(57)【要約】  本発明は、電気接触部を確立するために、太陽電池の側面に接触ワイヤをはんだ付けするための方法に関する。前記太陽電池は、少なくとも１つの金属で被覆された帯状の領域を有する。太陽電池を電気的に接続する接触ワイヤは、前記領域にはんだ付けされ、はんだ付け期間又ははんだ付け領域への外部からのエネルギ入力の期間は、８００ｍｓ未満と非常に短い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の側面において、太陽電池に接触ワイヤをはんだ付けするための方法であって、
太陽電池が、少なくとも１つの金属で被覆された帯状の接触領域を有し、
接触ワイヤが、太陽電池の電気的な接続のために、金属で被覆された帯状の接触領域上にはんだ付けされる、
方法において、
はんだ付け期間、又ははんだ付け領域上への外部的なエネルギ入力の期間は、８００ｍｓよりも短い、
方法。
【請求項２】
はんだ付けの期間又はエネルギ入力の期間が５００ｍｓよりも短い、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
はんだ付けのためのエネルギ入力が、経時的に所定の温度分布で行われ、
好ましくは、はんだ付け作用の開始の際のはんだ付け領域でのエネルギ入力又は温度が、最高温度まで非常に大幅に上昇し、次いで緩やかに、具体的には最高温度のおよそ６０％に降下し、
その後、はんだ付け作用又はエネルギ入力の終了に達する、
請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
はんだ付け作用又はエネルギ入力が、調整された工程であり、
はんだ付け領域での温度変化が、
パイロメータにより監視され、かつ、
所定の分布に応じて、エネルギの発生又ははんだ付け領域内へのエネルギ入力の精密な調整に対して操作される変数としてフィードバックされる、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
太陽電池が予熱され、
具体的には、はんだ付け作用の前に、８０℃よりも低い温度に、好ましくは６５℃よりもわずかに低い温度に予熱される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
エネルギ入力又ははんだ付け作用が、誘導加熱はんだ付けによってもたらされる、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
エネルギ入力又ははんだ付け作用が、レーザによりもたらされ、
好ましくは、レーザのライトスポットが、接触ワイヤを越えて横方向に投影され、
特に、ライトスポットの直径が、接触ワイヤの放射される幅のおよそ２倍である、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
レーザのライトスポットが、そのライトスポットの端部領域で、特におよそ１０％〜２０％の端部領域で焦点がぼかされ、
この焦点がぼかされた端部領域でのエネルギ入力が、はんだ付けの融点のために必要とされるエネルギ入力量よりも低いままである、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
接触ワイヤがはんだ付けされた太陽電池の帯状の接触領域が、細長い形状をしており、
接触ワイヤが、複数の位置に、特にそれぞれ１ｃｍ〜２ｃｍの距離を置いて、接触領域に固定するようにはんだ付けされる、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
接触ワイヤが、錫でメッキされた銅線である、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
接触ワイヤは、その厚さの整数倍に相当する幅を有する平坦なワイヤとして具現化され、
好ましくは、接触ワイヤの幅が、１ｍｍ〜３ｍｍ、特に１．３ｍｍ〜２．５ｍｍである、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合組立体又はモジュールを形成するために、複数の太陽電池の電気的な相互接続部と一体にする組立ての間において特に行われるような、接触ワイヤを太陽電池にはんだ付けするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力の分野では、技術的発展の傾向は常に、コストを低下させかつ効率を上げる方向に向かっている。太陽電池モジュールを形成するために、複数の太陽電池を電気的に接続する際に、拘束体又はいわゆるストリンガ（ｓｔｒｉｎｇｅｒ）が主に使用される。前記ストリンガにおいて、太陽電池は、はんだ付け工程によって、接触ワイヤにはんだ付けされてストリンガを形成する。接触はんだ付けがこのはんだ付け工程の際に主に使用される。この場合に、太陽電池が予熱され、接触ワイヤのはんだ付け用の錫が、加熱スタンプにより、頂部及び端部にそれぞれ接続部を有する太陽電池を通してはんだ付けされる。
【０００３】
接続される材料の様々な膨張率によってもたらされる機械的な応力を減少させるために、ひいては太陽電池の破損を避けるために、太陽電池は予熱されるべきである。はんだ付け用の錫のおおよそ液相温度までの一定の状況下における太陽電池の必要とされる予熱と、その後のはんだ付け作用とは、好ましくない場合において、特に太陽電池がすでに微小割れによって弱くなっているならば、太陽電池の破損をもたらすおそれがある。
【０００４】
特許文献１は、上述した対応する方法を開示する。この方法は、本質的に公知である誘導加熱はんだ付けを使用する。さらに、ここでは、太陽電池は、加熱プレート、赤外線加熱システム又は温風加熱システムを予熱するために提供できる場合に、実際に予熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１７４８４９５（Ａ１）号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００８０４６３３０．２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の方法を提供するという目的に基づくものであり、これにより、先行技術の欠点を避けることが可能になり、具体的には、予熱又ははんだ付け作用自体による太陽電池の機械的な応力を、可能な限り減少し、又は実に完全に排除することができる。
【０００７】
この目的は、請求項１の特徴を含む方法により達成される。本発明の有利かつ好ましい構成は、さらなる請求項の主題であり、以下にさらに詳細に説明される。特許請求の範囲の表現は、明細書の内容について明確に参照することにより組み込まれる。さらに、同じ出願人による優先権の基礎となる２００８年８月２９日の特許文献２の表現は、明確に参照することにより、この明細書の内容のものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
太陽電池が少なくとも１つの金属で被覆された接触領域であって、有利には、帯状の形状をしている接触領域を有することが、提供される。前記接触領域はさらに、金属で被覆される代わりに金属であってもよく、つまり太陽電池の、金属で被覆されたコーティングであるよりもむしろ金属部品であってもよい。接触ワイヤは、太陽電池を電気的に接続するために、前記金属で被覆された接触領域上又は金属の接触領域上にはんだ付けされる。本発明によれば、はんだ付けの期間、又ははんだ付け領域上への、すなわち具体的には、接触ワイヤ上への外部的なエネルギ入力の期間は、８００ｍｓよりも短い。はんだ付けの期間又はエネルギ入力の期間は、有利には、５００ｍｓよりも一層短く、例えば３００ｍｓ〜４００ｍｓである。このことは、この短い時間内に、接触ワイヤと金属で被覆された接触領域又は金属の接触領域との間のはんだ付け接続部を生成するために、相応に高いエネルギ入力により、はんだ付け用の錫又ははんだ付け用の材料を溶解させることができるものの、例えば同時に、太陽電池が、はんだ付け領域内において若しくははんだ付け領域の近傍において熱くなり過ぎ、又は１００℃〜１２０℃の温度を超えるような広い範囲への全体的な加熱が行われないという利点を有する。
【０００９】
本発明の１つの有利な構成では、はんだ付けのためのエネルギ入力は、所定の経時的な温度分布又は温度プロファイルを用いて行われる。このような温度分布は、特に有利には、はんだ付け作用の開始時のエネルギ入力又はそれによるはんだ付け領域での温度若しくははんだ付け用の錫の温度が、最高温度に非常に大きく上昇するように、具体的に示される。この最高温度に達した後に、はんだ付け用の錫が、すなわち融点に非常に迅速に加熱されるように、この最高温度を一時的に維持することができ、その後、再び比較的迅速に降下すべきである。エネルギ入力が低下されるものの、さらなるエネルギ入力が次いで、はんだ付け用の錫の流れ及びさらに接触領域に接続を生成するために、追加的にもたらされる。したがって、最大温度に達した後に、低下した温度は、はんだ付け作用を続行し、はんだ付け接続を確実かつ永続的に生成するのに十分である。温度は、最高温度のおよそ６０％に降下してもよい。エネルギ入力は次いで、再び比較的急激に停止し、はんだ付け作用又はエネルギ入力は、エネルギ入力がないことによる温度の急速な降下によって迅速に終了され、その結果はんだ付け用の錫が凝固することができ、はんだ付け接続が終了する。
【００１０】
エネルギ入力又はエネルギ入力の大きさ及び期間により制御されるこのような温度分布を達成するために、はんだ付け作用又はエネルギ入力は、有利には、調整された工程であり、すなわち、単に、エネルギ入力等に関する所定の分布の制御された追従作用ではない。この目的のために、はんだ付け領域における温度変化を、温度測定装置、有利にはパイロメータにより監視することができる。この温度は、精密な調整のためのエネルギの発生に対して操作される変数としてフィードバックされ、その結果、エネルギ入力は、実際には、特にあらかじめ定められた温度分布を達成するために、所定の分布が達成されるように調整される。この温度分布の場合では、エネルギ入力の開始及び停止の後に、温度が急激ではなく、かなり段階的に又は遅れをもって、上昇及び降下することを当然に確保することに、注意が払われるべきである。
【００１１】
本発明の１つの構成では、先行技術のはんだ付け作用に類似するやり方でのはんだ付け作用の前に、太陽電池が予熱されることが提供されると有利である。しかしながら、予熱は、有利には、８０℃よりも低い温度になるようにもたらされる。特に有利には、太陽電池は、後の作用のおよその平均作業温度に予熱される。何故ならば、この負荷のために適切に構成されており、したがって、機械的な応力がこの温度で接続部によって生成されないからである。この温度は、例えば、６５℃よりもいくぶん低い場合がある。したがって、予熱自体による太陽電池の機械的な応力又は負荷が避けられる。同時に、当然に、予熱の効果により、はんだ付け作用を改善し、かつはんだ付け期間を減少させることができる。
【００１２】
はんだ付け前の太陽電池の予熱を、従来のやり方でもたらすことができる。予熱はさらに、はんだが次いで、金属で被覆された領域又は金属の領域で十分に良好に流れるので、はんだ付け接続作用が可能な限り良好であることを確保するために、主に機能する。はんだの融点はおよそ２００℃であり、使用されるはんだ付け用の錫に依存する。無鉛はんだ付け用の錫が使用されることを意図するならば、その結果、はんだの融点は、その上におよそ３０℃〜４０℃高くなる。
【００１３】
本発明のさらなる構成では、一定の冷却が、はんだ付け領域へのエネルギ入力の終了後に行われることを可能にしてもよい。例えば、冷却用空気などを吹きかけることにより、このことを達成することができる。冷却効果は、ここでは限られたものでしかないが、それにもかかわらず、一定の効果を依然として具体的に示す。したがって、有害であるとみなされる、太陽電池への熱の広がりを避けることができる。
【００１４】
第一に、エネルギ入力が、はんだ付け作用の際に誘導によってもたらされることが可能なり、すなわち、エネルギ入力が、上述の先行技術と同様に誘導加熱はんだ付であることが可能となる。したがって、本発明による時間短縮及び高エネルギ入力を達成することができる。
【００１５】
誘導加熱はんだ付けに対する代替として、はんだ付け作用の際のエネルギ入力を、レーザによってもたらすことが可能であり、このことは、同様に、非常に早く、かつ十分に高いエネルギ入力を可能にする。この場合では、好ましくは、レーザのライトスポットは、接触ワイヤを越えて横方向に投影され、いくぶん広い、金属で被覆された接触領域若しくは金属の接触領域に、又は太陽電池自体に放射される。それにより、さらなる予熱を、又は一方ではんだ付け領域の中心点と他方で包囲する太陽電池との間の温度の違いの補填を、達成することができる。例として、いずれの場合にも、前記ライトスポットが、太陽電池をおよそその直径の１／４だけ又は対応する基準円形区域だけ加熱するように、ライトスポットの直径を放射される接触ワイヤの幅のおよそ２倍にすることができる。
【００１６】
本発明のさらなる構成において、レーザの上述の大きなライトスポットの場合では、レーザが、そのライトスポットの端部領域で、特にライトスポットの直径の１０％〜５０％、有利にはおよそ３０％の端部領域で、焦点をぼかすことを可能にする。これは、上述のように、接触ワイヤを越えて横方向に投影しかつ太陽電池自体に放射する端部領域であることを意図する。前記端部領域においてレーザの焦点をぼかした結果として、この端部領域でのエネルギ入力をより小さくすることが可能であり、その結果として、この端部領域でのエネルギ入力は、はんだ付けの融点のために必要とされるエネルギ入力量に足らず、その結果、すなわち、より少ない加熱がここで行われる。したがって、温度分布を均一化することができ、ひいては機械的な応力の発生を避けることができる。
【００１７】
接触ワイヤがはんだ付けされた太陽電池の金属の帯状の接触領域又は金属が被覆された帯状の接触領域が細長い形状をしており、具体的にはこの接触領域が太陽電池の全長を横切ることを、提供することができる。接触ワイヤは、複数の位置例えば２又は３箇所で、具体的にはいずれの場合にも１ｃｍ〜２ｃｍの距離を置いて、接触領域に固定するようにはんだ付けされる。これらの分布されたはんだ付けの箇所は、十分に良好な機械的かつ電気的な接続に十分である。
【００１８】
錫でメッキされた銅線を、接触ワイヤとして供給することができる。具体的には、別個に供給することを不用とするように、はんだ付け用の錫を直接に供給することができる。
【００１９】
接触ワイヤは、有利には、平坦なワイヤである。接触ワイヤは、その厚さよりも何倍もの幅を有することができる。例として、この幅は、１ｍｍ〜３ｍｍ、有利には、１．３ｍｍ〜２．５ｍｍであってもよい。接触ワイヤの厚さは、幅のおよそ１／２０〜１／１０であってもよい。
【００２０】
これらの特徴及びさらなる特徴は、特許請求の範囲からだけではなく明細書及び図面からも明らかになり、個々の特徴を、いずれの場合にも、これらの特徴自体によって認識し、又は本発明の実施形態及び他の分野におけるサブコンビネーションの形で複数の特徴として認識することができ、また、個々の特徴は、利点及び本質的に保護可能な実施形態を構成することができる。本発明の例示的な実施形態は図面に図示され、以下にさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】接触ワイヤにより互いに電気的に接続された２つの太陽電池を示す平面図。
【図２】予熱をしている、図１における２つの太陽電池と、はんだ接続を生成するためのレーザとの側面図。
【図３】はんだ付け領域内のレーザスポットの拡大平面図。
【図４】経時的なエネルギ入力の１つの可能性のある分布を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
例示的な実施形態は、図面に概略的に図示され、以下にさらに詳細に説明される。
【００２３】
図１は、第１の太陽電池１１を平面図に図示し、第２の太陽電池１１’を第１の太陽電池１１の右横に図示する。すでに接続されている又は未だに接続されていないさらなる太陽電池（図示しない）も有する場合がある、これらの２つの太陽電池１１，１１’は、拘束体１３又はいわゆるストリンガとして形成される。完全に相互接続された太陽電池モジュールは、本質的に公知であるように、互いに平行である複数のこのような拘束体１３から生成される。図２と関連して、太陽電池１１，１１’が頂面１５及び底面１６を有することが理解できる。頂面１５は、２つの狭い帯状の接触領域１８ａを有し、これらの接触領域１８ａは、太陽電池上に金属コーティングによって従来のやり方で生成される。３つのこのような接触領域が存在することができる。対応する金属コーティングされた接触領域１８ｂは、底面１６に設けられ、同様に、太陽電池１１，１１’の全長にわたって延びる。
【００２４】
太陽電池１１，１１’は、互いから数ミリメートルの距離を置く。接触ワイヤ２０は、太陽電池１１の上方接触領域１８ａの長さの大部分にわたって延び、次いで、平行な進路を再び有する張り出し部２１を有するように、間隙内において下向きに曲げられる。前記張り出し部２１は、頂面１５上に係止する接触ワイヤ２０のおよそ１／３の長さである。
【００２５】
張り出し部２１は、太陽電池１１’の下方接触領域１８ｂの左方端部に係止する。はんだ付け接続作用は、以下にさらに詳細に説明されるように、ここで行われる。
【００２６】
図２は、予熱システム２３を図示し、本質的に公知である予熱システムは、太陽電池１１’の底面１６を予熱し、はんだ付けが、本明細書の導入部で言及された温度になるように、太陽電池１１’で行われる。予熱システム２３を、例えば赤外線輻射加熱器などの、従来のやり方で具体化することができる。
【００２７】
予熱システム２３による予熱の後に、はんだ付け作用は、レーザ２５及びそのレーザビーム２６又はレーザスポット２７により行われる。この目的のために、レーザスポット２７は、図３の拡大図から理解できるように、はんだ付け領域３２に位置する。はんだ付け作用は、パイロメータ２９により、上昇する温度に関して監視される。この目的のために、予熱システム２３、レーザ２５及びパイロメータ２９は、制御装置３０に接続され、この制御装置は、個々の構成要素と全体のはんだ付け作用とを制御し、かつ同時に監視又は調整する。
【００２８】
導入部で説明されたように、外側レーザスポット領域２７ｂが存在することを、図３で理解することができ、外側レーザスポット領域２７ｂは、一点鎖線で図示される。外側レーザスポット領域２７ｂは、接触ワイヤ２０又はその張り出し部２１だけでなく、下方接触領域１８ｂともかなりの部分で重なる。さらに、内側レーザスポット２７ａが提供され、内側レーザスポット２７ａは、一点鎖線で図示され、内側レーザスポット２７ａの直径は、実際には同様に、接触ワイヤ２０の張り出し部２１の幅よりも大きいが、下方接触領域１８ｂの幅の領域内にほぼ位置する。この場合では、レーザ軸線２８は、張り出し部２１の中心に正確に調節される。
【００２９】
内側レーザスポット領域２７ａの領域内において、このような高エネルギ入力がレーザ２５によってもたらされ、はんだ付けは、ここでは、はんだ付け領域３２内で行われ、すなわち、例えば、張り出し部２１を形成するはんだ付け用の錫の表面は、溶けかつ下方接触領域１８ｂと共にはんだ付け接続部の一部になる。下方接触領域１８ｂを加熱する場合、内側レーザスポット領域２７はさらに、実際には、対応する加熱のために、張り出し部２１の幅を超えて拡がる。
【００３０】
外側レーザスポット領域２７ｂは、はんだ付け領域３２と太陽電池１１’の残り部分との間の過剰に急激な温度変化を避けるために、太陽電池１１’の底面１６と材料の深い部分との加熱も、主にもたらす。したがって、この加熱は、はんだ付け領域３２の予熱にほぼ対応しかつさらに予熱を維持することをもたらす。
【００３１】
図４は、時間ｔにわたるエネルギ入力Ｅの１つの可能性のある事象を図示する。はんだ付け作用はｔ１のときに始まり、エネルギ量は、値Ｅｍａｘまで非常に短時間に、非常に大幅に上昇する。これを数ｍｓのうちに行うことができ、レーザ２５は、場合によると、最大出力、つまりＥｍａｘで即座に開始することさえもできる。最大エネルギ出力Ｅｍａｘは、ｔ１のすぐ後、例えばｔ１の１０ｍｓ後である、ｔ２のときに達せられる。この時点から、エネルギ入力Ｅは再び、ｔ３のときにＥｍｉｎに的確に下がるように降下する。この降下は、およそ線形、さもなければ不釣り合いに大きくなり又は小さくなる場合がある。ｔ３のときに、エネルギ入力Ｅができる限り迅速に停止し、はんだ付け作用又は少なくともエネルギ入力が終了される。温度がさらに低下すると、はんだ付け作用を、はんだ付け用の錫の凝固により終了することができる。ｔ１〜ｔ３の間のはんだ付け作用の期間は、例えば、導入部で言及したように５００ｍｓである場合があり、又はそれよりもさらに短い場合もある。はんだ付け領域３２内におけるはんだ付け作用により上昇する温度は図示されないが、この温度分布は、いずれの場合にも遅れを伴いながら、エネルギ入力Ｅの分布に対してかなり類似する。したがって、温度は、エネルギ入力Ｅよりも著しくゆるやかに上昇し、しかしながら、その後さらに、エネルギ入力Ｅよりもいくぶん緩やかに降下し、又はｔ３の後に、実際には、以前よりもいくぶん大きな程度ではあるが、減衰曲線のように降下する。
【００３２】
このような所定の温度分布は、はんだ付け領域３２内で制御装置３０のための、いわば調整された変数を示すことができる。制御装置３０は、エネルギ入力Ｅによる可能性のある修正介入をしながら、パイロメータ２９によってこの温度分布の追従作用を監視する。
【００３３】
本発明は、以上の記述から明確になり、このはんだ付けの方法は、点状のはんだ付け領域３２に、言い換えれば連続でないはんだ付け領域に、特に適する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2012501082.tif 000007
2012501082.tif 000008
2012501082.tif 000009
2012501082.tif 000010
2012501082.tif 000011
2012501082.tif 000012