Kontaktierung
In der Elektrotechnik bezeichnet Kontaktierung die Herstellung einer sicheren elektrischen Verbindung zwischen zwei Leitern. Die Methoden zur Herstellung dieser Verbindungen nennt man Verbindungstechnik.
Welche Rolle spielt die Kontaktierung in der Elektroindustrie?
Ohne eine sichere Verbindung zwischen zwei Leitern kann kein Strom vom einen zum anderen fließen. Somit können auch keine elektrischen Signale übertragen werden. Die Fähigkeit einen zuverlässigen, elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen zwei Bauteile oder Bauelementen herstellen zu können ist also eine elementare Grundvoraussetzung für die moderne Elektrotechnik.
Kontaktierung bei Leiterplatten und Solarzellen
Die Verbindung einzelner Baugruppen und -teile mit einer Leiterplatte ist nur mit zuverlässigen Kontaktierungs-Verfahren umsetzbar. Die Auswahl geeigneter Verbindungen ist ein wichtiger Schritt bei der Planung von Leiterplatten.
Die Solarindustrie sieht sich bei der Kontaktierung von Solarzellen mit zwei Herausforderungen konfrontiert: Zum einen erzeugen Widerstände an den Kontaktstellen Stromverluste, zum anderen verdecken die Verbindungsstellen einen Teil des Solarpanels. An dieser Stelle findet dann keine Umwandlung der Sonnenstrahlung in Strom statt.
Arten der elektrischen Kontaktierung
Es gibt eine große Zahlt technisch möglicher und praktisch angewandter Kontaktierungsverfahren, sodass hier nur eine beispielhafte Übersicht gegeben werden kann. Grundsätzlich unterscheidet man in der Verbindungstechnik lösbare von unlösbaren und bedingt lösbaren Verbindungen. Verbindungen aller drei Gruppen verfügen über verschiedene Eigenschaften, die mit entsprechenden Vor- und Nachteilen verbunden sind.
Alternativ können die Verfahren zur Kontaktierung auch in Lötverbindungen und lötfreie Verbindungen unterteilt werden. Manche Lötverbindungen sind bedingt Lösbar, andere hingegen unlösbar.
Lösbare Verbindungen
Lösbare Verbindungen werden mit Steckverbindungen (mit und ohne Kabelschuhe) oder mit Klemmen hergestellt. Dabei kommen sowohl Steckklemmen aus auch Lüsterklemmen (bei Schraubverbindungen) und Krokodilklemmen zum Einsatz. Das bekannteste Beispiel lösbarer Verbindungen sind die in Privathaushalten und Büroräumen üblichen SchuKo-Stecker.
Unlösbare Verbindungen
Unlösbare Verbindungen werden durch das Schweißen, Bonden, Spleißen, mit Pressverbindungen oder durch das Kleben mit einem speziellen Leitkleber hergestellt.
In moderner Elektronik kommen Leiterplatten zum Einsatz, bei denen die Kontaktierung mittels Löten hergestellt werden. Dabei kommt entweder die Through Hole Technology (THT) zu Einsatz, bei der die Kontakte durch vorgeborte Löcher (Vias) in der Platine gesteckt und auf der Gegenseite verschweißt werden oder die Bauteile werden direkt auf der Leiterplatte verlötet. Dann spricht man von einem Surface Mounted Device (SMD).
Bedingt lösbare Verbindungen
Eine Zwischenstufe bilden die bedingt lösbaren elektrischen Verbindungen, die sich nicht zum regelmäßigen Lösen und Wiederverbinden eignen, sich bei Bedarf jedoch trennen lassen. Sie werden mittels Einpresstechnik oder Drahtwickeln (Wrapping) hergestellt.
Kontaktierung bei Solarmodulen
Ein Sonderfall der Verbindungstechnik sind Solarmodule. Sie stellen eine ganz besondere Herausforderung dar, da jeder Kontakt einen Teil des Solarpanels bedeckt, wodurch in diesem Bereich keine Umwandlung von Sonnenenergie mehr stattfinden kann.
Eine innovative Lösung für diese Problem ist der Rückkontakt auf der hinteren Seite der Solarzelle. Zu diesem Zweck weisen Interdigitated Back Contact Solarzellen (IBC) auf der Rückseite ineinander verschränkte Metallkontakte auf, unter denen sich wiederum dotierte Emitter-Bereiche befinden. Die Herausforderung liegt hierbei weniger in der Kontaktierung an sich, sondern vielmehr in der präzisen Definition der dotierten Bereiche auf der Rückseite und der Vermeidung von Kurzschlüssen während des Prozesses der Kontaktierung.
Zur Bewältigung dieser Herausforderungen sind die hochpräzisen Laseranlagen der InnoLas Solutions bestens geeignet. Im Rahmen des Laser Contact Opening (LCO) erzeugen unsere Lasersysteme LUMION und ULTAGO die notwendigen Kontaktöffnungen mit einer Genauigkeit von weniger als 10 µm. Damit sind sie die erste Wahl für derart diffizile Aufgaben.
Gerne stehen Ihnen unsere Experten für alle Ihre Fragen rund um die Dotierung und Kontaktierung von Solarpanels zur Verfügung. Nehmen Sie einfach Kontakt zu uns auf!
Probleme bei der elektrischen Kontaktierung
Allen Verbindungsstellen gemein ist, dass sie potentielle Schwachpunkte in Leiterplatten, Solarpanels und anderen elektronischen Komponenten sind. Korrosion oder die Entstehung von Oxidschichten (z. B. bei Kupfer-Oberflächen) erhöhen den Übergangswiderstand zwischen den Bauteilen. Oberflächenbeschichtungen können hier Abhilfe schaffen. Werden derartige Vorsichtsmaßnahmen außer Acht gelassen, kann nicht nur die Funktionalität des Bauteils beeinträchtigt werden, sondern es kann sogar, durch Funkenstrecken und übermäßige Erwärmung, zu Bränden kommen.
Durch Kriechen, Temperaturschwankungen oder schlichtweg durch mechanischen Verschleiß können sich die Verbindungen lockern. Letzteres ist vor allem bei lösbaren Verbindungen ein Problem. Auch lockere Verbindungen führen zu einem erhöhten Übergangswiderstand an der Kontaktstelle.
Kurz zusammengefasst: Kontaktierung
Unter Kontaktierung versteht man die Herstellung einer Verbindung zwischen zwei elektrischen Leitern. Die verschiedenen Verfahren dazu werden unter dem Begriff Verbindungstechnik zusammengefasst. Die Kontaktierung ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Herstellung moderner elektronischer Geräte und Komponenten, wie zum Beispiel Leiterplatten oder Solarpanels.