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Z. Halavani:
"Zellverbindungen ohne Kleben oder Löten für kristalline Silizium Photovoltaik Module";
Supervisor, Reviewer: J. Summhammer, J. Fleig; Atominstitut, 2021; oral examination: 2021-03-11.

In this dissertation, the generation of new photovoltaic modules from non- standard cells is proposed. The format of the solar cells is switched from squareness of most of today`s commercial cells to rectangular, in which the short side is much smaller than
the long side. The first thing that is discussed here is the theory of photovoltaic cells and photovoltaic modules. Topics covered in particular include: the production of the modules, the electrical connection and the loss mechanisms in such modules. In this
work, in order to maximize the output power of polycrystalline silicon PV-modules, rectangular cells of 39 x 156 mm were used that overlap along the long sides. At the cell overlap, the low current density allows the new form of interconnections proposed here.
This interconnection requires neither soldering nor gluing, but it uses metallic strips implanted among the cells in the overlap region. The contact was created during the lamination by the pressure applied to the module and is maintained by the slightly bent
cells in the solidified encapsulation. In addition, the long term stability is determined of distinct contact materials and contact cross-sections applied in eight modules of the 240 W class monitored for up to three years of outdoor operation. The results from a variety
of small 5-cell modules, which were exposed to rapid ageing tests with up to 1000 thermal cycles, are explained in detail. Cells were tested with three different electrode designs and Cu, Ag, SnPbAg alloy and Sn were the contact materials. Focussing especially on series resistance, fill factor and peak power, it is found that Ag-coated contact strips
have practically the same stability as soldered cell interconnections and perform as well. Owing to 70-90% savings in copper and simpler manufacturing, the cost of PV-modules may be decreased further.

In dieser Dissertation wird die Fertigung neuartiger Photovoltaik Module aus nicht stan-
dardisierten Zellen dargelegt. Zu Beginn wird auf die Theorie von Photovoltaikzellen und
Photovoltaikmodule eingegangen. Besonders die elektrischen Kontaktverbindungen und
die Verlustmechanismen in solchen Modulen werden beleuchtet.
Um die Leistung von polykristallinen Silizium-PV-Modulen zu maximieren, kamen in
dieser Arbeit rechteckige Zellen mit den Abmessungen 39 mm x 156 mm zum Einsatz,
die sich in Serie überlappen.
Die geringe Stromdichte an der Zellüberlappung ermöglicht Zellverbindungen, bei denen
weder gelötet noch geklebt wird, sondern der Kontakt zwischen den Zellen durch Me-
tallstreifen hergestellt wird, die im Überlappungsbereich eingefügt werden.
Der für den elektrischen Kontakt notwendige Druck wurde durch die Laminierung der
Module erzeugt. Dadurch ergibt sich eine leichte Biegung der Solarzellen, welche den für
die Zellverbindung notwendigen Druck im eingekapselten Zustand der Zelle dauerhaft
aufrechterhält. In dieser Arbeit wird auf die Langzeitstabilität der verschiedenen Kon-
taktmaterialien und Kontaktquerschnitte eingegangen. Diese Kontaktmaterialien wur-
den in acht Modulen der 240W-Klasse eingesetzt und über einen Zeitraum von bis zu
drei Jahren im Außenbetrieb getestet bzw. überwacht.
Zusätzlich wurden Variationen von kleinen 5-Zell-Modulen raschen Alterungstests mit
bis zu 1000 Thermozyklen ausgesetzt. Zudem wurden Zellen mit drei verschiedenen Elek-
trodenkonstruktionen aus Cu, Ag, SnPbAg und Sn getestet. Mit Augenmerk auf Seri-
enwiderstand, Füllfaktor, dem Spannungsverhältnis von der Spannung am Maximum-
Power-Point zu der Leerlaufspannung und Peak Power ist festzustellen, dass die von
Ag beschichteten Kontaktstreifen gleich gut funktionieren wie gelötete Zellverbindungen
und praktisch auch die gleiche Stabilität aufweisen. Durch eine Einsparung von Kup-
fer zwischen 70-90% und einer einfacheren Fertigung könnten die Herstellungskosten für
PV-Module weiter gesenkt werden.

solar cells, solar cell interconnection, photovoltaic module efficiency, degradation tests

https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_301243.pdf