Zell-Verbindungstechnologie

Runddrahtverbindungen

Drahtverbindung (12 Drähte)
© Fraunhofer ISE
Solarzellen mit Drahtverbindung (12 Drähte)

Verglichen mit einer Verbindung durch konventionelle Zellverbinder lassen sich bei einer Verbindung von Solarzellen mit Runddrähten die elektrischen und optischen Verluste reduzieren. Durch den geringeren Serienwiderstand und die optimierte Lichtstreuung des Runddrahts zurück auf die Solarzelle wird eine höhere Leistung der Module erzielt.

Die Drähte haben einen Kupferkern mit einem Durchmesser von 200 µm bis 400 µm und sind mit einem bleifreien oder bleihaltigen Lot ummantelt. Wie bei konventionellen Zellverbindern werden die Drähte mittels Weichlöten oder leitfähigem Kleben auf den Solarzellen fixiert, um die Zellen zu verbinden. Eine Herausforderung bei der Verbindung mit Runddrähten ist das Auftreten von thermomechanischen Spannungen, die zu Mikrorissen in Solarzellen führen und die Lebensdauer von PV-Modulen verkürzen können.

Am Fraunhofer ISE arbeiten wir an der Entwicklung von gewellten Drähten, die die thermomechanischen Spannungen reduzieren und eine busbarfreie Verbindung der Kontaktfinger oder die spannungsarme Verbindung von Rückkontaktsolarzellen möglich machen.

Unser Angebot für Runddrahtverbindungen

Leistungen

  • Inhouse-Versuchstage zur Evaluierung von Materialien und Prozessen
  • Herstellung von Drahtstrings mit Multi-Wire Technologie, und SmartWireConnection Technology (SWCTTM), mit individuellem Zellabstand und Stringlänge
  • Herstellung und Test von Prototypmodulen und Kleinserien
  • Kunden- und materialspezifische Prozessentwicklungen für Lötverfahren und leitfähige Klebeverbindungen. Temperaturen, Prozesszeiten und Durchsatz werden für optimale Verbindungsergebnisse angepasst. 
  • Evaluation verschiedener Lote z.B. für eine bleifreie Verbindung mit Runddrähten
  • Detaillierte Charakterisierung der Fügestellen

Charakterisierungs-Methoden

  • Charakterisierung von Drähten: Zugtests und Mikrostrukturuntersuchungen an Schliffbildern
  • Stabilität der Fügestellen: Analyse beispielsweise durch mechanische Haftungstests, elektrische Messungen, Röntgeninspektion, Mikrostrukturuntersuchungen an Schliffen, sowie beschleunigte Temperaturzyklentests auf Modulebene.

Stringer für Drahtverbindungen

  • Multi-Wire/Busbar Technologie mit 6 Drähten für Halbzellen und 9/12 Drähten für Vollzellen (Zellformate M2, M3, M4, M6)
  • SmartWire Connection Technology (SWCTTM), v. A. für Heterojunction-Solarzellen

Forschungsprojekte zu Runddrahtverbindungen

GEPARD – Hochdurchsatz-Anlagen- und Prozesstechnologie für kristalline Solarmodule

COMMIT – Effiziente und zuverlässige Drahtverbindung von Solarzellen

 

Schindelverbindungen

Schindelstrings
© Fraunhofer ISE
Produktion von Schindelstrings auf einem industriellen Stringer von teamtechnik.

Die Schindelverbindung von Silizium Solarzellen bietet ein ästhetisches Design und hohe Modul-Wirkungsgrade. Ein leitfähiger, bleifreier Klebstoff verbindet die Solar-Zell-Schindeln schonend, zuverlässig und mit hoher Leitfähigkeit. Zur automatisierten und industrienahen Fertigung von Schindel-Strings verfügen wir über einen Klebe-Stringer, der verschiedene Zell-Formate und Kantenlängen von Schindel-Solarzellen zu Strings beliebiger Länge verarbeiten kann. Dabei können wir die Klebstoffauftragsmenge, die Größe des Zellüberlapps sowie die Dauer und Temperatur der Klebstoffaushärtung optimieren und präzise einstellen.

In unserem Module-TEC können wir über eine H-Portal-Automatisierung die Solarzellen-Schindeln auch in Matrix-Technologie verbinden. Bei der Matrix-Verbindung kann durch das zusätzliche seitliche Versetzen der Schindel-Solarzellen die zur Verfügung stehende Fläche maximal genutzt werden. Die Schindelsolarzellen sind dann in Reihe und gleichzeitig parallel verbunden, sodass eine Zellmatrix beliebiger Größe entsteht, die im Betrieb besonders robust auf Teilverschattungen reagiert.

Unser Angebot für Schindelverbindungen

Leistungen

  • Inhouse-Versuchstage: Zugang zur Anlage, unserem erfahrenen Fachpersonal sowie zu einer Auswahl an verschiedenen Klebstoffmaterialien
  • Produktion und Versand von Schindelstrings in variabler Länge und Kunden spezifischer Konfiguration
  • Fachexpertise zu Patentschutz, zu den kommerziell verfügbaren Klebstoffen, zu Prozesstechnik und Qualitätskontrolle
  • Herstellung und Test von Prototypmodulen und Kleinserien in Schindeltechnologie
  • Entwicklung und Optimierung des Moduldesigns und der Querverschaltung

Charakterisierungen

  • Positioniergenauigkeit und Verbindungspräzision
  • Schichtdickenhomogenität (Querschliffpräparation und REM-Analyse)
  • Elektrische Eigenschaften der Verbindung
  • Zug-Scher-Festigkeit der Klebung
  • Aushärtegrad des Klebstoffs (Kalorimetrie)
  • Größe der effektiven Verbindungsfläche zwischen den Solarzellen-Schindeln innerhalb der Fügestelle (Röntgenanalyse).

Forschungsprojekte zu Schindelverbindungen

SHIRKAN – Matrix-Schindel-PV-Modul – robust, kostengünstig, ästhetisch und hocheffizient

 

Flachdrahtverbindungen

Flachdrahtverbindung
© Fraunhofer ISE
Flachdrahtverbindung von Halbzellen auf industriellem Stringer von teamtechnik.

Kristalline Solarzellen werden meist mithilfe von schmalen Leiterbahnen an der Ober- und Unterseite kontaktiert und in Reihe zu „Strings“ (deutsch: Strang) in einem Modul verbunden. In unserem Technikum verbinden wir auf industriellen Stringeranlagen Solarzellen mit hohem Durchsatz auf Basis von Löttechnologie und leitfähigem Kleben. Unsere Anlagen verarbeiten Voll-, Halb- oder Drittelzellen mit 5, 6, 9 und 12 Busbars in den Formaten M6 bis M12. Wir gehen flexibel auf den Bedarf ihrer Modulprojekte ein.

Die Stringer am Fraunhofer ISE prozessieren industrieübliche PERC-, Heterojunction- und TOPCon-Solarzellen auf Basis von Infrarot-Strahlung. Darüber hinaus arbeiten wir mit leitfähigen Klebstoffen und alternativen Lotlegierungen, um bleifrei, schonend und bei äußerst niedrigen Temperaturen auch anspruchsvolle Zelltechnologien langzeitstabil zu verbinden.

Wir charakterisieren die Fügestellen mit Abzugstests, mit metallographischen Methoden und Rasterelektronenmikroskopie, um die Verbindungsqualität detailliert zu analysieren. Wir unterstützen Sie gerne mit unserem Technikum beim Prototypenbau und bei der Implementierung neuartiger Verbindungsprozesse in ihrer Modulproduktion.

Unser Angebot für Flachdrahtverbindungen

Leistungen

  • Inhouse-Versuchstage: Zugang zur Anlage und unserem erfahrenen Personal sowie zu einer Auswahl an verschiedenen Verbinder-Materialien und Klebstoffen
  • Herstellen von Strings mit Bändchenverbindung: Verschiedene Zellformate und Zelltechnologien durch Löten oder Kleben zur Weiterverarbeitung
  • Charakterisierung der Fügestellen
  • Weiterentwicklung der Verbindungstechnologie

Verbindung von Silicium-Heterojunction- und Tandem-Solarzellen

SWCT-Stringer
© Fraunhofer ISE
Im SWCT-Stringer am Module-TEC werden Zellen durch Drahtfolien besonders schonend verbunden.

Bei der Verbindung der temperaturempfindlichen Schichten von Silizium-Heterojunction- und Tandem-Solarzellen stellen sich besondere Anforderungen. Die klassischen Verfahren müssen optimiert und geeignete Materialien verwendet werden, um eine zuverlässige Verbindung und Modulintegration zu gewährleisten.

Wir entwickeln niedertemperaturbasierte Lösungen zur Verbindung von SHJ- oder Tandemsolarzellen mit leitfähigem Kleben, der Smart-Wire-Drahtverbindung und mit Lötverfahren auf Basis von Niedertemperaturloten. Dabei stehen geringe Kosten, mechanische Stabilität und elektrischer Performance im Fokus unserer Forschung. 

Unser Angebot für HJT- und Tandemzellen-Verbindung

Leistungen

  • Inhouse-Versuchstage zur Evaluierung von Materialien und Prozessen
  • Produktion und Versand von Strings in verschiedener Konfiguration mit ihren Solarzellen
  • Entwicklung von kostengünstigen und zuverlässigen Material- und Prozesskombinationen (BOM-Entwicklung)
  • Herstellung und Test von Prototypmodulen und Kleinserien
  • Beratung und Analyse zur Kompatibilität von Materialien und Prozessen mit der SHJ-Technologie 
  • Detailcharakterisierung von Materialien mit thermischen, chemischen, mikroskopischen und mechanischen Verfahren 

Mit unseren Stringern verarbeiten wir

  • Voll- und Halbzellen bis 161.7 mm × 161.7 mm
  • bis 1600 Zellen pro Stunde (Durchsatz) 
  • leitfähige Klebstoffe im Temperaturbereich 80-180°C

Kontakt

Achim Kraft

Contact Press / Media

Dr. Achim Kraft

Verbindungstechnik

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5544

Contact Press / Media

Angela De Rose

Drahtverbindungen, Verbindung von Silicium-Heterojunction- und Tandem-Solarzellen

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5856

Contact Press / Media

Dr. Torsten Rößler

Schindelverbindungen, Verbindung von Silicium-Heterojunction- und Tandem-Solarzellen

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5023