Zell-Verbindungstechnologie

Drahtverschaltungen

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

Verglichen mit einer Verschaltung durch konventionelle Zellverbinder lassen sich bei einer Verschaltung 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 verschalten. Eine Herausforderung bei der Verschaltung 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 Verschaltung der Kontaktfinger oder die spannungsarme Verschaltung von Rückkontaktsolarzellen möglich machen.

Unser Angebot für Drahtverschaltungen

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 Verschaltungsergebnisse angepasst. 
  • Evaluation verschiedener Lote z.B. für eine bleifreie Verschaltung 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 Drahtverbindungen

GEPARD – Hochdurchsatz-Anlagen- und Prozesstechnologie für kristalline Solarmodule

COMMIT – Effiziente und zuverlässige Drahtverschaltung von Solarzellen

 

Schindelverschaltungen

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

Die Schindelverschaltung 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 verschalten. Bei der Matrix-Verschaltung 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 verschaltet, sodass eine Zellmatrix beliebiger Größe entsteht, die im Betrieb besonders robust auf Teilverschattungen reagiert.

Unser Angebot für Schindelverschaltungen

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

Verschaltung von Silizium-Heterojunction- und Tandem-Solarzellen

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

Tandem-Solarzellen und Zellen mit Silizium-Heterojunction-Technologie (SHJ) weisen sehr hohe Wirkungsgrade von über 24% auf und sind daher besonders bei einem be-grenzten Flächenangebot und für die Herstellung von Hochleistungs-PV-Modulen für den Markt attraktiv. Die Verschaltung der temperaturempfindlichen Schichten dieser Solarzellen stellen jedoch besondere Anforderungen an die Verschaltung und die Modu-leinkapselung. Die klassischen Verfahren müssen optimiert und geeignete Materialien verwendet werden, um eine zuverlässige Verschaltung und Modulintegration zu ge-währleisten.

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

Für die Verbindung von SHJ Solarzellen steht uns im Module-TEC ein Smart Wire Stringer der Firma Meyer Burger zur Verfügung. Die Anlage verschaltet SHJ Voll- und Halbzellen im M6-Format im industriellen Maßstab.

Unser Angebot für HJT- und Tandemzellen-Verschaltung

Leistungen

  • Inhouse-Versuchstage zur Evaluierung von Materialien und Prozessen
  • Produktion und Versand von Strings in verschiedener Konfiguration mit ihren Solar-zellen
  • Entwicklung von kostengünstigen und zuverlässigen Material- und Prozesskombina-tionen (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, mikroskopi-schen 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