具有连接插座的太阳能模块以及用于制造该太阳能模块的方法

具有连接插座的太阳能模块以及用于制造该太阳能模块的方法
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能模块，尤其是薄层太阳能模块，其包括：由两个衬底组成的层压复合体，在所述两个衬底之间存在层结构，所述层结构具有前电极层、背电极层和位于之间的半导体层用于形成多个串联连接的太阳能电池单元；两个接触元件，它们与前电极层和/或背电极层导电连接，其中接触元件分别布置在至少一个衬底的至少一个接触孔中；至少一个覆盖元件，该至少一个覆盖元件被固定在配备有至少一个接触孔的衬底处并且封闭至少一个接触孔；两个接触件，这些接触件与至少一个覆盖元件连接并且分别与两个接触元件之一导电连接；以及至少一个连接插座，该至少一个连接插座包围至少一个覆盖元件地被固定在配备有至少一个接触孔的衬底处并且具有两个接触配合件，这些接触配合件分别与两个接触件之一以插塞连接的形式导电连接。此外本发明涉及一种用于制造这种太阳能模块的方法。
【专利说明】具有连接插座的太阳能模块以及用于制造该太阳能模块的方法
【背景技术】
[0001]用于将太阳光直接转换为电能的光伏层系统充分公知。一般地所述光伏层系统称为“太阳能电池单元”，其中术语“薄层太阳能电池单元”涉及具有仅几微米的小厚度的层系统，这些层系统需要载体衬底以用于足够的机械强度。公知的载体衬底包括无机玻璃、塑料(聚合物)或金属，尤其是金属合金，并且可以依据相应的层厚和特定的材料特性被构成为刚性板或柔韧薄膜。
[0002]就工艺可操纵性和效率来说，具有由非晶、微晶或多晶硅、碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs )或黄铜矿化合物、尤其是铜-铟/镓-二硫/ 二硒(通过公式Cu (In，Ga) (S，Se) 2缩写)构成的半导体层的薄层太阳能电池单元已被证明是有利的。尤其是铜-铟-二硒(CuInSe2或CIS)由于其与太阳光的光谱适配的带隙而以特别高的吸收系数见长。
[0003]利用单个太阳能电池单元典型地只能达到小于I伏特的电压电平。为了获得技术上可用的输出电压，将大量太阳能电池单元在太阳能模块中相互串联连接。在此情况下薄层太阳能模块提供以下特殊优点:太阳能电池单元在层制造期间已经能以集成形式连接。在专利文献中已经多次描述了薄层太阳能模块。仅示例性地参见出版物DE 4324318 Cl和EP 2200097A1。
[0004]典型地，用于制造薄层太阳能电池单元的层被直接施加到衬底上，该衬底与另一衬底被粘接成耐风雨的复合体。两个衬底之间的层结构包括背电极层和光伏活性吸收层。吸收层拥有半导体层和前电极层。对于电的外部连接端，每个薄层太阳能模块具有两个电压连接端。为此例如设置两个与背电极层接触的汇流导体，这些汇流导体分别与被引导至模块背侧的薄膜导体或扁平带导体导电连接。在模块背侧上，两个薄膜导体连接到一个或多个连接插座上，所述连接插座配备有连接电缆或插塞连接。这样的连接插座例如由DE102005025632 Al公知。在连接插座处，太阳能模块可以与其它太阳能模块串联连接成模块支路或者与电负载连接，该电负载经常是用于将产生的直流电压变换为适用于公共电网的交流电压的逆变器。
[0005]在工业批量生产中，薄膜导体被人工地连接到连接插座，为此例如设置端子接触部。简单和成本低廉的自动化是不可能的，从而太阳能模块的制造与相对较高的生产成本关联。
[0006]此外可以在薄层太阳能模块情况下观察到串联电阻的连续增加，该串联电阻在几千运行小时的寿命之后逐渐过渡为至少近似恒定的值。该老化导致太阳能模块效率的不期望恶化。假定对此的主要原因是水分子扩散到太阳能电池单元的半导体材料中。为了阻止该老化，公知通过用作扩散势垒的密封带不透水和不透蒸汽地密封在两个经过层压的衬底之间的边缘缝隙。此外例如借助热融粘合剂将连接插座固定在衬底处，使得内部元件被气密地密封。
[0007]国际专利申请WO 2009/129405 A2描述了用于太阳能模块的连接盒，其中接触点通过底板的凹处可以与薄膜导体的端部件电连接。可以通过接触孔来接触薄膜导体的端部件，其中连接盒的底板没有封闭该接触孔。这也是不可能的，因为否则接触点不再能够接触薄膜导体。

【发明内容】

[0008]与此相应地，本发明的任务在于，以有利的方式改进常规的太阳能模块，其中尤其是应当实现连接插座的自动化固定和电连接。此外应当可靠和安全地避免在连接插座处的水或蒸汽渗入到太阳能电池单元中。
[0009]所述和其它任务根据本发明的建议通过具有并列权利要求的特征的太阳能模块或太阳能模块装置及其制造方法加以解决。本发明的有利构型通过从属权利要求的特征加以说明。
[0010]根据本发明展示了一种具有由两个衬底组成的层压复合体的太阳能模块。在衬底之间存在层结构，该层结构拥有前电极层、背电极层和位于两个电极层之间的半导体层用于形成多个串联连接的太阳能电池单元。太阳能模块优选是具有以集成形式连接的薄层太阳能电池单元的薄层太阳能模块。尤其是半导体层由黄铜矿化合物组成，该黄铜矿化合物例如可以是来自铜-铟/镓-二硫/ 二硒(Cu (InGa) (SSE) 2)族(例如铜-铟-二硒(CuInSe2或CIS))的1-1I1-VI半导体或有关化合物。两个衬底例如可以包含无机玻璃、聚合物或金属合金并且可以依据层厚和材料特性被构成为刚性板或柔韧薄膜。
[0011]太阳能模块具有两个相反极性的电压连接端，在这两个电压连接端处可以对该太阳能模块电接触。为此目的该太阳能模块包括两个接触元件，它们分别与前电极层和/或背电极层导电连接。优选地，两个接触元件分别仅与背电极层导电连接。
[0012]优选地，两个接触元件中的每一个经由条状或带状的汇流导体(Bus Bar，汇流条)与前电极层和/或背电极层导电连接。由此每个接触元件通过汇流导体与前电极层和/或背电极层导电连接，其中该接触元件不同于汇流导体。尤其是该接触元件不构造为汇流导体的部分或片段，尤其是端部片段。
[0013]两个汇流导体例如被构造为带状或条状(金属)薄膜导体并且例如由铝或镀锡的铜组成，但是其中也可以使用其它可以被处理为薄膜的导电材料。对此的例子是铝、金、银或锡以及它们的合金。汇流导体例如可以具有在0.03mm至0.3mm范围内的厚度和在2_至16mm范围内的宽度。
[0014]汇流导体与相应电极层之间的导电连接例如通过焊接、接合、软焊、夹紧或借助导电粘合剂的粘接进行。优选地，两个汇流导体分别被施加到背电极层上并且与背电极层导电连接。
[0015]两个接触元件被布置在至少一个衬底的至少一个接触孔(穿孔)中，其中两个接触元件可以布置在同一个接触孔中或者分别布置在分离的接触孔中。对于设置两个接触孔的情况，两个接触孔可以构造在同一个衬底中或构造在不同的衬底中。两个接触元件至少分段地、尤其是完全地位于由至少一个接触孔形成或围绕的空腔内。
[0016]在此情况下重要的是，至少一个接触孔被构造为，使得该至少一个接触孔实现接触元件与前电极层和/或背电极层之间的电连接。对于设置两个汇流导体的情况，通过至少一个接触孔实现至两个汇流导体的接入。优选地，太阳能模块包括两个分别实现至两个汇流导体之一的接入的接触孔。每个接触元件至少分段地、尤其是完全地位于由该一个接触孔形成或围绕的空腔内。
[0017]太阳能模块还包括至少一个覆盖元件，该覆盖元件封闭至少一个接触孔并且为此目的被固定在形成接触孔的衬底处。该覆盖元件完全覆盖接触孔。例如，太阳能模块包括两个覆盖元件，这些覆盖元件分别完全覆盖或封闭分离的接触孔并且被固定在衬底处。覆盖元件例如以板的形式构造。优选地，覆盖元件被如此固定在衬底处，使得接触孔通过该覆盖元件被不透气和不透水地封闭。
[0018]至少一个覆盖元件拥有两个接触件，这些接触件分别与两个接触元件之一导电连接。在此情况下，至少一个覆盖元件可以包含导电材料，其中该覆盖元件如此与两个接触元件导电连接，使得两个接触件通过覆盖元件分别与两个接触元件之一导电连接。
[0019]优选地设置两个覆盖元件，这两个覆盖元件分别配备有(所属的)接触件，该接触件与两个接触元件之一导电连接。在太阳能模块的该构型中，覆盖元件可以分别至少部分地、尤其是完全地由导电材料组成或者包含这样的导电材料，其中覆盖元件分别与(所属的)接触元件如此导电连接，使得接触件通过覆盖元件与接触元件导电连接。例如，覆盖元件和接触件可以由导电材料组成，其中接触件被固定在覆盖元件处。尤其是，覆盖元件和接触件可以构造为整体或整块的。此外，太阳能模块包括至少一个连接插座，该连接插座包围至少一个覆盖元件地被固定在配备有至少一个接触孔的衬底处并且具有两个接触配合件，这些接触配合件分别与两个接触件之一以插塞连接的形式导电连接。例如，太阳能模块包括两个覆盖元件和两个连接插座，其中两个连接插座分别包围分离的覆盖元件地被固定在衬底处并且分别具有接触配合件，该接触配合件与两个接触件之一以插塞连接的形式导电连接。在此情况下重要的是，两个接触配合件被构造为使得它们在将至少一个连接插座固定在配备有至少一个接触孔的衬底处时自动地实现与所属接触件的电接触。至少一个覆盖元件不是至少一个连接插座的部分，也就是说(多个)连接插座和(多个)覆盖元件是彼此不同的。
[0020]至少一个连接插座可以用作连接插头或连接导线的基底。此外，该至少一个连接插座可以接纳其它功能元件如二极管或控制电子装置。至少一个连接插座例如由电绝缘原料制造，其中对于工业生产提供在压铸方法中加以处理的热塑性塑料和弹性体。作为热塑性塑料和弹性体，例如使用聚酰胺、聚氧化甲烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或三元乙丙橡胶。替换地也可以使用诸如丙烯酸酯树脂或环氧树脂系统的浇注原料用于制造至少一个连接插座。但是也可以设想由金属或具有电绝缘炉料的其它导电原料制造至少一个连接插座。
[0021]太阳能模块的两个电压连接端由此分别包括与前电极层和/或背电极层导电连接的接触元件，必要时包括与前电极层和/或背电极层接触的汇流导体、与接触元件导电连接的接触件以及与该接触件导电连接的接触配合件。一般连接插座的连接导体或连接插头电连接到接触配合件上。
[0022]本发明的太阳能模块以有利的方式实现至少一个连接插座在衬底处的简单和成本低廉的自动化安装，以及其与前电极层和/或背电极层的电连接以提供太阳能模块的两个电压连接端。接触件与接触配合件之间的插塞连接原则上能以任意方式构成，只要通过插上连接插座而实现电连接。为此目的优选地接触件分别构造为接触销，而接触配合件分别构造为用于夹紧接触销的弹性夹紧元件。
[0023]将至少一个连接插座固定在位于太阳能模块的背侧或前侧上的、配备有至少一个接触孔的衬底处例如可以通过粘接来进行，其优点是:通过粘接可以气密地相对于气体、水或湿气来密封连接插座的内部。由此尤其是保护连接插座内部中的电接触部位免遭腐蚀。为了粘接例如可以设置具有基于丙烯酸、聚氨酯或聚异丁烯的粘合剂的粘接条或粘接带。这种与衬底的粘接可以通过简单的方式自动化进行。优选地，至少一个连接插座被粘接到模块背侧上。
[0024]在本发明太阳能模块的有利构型中，至少一个连接插座通过接触件与接触配合件之间的两个电插塞连接固定在配备有至少一个接触孔的衬底处。除了至少一个连接插座例如通过粘接而分离地固定地在衬底处之外，在此情况下该至少一个连接插座通过电插塞连接进行固定，从而可以改善连接插座在衬底处的牢固保持。但是替换地也可以设想将至少一个连接插座仅通过两个电插塞连接固定在衬底处，其中放弃例如通过粘接对连接插座的分离的固定。由此至少一个连接插座的安装和电连接可以以特别简单的方式通过仅仅将接触配合件插到接触件上来进行。例如设置两个连接插座，这两个连接插座可以分别仅通过将接触配合件插到接触件上而被固定在衬底处。
[0025]可以有利的是，接触件与接触配合件之间的电插塞连接分别具有止动机构，使得至少一个连接插座的固定可以啮合地进行。如果接触件分别构造为接触销并且接触配合件分别构造为用于夹紧接触销的弹性夹紧元件，则这样的止动机构可以特别简单地实现，例如通过为电插塞连接的部件(接触件或接触配合件)配备至少一个凸起部，该凸起部为了止动地固定连接插座而可以衔接到电插塞连接的另外的部件(接触配合件或接触件)中的对应凹陷中。
[0026]在本发明的太阳能模块中，至少一个连接插座可以通过粘接连接固定在配备有至少一个接触孔的衬底处，其中连接插座的内部可以被不透水或不透蒸汽地屏蔽。由于至少一个连接插座包围至少一个覆盖元件，因此可以通过该措施同样不透水或不透蒸汽地屏蔽至少一个接触孔。不透水性或不透蒸汽性的进一步改善可以通过以下方式实现，即在至少一个接触孔中引入不透水和不透蒸汽地将太阳能电池单元相对于外部环境密封的密封料。该密封料例如可以是基于丙烯酸、聚氨酯或聚异丁烯的粘合剂。此外密封料可以用于将相应的接触元件固定在接触孔中以进一步改善自动化安装。
[0027]在本发明的太阳能模块中将至少一个覆盖元件固定在所属的衬底处。优选地，通过材料决定的连接、尤其是通过具有基于丙烯酸、聚氨酯或聚异丁烯的粘合剂的粘接条或粘接带来进行固定。优选地，覆盖元件与衬底之间的连接通过超声波焊接进行。因此在批量生产中以简单的方式成本低廉地实现将至少一个覆盖元件自动化地安装在衬底处。就自动化来说有利的是，两个接触件分别被构造为，使得两个接触件在将至少一个覆盖元件固定在衬底处时自动实现与接触元件的电接触。至少一个覆盖元件在衬底处的固定优选被构造为，使得至少一个接触孔被不透气和不透水地封闭。
[0028]可以有利的是，接触件分别可以通过(无破坏)可松脱或可取下的连接，例如螺旋连接而与至少一个覆盖元件连接。接触件由此可以有针对性地就相应的应用被适配，其中(其余的)覆盖元件可以被制成为可互换件。此外，接触件可以由不同于其余覆盖元件的材料制成。
[0029]本发明还延伸到一种用于自动化地制造如上所述的太阳能模块、尤其是薄层太阳能模块的方法，具有以下步骤: -提供由两个衬底组成的层压复合体，在所述两个衬底之间存在层结构，所述层结构具有前电极层、背电极层和位于之间的半导体层用于形成多个串联连接的太阳能电池单元，
-在至少一个衬底中构造出至少一个接触孔；
-将两个接触元件布置在至少一个接触孔中并且与前电极层和/或背电极层导电连
接;
-将至少一个覆盖元件固定在衬底处，该至少一个覆盖元件尤其是不透气和不透水地(完全)覆盖至少一个接触孔，其中至少一个覆盖元件具有两个接触件，这两个接触件分别与两个接触元件之一导电连接；
-将至少一个包围至少一个覆盖元件的连接插座固定在配备有至少一个接触孔的衬底处，其中至少一个连接插座具有两个接触配合件，所述两个接触配合件分别与两个接触件之一被置于导电的插塞连接。
[0030]例如，通过至少一个覆盖元件这样建立与两个接触元件的电接触，使得将两个接触件分别与两个接触元件之一导电连接。尤其是可以设置两个覆盖元件，所述两个覆盖元件分别拥有接触件，其中使每个接触件与(所属的)接触元件导电连接。例如使接触件通过覆盖元件与(所属的)接触元件导电连接。
[0031]优选地，接触元件分别通过引入到接触孔中的、将太阳能电池单元不透水和不透蒸汽地相对于外部环境密封的密封料固定，由此可以特别简单地使接触元件就位。
[0032]优选地，至少一个连接插座(例如仅)通过将接触配合件插到接触件上而被固定在配备有至少一个接触孔的衬底处，由此实现连接插座的特别简单的安装。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]现在借助实施例更详细阐述本发明，其中参照附图。其中:
图1示出薄层太阳能模块的示意截面图；
图2示出在连接插座的区域中图1的薄层太阳能模块的另一示意截面图；
图3示出图1的薄层太阳能模块的变型的示意图；
图4示出图1的薄层太阳能模块的另一变型的示意图。
【具体实施方式】
[0034]首先观察图1，其中图解根据本发明的总地用附图标记I表示的薄层太阳能模块的结构。相应地，薄层太阳能模块I包括多个以集成形式串联相互连接的薄层太阳能电池单元2，其中示例性地示出两个。理解的是，薄层太阳能模块一般拥有大量(例如大约100个)薄层太阳能电池单元2。
[0035]薄层太阳能模块I在此例如基于所谓的衬底配置。在此该薄层太阳能模块I包括电绝缘载体衬底7连同施加在该载体衬底上的层结构6,该层结构布置在载体衬底7的光入射侧的前侧(III)上。载体衬底7在此例如由玻璃或塑料组成，其中同样可以采用其它具有足够强度以及相对于所执行的工艺步骤的惰性特性的绝缘材料。依据相应的层厚和特定材料特性，载体衬底7可以被构成为刚性板或柔韧薄膜。例如载体衬底7以具有相对小的光穿透性的刚性玻璃板的形式构造。
[0036]层结构6例如通过借助气相的化学沉积(CVD)或物理沉积(PVD)蒸镀到载体衬底7上或者通过溅射(磁场辅助的阴极溅射)来制造。层结构6包括布置在载体衬底7的前侧
(III)上的背电极层9。背电极层9例如包含由诸如钥的光不可透过的金属制成的层并且例如通过阴极溅射被施加到载体衬底7上。背电极层9例如具有大约I μ m的层厚。在另一实施方式中，背电极层9包括不同单层的层堆。优选地，该层堆包含扩散势垒，以防止例如钠从载体衬底7扩散到沉积在背电极层9上的层中，这些层形成光伏活性吸收层8。
[0037]吸收层8包含例如P掺杂的半导体层10，尤其是P型黄铜矿半导体，诸如铜-铟-二硒(CuInSe2)族化合物，尤其是钠(Na)掺杂的Cu(InGa) (SSe)20半导体层的不同金属向半导体材料的转换通过在RTP (RTP=Rapid Thermal Processing,快速热处理)炉中加热来进行。半导体层10例如具有500nm至5 μ m的层厚并且尤其是具有大约2 μ m的层厚。在半导体层10上沉积缓冲层11，该缓冲层在此例如包含硫化镉(CdS)单覆层以及本征氧化锌(1-ZnO)单覆层。在缓冲层11上例如通过蒸镀施加前电极层12。前电极层12对于在对半导体层11敏感的光谱范围中的辐射来说是透明的(“窗层”)，以保证入射的太阳光仅小的衰减。透明的前电极层12 —般可以被称为TCO层(TCO=Transparent ConductiveElectrode，透明导电电极)，并且基于掺杂的金属氧化物，例如η型的、铝掺杂的氧化锌(AZO)0通过前电极层12、缓冲层11和半导体层10形成ρη异质结，也就是相对导电类型的层序列。前电极层12的层厚例如是300nm。
[0038]利用本身已知的用于制造(薄层)太阳能模块I的方法将该层系统划分为各个光伏活性区域，即薄层太阳能电池单元2。该划分在使用合适的结构化工艺如激光刻写和机械加工(例如通过起模或刻刮)的情况下通过切口 13进行。相邻的薄层太阳能电池单元2经由背电极层9的电极区域14串联地相互连接。
[0039]在这里所示的例子中，太阳能模块I的所得到的正电压连接端(+ )5以及所得到的负电压连接端(_)5都经由背电极层9向薄层太阳能模块I的背侧(VI)引导并且在那里被电接触，这在图2中更详细地予以阐述。
[0040]在前电极层12上布置中间层15，该中间层例如被构造为热塑性粘接层并且包含聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)。中间层15的厚度例如是0.76mm。为了保护免受环境影响，由载体衬底7、背电极层9和光伏活性吸收层8构成的层结构经由中间层15利用被构造为覆盖片材的覆盖衬底16密封，该覆盖衬底与其背侧(II)粘接。中间层15通过加热可塑性变形并且在冷却时将两个衬底7，16牢固地相互连接。覆盖衬底16对于太阳光是透明的并且例如包含具有小的铁含量的经硬化的极白玻璃。覆盖衬底16例如具有1.6m X 0.7m的面积。可以通过入射到覆盖衬底16的前侧(II)上的光来照射薄层太阳能电池单元2。尤其是覆盖衬底16还可以被构造为塑料薄膜。一般地，覆盖衬底16用于密封和用于机械保护层结构6。
[0041]适宜的是，用作为蒸汽扩散阻挡的边缘密封装置环绕地密封载体衬底7与覆盖衬底16之间的边缘区域，优选用塑料材料、例如聚异丁烯密封，以保护对腐蚀敏感的光伏活性吸收层8免遭空气氧和湿气。
[0042]现在观察图2，其中示出薄层太阳能模块I在连接插座3的区域中的示意截面图。薄层太阳能模块I在此例如拥有两个连接插座3，每一个用于一个电压连接端5。两个连接插座3用于电接触薄层太阳能模块1，以例如将该薄层太阳能模块与其它薄层太阳能模块连接成模块支路或者用于与例如逆变器的电负载连接。连接插座3为此目的拥有连接电缆4。同样还可以给连接插座3配备连接插头。连接插座3在此例如被制成为由塑料制成的压铸件。
[0043]为了将连接插座3电连接到薄层太阳能电池单元2，把接触孔17加入到载体衬底7中，通过该接触孔实现至与背电极层9导电连接的汇流导体18的接入。汇流导体18使得可以有利地实现在合适位置处、例如在模块边缘处的接触。
[0044]在接触孔17中插入与汇流导体18不同的、可弹性变形的由导电材料(例如弹簧钢)制成的弹性接触元件19，该弹性接触元件与汇流导体18触碰接触。弹性接触元件19至少部分地位于接触孔17内。弹性接触元件19在接触孔17中的固定通过密封料20进行，该密封料整面分布地布置在接触孔17的内部区域中。通过密封料20将汇流导体18或薄层太阳能电池单元2不透水和不透蒸汽地相对于外部环境密封，从而可以防止水分子进入到薄层太阳能模块I中。作为密封料20原则上可以选择每种适于固定弹性接触元件19并且用作水和蒸汽阻挡的材料。例如，为此目的可以采用由聚异丁烯制成的密封料。
[0045]在接触孔17的区域中将覆盖元件21固定在载体衬底7的背侧(IV)上。覆盖元件21包括板状的基底22和模制在该基底处的接触销23，该接触销垂直地在背离接触孔17的侧上大致在中间从基底22伸出。基底22完全覆盖或封闭接触孔17，由此不透气和不透水地封闭接触孔17。覆盖元件21在载体衬底7的背侧(IV)上的固定通过将基底22的下侧与载体衬底7超声波焊接来进行，由此形成环形围绕的焊接区30。
[0046]覆盖元件21整体或整块地由金属材料制造，其中在此例如选择铝，所述铝的相对小的硬度良好地实现超声波焊接。此外，覆盖元件21可以成本低廉地在浇注方法中制造。覆盖元件21与连接插座3不同，也就是说不是连接插座3的构件或组成部分或片段。
[0047]在覆盖元件21未安装的情况下，弹性接触元件19稍微从接触孔17中突出，从而弹性接触元件19在覆盖元件21的基底22被装配到载体衬底7上时弹性变形。通过弹簧加载的安置，可以确保覆盖元件21或接触销23与弹性接触元件19之间的良好电接触。在安装了覆盖元件21之后，弹性接触元件19完全位于接触孔17内。
[0048]连接插座3在内部配备有弹性夹紧元件24，该弹性夹紧元件24由两个弯曲的金属弹簧25组成，这些金属弹簧被布置为使得它们可以用夹紧力将接触销23接纳在它们之间。在将连接插座3装配到载体衬底7的背侧(IV)上时，接触销23可以简单地被插到两个金属弹簧25之间并且在那里被夹紧。连接插座3为此目的在其朝向载体衬底7的下侧上配备有接纳基底22的凹处28和构造在凹处中的用于接触销23的开口 27。优选地通过两个金属弹簧25施加这样的夹紧力，使得在接触销23插入到弹性夹紧元件24中时至少部分地去除在由铝组成的接触销23上的氧化层。但是也可以设想的是，接触销23不是以金属方式暴露的，而是为了保护免遭氧化和腐蚀可以用由漆或塑料薄膜制成的保护层来覆盖，所述保护层在被插入到弹性夹紧元件24中时被去除。
[0049]连接插座3包围覆盖元件21。弹性夹紧元件24电连接到连接电缆4 (或连接插头)上，这在图2中未更详细示出。
[0050]将连接插座3固定在载体衬底7处是在连接插座3的下侧上通过环形围绕的粘接层26进行的，该粘接层例如由丙烯酸或聚氨酯粘合剂组成。除了简单和持久的连接之外，这些粘合剂还满足密封功能并且保护所包含的电部件免遭湿气和腐蚀。在替换的构型中，连接插座3仅通过接触销23与弹性夹紧元件24之间的夹紧作用而固定在载体衬底7处，其中放弃粘接层26。
[0051]由此连接插座3可以简单地自动化地固定在载体衬底7处并且电连接到汇流导体
18上。为此目的首先(在构造出接触孔17之后)将弹性接触元件19引入到接触孔17中并且在那里与汇流导体18电接触地通过密封料20固定。接着将覆盖元件21的基底22装配到载体衬底7的背侧(IV)上并且通过超声波焊接固定。覆盖元件21或接触销23在此情况下自动地实现与弹性接触元件19的电接触。此外，连接插座3被装配到载体衬底7的背侧(IV)上，其中接触销23被插入到弹性夹紧元件24中。通过事先施加在连接插座3和/或载体衬底7的背侧(IV)上的粘接层26，将连接插座3固定在载体衬底7处。替换地，该固定仅通过接触销23与弹性夹紧元件24之间的插塞连接进行。
[0052]在图2中示出的结构包括3个防护措施，通过它们保护薄层太阳能电池单元2免遭水和蒸汽的进入。这些是接触孔17中的密封料20、基底22与载体衬底7之间的焊接区30以及连接插座3与载体衬底7之间的粘接层26。水分子的进入由此可以可靠地和安全地被避免。
[0053]如已经讲述的，薄层太阳能模块I包括两个连接插座3，它们分别被分配有电压连接端5。尽管这在图2中未示出，同样可能的是为两个电压连接端5设置唯一的连接插座
3。在这种情况下，负责避免两个弹性夹紧元件24之间的电飞弧，这例如可以通过绝缘的分隔壁来达到。同样可能的是，仅设置唯一的覆盖元件21，于是该覆盖元件以对应的方式拥有两个片段，这两个片段分别被分配有弹性接触元件19并且彼此电绝缘。此外可能的是，仅设置唯一的接触孔17，在该接触孔中布置两个电压连接端5的两个弹性接触元件19，所述两个弹性接触元件彼此电绝缘。
[0054]在图3中图解图1和2的薄层太阳能模块I的变型。为了避免不必要的重复，仅阐述与该薄层太阳能模块I的区别，并且在另外方面参见那里进行的陈述。
[0055]因此覆盖元件21的基底22不是通过超声波焊接而是通过粘接剂29固定在载体衬底7处。粘接剂29例如被构造为粘接层或双侧的粘接带，其具有基于丙烯酸、聚氨酯或聚异丁烯的粘合剂。
[0056]在图4中图解图1和2的薄层太阳能模块I的另一变型，其中又仅阐述与第一实施例的区别。
[0057]在该构型中，覆盖元件21不构造为整体或整块的，而是由板状的基底22组成，该基底在此配备有螺纹钻孔31，接触销23借助螺纹底座32旋入该螺纹钻孔中。这根据应用允许接触销23的有针对性的适配。此外基底22和接触销23的材料可以彼此不同。尤其是，基底22还可以由电绝缘材料组成。基底22通过环形围绕的粘接剂29 (热融粘合剂)粘接到载体衬底7上。在将基底22固定在载体衬底7处时，接触销23实现与弹性接触元件19的直接电接触。
[0058]本发明提供一种太阳能模块，尤其是薄层太阳能模块，其在工业批量生产中实现简单和成本低廉地将连接插座自动化安装到接触孔处以及将其连接到太阳能电池单元的(多个)电极层上。水分子向接触孔的扩散可以被可靠和安全地防止。
[0059]附图标记列表 I薄层太阳能模块
2薄层太阳能电池单元3连接插座4连接电缆5电压连接端6层结构7载体衬底8吸收层9背电极层10半导体层11缓冲层12前电极层13切口
14电极区域15中间层
16覆盖衬底17接触孔18汇流导体
19弹性接触元件20密封料21覆盖元件22基底23接触销24弹性夹紧元件25金属弹簧26粘接层27开口28凹处29粘接剂30焊接区31螺纹钻孔32螺纹底座。
【权利要求】
1.太阳能模块(1)，尤其是薄层太阳能模块，其包括: -由两个衬底(7，16)组成的层压复合体，在所述两个衬底之间存在层结构(6)，所述层结构具有前电极层(12)、背电极层(9)和位于之间的半导体层(10)用于形成多个串联连接的太阳能电池单元(2)， -两个接触元件(19 )，其分别与前电极层和/或背电极层(9，12 )导电连接，其中接触元件分别布置在至少一个衬底(7，16)的至少一个接触孔(17)中， -至少一个覆盖元件(21)，该至少一个覆盖元件被固定在配备有至少一个接触孔(17)的衬底(7)处并且封闭至少一个接触孔(17)， -两个接触件(23 )，这些接触件与至少一个覆盖元件(21)连接并且分别与两个接触元件(19)之一导电连接， -至少一个连接插座(3),该至少一个连接插座包围至少一个覆盖元件(21)地被固定在配备有至少一个接触孔(17 )的衬底(7 )处并且具有两个接触配合件(24 )，这些接触配合件分别与两个接触件(23 )之一以插塞连接的形式导电连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能模块(1)，其中两个接触元件(19)分别经由条状的汇流导体(18)与前电极层和/或背电极层(9，12)导电连接。
3.根据权利要求1或2之一所述的太阳能模块(1)，其中两个接触元件(19)分别构造为可弹性变形的弹性接触元件。
4.根据权利要求1至3之一所述的太阳能模块(1)，其中接触件(23)分别构造为接触销，并且接触配合件(24)分别构造为弹性夹紧元件。
5.根据权利要求1至4之一所述的太阳能模块(I)，其中至少一个连接插座(3)通过接触件(23)与接触配合件(24)之间的电插塞连接固定在配备有至少一个接触孔(17)的衬底(7)处。
6.根据权利要求5所述的太阳能模块(I)，其中接触件(23)与接触配合件(24)之间的电插塞连接分别具有止动机构。
7.根据权利要求1至6之一所述的太阳能模块(1)，其中在至少一个接触孔(17)中引入不透水和不透蒸汽地将太阳能电池单元(2 )相对于外部环境密封的密封料(20 )。
8.根据权利要求7所述的太阳能模块(1)，其中通过密封料(20)将接触元件(19)固定在至少一个接触孔(17)中。
9.根据权利要求1至8之一所述的太阳能模块(1)，其中至少一个覆盖元件(21)通过材料决定的连接固定在配备有至少一个接触孔(17)的衬底(7)处。
10.根据权利要求9所述的太阳能模块(1)，其中在覆盖元件(21)与衬底(7)之间的材料决定的连接围绕接触孔(17)地来构造。
11.根据权利要求1至10之一所述的太阳能模块(1)，其中接触件(23)分别被构造为，使得所述接触件在将至少一个覆盖元件(21)固定在配备有至少一个接触孔(17)的衬底(7)处时自动实现与接触元件(19)的电接触。
12.根据权利要求1至11之一所述的太阳能模块(1)，其中接触件(23)分别通过可松脱的连接，例如螺旋连接而与至少一个覆盖元件(21)连接。
13.用于自动化地制造太阳能模块(I)、尤其是薄层太阳能模块的方法，具有以下步骤:-提供由两个衬底(7，16)组成的层压复合体，在所述两个衬底之间存在层结构(6)，所述层结构具有前电极层(12)、背电极层(9)和位于之间的半导体层(10)用于形成多个串联连接的太阳能电池单元(2)， -在至少一个衬底(7)中构造出至少一个接触孔(17)； -将两个接触元件(19)布置在至少一个接触孔(17)中并且与前电极层和/或背电极MO,12)导电连接； -将至少一个覆盖元件(21)固定在衬底处，该至少一个覆盖元件覆盖至少一个接触孔(17)，其中至少一个覆盖元件(21)具有两个接触件(23)，所述两个接触件分别与两个接触元件(19)之一导电连接； -将至少一个包围至少一个覆盖元件(21)的连接插座(3)固定在配备有至少一个接触孔(17 )的衬底(7 )处，其中至少一个连接插座(3 )具有两个接触配合件(24 )，所述两个接触配合件分别与两个接触件(23)之一被置于导电的插塞连接中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中接触元件(19)分别通过引入到接触孔(17)中的、将太阳能电池单元(2)不透水和不透蒸汽地相对于外部环境密封的密封料(20)固定。
15.根据权利要求13或14之一所述的方法，其中至少一个连接插座(3)通过将接触配合件(24 )插到接触件(23 )上而被固定在配备有至少一个接触孔(17 )的衬底(7 )处。
【文档编号】H02S40/34GK103828229SQ201280048028
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】M.德赫, H-W.库斯特 申请人:法国圣戈班玻璃厂