點(Vorderseitenkontaktierung ) 所導致的遮蔽損耗，以及首先是匯流條，并且在可能的情況下還有從 其分接的Ubzweigend)"指"。為此，通道(Kanal) 7 (在這里凈皮放 大地示出)借助于激光而被鉆通過基體2，并且配備有導電的通孔敷 鍍，例如通過引入導電的絲網印刷骨(Siebdruckpaste)。在正面3 上，通道7以點狀發射極7，的形式匯聚(ausmuenden)，對于太陽能 電池1"，指8從發射極出發("金屬化貫穿"，MWT),或者對于太 陽能電池1"，，發射極保持空閑(frei)("發射極貫穿"，EWT)。在 背面5上，通孔敷鍍的通道7借助于敷設在那里的匯流條9被接觸， 匯流條與條狀的(streifenfoermig)背面接點10嚙合(圖10 )，如本 領域技術人員所公知的那樣。
返回到圖1，統稱為附圖標記"1"的多個這樣的太陽能電池1，、1"、 l"，平面地一個挨一個地被設置，并且經由柔韌的電氣導線ll相互連 接，例如串聯，如圖1和6中所示。當然，可以進行太陽能電池l的 任意的串聯和并聯連接，如現有技術中已知的那樣，并且可以產生一 個挨一個的太陽能電池l的任意大小的網絡。
太陽能電池1的經由導線11連接的網絡被設置在載體層12和覆 蓋層13之間。覆蓋層13是透明的；可選地，載體層12也可以是透明的，例如如果太陽能電池l適合于雙面光入射。
載體層和覆蓋層12、 13是可變形的，優選由塑料、例如乙烯-乙 酸乙烯共聚物(Ethylenvinylacetat: EVA)制成。特別有利地，使用熱 塑性的塑料，如聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinylbutyral:PVB)，其中該塑 料在再加熱時能夠再次熔化，如后還將解釋的那樣。
可替換地，不是將太陽能電池l層疊在兩個分開的載體層和覆蓋 層12、 13之間，太陽能電池1也可以直接被嵌入在塑料基底 (Kunststoffbett)或澆鑄樹脂(Giessharzbett)中，例如通過鑲嵌 (Einlegen)或重鑄(umgiessen );這樣的完全包圍太陽能電池1的 基底在太陽能電池1的正面3上形成可變形的覆蓋層，并在太陽能電 池1的背面5上形成可變形的載體層。
在載體層和覆蓋層12、 13上，可以可選地分別還設置表面結構 化的壓凸薄膜14、 15,以便在然后的壓制過程中為栽體層和覆蓋層12、 13的外側面提供粗糙的表面結構。代替壓凸薄膜14、 15，也可以中間 設置網、格柵等。
然后，由壓凸薄膜14、載體層12、太陽能電池l的網、覆蓋層 13和壓凸薄膜15構成的堆疊(Stapel)在熱壓16中在壓力作用和溫 度作用在兩個平坦的鍛模(Pressbakken ) 17、 18之間^皮擠壓，直到 栽體層和覆蓋層12、 13以太陽能電池1的網連接到疊層19。壓凸薄 膜14、 15在壓制過程后被去除，并且所生成的平坦的疊層19在圖2 中作為中間產品被示出。
根據圖2，疊層19在造型模20和模具21之間被強烈地彎曲，使 得其中太陽能電池1斷裂成各個碎片22。可替換地，疊層19可以以 每種任意的其他方式被彎曲，例如通過用手滾巻等。其中，將太陽能 電池1層疊在載體層和覆蓋層12、 13之間保證了這樣制造的彎曲的光 電模塊的結構完整性，如在圖3中作為最終產品所示。
其中，根據所使用的太陽能電池l的類型，即金屬格柵接點型l， (圖6)或背面接點型1"、 1，"(圖9、 12)，以不同的方式和方法如 下地保證太陽能電池1的正面和背面3、 5的電氣接觸。對于具有金屬格柵接點的太陽能電池l，的圖6的實施方式，正面 接點的金屬導線4在碎片22之間的斷裂處或斷裂裂縫23處延伸，并 且只要不超過其屈服點(Streckgrenze )，其在彎曲的凸面側面上跨越 斷裂裂縫23，如圖7和8所示。圖7示出了柱面(zylindrisch )彎曲 的例子，圖8示出了太陽能電池l，的球面(sphaerisch)彎曲。如果 使用既在其正面3上、又在其背面5上配備有金屬格柵接點4的太陽 能電池l，，則還可以生成凹面的或凸凹的(konvex-konkave )彎曲曲 線，而不損壞正面和背面3、 5的接觸。
圖11強烈示意性地示出了在彎曲軸(Kruemmungsachse )與指 8平行地延伸的柱面凸面彎曲的情況下圖9的背面接點的太陽能電池 l，，的斷裂狀態。從統計上看，斷裂裂縫23在這里主要在指8之間延 伸，由此，正面接點7，、 8在斷裂過程中很大程度上(weitgehend) 保持不損壞；背面接點9、 10只在斷裂裂縫23處彎曲，但是保持完全 完好。
圖14強烈示意地示出了圖12的太陽能電池1"，的球面凸面折斷。 可以看出，從統計上看，斷裂裂縫23主要在通孔敷鍍的通道7或發射 極7，之間延伸，使得這里，正面3的接點也很大程度上保持不被斷裂 過程損壞；在不考慮彎曲或彎折(Knicken)的情況下，背面接點9、 10這里也保持完好。
如果希望的話，在所有變體l，、 1"、 l，，，中，可以借助于衰減線 24給出額定斷裂點，以便要求斷裂成規則的碎片22和/或設置斷裂裂 縫23使得2盡可能少地影響正面接點和背面接點。例如，對于太陽能 電池l，"，可以以簡單的方式借助于正面的衰減線24要求在指8之間 的斷裂裂縫23。優選地，衰減線24提高使用激光的劃割而產生。
衰減線24可以是連貫的(連續的)或間斷的("虛線的 (strichliert)","點狀的")線。因此，例如正面的金屬格柵接點的 太陽能電池l，可以配備有只在金屬導線4之間延伸的間斷的衰減線 24，或者在敷設金屬導線4之前產生衰減線24。
根據本發明的彎曲的光電模塊可以被用于任何應用目的，例如用于裝飾(Verkleidung )房屋正面、街道物體等。還可能在單個步驟中 在同時折斷(圖2)的情況下執行層疊(圖1)和彎曲，例如通過以下 方式，即熱壓16的壓緊板(Pressplatten ) 17、 18同樣相應地被構造 為造型模和模具。
借助于圖4和5詳細介紹導致制造管狀的光電模塊的另一方法變 體。根據圖1的壓制步驟所獲得的疊層19在這里被滾巻為管狀的半成 品25 (圖4a )并被插入玻璃管26中，而不是還根據圖2和3的彎曲 步驟。可選地，其中，半成品25的內側面上敷設保護薄膜27(圖4b)。
在該管狀結構的內部，現在導入壓套管28，并且整個結構被插入 到壓熱器(Autoklaven ) 29中(圖5a )。通過借助于壓套管28的加 壓和借助于壓熱器29的溫度作用，疊層19的熱塑性的覆蓋層13再次 熔化，并且與玻璃管26的內側面連接。結果，半成品25被層疊在管 26的內側面上。如果使用保護薄膜27，則該保護薄膜也同時通過疊層 19的熱塑性的載體層12的再加熱而被層疊在半成品25的內側面上。
代替被加壓的壓套管28，也可以使用施加真空的、在由玻璃管 26、半成品25和保護薄膜27構成的管狀結構周圍并倒扣入 (hineingestuelpt)該結構中的壓套管28，(圖5b )，如現有技術中已 知的那樣。對于圖5a的實施方式，壓熱器29的內部可以被附加地抽 真空，并且對于圖5b的實施方式，壓熱器29的內部附加地被置于壓 力下，以便支持層疊過程。
以該方式制造的管狀的光電模塊在周圍配備有太陽能電池1。這 樣的管狀光電模塊特別適合于作為用于太陽能驅動的光源、例如太陽 能驅動的路燈的立桿。通過四周設置彎曲的太陽能電池，在一天中太 陽位置的整個變化過程中，始終提供直接的太陽光入射；此外，還可 以從所有側面接收散射光。
本發明不被限制于所給出的實施方式，而是包括落入所附權利要 求書的范圍內的所有變體和修改。
權利要求
1. 一種用于由平坦的晶體太陽能電池制造凸面彎曲的光電模塊的方法，其特征在于包括以下步驟在可變形的載體層(12)和可變形的覆蓋層(13)之間嵌入背面接點型的至少一個平坦的晶體太陽能電池(1；1”，1”’)，以產生疊層(19)，和在載體層(12)和覆蓋層(13)變形以及同時太陽能電池(1；1”，1”’)斷裂為多個碎片(22)的情況下，將所述疊層(19)彎曲為期望的凸面形狀，其中所述碎片(22)經由在斷裂處(23)彎曲的背面接點(9，10)而保持相互連接。
2. —種用于從平坦的晶體太陽能電池出發制造彎曲的光電模塊 的方法，其特征在于包括以下步驟在可變形的載體層(12)和可變形的覆蓋層(13)之間嵌入金屬 格柵接點型的至少一個平坦的晶體太陽能電池(1; l，)，以產生疊層 (19)，和在載體層(12 )和覆蓋層(13 )變形以及同時太陽能電池(1， 1，) 斷裂為多個碎片(22)的情況下，將所述疊層(19)彎曲為期望的形 狀，其中所述碎片(22 )經由在斷裂處(23 )延伸的金屬格柵接點(4 ) 而保持相互連接。
3. 根據權利要求1或2的方法，其特征在于，所述太陽能電池 (1; 1"， l，，，)在嵌入之前配備有衰減線(24)，以便產生用于斷裂的額定斷裂點，優選通過使用激光的劃割而生成。
4. 根據權利要求1至3中任一項的方法，其特征在于，使用由熱塑性薄膜制成的載體層(12)和覆蓋層(13),并且通過借助于熱 壓(16)將所述太陽能電池(1)層疊到所述薄膜中而實現所述嵌入。
5. 根據權利要求1至4中任一項的方法，其特征在于，多個太 陽能電池(1)平面地一個挨一個地被設置，經由柔韌的電導線(11) 連接，并且共同地被嵌入在載體層(12)和覆蓋層(13)之間。
6. 根據權利要求1至5中任一項的方法，其特征在于，所述彎 曲是通過在造型模(20)和相應的模具(21)之間壓制所述疊層(19) 而實現的。
7. 根據權利要求1至5中任一項的方法，用于制造管狀的光電 模塊，其特征在于，所述彎曲通過將所述疊層(19)滾巻成管狀半成 品(25)而實現，其中所述管狀半成品然后被插入到透明管(26)中， 并且被層壓到所述透明管的內側面上，優選借助于引入到所述半成品(25)中的壓套管(28， 28，)。
8. 根據與權利要求4相關的權利要求7的方法，其特征在于， 在對熱塑性的覆蓋層(13)的再加熱的情況下將所述半成品(25)層 壓到所述管(26)的內側面上。
9. 根據權利要求7或8的方法，其特征在于，保護薄膜(27) 被層壓在所述半成品(25 )的內側面上，優選在對熱塑性的載體層(12 ) 再加熱的情況下。
10. 根據權利要求4至9中任一項的方法，其特征在于，所述載 體層(12)和覆蓋層(13)在熱壓(16)中獲得粗糙的表面結構，優 選通過中間設置表面結構化的壓凸薄膜(14)或壓凸網(15)，其中 所述壓凸薄膜或壓凸網在壓制過程后被去除。
11. —種按照根據權利要求1至10中任一項的方法制造的光電模塊。
12. —種用于太陽能驅動的光源的立桿，包括至少一個根據權利 要求ll的光電模塊。
全文摘要
一種用于從平坦的晶體太陽能電池出發制造彎曲的光電模塊的方法，具有以下步驟在可變形的載體層(12)和可變形的覆蓋層(13)之間嵌入至少一個平坦的晶體太陽能電池(1)，以產生疊層(19)，和在載體層和覆蓋層變形以及同時太陽能電池(1)斷裂為多個碎片(22)的情況下將所述疊層(19)彎曲為期望的形狀，其中碎片(22)經由太陽能電池(1)的正面接點和/或背面接點(4，6)而保持相互連接。
文檔編號H01L31/18GK101459205SQ200810184328
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月10日 優先權日2007年12月11日
發明者D·霍恩巴赫納, M·克里斯克納爾 申請人:Heic霍恩巴赫納能源創新咨詢有限公司