BR112015010575B1 - Cadeia de células solares - Google Patents

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Nathan P. Beckett
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Abstract

cadeia de células solares uma configuração de alta eficiência para uma cadeia de células solares compreende células solares conectadas em série dispostas em um padrão de telha com superposição. padrões de metalização de superfície dianteira e traseira podem prover aumentos adicionais na eficiência.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
[001] Este pedido reivindica o benefício de prioridade para o Pedido de Patente U.S. N° 13/801.432, depositado em 13 de março de 2013, intitulado “High Efficiency Configuration For Solar Cell String”, para o Pedido Provisório U.S. N° 61/734.239 depositado em 6 de dezembro de 2012 e também intitulado “High Efficiency Configuration For Solar Cell String”, e para o Pedido de Patente U.S. N° 13/672.386 depositado em 8 de novembro de 2012 e também intitulado “High Efficiency Configuration For Solar Cell String”, cada um dos quais sendo incorporado aqui como referência em sua totalidade.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002] A invenção refere-se geralmente a células solares e ao seu uso na concentração de coletores de energia solar.
ANTECEDENTES
[003] Fontes alternativas de energia são necessárias para satisfação de todas as demandas de energia mundiais. Os recursos de energia solar são suficientes em muitas regiões geográficas para satisfação dessas demandas, em parte, pela provisão de potência elétrica gerada com células solares (por exemplo, fotovoltaicas).
SUMÁRIO
[004] Arranjos de alta eficiência de células solares são expostos aqui. As células solares e cadeias de células solares conforme exposto aqui podem ser particularmente valiosas na concentração de sistemas fotovoltaicos, em que espelhos ou lentes concentram a luz do Sol em uma célula fotovoltaica para intensidades de luz maiores do que um “Sol”.
[005] Em um aspecto, uma célula solar compreende uma estrutura de diodo de semicondutor de silício tendo superfícies dianteira e traseira retangular ou substancialmente retangular com formatos definidos por primeiro e segundo lados longos posicionados de forma oposta da célula solar e dois lados curtos posicionados de forma oposta da célula solar. Em uma operação, a superfície dianteira é para ser iluminada pela luz. A célula solar compreende um padrão de metalização de superfície dianteira eletricamente condutor disposto na superfície dianteira. Este padrão de metalização inclui uma pluralidade de garras correndo paralelas aos lados curtos substancialmente pelo comprimento dos lados curtos. Um padrão de metalização de superfície traseira eletricamente condutor é disposto na superfície traseira.
[006] Em algumas variações, o padrão de metalização de superfície dianteira não inclui qualquer barramento que interconecta as garras para a coleta de corrente a partir da superfície dianteira da célula solar. Nessas variações, o padrão de metalização de superfície traseira pode carecer de qualquer calço de contato convencionalmente preparado para conexões de solda com a célula solar. Alternativamente, o padrão de metalização de superfície traseira pode incluir, por exemplo, um calço de contato posicionado adjacente a e correndo paralelo a um lado longo da célula solar substancialmente pelo comprimento do lado longo, ou dois ou mais calços de contato discretos posicionados adjacentes a e dispostos paralelos ao lado longo.
[007] Em algumas variações, o padrão de metalização de superfície dianteira compreende apenas um único barramento, o qual é posicionado adjacente a e corre paralelo ao primeiro lado longo substancialmente pelo comprimento do primeiro lado longo. As garras do padrão de metalização dianteiro são afixadas a e interconectadas pelo barramento. Nessas variações, o padrão de metalização de superfície traseira pode carecer de qualquer calço de contato. Alternativamente, o padrão de metalização de superfície traseira pode incluir, por exemplo, um calço de contato posicionado adjacente a e correndo paralelo ao segundo lado longo substancialmente pelo comprimento do segundo lado longo, ou dois ou mais calços de contato posicionados adjacentes a e dispostos paralelos ao segundo lado longo. Estes calços de contato podem ter larguras medidas perpendiculares aos lados longos que aproximadamente combinam com a largura do barramento, por exemplo. Em qualquer uma destas variações, o padrão de metalização de superfície dianteira pode incluir um condutor de desvio, que tem uma largura perpendicular a seu eixo geométrico longo mais estreita do que a largura do barramento, interconectando duas ou mais garras para a provisão de múltiplos percursos de corrente a partir de cada uma das duas ou mais garras interconectadas ao barramento. O condutor de desvio pode ser posicionado adjacente a e correr paralelo ao barramento, por exemplo.
[008] Em algumas variações, o padrão de metalização de superfície dianteira compreende dois ou mais calços de contato discretos posicionados adjacentes ao primeiro lado longo. Cada uma das garras do padrão de metalização dianteiro é afixada a e eletricamente conectada pelo menos a um dos calços de contato. Nessas variações, o padrão de metalização de superfície traseira pode carecer de qualquer calço de contato. Alternativamente, o padrão de metalização de superfície traseira pode incluir, por exemplo, um calço de contato posicionado adjacente a e correndo paralelo ao segundo lado longo substancialmente pelo comprimento do segundo lado longo, ou dois ou mais calços de contato discretos posicionados adjacentes a e dispostos paralelos ao segundo lado longo. Estes calços de contato podem ter larguras medidas perpendiculares aos lados longos que aproximadamente combinam com a largura dos calços de contato no padrão de metalização de superfície dianteira, por exemplo. Em qualquer uma destas variações, o padrão de metalização de superfície dianteira pode incluir um condutor de desvio que tem uma largura perpendicular ao seu eixo geométrico longo mais estreita do que as larguras dos calços de contato de metalização de superfície dianteira e que interconecta duas ou mais garras para a provisão de múltiplos percursos de corrente a partir de cada uma das duas ou mais garras interconectadas a um ou mais dos calços de contato.
[009] Em qualquer uma das variações acima, a célula solar pode compreender qualquer estrutura de diodo de semicondutor de silício adequada. Por exemplo, a célula solar pode compreender uma heterojunção com uma estrutura de camada fina intrínseca (HIT).
[010] Em qualquer uma das variações acima, a relação do comprimento de um lado longo da célula solar para o comprimento de um lado curto da célula solar pode ser maior do que ou igual a em torno de três, por exemplo.
[011] Um coletor de energia solar de concentração pode compreender a célula solar de qualquer uma das variações acima e um ou mais elementos óticos dispostos para concentração da radiação solar na célula solar.
[012] Em um outro aspecto, uma cadeia de células solares compreende pelo menos uma primeira célula solar de silício e uma segunda célula solar de silício. A primeira célula solar de silício compreende uma superfície dianteira para ser iluminada por luz, uma superfície traseira e um padrão de metalização de superfície dianteira eletricamente condutor na superfície dianteira. A segunda célula solar de silício compreende uma superfície dianteira para ser iluminada por luz, uma superfície traseira e um padrão de metalização de superfície traseira eletricamente condutor disposto na superfície traseira. As primeira e segunda células solares de silício são posicionadas com uma borda da superfície traseira da segunda célula solar de silício sobrepondo-se a uma borda da superfície dianteira da primeira célula solar de silício. Uma porção do padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar de silício é oculta pela segunda célula solar de silício e ligada a uma porção do padrão de metalização de superfície traseira da segunda célula solar de silício para conexão elétrica das primeira e segunda células solares de silício em série.
[013] Qualquer uma ou ambas as primeira e segunda células solares de silício podem ser, por exemplo, qualquer uma das variações da célula solar de silício resumidas acima. Nessas variações, as bordas sobrepostas das células solares de silício podem ser definidas por lados longos das células solares, por exemplo, e as bordas podem ser dispostas paralelas a cada outra. Se o padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar de silício compreender um condutor de desvio, o condutor de desvio poderá ser oculto, ou não oculto, pela segunda célula solar de silício.
[014] As primeira e segunda células solares de silício podem ser ligadas a cada outra nas porções de superposição das células solares com uma solda eletricamente condutora. Como uma alternativa à solda, as células solares podem ser ligadas a cada outra, ao invés disso, com um filme eletricamente condutor, uma pasta eletricamente condutora, um epóxi eletricamente condutor (por exemplo, um epóxi preenchido com prata eletricamente condutor), uma fita eletricamente condutora, ou um outro adesivo adequado eletricamente condutor. Estas alternativas à solda podem ser selecionadas, por exemplo, para a provisão de mais maleabilidade mecânica do que seria provido por uma ligação de solda eletricamente condutora. O material de ligação eletricamente condutor ligando as células solares a cada outra também pode interconectar as garras do padrão de metalização de superfície dianteira para a execução da função de coleta de corrente de um barramento. O padrão de metalização de superfície dianteira nas células solares assim pode carecer desse barramento.
[015] Um coletor de energia solar de concentração pode compreender a cadeia de células solares de qualquer uma das variações acima e um ou mais elementos óticos dispostos para concentração de radiação solar na cadeia.
[016] Em um outro aspecto, um receptor de energia solar compreende um substrato de metal, e uma cadeia conectada em série de duas ou mais células solares dispostas no substrato de metal com extremidades de células solares adjacentes sobrepondo-se em um padrão de telhado. Os pares sobrepostos adjacentes de células solares são eletricamente conectados em uma região em que eles se sobrepõem por uma ligação eletricamente condutora entre a superfície dianteira de uma das células solares e a superfície traseira da outra célula solar. A ligação eletricamente condutora pode ser entre um padrão de metalização na superfície dianteira de uma célula solar e um padrão de metalização na superfície traseira da outra célula solar, por exemplo. As células solares podem ser células solares de silício, incluindo qualquer uma das variações das células solares de silício resumidas acima ou qualquer uma das variações das células solares de silício de contato traseiro descritas abaixo, ou células solares configuradas de forma similar para qualquer uma daquelas variações, mas utilizando-se um outro sistema de material além de ou em adição ao silício. A ligação eletricamente condutora entre as células solares pode ser formada, por exemplo, por qualquer um dos métodos resumidos acima. As células solares podem ser dispostas em uma pilha de laminação que adere ao substrato de metal, por exemplo.
[017] Em algumas variações, o substrato de metal é linearmente alongado, cada uma das células solares é alongada linearmente, e a cadeia de células solares é disposta em uma fileira ao longo de um eixo geométrico longo do substrato de metal com eixos geométricos longos das células solares orientados perpendiculares ao eixo geométrico longo do substrato de metal. Esta fileira de células solares pode ser a única fileira de células solares no substrato.
[018] Em algumas variações, a cadeia conectada em série de células solares é uma primeira cadeia de células solares; e o receptor de energia solar compreende uma segunda cadeia conectada em série de duas ou mais células solares dispostas com extremidades de células solares adjacentes sobrepondo-se em um padrão de telhado. A segunda cadeia de células solares também é disposta sobre o substrato de metal. Uma interconexão elétrica mecanicamente maleável pode acoplar eletricamente um padrão de metalização de superfície traseira em uma célula solar em uma extremidade da primeira cadeia de células solares a um padrão de metalização de superfície traseira em uma célula solar em uma extremidade da segunda cadeia de células solares. A interconexão pode ser entre um padrão de metalização na superfície dianteira de uma célula solar e um padrão de metalização na superfície traseira da outra célula solar, por exemplo. A célula solar na extremidade da primeira cadeia de células solares pode se sobrepor à célula solar na extremidade da segunda cadeia de células solares e ocultar a interconexão elétrica mecanicamente maleável da visão a partir do lado de superfície dianteira (iluminado) das células solares. Nessas variações, o substrato de metal pode ser linearmente alongado, cada uma das células solares pode ser alongada linearmente, e as primeira e segunda cadeias de células solares podem ser dispostas em linha em uma fileira ao longo de um eixo geométrico longo do substrato de metal com eixos geométricos longos das células solares orientados perpendiculares ao eixo geométrico longo do substrato de metal.
[019] Um coletor de energia solar de concentração pode compreender o receptor de energia solar de qualquer uma das variações acima um ou mais elementos óticos dispostos para concentração de radiação solar no receptor.
[020] Em um outro aspecto, uma cadeia de células solares compreende um primeiro grupo de células solares dispostas com extremidades de células solares adjacentes sobrepostas em um padrão de telhado e conectadas em série por conexões elétricas entre as células solares feitas nas regiões de superposição de células solares adjacentes, um segundo grupo de células solares dispostas com extremidades de células solares adjacentes sobrepostas em um padrão de telhado e conectadas em série por conexões elétricas entre as células solares feitas nas regiões de superposição de células solares adjacentes, e uma interconexão elétrica mecanicamente maleável eletricamente acoplando o primeiro grupo de células solares ao segundo grupo de células solares em série. A interconexão elétrica mecanicamente maleável pode acoplar eletricamente um padrão de metalização de superfície traseira em uma célula solar em uma extremidade do primeiro grupo de células solares a um padrão de metalização de superfície dianteira em uma célula solar em uma extremidade do segundo grupo de células solares, por exemplo. A interconexão pode ser entre um padrão de metalização da superfície dianteira de uma célula solar e um padrão de metalização na superfície traseira da outra célula solar, por exemplo. A interconexão elétrica mecanicamente maleável pode ser ligada às células solares com ligações eletricamente condutoras feitas por qualquer um dos métodos resumidos acima, por exemplo.
[021] As células solares podem ser, por exemplo, células solares de silício, incluindo qualquer uma das variações das células solares de silício resumidas acima ou qualquer uma das variações das células solares de silício de contato traseiro descritas abaixo, ou células solares configuradas de forma similar a qualquer uma daquelas variações, mas utilizando qualquer outro sistema de material, outro além de ou em adição ao silício. As conexões elétricas entre as células solares sobrepostas podem ser feitas, por exemplo, com ligações eletricamente condutoras feitas por qualquer um dos métodos resumidos acima.
[022] Os primeiro e segundo grupos de células solares podem ser dispostos em linha em uma única fileira, e um espaço entre dois grupos de células solares em que elas são interconectadas pela interconexão elétrica mecanicamente maleável pode ter uma largura menor do que ou igual a em torno de cinco milímetros, por exemplo. Também nessas variações, a interconexão elétrica mecanicamente maleável pode compreender uma fita de metal orientada perpendicularmente a um eixo geométrico longo da fileira de células solares e acoplada eletricamente a um padrão de metalização de superfície traseira em uma célula solar em uma extremidade do primeiro grupo de células solares e a um padrão de metalização de superfície dianteira em uma célula solar em uma extremidade do segundo grupo de células solares.
[023] A interconexão elétrica mecanicamente maleável em qualquer uma das variações acima pode compreender uma fita de metal padronizada com fendas ou aberturas, por exemplo, para aumento de sua maleabilidade mecânica.
[024] Em qualquer uma das variações acima, a célula solar na extremidade do primeiro grupo de células solares pode se sobrepor à célula solar na extremidade do segundo grupo de células solares e ocultar a interconexão elétrica mecanicamente maleável da visão a partir do lado de superfície dianteira da cadeia de células solares.
[025] Um coletor de energia solar de concentração pode compreender a cadeia de células solares de qualquer uma das variações acima e um ou mais elementos óticos dispostos para concentração de radiação solar na cadeia.
[026] Em um outro aspecto, uma cadeia de células solares compreende pelo menos uma primeira célula solar e uma segunda célula solar. A primeira célula solar compreende uma superfície dianteira a ser iluminada por luz, uma superfície traseira e (opcionalmente) um padrão de metalização de superfície dianteira eletricamente condutor disposto na superfície dianteira. A segunda célula solar compreende uma superfície dianteira a ser iluminada por luz, uma superfície traseira e um padrão de metalização de superfície traseira eletricamente condutor disposto na superfície traseira. A cadeia de células solares também compreende pelo menos uma interconexão elétrica mecanicamente maleável. As primeira e segunda células solares são posicionadas com a borda da superfície traseira da segunda célula solar se sobrepondo a uma borda da superfície dianteira da primeira célula solar. A interconexão elétrica mecanicamente maleável é ligada a uma porção da superfície dianteira da primeira célula solar que é oculta pela segunda célula solar e ligada a uma porção da superfície traseira da segunda célula solar para a conexão elétrica das primeira e segunda células solares em série. Neste arranjo, a segunda célula solar oculta a interconexão elétrica mecanicamente maleável da visão a partir do lado de superfície dianteira da primeira célula solar. A interconexão pode ser entre um padrão de metalização da superfície dianteira de uma célula solar e um padrão de metalização na superfície traseira da outra célula solar, por exemplo.
[027] Qualquer uma ou ambas as primeira e segunda células solares podem ser, por exemplo, de qualquer uma das variações das células solares de silício resumidas acima ou qualquer uma das variações de células solares de silício de contato traseiro abaixo, ou células solares configuradas de forma similar a qualquer uma das variações, mas utilizando um outro sistema de material, outro além de ou em adição ao silício. Nessas variações, as bordas de superposição das células solares podem ser definidas por lados longos das células solares, por exemplo, e as bordas podem ser dispostas paralelas a cada outra. Se a primeira célula solar compreender um padrão de metalização de superfície dianteira que incluam um condutor de desvio, o condutor de desvio poderá ser oculto, ou não oculto, pela segunda célula solar.
[028] A interconexão elétrica mecanicamente maleável pode ser ligada às células solares com ligações eletricamente condutoras feitas por qualquer um dos métodos resumidos acima, por exemplo. As ligações eletricamente condutoras podem interconectar as garras em um padrão de metalização de superfície dianteira na primeira célula solar, se presente, para a execução da função de coleta de corrente de um barramento. Um padrão de metalização de superfície dianteira na célula solar assim pode carecer desse barramento.
[029] A interconexão elétrica mecanicamente maleável pode compreender, por exemplo, uma fita de metal plana, uma fita de metal flexionada, ou uma fina de metal flexionada para formar um laço. A interconexão elétrica mecanicamente maleável pode compreender uma fita de metal padronizada para aumento de sua maleabilidade mecânica.
[030] A cadeia de células solares pode compreender uma segunda interconexão elétrica mecanicamente maleável e uma terceira célula solar tendo uma superfície dianteira a ser iluminada por luz, uma superfície traseira e um padrão de metalização de superfície traseira eletricamente condutor disposto na superfície traseira. As segunda e terceira células solares são posicionadas com uma borda da superfície traseira da terceira célula solar se sobrepondo a uma borda da superfície dianteira da segunda célula solar de silício. A interconexão elétrica mecanicamente maleável é ligada a uma porção da superfície dianteira da segunda célula solar que é oculta pela terceira célula solar e ligada a uma porção da superfície traseira da terceira célula solar para conectar eletricamente as segunda e terceira células solares em série. A interconexão pode ser entre um padrão de metalização na superfície dianteira da segunda célula solar e um padrão de metalização na superfície traseira da terceira célula solar, por exemplo. A interconexão elétrica mecanicamente maleável pode ser ligada às células solares com ligações eletricamente condutoras feitas por qualquer um dos métodos resumidos acima, por exemplo. As ligações eletricamente condutoras podem interconectar garras de um padrão de metalização de superfície dianteira da segunda célula solar para a execução da função de coleta de corrente de um barramento. Um padrão de metalização de superfície dianteira na célula solar assim pode carecer de qualquer barramento como esse.
[031] Um coletor de energia solar de concentração pode compreender uma cadeia de células solares de qualquer uma das variações acima e um ou mais elementos ópticos dispostos para a concentração de radiação solar na cadeia.
[032] Em um outro aspecto, um receptor de energia solar compreende um substrato, uma camada de encapsulante termicamente condutora aderindo ao substrato, uma cadeia de células solares dispostas sobre a camada de encapsulante termicamente condutora, uma camada de encapsulante clara disposta na cadeia de células solares, e uma folha de topo clara disposta sobre a camada de encapsulante clara. A camada de encapsulante termicamente condutora compreende pigmentos. As células solares podem ser, por exemplo, de qualquer uma das variações das células solares de silício resumidas acima ou qualquer uma das variações das células solares de silício de contato traseiro descritas abaixo ou células solares configuradas de forma similar a qualquer uma daquelas variações, mas utilizando um outro sistema de material além de ou em adição a silício.
[033] A camada de encapsulante termicamente condutora pode refletir uma porção substancial de radiação solar incidente nela. Nessas variações, a camada de encapsulante termicamente condutora pode ser branca, por exemplo. Ainda, nessas variações, as células solares podem ser células solares de HIT, com a camada de encapsulante refletora disposta para refletir em direção à radiação de célula solar de HIT que passou não absorvida através da célula de HIT para a camada refletora. Alternativamente, a camada de encapsulante termicamente condutora pode absorver uma porção substancial de radiação solar incidente nela. Nessas variações, a camada de encapsulante termicamente condutora pode ser preta, por exemplo. A camada de topo clara pode ter uma taxa de transmissão de umidade menor do que ou igual a em torno de 0,01 gramas por metro-dia, por exemplo. A cadeia de células solares pode compreender uma pluralidade de células solares dispostas com extremidades de células solares adjacentes sobrepondo-se em um padrão de telhado.
[034] Um coletor de energia solar de concentração pode compreender o receptor de energia solar de qualquer uma das variações acima e um ou mais elementos óticos dispostos para concentração de radiação solar no receptor.
[035] Em um outro aspecto, uma célula solar de silício de contato traseiro compreende uma superfície dianteira a ser iluminada por luz, uma superfície traseira, um ou mais contatos n na superfície traseira que contatam eletricamente um lado de tipo de condutividade n de uma junção de diodo de silício, um ou mais contatos p na superfície traseira que contatam eletricamente um lado de tipo de condutividade p da junção de diodo de silício, e uma ou mais vias eletricamente condutoras. As vias eletricamente condutoras passam através da célula solar a partir da superfície traseira até a superfície dianteira para a provisão perto de uma borda da superfície dianteira de uma ou mais conexões elétricas para os contatos p ou os contatos n.
[036] As superfícies dianteira e traseira podem ter formatos correspondentes retangulares ou substancialmente retangulares definidos por dois lados longos posicionados de forma oposta e dois lados curtos posicionados de forma oposta, com as extremidades superiores das vias dispostas ao longo de um lado longo da superfície dianteira. Em algumas dessas variações, os contatos n compreendem uma pluralidade de garras n dispostas lado a lado e correndo paralelas aos lados curtos da superfície traseira, os contatos p compreendem uma pluralidade de garras p dispostas lado a lado e correndo paralelas aos lados curtos da superfície traseira, e as garras n e as garras p serem entrelaçadas. Em outras variações, os contatos n compreendem uma pluralidade de garras n dispostas lado a lado e correndo paralelas a cada outra em um ângulo com os lados curtos da superfície traseira, de forma tal que as extremidades opostas de cada garra n sejam deslocadas em uma direção paralela aos lados longos por uma distância igual a uma distância de passo entre as garras n, os contatos p compreendem uma pluralidade de garras p dispostas lado a lado e correndo paralelas a cada outra em um ângulo com os lados curtos da superfície traseira, de modo que extremidades opostas de cada garra p sejam deslocadas em uma direção paralela aos lados longos por uma distância igual a uma distância de passo entre as garras p, e as garras n e as garras p são entrelaçadas.
[037] Em outras variações, as extremidades superiores das vias podem ser dispostas ao longo de um lado curto da superfície dianteira, e as garras n as garras p podem ser configuradas de forma similar a como resumido acima, exceto por correrem paralelas a ou em um ângulo com os lados longos da superfície traseira. Em ainda outras variações, a célula solar de contato traseiro pode ser substancialmente quadrada, com vias e garras dispostas de forma similar a como resumido acima e correndo paralelas a ou em um ângulo com um par de lados da célula solar.
[038] Em qualquer uma das variações acima, a célula solar de contato traseiro pode compreender um barramento ou uma pluralidade de calços de contato na superfície dianteira que interconectam eletricamente as extremidades superiores das vias.
[039] Um coletor de energia solar de concentração pode compreender a célula solar de contato traseiro de qualquer uma das variações acima e um ou mais elementos óticos dispostos para concentração de radiação solar sobre a célula solar.
[040] Em um outro aspecto, uma cadeia de células solares compreende uma primeira célula solar de silício de contato traseiro compreendendo uma superfície dianteira a ser iluminada por luz, uma superfície traseira, um ou mais contatos n na superfície traseira que contatam eletricamente um lado de tipo de condutividade n de uma junção de diodo, um ou mais contatos p na superfície traseira que contatam eletricamente um lado de tipo de condutividade p da junção de diodo, e uma segunda célula solar de silício de contato traseiro compreendendo uma superfície dianteira a ser iluminada por luz, uma superfície traseira, um ou mais contatos n na superfície traseira que contatam eletricamente um lado de tipo de condutividade n de uma junção de diodo, e um ou mais contatos p na superfície traseira que contatam eletricamente um lado de tipo de condutividade p da junção de diodo. As primeira e segunda células solares de silício de contato traseiro são posicionadas com uma borda da superfície traseira da segunda célula solar de silício de contato traseiro sobrepondo-se a uma borda da superfície dianteira da primeira célula solar de silício de contato traseiro e eletricamente conectadas em série.
[041] As células solares de silício de contato traseiro podem ser, por exemplo, de qualquer uma das variações de células solares de silício de contato traseiro resumidas acima.
[042] Em algumas variações, a primeira célula solar de silício de contato traseiro compreende uma ou mais vias eletricamente condutoras passando através da célula solar a partir de sua superfície traseira até sua superfície dianteira para a interconexão elétrica dos contatos p ou dos contatos n da primeira célula solar de silício de contato traseiro com contatos de polaridade oposta na superfície traseira da segunda célula solar de silício de contato traseiro. As extremidades superiores das vias de condução podem estar localizadas em uma região da superfície dianteira da primeira célula solar de silício de contato traseiro que é sobreposta pela segunda célula solar de silício de contato traseiro. As vias de condução podem ser eletricamente conectadas aos contatos na superfície traseira da segunda célula solar de silício por uma ou mais ligações condutoras entre a superfície dianteira da primeira célula solar de silício de contato traseiro e a superfície traseira da segunda célula solar de silício de contato traseiro. As ligações eletricamente condutoras podem ser feitas por qualquer um dos métodos resumidos acima, por exemplo. A primeira célula solar de silício de contato traseiro opcionalmente pode compreender um barramento ou uma pluralidade de calços de contato na sua superfície dianteira que interconectam eletricamente as extremidades superiores das vias a cada outra e que são eletricamente conectadas aos contatos na superfície traseira da segunda célula solar de silício de contato traseiro por uma ou mais ligações eletricamente condutoras.
[043] Em outras variações, uma interconexão elétrica mecanicamente maleável conecta os contatos p ou os contatos n na superfície traseira da primeira célula solar de silício de contato traseiro a contatos elétricos de polaridade oposta na superfície traseira da segunda célula solar de silício de contato traseiro. A interconexão elétrica mecanicamente maleável pode ser ligada às células solares com ligações eletricamente condutoras feitas por qualquer um dos métodos resumidos acima, por exemplo.
[044] Um coletor de energia solar de concentração pode compreender a cadeia de células solares de qualquer uma das variações descritas acima e um ou mais elementos óticos dispostos para concentração de radiação solar na célula solar.
[045] Em um outro aspecto, um receptor de energia solar compreende um substrato, uma cadeia conectada em série de duas ou mais células solares dispostas no substrato com as extremidades das células solares adjacentes sobrepondo-se em um padrão de telhado. O coeficiente linear de expansão térmica das células solares difere daquele do substrato por mais ou do que ou igual a em torno de 5 x 10-6, ou maior do que ou igual a em torno de 10 x 10-6, ou maior do que ou igual a em torno de 15 x 10-6, ou maior do que ou igual a em torno de 20 x 10-6.
[046] As células solares podem ser células solares de silício, por exemplo. As células solares podem ser, por exemplo, qualquer uma das variações de células solares de silício resumidas acima, incluindo variações de células solares de HIT e de silício de contato traseiro, ou células solares configuradas de forma similar a qualquer uma daquelas variações, mas utilizando um outro sistema de material além de ou em adição ao silício.
[047] Os pares sobrepostos adjacentes de células solares podem ser eletricamente conectados em série na região em que eles se sobrepõem por uma ligação eletricamente condutora entre uma superfície dianteira de uma das células solares e uma superfície traseira da outra célula solar. Essas ligações eletricamente condutoras podem ser formadas por qualquer um dos métodos resumidos acima, por exemplo. Alternativamente, os pares sobrepostos adjacentes de células solares podem ser eletricamente conectados em série em uma região em que elas se sobrepõem por uma interconexão elétrica mecanicamente maleável entre uma superfície dianteira de uma das células solares e uma superfície traseira da outra célula solar. As interconexões elétricas mecanicamente maleáveis podem ser ligadas às células solares com ligações eletricamente condutoras feitas por qualquer um dos métodos resumidos acima, por exemplo.
[048] O substancialmente pode ser um substrato de metal, por exemplo. O substrato pode ser um substrato de alumínio, por exemplo.
[049] Em algumas variações, o substrato de metal é alongado linearmente, cada uma das células solares é linearmente alongada, e a cadeia de células solares é disposta em uma fileira ao longo de um eixo geométrico longo do substrato, com os eixos geométricos longos das células solares orientados perpendiculares ao eixo geométrico longo do substrato. Nessas variações, a cadeia de células solares pode ser uma primeira cadeia de células solares e o receptor de energia solar também pode compreender uma segunda cadeia conectada em série de duas ou mais células solares dispostas no substrato com as extremidades das células solares adjacentes sobrepostas em um padrão de telhado, e uma interconexão elétrica mecanicamente maleável que conecta eletricamente as primeira e segunda cadeias em série. O coeficiente linear de expansão térmica das células solares na segunda cadeia difere daquele do substrato por mais ou do que ou igual a em torno de 5 x 10-6, ou maior do que ou igual a em torno de 10 x 10-6, ou maior do que ou igual a em torno de 15 x 10-6, ou maior do que ou igual a em torno de 20 x 10-6. A segunda cadeia pode ser posicionada em linha com a primeira cadeia. Os pares sobrepostos de células solares na segunda cadeia podem ser ligados a cada outra ou interconectados de outra forma, conforme resumido acima para a primeira cadeia, por exemplo.
[050] Um coletor de energia solar de concentração pode compreender o receptor de energia solar de qualquer uma das variações resumidas acima e um ou mais elementos óticos dispostos para concentração de radiação solar no receptor.
[051] Em um outro aspecto, um método de laminação de células solares em um substrato compreende a disposição de uma pluralidade de células solares para a formação de uma cadeia conectada em série de células solares com extremidades de células solares adjacentes sobrepondo-se em um padrão de telhado, a disposição da cadeia de células solares em uma pilha de camadas no substrato, e a aplicação de uma pressão não maior do que em torno de 0,6 atmosferas (60,8 kPa) para forçar a pilha de camadas e do substrato em conjunto. A pressão pode ser, por exemplo, menor do que ou igual a em torno de 0,4 atmosferas (40,5 kPa). A pressão pode estar, por exemplo, entre em torno de 0,2 atmosferas (20,3 kPa) e em torno de 0,6 atmosferas (60,8 kPa). O método pode compreender o aquecimento do substrato, a pilha de camadas ou o substrato e a pilha de camadas para uma temperatura entre em torno de 130°C e em torno de 160°C, enquanto se aplica a pressão. Este método pode ser usado com qualquer uma das variações de células solares, e qualquer uma das variações das cadeias conectadas em série de células solares sobrepostas, resumidas acima.
[052] Em um outro aspecto, um método de preparação de uma cadeia de células solares compreende a disposição de uma pluralidade de células solares com extremidades de células solares adjacentes sobrepondo-se de uma maneira disposta como um telhado e com um epóxi eletricamente condutor não curado disposto entre porções sobrepostas de células solares adjacentes em localizações selecionadas para conexão em série das células solares. O método também compreende a aplicação de uma pressão para forçar as extremidades sobrepostas das células solares contra cada outra enquanto se eleva uma temperatura das células solares para a cura do epóxi eletricamente condutor para a formação de ligações eletricamente condutoras entre as células solares. Em algumas variações, após o epóxi eletricamente condutor ser curado, a cadeia de células solares é disposta em uma pilha de camadas em um substrato que, então, é laminada no substrato. Em outras variações, a cadeia de células solares é disposta em uma pilha de camadas em um substrato, antes de o epóxi eletricamente condutor ser curado. A pilha então é laminada no substrato. O epóxi eletricamente condutor é curado (sob pressão) durante o processo de laminação. Este método também pode ser usado com qualquer uma das variações de células solares resumidas acima.
[053] Em qualquer uma das cadeias de células solares sobrepostas resumidas acima, a quantidade de superposição entre células solares adjacentes pode variar ao longo da cadeia, de modo que o tamanho da área da superfície dianteira de cada célula solar que não é sobreposta por uma célula solar adjacente varie através da cadeia de uma maneira que combine com a performance elétrica das células solares. Por exemplo, os tamanhos diferentes de área iluminada (isto é, não sobreposta) para cada célula solar pode ser selecionada para compensação por diferenças de performance inerentes entre as células para se combinar, desse modo, a saída atual através de cada célula sob uma iluminação igual.
[054] Qualquer uma das cadeias de células solares sobrepostas resumidas acima pode ser posicionada para operação em um coletor de energia solar com a cadeia orientada de modo que, para cada célula solar que tenha uma porção de sua superfície dianteira sobreposta por uma outra célula solar, a porção de superfície dianteira sobreposta seja mais próxima do equador da Terra do que é a porção de superfície dianteira não coberta. Com a cadeia nesta orientação, as bordas expostas das células solares sobrepostas superiores são orientadas para longe do equador da Terra.
[055] Qualquer uma das variações de células solares de silício resumidas acima pode ser formada a partir de ou compreender, por exemplo, um silício monocristalino ou policristalino.
[056] Estas e outras modalidades, recursos e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais evidentes para aqueles versados na técnica quando tomados com referência à descrição mais detalhada a seguir da invenção em conjunto com os desenhos associados que são primeiramente descritos de forma breve.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[057] A figura 1A mostra um diagrama esquemático de um padrão de metalização de superfície dianteira de exemplo para uma célula solar.
[058] A figura 1B mostra um diagrama esquemático de um padrão de metalização de superfície traseira de exemplo que pode ser usado, por exemplo, para uma célula solar tendo o padrão de metalização de superfície dianteira da figura 1A.
[059] A figura 1C mostra um diagrama esquemático de um padrão de metalização de superfície traseira de exemplo para uma célula solar de contato traseiro em que contatos com ambos os lados da junção de diodo são feitos na superfície traseira e em que vias passam através da célula a partir da superfície traseira para a superfície dianteira para a provisão de uma conexão elétrica em uma borda da superfície dianteira com um lado da junção de diodo.
[060] A figura 1D mostra um padrão de metalização de superfície dianteira de exemplo para uma célula solar de contato traseiro em que vias passam através da célula a partir da superfície traseira até a superfície dianteira, para a provisão de conexões elétricas a partir de um lado da junção de diodo até um barramento ao longo de uma borda da superfície dianteira.
[061] A figura 1E mostra uma vista em perspectiva de uma célula solar de contato traseiro de exemplo empregando os padrões de metalização de superfície dianteira e de superfície traseira da figura 1C e da figura 1D, respectivamente.
[062] A figura 1F mostra um outro padrão de metalização de superfície traseira de exemplo para uma célula solar de contato traseiro em que contatos com ambos os lados da junção de diodo são feitos na superfície traseira e em que vias passam através da célula a partir da superfície traseira até a superfície dianteira para a provisão de uma conexão elétrica em uma borda da superfície dianteira até um lado da junção de diodo.
[063] A figura 2 mostra uma vista fragmentada que ilustra esquematicamente uma extremidade de um receptor de energia solar de exemplo que compreende uma cadeia de células solares conectadas em série dispostas de uma maneira com superposição em um substrato alongado linearmente. Cada célula solar tem o padrão de metalização de superfície dianteira ilustrado na figura 1A.
[064] A figura 3A mostra um diagrama de seção transversal esquemático que ilustra a superposição de células solares adjacentes na cadeia de células solares mostrada na figura 2.
[065] A figura 3B mostra um diagrama de seção transversal esquemático que ilustra a superposição de células solares de contato traseiro adjacentes, com uma interconexão elétrica entre as superfícies traseiras de células solares sobrepostas feita com uma interconexão elétrica flexível.
[066] A figura 4 mostra um diagrama esquemático de uma cadeia de exemplo de células solares incluindo um primeiro grupo de células solares sobrepostas eletricamente conectadas a um segundo grupo de células solares sobrepostas por uma interconexão mecanicamente maleável eletricamente condutora.
[067] A figura 5A mostra um diagrama esquemático da interconexão mecanicamente maleável de exemplo usada na cadeia de células solares ilustrada na figura 4.
[068] A figura 5B mostra um diagrama esquemático de uma outra interconexão mecanicamente maleável de exemplo que pode ser usada, por exemplo, no lugar da interconexão mostrada na figura 5A.
[069] As figuras 6A a 6C mostram diagramas de seção transversal esquemáticos que ilustram os exemplos adicionais de cadeias conectadas em série de células solares sobrepostas.
[070] As figuras 7A e 7B mostram vistas dianteira posterior, respectivamente, de uma outra cadeia conectada em série de exemplo de células solares sobrepostas.
[071] As figuras 8A e 8B mostram vistas dianteira e posterior, respectivamente, de uma outra cadeia conectada em série de exemplo de células solares sobrepostas.
[072] A figura 9 mostra uma vista posterior de um outro exemplo de cadeia conectada em série de células solares sobrepostas.
[073] A figura 10 mostra um diagrama esquemático fragmentada de uma pilha de laminação de exemplo, que compreende células solares, disposta sobre e aderindo a um substrato.
[074] A figura 11 mostra um diagrama esquemático de um circuito flexível de diodo de desvio de exemplo que pode ser empregado, por exemplo, com células solares dispostas como um telhado, conforme descrito neste relatório descritivo.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[075] A descrição detalhada a seguir deve ser lida com referência aos desenhos, em que números de referência idênticos se referem a elementos iguais por todas as diferentes figuras. Os desenhos, os quais não estão necessariamente em escala, descrevem modalidades seletivas e não são pretendidos para limitação do escopo da invenção. A descrição detalhada ilustra a título de exemplo, não a título de limitação, os princípios da invenção. Esta descrição claramente permite que alguém versado na técnica faça e use a invenção, e descreve várias modalidades, adaptações, variações, alternativas e usos da invenção, incluindo o que é presentemente acreditado como sendo o melhor modo de realização da invenção.
[076] Conforme usado neste relatório descritivo e nas reivindicações em apenso, as formas singulares “um”, “uma” e “o(a)” incluem referentes plurais, a menos que o contexto claramente indique de outra forma. Também, o termo “paralelo” é pretendido para significar “paralelo ou substancialmente paralelo” e a englobar desvios mínimos de geometrias paralelas, ao invés de requerer que quaisquer arranjos paralelos descritos aqui sejam exatamente paralelos. O termo “perpendicular” é pretendido para significar “perpendicular ou substancialmente perpendicular” e para englobar desvios menores de geometrias perpendiculares, ao invés de requerer que qualquer arranjo perpendicular descrito aqui seja exatamente perpendicular.
[077] Este relatório descritivo expõe configurações de alta eficiência para cadeias de célula solar, bem como células solares (por exemplo, células fotovoltaicas), e interconexões eletricamente condutoras para células solares, que podem ser usadas nessas cadeias. Conforme adicionalmente descrito abaixo, as cadeias de configuração de alta eficiência podem ser vantajosamente empregadas em coletores de energia solar de concentração nos quais uma radiação solar é concentrada nas células solares com refletores, lentes ou outros componentes óticos. Esses coletores podem concentrar luz nas células solares para a provisão de uma iluminação maior do que ou igual a em torno de sete “sóis”, por exemplo.
[078] A figura 1A mostra um diagrama esquemático de um padrão de metalização de superfície dianteira eletricamente condutor na superfície dianteira de uma célula solar 10 de exemplo. A superfície dianteira de célula solar 10 é retangular ou substancialmente retangular. Outros formatos também podem ser usados, conforme adequado. O padrão de metalização de superfície dianteira inclui um barramento 15 posicionado adjacente à borda de um dos lados longos de célula solar 10 e correndo paralelo aos lados longos substancialmente pelo comprimento dos lados longos, e garras 20 afixadas perpendicularmente ao barramento e correndo paralelas a cada outra e aos lados curtos de célula solar 10 substancialmente pelo comprimento dos lados curtos.
[079] A célula solar 10 compreende uma estrutura de diodo de semicondutor na qual o padrão de metalização de superfície dianteira é disposto. Um padrão de metalização de superfície traseira é disposto em uma superfície traseira de célula solar 10, conforme mostrado, por exemplo, na figura 1B e descrito adicionalmente abaixo. A estrutura de semicondutor pode ser, por exemplo, uma estrutura de diodo de silício cristalino convencional compreendendo uma junção n-p, com a camada de semicondutor de topo na qual a metalização de superfície dianteira é disposta sendo, por exemplo, de condutividade de tipo n ou de tipo p. Qualquer outra estrutura de diodo de semicondutor adequada em qualquer outro sistema de material adequado também pode ser usada.
[080] Com referência, agora, à figura 1B, um padrão de metalização de superfície traseira eletricamente condutor na superfície traseira da célula solar 10 compreende um contato traseiro 25, e um calço de contato traseiro 30 posicionado adjacente à borda de um dos lados longos de célula solar 10 e correndo paralelo aos lados longos substancialmente pelo comprimento dos lados longos. A figura 1B mostra o lado traseiro de célula solar 10 como se fosse visto através da superfície dianteira de célula solar 10. Conforme mostrado por uma comparação da figura 1A e da figura 1B, o calço de contato traseiro 30 e o barramento de superfície dianteira 15 são posicionados ao longo de lados longos opostos de célula solar 10.
[081] Os padrões de metalização de superfície dianteira e traseira na célula solar 10 proveem contatos elétricos na estrutura de diodo de semicondutor pelo que uma corrente elétrica gerada na célula solar 10, quando for iluminada por luz, pode ser provida para uma carga externa. Além disso, os padrões de metalização de superfície dianteira e traseira ilustrados permitem que duas dessas células solares 10 sejam posicionadas em uma geometria com superposição com seus lados longos paralelos a cada outro e com o calço de contato traseiro 30 de uma das células solares se sobrepondo e conectados física e eletricamente ao barramento de superfície dianteira 15 da outra célula solar. Conforme descrito adicionalmente abaixo, este padrão pode ser continuado de uma maneira similar a colocação de telhas em um telhado, para a construção de uma cadeia de duas ou mais células solares sobrepostas 10 eletricamente conectadas em série. Um arranjo como esse é referido abaixo, por exemplo, como células solares sobrepostas conectadas em série.
[082] No exemplo ilustrado, a célula solar 10 tem um comprimento de em torno de 156 milímetros (mm), uma largura de em torno de 26 mm, e, assim, uma razão de aspecto (comprimento de lado curto/comprimento de lado longo) de em torno de 1:6. Seis dessas células solares podem ser preparadas em uma pastilha de silício de dimensão de 156 mm x 156 mm padrão, então, separadas (divididas em cubos) para a provisão de células solares conforme ilustrado. Em outras variações, oito células solares 10 tendo dimensões de em torno de 19,5 mm x 156 mm, e, assim, uma razão de aspecto de em torno de 1:8, podem ser preparadas a partir de uma pastilha de silício padrão. Mais geralmente, as células solares 10 podem ter razões de aspecto, por exemplo, de em torno de 1:3 a em torno de 1:20 e podem ser preparadas a partir de pastilhas de tamanho padrão ou a partir de pastilhas de quaisquer outras dimensões adequadas. Conforme adicionalmente explicado abaixo, as células solares tendo razões de aspecto longas e estreitas, conforme ilustrado, podem ser vantajosamente empregadas em coletores de energia solar fotovoltaicos de concentração em que a radiação solar é concentrada nas células solares.
[083] Com referência, novamente, à figura 1A, no exemplo ilustrado, o padrão de metalização de superfície dianteira na célula solar 10 também compreende um condutor de desvio opcional 40 correndo paralelo a e espaçado do barramento 15. O condutor de desvio 40 interconecta as garras 20 a fissuras de desvio eletricamente que podem se formar entre o barramento 15 e o condutor de desvio 40. Essas fissuras, as quais podem separar as garras 20 em localizações perto do barramento 15, de outra forma podem isolar regiões de célula solar 10 do barramento 15. O condutor de desvio provê um percurso elétrico alternativo entre várias garras cortadas e o barramento. Um condutor de desvio 40 pode ter uma largura, por exemplo, de menos do que ou igual a em torno de 1 mm, menor do que ou igual a em torno de 0,5 mm, ou entre em torno de 0,05 mm e em torno de 0,5 mm. O exemplo ilustrado mostra um condutor de desvio 40 posicionado paralelo ao barramento 15, e interconectando toda garra 20. Este arranjo pode ser preferido, mas não é requerido. Se presente, o condutor de desvio não precisa correr paralelo ao barramento e não precisa se estender pelo comprimento inteiro do barramento. Ainda, um condutor de desvio interconecta pelo menos duas garras, mas não precisa interconectar todas as garras. Dois ou mais condutores de desvio curtos podem ser usados, no lugar de um condutor de desvio longo, por exemplo. Qualquer arranjo adequado de condutores de desvio pode ser usado. O uso desses condutores de desvio é descrito em maiores detalhes no Pedido de Patente U.S. N° de Série 13/371.790, intitulado “Solar Cell With Metallization Compensating For Or Preventing Cracking” e depositado em 13 de fevereiro de 2012, o que é incorporado aqui como referência em sua totalidade.
[084] O padrão de metalização de superfície dianteira de exemplo da figura 1A também inclui um condutor de extremidade opcional 42 que interconecta as garras 20 em suas extremidades distantes, opostas ao barramento 15. A largura do condutor 42 pode ser quase a mesma que aquela de uma garra 20, por exemplo. O condutor 42 interconecta as garras 20 a fissuras de desvio eletricamente que podem se formar entre o condutor de desvio 40 e o condutor 42, e, desse modo, provê um percurso de corrente para o barramento 15 para regiões de célula solar 10 que poderiam de outra forma estar eletricamente isoladas por essas fissuras.
[085] O barramento 15, as garras 20, o condutor de desvio 40 (caso presente), e um condutor de extremidade 42 (caso presente) do padrão de metalização de superfície dianteira podem ser formados, por exemplo, a partir de uma pasta de prata convencionalmente usada para essas finalidades e depositada, por exemplo, por métodos de impressão de tela convencionais. Alternativamente, estes recursos podem ser formados a partir de cobre eletrodepositado. Quaisquer outros materiais adequados e processos também podem ser usados. O barramento 15 pode ter uma largura perpendicular a seu eixo geométrico longo, por exemplo, menor do que ou igual a em torno de 3 mm, e, no exemplo ilustrado, tem uma largura de em torno de 1,5 mm. As garras 20 podem ter larguras, por exemplo, de em torno de 10 mícrons a em torno de 100 mícrons. No exemplo ilustrado, o padrão de metalização de superfície dianteira inclui em torno de 25 garras espaçadas uniformemente ao longo do comprimento de ~154 mm de barramento 15. Outras variações podem empregar, por exemplo, menos do que em torno de 125, em torno de 150, em torno de 175, em torno de 200, em torno de 225, de em torno de 125 a em torno de 225, ou mais do que em torno de 225 garras espaçadas uniformemente ao longo de um barramento 15 quase do mesmo comprimento (~154 mm) . Geralmente, a largura do barramento e a largura, o número e o espaçamento das garras podem ser variados, dependendo da intensidade de radiação solar a ser concentrada na célula solar. Tipicamente, as concentrações mais altas de radiação solar requerem mais garras e/ou garras mais largas para a acomodação da corrente mais alta resultante gerada na célula solar. Em algumas variações, as garras podem ter larguras que são maiores perto do barramento do que são longe do barramento.
[086] Com referência novamente ao padrão de metalização de superfície traseira de exemplo mostrado na figura 1B, um contato traseiro 25 pode ser um contato de alumínio convencionalmente depositado, por exemplo, e pode cobrir substancialmente a superfície traseira de célula solar 10. Alternativamente, o contato traseiro 25 pode deixar ilhas ou outras porções da superfície traseira de célula solar 10 não metalizadas. Como ainda uma outra alternativa, o contato traseiro 25 pode compreender garras similares àquelas no padrão de metalização de superfície dianteira, correndo paralelas a cada outra e aos lados curtos de célula solar 10 substancialmente pelo comprimento dos lados curtos. Qualquer outra configuração adequada para o contato traseiro 25 também pode ser usada. O calço de contato traseiro 30 pode ser formado, por exemplo, a partir de uma pasta de prata convencionalmente usada para essas finalidades e depositado, por exemplo, por métodos de impressão de tela convencionais. Alternativamente, o contato traseiro 25 e/ou o calço de contato traseiro 30 podem ser formados a partir de cobre eletrodepositado. Quaisquer outros materiais adequados e processos também podem ser usados para a formação do contato traseiro 25 e do calço de contato traseiro 30. O calço de contato traseiro 30 pode ter uma largura perpendicular a seu eixo geométrico longo, por exemplo, de menos do que ou igual a em torno de 3 mm, e, no exemplo ilustrado, tem uma largura de em torno de 2 mm. O calço de contato traseiro 30 pode ter uma largura, por exemplo, combinando ou aproximadamente combinando com a largura do barramento dianteiro 15. Nesses casos, o calço de contato traseiro 30 pode ter uma largura, por exemplo, de em torno de 1 a em torno de 3 vezes a largura do barramento 15.
[087] As células solares 10 podem ser células solares de silício de HIT (heterojunção com uma camada fina intrínseca). Nesses casos, as células de HIT podem empregar, por exemplo, os padrões de metalização de superfície dianteira descritos acima com respeito à figura 1A ou quaisquer variações daquele padrão de metalização de superfície dianteira descrito aqui. As células de HIT podem empregar, por exemplo, os padrões de metalização de superfície traseira descritos acima com respeito à figura 1B ou quaisquer variações daqueles padrões de metalização de superfície traseira descritas aqui. O padrão de metalização de superfície traseira de célula de HIT pode compreender garras (por exemplo, garras de prata) similares àquelas no padrão de metalização de superfície dianteira da figura 1A. Nesses casos, as garras do padrão de metalização de superfície traseira podem ser dispostas em uma camada de óxido de condução transparente (TCO), o que, por sua vez, é disposto na superfície traseira da estrutura de diodo de semicondutor. A camada de cobre pode ser depositada por eletrodeposição com desintegração de catodo, por exemplo. O TCO nesta ou na variação prévia pode ser ou compreender óxido de estanho e índio, por exemplo. Qualquer outro padrão de metalização de superfície traseira adequado também pode ser usado.
[088] Para as células de HIT empregadas em cadeias de célula solar conforme descrito aqui, um padrão de metalização de superfície traseira de cobre fino pode lidar com uma densidade de corrente alta com baixa resistência e, portanto, resultar em uma perda baixa de I2R no contato traseiro. Uma luz passando não absorvida através da célula de HIT tipicamente é absorvida pela camada de cobre, contudo, levando a uma perda ótica. As células de HIT nas quais o padrão de metalização de superfície traseira compreende garras depositadas em uma camada de TCO podem ser posicionadas com suas superfícies traseiras em ou acima de uma superfície de reflexão, tal como uma superfície branca. Uma luz a qual passa não absorvida através da célula de HIT desse modo pode ser refletida de volta para a célula de HIT, diante das garras e através do TCO, para ser absorvida na célula de HIT e gerar uma corrente adicional. A perda de I2R nas garras pode ser maior do que aquela para a variação de metalização de superfície traseira de camada de cobre fina, contudo. A escolha de padrão de metalização de superfície traseira geralmente depende de qual desses padrões funciona melhor quando as células de HIT forem iluminadas em um nível desejado de concentração (por exemplo, em mais do que ou igual a em torno de sete “sóis”).
[089] Com referência, agora, à figura 2, um receptor de energia solar 45 de exemplo compreende uma cadeia de células solares conectadas em série 10 dispostas de uma maneira sobreposta em um substrato alongado linearmente 50. Cada célula solar 10 no receptor de energia solar 45 tem os padrões de metalização de superfície dianteira e traseira ilustrados nas figuras 1A e 1B, respectivamente. A figura 3A mostra uma vista em seção transversal que ilustra a superposição de células solares adjacentes no receptor de energia solar 45. Conforme mostrado na figura 3A, para cada par de células solares sobrepostas, o calço de contato de fundo 30 de uma célula solar se sobrepõe ao barramento de superfície dianteira 15 da outra célula solar. O barramento de superfície dianteira exposto 15 em uma extremidade da cadeia e o calço de contato de fundo exposto 30 na outra extremidade da cadeia podem ser usados para a conexão elétrica da cadeia a outros componentes elétricos, conforme desejado. No exemplo ilustrado na figura 2, os condutores de desvio 40 são ocultos por porções de superposição de células adjacentes. Alternativamente, as células solares compreendendo condutores de desvio 40 podem ser sobrepostos de forma similar, conforme mostrado na figura 2 e na figura 3A, sem a cobertura dos condutores de desvio.
[090] O barramento de superfície dianteira 15 e o calço de contato de fundo 30 de um par sobreposto de células solares 10 podem ser ligados a cada outro se usando qualquer material de ligação eletricamente condutor adequado. Os materiais de ligação eletricamente condutores adequados podem incluir, por exemplo, uma solda de refluxo eletricamente condutora convencional e adesivos eletricamente condutores. Os adesivos eletricamente condutores adequados podem incluir, por exemplo, pastas de interconexão, filmes condutores e filmes condutores anisotrópicos disponíveis a partir da Hitachi Chemical e outros fornecedores, bem como fitas eletricamente condutoras disponíveis a partir de Adhesives Research Inc. de Glen Rock Pennsylvania, e outros fornecedores. Os adesivos eletricamente condutores adequados podem incluir também epóxis condutores preenchidos com prata ou outros epóxis condutores. Em algumas variações, esses adesivos eletricamente condutores podem ser selecionados, por exemplo, para permanecerem flexíveis por uma faixa de temperatura entre em torno de -40°C e em torno de 115°C, ter uma resistividade elétrica menor do que ou igual a em torno de 0,04 Ohm-centímetros, exibir um alongamento à ruptura maior do que ou igual a em torno de 20%, ter uma viscosidade de distribuição ou ter qualquer combinação das características precedentes.
[091] A ilustração da figura 3A rotula os barramentos dianteiros 15 com um sinal menos (-) e calços de contato de fundo 30 com um sinal mais (+), para indicar um contato elétrico para camadas de condutividade de tipo n e de tipo p na célula solar, respectivamente. Esta rotulagem não é pretendida para ser limitante. Conforme citado acima, as células solares 10 podem ter qualquer estrutura de diodo adequada.
[092] Com referência, novamente, à figura 2, o substrato 50 de receptor de energia solar 45 pode ser, por exemplo, um substrato de alumínio ou de outro metal, um substrato de vidro ou um substrato formado a partir de qualquer outro material adequado. As células solares 10 podem ser afixadas ao substrato 50 de qualquer maneira adequada. Por exemplo, as células solares 10 podem ser laminadas em um substrato de alumínio ou outro metal 50 com adesivo interveniente, encapsulante e/ou camadas eletricamente isolantes dispostas entre as células solares 10 e a superfície do substrato de metal. O substrato 50 pode compreender opcionalmente canais através dos quais um líquido pode ser fluído para a extração de calor a partir do receptor de energia solar 45 e, desse modo, resfriar as células solares 10, em cujo caso o substrato 50 pode preferencialmente ser um substrato de metal extrudado. O receptor de energia solar 45 pode empregar, por exemplo, estruturas de laminação, configurações de substrato e outros componentes de receptor ou recursos, conforme exposto no Pedido de Patente U.S. N° de Série 12/622.416, intitulado “Receiver for Concentring Solar Photovoltaic- Thermal System”, e depositado em 19 de novembro de 2009, o qual é incorporado aqui como referência em sua totalidade. Embora o substrato de exemplo ilustrado 50 seja linearmente alongado, qualquer outro formato adequado para o substrato 50 também pode ser usado.
[093] O receptor 45 pode incluir apenas uma única fileira de células solares correndo ao longo de seu comprimento, conforme mostrado na figura 2. Alternativamente, o receptor 45 pode incluir duas ou mais fileiras paralelas de células solares correndo ao longo de seu comprimento.
[094] As cadeias de células solares conectadas em série sobrepostas conforme exposto aqui e receptores alongados linearmente incluindo cadeias podem ser usados, por exemplo, em coletores de energia solar que concentram radiação solar em um foco linear ao longo do comprimento do receptor, paralelo à cadeia de células solares. Os coletores de energia solar de concentração que podem vantajosamente empregar cadeias de células solares sobrepostas conectadas em série conforme exposto aqui podem incluir, por exemplo, os coletores de energia solar expostos no Pedido de Patente U.S. N° de Série 12/781.706 intitulado “Concentrating Solar Energy Collector” e depositado em 17 de maio de 2010, e os coletores de energia solar expostos no Pedido de Patente U.S. N° de Série 13/740.770 intitulado “Concentrating Solar Energy Collector” e depositado em 14 de janeiro de 2013. Cada um destes pedidos de patente é incorporado aqui como referência em sua totalidade. Esses coletores de energia solar de concentração podem empregar, por exemplo, espelhos planos estreitos logos dispostos para aproximação de um cavado de parábola que concentra uma energia solar em um foco linear no receptor.
[095] Com referência, novamente, às figuras 1A e 1B, embora os exemplos ilustrados mostrem o barramento de superfície dianteira 15 e o calço de contato traseiro 30, cada um se estendendo substancialmente pelo comprimento dos lados longos de célula solar 10 com larguras uniformes, isto pode ser vantajoso, mas não requerido. Por exemplo, o barramento de superfície dianteira 15 pode ser substituído por dois ou mais calços de contato discretos, os quais podem ser dispostos, por exemplo, em linha com cada outro ao longo de um lado de célula solar 10. Esses calços de contato discretos podem ser interconectados opcionalmente por condutores mais finos correndo entre eles. Pode haver um calço de contato separado (por exemplo, pequeno) para cada garra no padrão de metalização de superfície dianteira, ou cada calço de contato pode ser conectado a duas ou mais garras. O calço de contato traseiro 30 pode ser substituído de forma similar por dois ou mais calços de contato discretos. O barramento de superfície dianteira 15 pode ser contínuo, conforme mostrado na figura 1A, e o calço de contato traseiro 30 formado a partir de calços de contato discretos conforme recém-descrito. Alternativamente, o barramento 15 pode ser formado a partir de calços de contato discretos, e o calço de contato traseiro 30 formado conforme mostrado na figura 1B. Como ainda uma outra alternativa, ambos o barramento de superfície dianteira 15 e o calço de contato traseiro 30 podem ser substituídos por dois ou mais calços de contato discretos. Nestas variações, as funções de coleta de corrente que de outra forma seriam realizadas pelo barramento de superfície dianteira 15, pelo calço de contato traseiro 30 ou pelo barramento de superfície dianteira 15 e pelo calço de contato traseiro 30, ao invés disso podem ser realizadas ou parcialmente realizadas pelo material condutor usado para ligação das duas células solares 10 a cada outra na configuração com superposição descrita acima.
[096] Embora a figura 1B e a figura 3A mostrem o calço de contato traseiro 30 localizado adjacente a uma borda longa da superfície traseira de célula solar 10, o calço de contato 30 pode ter qualquer localização adequada na superfície traseira da célula solar. Por exemplo, as figuras 6A a 6C, 7B e 8B, descritas adicionalmente abaixo, mostram as células solares 10 de exemplo que têm, cada um, um calço de contato 30 localizado perto do centro da superfície traseira da célula solar e correndo paralelo ao eixo geométrico longo de célula solar.
[097] Ainda, a célula solar 10 pode carecer do barramento de superfície dianteira 15 e incluir apenas as garras 20 no padrão de metalização de superfície dianteira, ou carecer do calço de contato traseiro 30 e incluir apenas o contato 25 no padrão de metalização de superfície traseira, ou carecer do barramento de superfície dianteira 15 e carecer do calço de contato traseiro 30. Nestas variações também as funções de coleta de corrente que de outra forma seriam realizadas pelo barramento de superfície dianteira 15, pelo calço de contato traseiro 30 ou pelo barramento de superfície dianteira 15 e pelo calço de contato traseiro 30 podem ser realizadas, ao invés disso, pelo material condutor usado para ligação de duas células solares 10 a cada outra na configuração com superposição descrita acima.
[098] As células solares carecendo de barramento 15 ou tendo o barramento 15 substituído por calços de contato discretos pode incluir o transmissor 40 ou não incluir o transmissor 40. Se o barramento 15 estiver ausente, o transmissor 40 poderá ser disposto para se desviar de fissuras que se formam entre o condutor de desvio e a porção do padrão de metalização de superfície dianteira que é ligada de forma condutora à célula solar sobreposta.
[099] Até este ponto, as células solares 10 foram descritas tendo os padrões de metalização de superfície dianteira e traseira que proveem um contato elétrico com lados opostos de uma junção de diodo. Alternativamente, as células solares 10 podem ser células solares de contato traseiro nas quais um conjunto de contatos na superfície traseira da célula solar contata eletricamente um lado da junção de diodo, e um outro conjunto de contatos na superfície traseira da célula solar contata eletricamente o outro lado da junção de diodo. Quando essas células solares são empregadas convencionalmente, de forma típica nenhum contato elétrico é feito com a superfície dianteira das células solares. Esta geometria de contato traseiro vantajosamente aumenta a quantidade de luz incidente em porções ativas da célula solar pela eliminação de uma metalização de superfície dianteira que bloquearia a luz. Essas células solares de contato traseiro estão disponíveis, por exemplo, a partir da SunPower Inc.
[100] Quando usada em cadeias dispostas como um telhado de células solares, conforme descrito aqui, essa célula solar de contato traseiro pode incluir, adicionalmente, vias de condução que passam através da célula solar a partir de sua superfície traseira até sua superfície dianteira para a provisão, em uma borda da superfície dianteira, de uma ou mais conexões elétricas a um lado da junção de diodo. Quando a célula solar é disposta de uma maneira tipo um telhado com uma célula solar configurada de forma similar adjacente, as conexões elétricas de superfície dianteira na borda de uma célula se sobrepõem e podem ser eletricamente conectadas a contatos de superfície traseira na outra célula para a conexão elétrica das duas células solares de contato traseiro sobrepostas em série.
[101] As figuras 1C a 1E descrevem esquematicamente uma célula solar toda de contato traseiro 10 de exemplo configurada para uso em uma cadeia conectada em série de células solares sobrepostas (isto é, dispostas como um telhado). O padrão de metalização de superfície traseira de exemplo mostrado na figura 1C e na figura 1E inclui uma linha p opcional 22 correndo paralela a e adjacente a um lado longo da célula solar, uma pluralidade de garras p 24 conectadas à linha p e correndo paralelas aos lados curtos da célula solar, uma linha n opcional 26 correndo paralela a e adjacente ao outro lado longo da célula solar, e uma pluralidade de garras n 28 conectadas à linha n, correndo paralelas aos lados curtos da célula solar, e interligadas com garras p 24. As regiões da estrutura de semicondutor abaixo e contatadas pelas garras n e pelas garras p são dopadas de forma correspondente com tipo n ou tipo p para a formação de uma junção de diodo.
[102] Conforme visto nas figuras 1C a 1E, a célula solar de contato traseiro 10 de exemplo também inclui vias de condução 32 que passam através da célula solar 10 para a provisão de um contato elétrico a partir da linha n 26 e das garras n 28 na superfície traseira da célula solar 10 a um barramento opcional 34 que corre paralelo a e adjacente a um lado longo da célula solar na superfície dianteira da célula solar. A figura 1D descreve a superfície dianteira da célula solar 10 como se aquela superfície dianteira fosse vista através da superfície traseira das células solares. Conforme mostrado por uma comparação das figuras 1C a 1E, no exemplo ilustrado, o barramento 32 e a linha n 26 são posicionados ao longo do mesmo lado longo da célula solar, com a linha p 22 posicionada ao longo do lado longo oposto. As células solares configuradas desta maneira podem ser posicionadas com a linha p 22 na superfície traseira de uma célula solar sobreposta e eletricamente conectada ao barramento na superfície dianteira de uma célula solar adjacente para conexão às células solares em série. Neste arranjo, o barramento 34 é coberto por uma porção ativa da célula solar sobreposta. Assim, não há uma metalização de superfície dianteira exposta bloqueando luz a partir de regiões ativas da célula solar.
[103] Alternativamente, as polaridades n e p na descrição acima podem ser trocadas, de modo que as vias 32 provejam um contato elétrico a partir de contatos p na superfície traseira da célula solar 10 para o barramento 34 na superfície dianteira. As células solares configuradas desta maneira podem ser posicionadas com a linha n na superfície traseira de uma célula solar sobreposta e eletricamente conectada ao barramento na superfície dianteira de uma célula solar adjacente para conexão das duas células solares em série.
[104] Embora os exemplos ilustrados mostrem uma via para cada garra na superfície traseira que é para ser eletricamente conectada à superfície dianteira, pode haver mais ou menos vias do que garras, desde que as garras a serem conectadas à superfície dianteira sejam interconectadas na superfície traseira, de maneira tal que cada uma seja eletricamente conectada a uma ou mais vias. Embora o barramento 34 seja mostrado como se estendendo substancialmente pelo comprimento dos lados longos de célula solar 10 com largura uniforme, isto pode ser vantajoso, mas não é requerido. Por exemplo, o barramento 34 pode ser substituído por dois ou mais calços de contato discretos, os quais podem ser dispostos, por exemplo, em linha com cada outro ao longo de um lado da célula solar 10. Esses calços de contato discretos opcionalmente podem ser interconectados por condutores mais finos correndo entre eles. Pode haver um calço de contato separado (por exemplo, pequeno) na superfície dianteira para cada via, ou cada calço de contato pode ser conectado a duas ou mais vias. O barramento 34 também pode estar ausente. A linha p 22 e/ou a linha n 26 podem ser substituídas de forma similar por dois ou mais calços de contato discretos, ou podem estar ausentes. Essas variações carecem de um barramento 34 na extremidade de superfície dianteira das vias, ou carecer de um condutor de interconexão, tal como uma linha p ou uma linha n na extremidade de superfície traseira das vias, ou carecer de um barramento 34 na extremidade de superfície superior das vias e também carecer de um condutor de interconexão na extremidade de superfície traseira das vias. Em variações nas quais o barramento 34, a linha p 22 e/ou a linha n 26 são formados a partir de calços de contato discretos ou estão ausentes, as funções de coleta de corrente que de outra forma seriam realizadas por estes recursos ao invés disso podem ser realizadas ou parcialmente realizadas pelo material condutor usado para ligação de duas células solares em conjunto na configuração com superposição descrita acima.
[105] Para encurtar o percurso de corrente entre células solares de contato traseiro sobrepostas através das vias descritas acima, pode ser desejável configurar e/ou dispor as células solares de modo que cada via seja alinhada em uma extremidade com a extremidade de uma garra (n ou p) na superfície traseira de uma célula solar e alinhada em sua outra extremidade com a extremidade de uma garra (p ou n) de polaridade oposta na superfície traseira de uma célula solar sobreposta adjacente. Com as garras configuradas conforme mostrado na figura 1C, as vias podem ser alinhadas desta maneira pelo posicionamento das células solares sobrepostas, de modo que uma seja transladada com respeito à outra ao longo de seus lados longos sobrepostos por uma distância igual ao passo entre as garras. Alternativamente, as garras podem ser configuradas conforme mostrado na figura 1F, por exemplo, de modo que elas se estendam em um ângulo através da superfície traseira de célula solar, de modo que as extremidades opostas de cada garra sejam deslocadas ao longo dos lados longos da célula solar por uma distância igual ao passo entre as garras. As células solares configuradas desta maneira podem ser sobrepostas com seus lados curtos alinhados para a provisão do alinhamento de via desejado com as garras nas células solares sobrepostas. Embora a figura 1F mostre o padrão de metalização de superfície traseira incluindo a linha p 22 e a linha n 26, qualquer uma ou ambas podem estar ausentes.
[106] As vias 32 podem assim interconectar duas células solares de contato traseiro sobrepostas garra com garra, garra com linha (por exemplo, barramento, linha p ou linha n), ou linha com linha, por exemplo.
[107] A formação de vias 32 pode ser integrada nos processos de fabricação convencionais para as células solares todas de contato traseiro. Os orifícios nas vias podem ser formados, por exemplo, por uma perfuração com laser convencional, e podem ser preenchidos, por exemplo, com qualquer material condutor convencional adequado depositado por qualquer método convencional adequado. O material de condução pode ser um metal eletrodepositado ou uma pasta de metal condutor impressa, por exemplo.
[108] As células solares de contato traseiro também podem ser empregadas em cadeias sobrepostas conectadas em série de células solares, sem o uso das vias descritas acima. Com referência à vista em seção transversal da figura 3B, por exemplo, duas dessas células solares de contato traseiro sobrepostas podem ser eletricamente conectada em série por uma interconexão elétrica mecanicamente maleável 90, a qual interconecta um contato traseiro em uma das células solares e um contato traseiro de polaridade oposta na outra célula solar.
[109] As cadeias de células solares sobrepostas conectadas em série expostas aqui e os receptores alongados linearmente incluindo essas cadeias podem operar com uma eficiência mais alta do que os arranjos convencionais, particularmente sob uma iluminação concentrada. Em algumas variações, as cadeias de células solares sobrepostas expostas aqui podem prover, por exemplo, > 15% a mais de potência de saída do que cadeias dispostas convencionalmente análogas de células solares.
[110] O corte em cubos de uma pastilha para a provisão de células solares tendo áreas menores reduz a corrente “I” gerada nas células solares e, desse modo, pode reduzir as perdas de potência “I2R” que resultam de uma resistência “R” interna às células solares e uma resistência em conexões entre as células solares em uma cadeia. Contudo, as cadeias convencionais de células solares conectadas em série requerem espaços entre células solares adjacentes. Para uma cadeia de um dado comprimento físico, o número desses espaços aumenta conforme as células solares são feitas mais curtas. Cada espaço reduz a potência gerada pela cadeia, desse modo destruindo pelo menos parcialmente a vantagem que poderia resultar de outra forma do uso de células solares de áreas menores. Ainda, a perda de potência resultante dos espaços aumenta quando uma cadeia convencional como essa é empregada em um coletor de energia solar de concentração.
[111] Em contraste com as cadeias convencionais de células solares, as cadeias de células solares sobrepostas conectadas em série expostas aqui não têm espaços entre as células solares. As células solares nessas cadeias podem ser, portanto, divididas em cubos em áreas menores para redução de perdas de I2R, sem a acumulação de perdas de potência devido a espaços. Por exemplo, pode ser vantajoso usar células solares tendo um lado mais longo que tem um comprimento que cobre uma pastilha padrão, como nas células solares 10 descritas nas várias figuras aqui, porque essas células solares podem ser orientadas com seus lados mais longos perpendiculares ao eixo geométrico longo da cadeia, para a provisão de uma região focal mais larga em um coletor de energia solar de concentração de foco linear (tornar a região focal mais longa relaxa as tolerâncias nos elementos óticos no coletor de energia solar de concentração, e pode facilitar o uso vantajoso de espelhos planos). Para cadeias convencionais de células solares, o comprimento ótimo do lado curto das células solares então seria determinado em parte por uma transigência entre as perdas de potência de I2R e perdas devido a espaços entre as células. Para as cadeias de células solares sobrepostas expostas aqui, o comprimento dos lados curtos das células solares (e, assim, as áreas das células solares) pode ser selecionado para redução das perdas de I2R para um nível desejado sem preocupação por perdas devido aos espaços.
[112] As células solares convencionais tipicamente empregam dois ou mais barramentos de superfície dianteira paralelos, os quais fazem sombra nas porções subjacentes das células solares e, assim, reduzir a potência gerada por meio de cada célula solar. Este problema é exacerbado pelas fitas de cobre, tipicamente mais largas do que os barramentos, os quais são usados em cadeias convencionais para a conexão elétrica dos barramentos de superfície dianteira de uma célula solar ao contato de superfície traseira de uma célula solar adjacente na cadeia. As fitas de cobre nessas cadeias convencionais tipicamente correm através da superfície dianteira das células solares, paralelas à cadeia e sobrepondo-se aos barramentos. As perdas de potência que resultam de um sombreamento pelos barramentos e pelas fitas de cobre aumentam quando essas células solares convencionais são empregadas em um coletor de energia solar de concentração. Em contraste, as células solares expostas aqui empregam apenas um barramento único em suas superfícies dianteiras, conforme ilustrado, ou nenhum barramento, e não requerem fitas de cobre correndo através da superfície dianteira iluminada das células solares. Ainda, em cadeias de células solares sobrepostas conforme exposto aqui, o barramento de superfície dianteira em cada célula solar, se presente, pode ser oculto pela área de superfície ativa de uma célula solar sobreposta, exceto em uma extremidade da cadeia. As células solares e as cadeias de células solares expostas aqui assim podem reduzir significativamente as perdas devido ao sombreamento de porções subjacentes das células solares pela metalização de superfície dianteira, se comparadas com configurações convencionais.
[113] Uma componente de perdas de potência de I2R é devido aos percursos de corrente através das garras na metalização de superfície dianteira. Em cadeias convencionalmente dispostas de células solares, os barramentos nas superfícies dianteiras de células solares são orientados paralelos ao comprimento da cadeia, e as garras são orientadas perpendicularmente ao comprimento da cadeia. Uma corrente em uma célula solar em uma cadeia convencional como essa flui primariamente de forma perpendicular ao comprimento da cadeia ao longo das garras para se atingirem os barramentos. Os comprimentos de garra requeridos nessas geometrias podem ser suficientemente longos para resultarem em perdas de potência de I2R significativas nas garras. Em contraste, as garras na metalização de superfície dianteira de células solares expostas aqui são orientadas paralelas aos lados curtos das células solares e paralelas ao comprimento da cadeia, e uma corrente em uma célula solar flui primariamente paralela ao comprimento da cadeia ao longo das garras. Os comprimentos de garra requeridos neste arranjo podem ser mais curtos do que o requerido para células convencionais, assim se reduzindo as perdas de potência.
[114] Um outro componente de perdas de potência de I2R é devido ao comprimento do percurso de corrente entre células solares adjacentes através das interconexões de fita de cobre convencionais. Os percursos de corrente entre células solares adjacentes nas configurações com superposição expostas aqui podem ser mais curtos do que em arranjos convencionais, assim se reduzindo as perdas de I2R.
[115] Os padrões de metalização de célula solar e/ou geometrias de célula com superposição expostos aqui podem ser vantajosamente usados com células solares de silício cristalino dispostas em um substrato de metal, como no receptor 45 da figura 2, por exemplo . Alguém de conhecimento comum na técnica pode achar isto surpreendente, contudo. Se formada usando-se uma solda com refluxo convencional, por exemplo, a ligação entre o barramento de superfície dianteira e o calço de contato de superfície traseira de células solares sobrepostas em uma cadeia conforme exposto pode ser significativamente mais rígida do que as conexões elétricas entre as células solares adjacentes providas por uma formação de aba de fita de cobre em cadeias com abas convencionalmente de células solares. Consequentemente, em comparação com abas de fita de cobre, as conexões de solda entre células solares adjacentes em uma cadeia como essa podem prover significativamente menos alívio de deformação para a acomodação de uma não combinação entre o coeficiente de expansão térmica (CTE) das células solares de silício e aquele do substrato de metal. Essa não combinação pode ser bastante grande. Por exemplo, o silício cristalino tem um CTE de ~3 x 10-6, e o alumínio tem um CTE de ~23 x 10-6. Alguém de conhecimento comum na técnica pode esperar, portanto, que essas cadeias de células solares de silício sobrepostas dispostas em um substrato de metal falhem através de uma fissuração das células solares de silício. Esta expectativa seria ainda mais forte para essas cadeias de células solares sobrepostas empregadas em um coletor de energia solar de concentração no qual elas podem circular por faixas de temperatura maiores e, portanto, experimentar uma deformação maior de uma não combinação de expansão técnica com o substrato do que tipicamente experimentado em um coletor de energia solar não de concentração.
[116] Ao contrário dessas expectativas, contudo, os inventores determinaram que as cadeias de células solares de silício sobrepostas conectadas em série podem ser ligadas a cada outra com uma solda com refluxo convencional, afixada a um substrato de alumínio ou outro metal, e operadas de forma confiável sob uma radiação solar concentrada. Essas cadeias podem ter um sistema, por exemplo, maior do que ou igual a em torno de 120 mm, maior do que ou igual a em torno de 200 mm, maior do que ou igual a em torno de 300 mm, maior do que ou igual a em torno de 400 mm, maior do que ou igual a em torno de 500 mm, maior do que ou igual a em torno de 500 mm.
[117] Ainda, os inventores também determinaram que substitutos de solda, tais como aqueles descritos acima, incluindo fitas eletricamente condutoras, filmes condutores, pastas de interconexão, epóxis condutores (por exemplo, epóxis condutores preenchidos com prata) e outros adesivos de condução similares, por exemplo, podem ser usados para a ligação de células solares a cada outra para a formação de cadeias ainda mais longas de células solares sobrepostas conectadas em série em um substrato de metal. Nessas variações, o material de ligação condutor que liga as células sobrepostas em conjunto é selecionado para ser mecanicamente maleável, com o que se quer dizer que o material de ligação é facilmente deformado elasticamente - como uma mola. (A maleabilidade mecânica é o inverso da rigidez). Em particular, as ligações condutoras entre células solares nessas cadeias são selecionadas para serem mais maleáveis mecanismo do que as células solares 10, e mais maleáveis mecanismo do que as conexões de solda com refluxo convencionais que poderiam de outra forma ser usadas entre células solares sobrepostas. Essas ligações condutoras mecanicamente maleáveis entre células solares sobrepostas se deformam sem formarem fissuras, destacando- se das células solares adjacentes, ou de outra forma falhando sob uma deformação resultante da não combinação de expansão térmica entre as células solares 10 e o substrato 50. As ligações mecanicamente maleáveis podem prover, portanto, um alívio de deformação a uma cadeia de células solares sobrepostas interconectadas, desse modo se acomodando uma não combinação de CTE entre células solares 10 e o substrato 50, e evitando que a cadeia falhe. A diferença entre o CTE da célula solar (por exemplo, de silício) e o substrato pode ser, por exemplo, maior do que ou igual a em torno de 5 x 10-6, maior do que ou igual a em torno de 10 x 10-6, maior do que ou igual a em torno de 15 x 10-6, ou maior do que ou igual a em torno de 20 x 10-6. Essas cadeias de células solares de silício sobrepostas conectadas em série dispostas em um substrato com CTEs não combinados podem ter um comprimento, por exemplo, maior do que ou igual a em torno de 1 metro, maior do que ou igual a em torno de 2 metros, ou maior do que ou igual a em torno de 3 metros.
[118] Mais ainda, os inventores desenvolveram interconexões elétricas mecanicamente maleáveis que podem ser usadas para a interconexão de duas ou mais cadeias de células solares sobrepostas conectadas em série para a formação de cadeias mais longas de células solares conectadas em série. As cadeias mais longas resultantes podem ser dispostas em um substrato de metal ou outro substrato e operadas de forma confiável sob uma radiação solar concentrada. Com referência, agora, à figura 4, uma cadeia de exemplo 55 de células solares conectadas em série compreende um primeiro grupo 60 de células solares sobrepostas conectadas em série 10 que é elétrica e fisicamente conectada a um segundo grupo 65 de células solares sobrepostas conectadas em série 10 por uma interconexão condutora elétrica mecanicamente maleável 70. Adicionalmente essas interconexões 70 estão localizadas nas extremidades de cadeia 55 para se permitirem que grupos adicionais de células solares sobrepostas conectadas em série sejam adicionados a qualquer extremidade de cadeia 55 para se estender o comprimento da cadeia. Alternativamente, as interconexões 70 localizadas nas extremidades de uma cadeia podem ser usadas para a conexão da cadeia a outros componentes elétricos ou a uma carga externa. As células solares sobrepostas nos grupos 60 e 65 podem ser ligadas a cada outra com uma solda com refluxo eletricamente condutora ou com adesivos eletricamente condutores, conforme descrito acima ou de qualquer outra maneira adequada.
[119] O espaçamento entre as extremidades adjacentes de dois grupos de células solares sobrepostas conectadas em série 10 interconectadas com uma interconexão mecanicamente maleável 70 podem ser, por exemplo, menores do que ou iguais a em torno de 0,2 mm, menor do que ou igual a em torno de 0,5 mm, menor do que ou igual a em torno de 1 mm, menor do que ou igual a em torno de 2 mm, menor do que ou igual a em torno de 3 mm, menor do que ou igual a em torno de 4 mm, menor do que ou igual a em torno de 5 mm.
[120] A variação de interconexão elétrica mecanicamente maleável mostrada na figura 4 também é mostrada, em maiores detalhes, na figura 5A. Uma outra variação de interconexão elétrica mecanicamente maleável 70 tendo recursos similares é mostrada na figura 5B. Com referência, agora, à figura 5A e à figura 5B, bem como à figura 4, as interconexões elétricas mecanicamente maleáveis de exemplo 70 são como fitas e têm uma razão de aspecto longa e estreita com um comprimento aproximadamente igual a ou maior do que o comprimento dos lados longos das células solares 10. Cada interconexão 70 compreende dois conjuntos de abas 75, com cada conjunto de abas posicionado em um lado oposto do eixo geométrico longo da interconexão. Conforme mostrado na figura 4, uma interconexão 70 pode ser posicionada entre duas cadeias de células solares sobrepostas conectadas em série com suas abas 75 em um lado fazendo um contato elétrico com o barramento 15 na superfície dianteira de uma célula solar de extremidade de uma cadeia de células solares sobrepostas, e com suas abas 75 no outro lado fazendo um contato elétrico com o calço de contato 30 na superfície traseira de uma célula de extremidade da outra cadeia de células solares sobrepostas. As abas 75 podem ser afixadas ao barramento 15 ou ao calço de contato 30 com uma solda eletricamente condutora convencional, adesivos eletricamente condutores conforme descrito acima, ou por qualquer outro método adequado.
[121] No exemplo da figura 4, as interconexões 70 na extremidade de cadeia 55 também incluem, cada uma, uma tomada de diodo de desvio 80 em uma extremidade, além das abas 75. As tomadas de diodo de desvio 80 proveem pontos de conexão para diodos de desvio. No exemplo ilustrado, o diodo de desvio 85 é configurado para desviar ambos os grupos de células solares sobrepostas conectadas em série, no caso de uma célula solar na cadeia 55 falhar. Alternativamente, as interconexões 70 tendo tomadas de diodo de desvio 80 podem ser usadas em qualquer intervalo desejado em uma cadeia para se desviar de um, dois ou mais grupos de células solares sobrepostas conectadas em série. O número máximo de células solares que podem ser dispostas para serem desviadas por um diodo de desvio é determinado pelas características de performance do diodo de desvio. Os diodos de desvio podem ser configurados para se desviarem, por exemplo, de aproximadamente 25 células solares 10, o que pode ser distribuído em qualquer número desejado de grupos conectados em série de células solares sobrepostas conectadas em série. Por exemplo, cada diodo de desvio pode ser configurado para se desviar de em torno de 25 células solares, das quais todas são parte de um único grupo de células solares sobrepostas conectadas em série. Embora no exemplo ilustrado o diodo de desvio seja conectado à cadeia com interconexões 70, configurações alternativas também podem ser usadas. Por exemplo, os diodos de desvio podem ser conectados à cadeia por um condutor (outro além da interconexão 70) que é eletricamente conectado ao padrão de metalização de fundo de uma célula solar, e por um outro condutor (outro além da interconexão 70) que é eletricamente conectado a um barramento na superfície dianteira de uma outra célula solar. Essas conexões podem ser feitas para células solares que não estejam em uma extremidade de um grupo de células solares sobrepostas conectadas em série, mas, ao invés disso, em algum lugar entre elas.
[122] Com referência, agora, à figura 11, o diodo de desvio 85 pode ser montado em um circuito flexível 87 compreendendo dois contatos elétricos separados fisicamente 92 intercalados entre duas folhas de isolamento. As folhas de isolamento são padronizadas para exporem as regiões adjacentes 93 dos dois contatos aos quais o diodo é afixado para a interconexão elétrica dos contatos, e para a exposição das regiões 97 dos contatos, permitindo que o circuito flexível seja eletricamente conectado para se desviar uma porção da cadeia de células solares. Cada um dos contatos 92 é conformado ou padronizado para se aumentar sua maleabilidade mecânica. Em particular, os contatos 92 incluem estreitamentos e regiões de formato oval, os quais tornam os contatos muito maleáveis. Os contatos 92 podem ser formados, por exemplo, a partir de uma fita de metal (por exemplo, de cobre) revestida com solda. As folhas de isolamento podem ser formadas, por exemplo, a partir de uma poliimida. O circuito flexível 87 pode compreender, além disso, uma camada de adesivo de fundo por meio do que pode ser afixado a um substrato suportando uma cadeia de células solares.
[123] Com referência, de novo, à figura 4, à figura 5A e à figura 5B, as interconexões 70 são mecanicamente maleáveis. Em particular, elas podem ser mais mecanicamente maleáveis do que as células solares 10 e mais mecanicamente maleáveis do que as conexões de solda entre o barramento 15 e o calço de contato traseiro 30 de células solares sobrepostas 10. As interconexões 70 também podem ser mais mecanicamente maleáveis do que as ligações entre células solares sobrepostas formadas a partir de adesivos eletricamente condutores conforme descrito acima. As interconexões 70 se deformam sem fissuração, destacando-se das células solares adjacentes, ou de outra forma falhando sob uma deformação resultante de uma não combinação de expansão térmica entre as células solares 10 e o substrato 50. As interconexões 70 podem prover, portanto, um alívio de deformação com uma cadeia de grupos interconectados de células solares sobrepostas, desse modo se acomodando a não combinação de expansão térmica entre as células solares 10 e o substrato 50 e evitando que a cadeia falhe.
[124] Nos exemplos ilustrados, cada interconexão 70 é uma fita de metal (por exemplo, cobre) revestida com solda que foi conformada ou padronizada para melhoria de sua maleabilidade mecânica. Em particular, a interconexão ilustrada 70 da figura 5A inclui uma porção central que tem a forma de uma série de duas ou mais ovais achatadas interligadas em suas extremidades. Cada oval achatada inclui um par de abas 75 em lados opostos achatados da oval, para fazerem contato com as células solares conforme descrito acima. As ovais achatadas tornam cada interconexão 70 muito maleável (“flexíveis como uma mola”) em direções paralelas e perpendiculares ao eixo geométrico longo da interconexão. No exemplo ilustrado, as tiras de metal formando as paredes das ovais têm uma largura W1 de aproximadamente 1,5 mm, mas qualquer largura adequada pode ser usada. A interconexão ilustrada 70 da figura 5B inclui uma série de fendas correndo para baixo pelo centro da fita de metal paralela ao seu eixo geométrico longo. As fendas tornam a interconexão desta variação muito maleável, da mesma forma. As interconexões 70 podem ser formadas a partir de materiais altamente condutores, tal como cobre, por exemplo, e/ou a partir de materiais tais como Invar (uma liga de níquel e ferro) e Kovar (uma liga de níquel, cobalto e ferro) que têm um coeficiente baixo de expansão térmico. Cada fita de metal pode ser intercalada entre folhas de isolamento finas de material para a formação de um circuito flexível, com as folhas de isolamento padronizadas para a exposição de porções da fita de metal (por exemplo, as abas 75) pretendidas para a feitura de um contato elétrico com as células solares. As folhas de isolamento podem ser formadas a partir de uma poliimida, por exemplo.
[125] Quaisquer outros materiais adequados e configurações também podem ser usados para as interconexões 70 que interconectam duas cadeias conectadas em série de células solares sobrepostas. Por exemplo, as interconexões 70 podem ser similares ou idênticas a qualquer uma das interconexões elétricas mecanicamente maleáveis 90 descritas abaixo com referência às figuras 6A a 6C, 7A, 7B, 8A, 8B ou 9. Também, duas ou mais interconexões 70 podem ser dispostas em paralelo de forma similar àquilo mostrado nas figuras 7A e 7B descritas abaixo para a interconexão de dois grupos de células solares sobrepostas conectadas em série.
[126] Embora o uso de interconexões 70 seja descrito acima com respeito às células solares 10 que incluem os barramentos de superfície dianteira 15 e os calços de contato traseiro 30, essas interconexões 70 podem ser usadas em combinação com qualquer uma das variações de célula solar 10 descritas aqui. Em variações carecendo de barramentos 15, calços de contato traseiro 30 ou ambos, as interconexões 70 podem ser ligadas às células solares 10 usando-se adesivos eletricamente condutores conforme descrito acima, por exemplo.
[127] As interconexões elétricas mecanicamente maleáveis similares ou idênticas às interconexões 70 também podem ser usadas entre toda célula solar em uma cadeia de células solares conectadas e série ou entre toda célula solar em uma porção contígua de três células solares ou mais longa de uma cadeia conectada em série de células solares. Conforme mostrado nas figuras 6A a 6C, 7A, 7B, 8A, 8B ou 9, por exemplo, cada par de células solares sobrepostas 10 em uma cadeia conectada em série de células solares sobrepostas pode ser conectado física ou eletricamente por interconexões mecanicamente maleáveis 90, cada um dos quais interconecta a metalização de superfície dianteira de uma célula solar com a metalização de superfície traseira de uma célula solar adjacente. Essas cadeias diferem de cadeias convencionalmente com abas pelo menos porque as células solares adjacentes nas cadeias ilustradas se sobrepõem, e porque as localizações nas quais as interconexões 90 são ligadas às superfícies dianteiras de células solares 10 podem ser ocultadas da iluminação por uma célula solar sobreposta. As interconexões mecanicamente maleáveis 90 podem ser afixadas às células solares 10, por exemplo, com uma solda eletricamente condutora convencional, adesivos eletricamente condutores, filmes adesivos, ou fitas adesivas conforme descrito acima, ou por qualquer outro método adequado.
[128] As interconexões 90 são mecanicamente maleáveis. Em particular, elas são mais mecanicamente maleáveis do que as conexões de solda entre o barramento 15 e o calço de contato traseiro 30 de células solares sobrepostas 10. As interconexões 90 também podem ser mais mecanicamente maleáveis do que as ligações entre as células solares sobrepostas formadas a partir de adesivos eletricamente condutores conforme descrito acima. As interconexões 90 se deformam sem fissuração, destacando-se das células solares adjacentes, ou de outra forma falhando sob deformação resultante de uma não combinação de expansão técnica entre as células solares 10 e um substrato ao qual são afixadas. As interconexões 90 podem prover, portanto, um alívio de deformação para uma cadeia de grupos interconectados de células solares sobrepostas, desse modo se acomodando uma não combinação de expansão térmica entre as células solares 10 e um substancialmente e evitando que a cadeia falhe.
[129] As interconexões 90 podem ser formadas, por exemplo, a partir de materiais altamente condutores, tal como cobre, por exemplo, e/ou a partir de materiais tais como Invar e Kovar que tenham um coeficiente baixo de expansão térmica. As interconexões 90 podem ser ou compreender fitas de cobre revestidas com solda, por exemplo. Alternativamente, as interconexões 90 podem ser ou compreender fitas de cobre intercaladas entre camadas de poliimida (por exemplo, filmes de Kapton) ou outras camadas de isolamento, com as camadas intercaladas padronizadas para exposição da fita de cobre em localizações a serem ligadas com as células solares. Quaisquer outros materiais adequados e configurações podem ser usados para as interconexões 90, além daqueles expostos aqui.
[130] As figuras 6A a 6C mostram vistas em seção transversal de exemplo que ilustram a interconexão de uma cadeia de células solares sobrepostas 10 com interconexões elétricas mecanicamente maleáveis 90. Conforme ilustrado nestes exemplos, as interconexões 90 podem transmissão um perfil de seção transversal plano (figura 6A), um perfil de seção transversal flexionado (figura 6B) ou um perfil de seção transversal em laço (figura 6C). Qualquer outro perfil de seção transversal adequado também pode ser usado. Os perfis de seção transversal flexionados ou em laço podem aumentar a maleabilidade mecânica, se comparado com um perfil de seção transversal plano.
[131] Nos exemplos ilustrados nas figuras 6A a 6C e nas figuras posteriores, o calço de contato traseiro 30 está localizado para longe da borda da célula solar 10, perto da metade da superfície traseira. Isto não é requerido. O calço de contato 30 pode ser posicionado em qualquer localização adequada na superfície traseira da célula solar. Por exemplo, o calço de contato traseiro 30 pode se posicionado adjacente à borda de superposição de célula solar 10, conforme mostrado na figura 1B, ou adjacente à borda oposta à borda de superposição.
[132] As figuras 7A a 7B mostram as vistas dianteira e posterior, respectivamente, de uma cadeia de exemplo de células solares de superposição conectadas em série. Conforme mostrado nestas figuras, duas ou mais interconexões 90 podem ser dispostas em paralelo com cada outra para a interconexão de células solares sobrepostas adjacentes. No exemplo ilustrado, as interconexões 90 têm a forma de fitas com seus eixos geométricos longos orientados perpendiculares às bordas de superposição de células solares adjacentes. Como um outro exemplo (não mostrado), as interconexões 90 podem ter a forma de duas ou mais fitas dispostas em linha com cada outra com seus eixos geométricos longos orientados paralelos às bordas de superposição de células solares adjacentes.
[133] As figuras 8A e 8B mostram vistas dianteira e posterior, respectivamente, de uma outra cadeia de exemplo de células solares sobrepostas conectadas em série. A figura 9 mostra uma vista posterior de ainda um outro exemplo de cadeia de células solares sobrepostas conectadas em série. Conforme mostrado nas figuras 8A e 8B e 9, as interconexões 90 podem ter a forma de fitas orientadas paralelas a e se estendendo ao longo do comprimento de bordas de superposição de células solares adjacentes.
[134] As interconexões de exemplo 90 ilustradas nas figuras 8A e 8B são similares ou idênticas às interconexões 70 ilustradas na figura 4 e na figura 5. Na variação ilustrada nas figuras 8A e 8B, cada interconexão 90 inclui dois conjuntos de abas 75, com cada conjunto de abas posicionado em um lado oposto do eixo geométrico longo da interconexão. Uma interconexão 90 como essa pode ser posicionada entre duas células solares sobrepostas com suas abas 75 em um lado fazendo um contato elétrico com o calço de contato 30 na superfície traseira da outra célula solar. Também conforme ilustrado nas figuras 8A e 8B, as interconexões 90 opcionalmente podem incluir tomadas de diodo de desvio 80 que proveem os pontos de conexão diferentes para diodos de desvio configurados para se desviarem de uma ou mais células solares, no caso em que uma das células solares falha.
[135] As interconexões 90 de exemplo ilustradas na figura 9 têm a forma de fitas retangulares padronizadas com fendas ou aberturas 95 que aumentam sua maleabilidade mecânica. As interconexões ilustradas 90 também incluem calços de contato 100 a serem ligados a células solares. Essas interconexões 90 podem ser ou compreender, por exemplo, fitas de cobre intercaladas entre camadas de poliimida (por exemplo, filmes de Kapton) ou outras camadas de isolamento, com as camadas intercaladas padronizadas para exposição da fita de cobre nas localizações de calços de contato 100.
[136] Embora o uso de interconexões 90 seja descrito acima com respeito às células solares 10 que incluem os barramentos de superfície dianteira 15 e calços de contato traseiros 30, essas interconexões 90 podem ser usadas em combinação com qualquer uma das variações de célula solar 10 descritas aqui. Em variações carecendo de barramentos 15, calços de contato traseiros 30 ou ambos, as interconexões 90 podem ser ligadas às células solares 10 usando-se adesivos eletricamente condutores, conforme descrito acima, por exemplo.
[137] Com referência, agora, à figura 10, uma cadeia de células solares 10 pode ser disposta em um substrato 50 em uma pilha de laminação 105 que adere ao substrato. A pilha de laminação pode compreender, por exemplo, uma camada de encapsulante termicamente condutora 110 disposta entre as células solares e o substrato, uma camada de encapsulante clara 115 disposta sobre a camada de encapsulante termicamente condutora e uma folha de topo clara 120 disposta sobre a camada de encapsulante clara 115. As células solares 10 tipicamente são dispostas dentro da camada de encapsulante clara 115 em sua fronteira com a camada de encapsulante termicamente condutora 110.
[138] A camada de encapsulante termicamente condutora 110 compreende um ou mais materiais que são selecionados para facilitarem uma transferência de calor a partir das células solares 10 para o substrato 50 e/ou para aderência ao substrato 50, às células solares 10 e à camada de encapsulante clara 115. O material na camada de encapsulante 110 pode ser selecionado para aderir a alumínio ou ligas à base de alumínio, por exemplo. A camada de encapsulante termicamente condutora 110 pode ter uma espessura, por exemplo, de em torno de 0,1 milímetros a em torno de 2,0 milímetros.
[139] No exemplo ilustrado, a camada de encapsulante termicamente condutora 110 compreende uma primeira camada de adesivo termicamente condutor 125, uma camada de dielétrico 130 e uma segunda camada de adesivo termicamente condutor 135. A camada de dielétrico 130 tipicamente se funde a uma temperatura mais alta do que as camadas de adesivo circundantes, e, consequentemente, provê uma barreira para um contato físico e elétrico entre as células solares 10 e o substrato 50 que sobrevive a um processo de laminação, descrito adicionalmente abaixo, por meio do que a pilha de laminação 105 é ligada ao substrato 50. A camada de adesivo 125 pode compreender, por exemplo, uma ou mais poliolefinas termicamente condutoras e pode ter uma espessura, por exemplo, de em torno de 0,1 milímetros a em torno de 2,0 milímetros. A camada de dielétrico 130 pode compreender, por exemplo, um ou mais fluoropolímeros. Os fluoropolímeros podem ser selecionados, por exemplo, a partir do grupo que inclui, mas não está limitado a fluoreto de polivinila (PVF), fluoreto de polivinilideno (PVDF), etileno tetrafluoroetileno, e misturas dos mesmos. A camada de dielétrico 130 pode ter uma espessura, por exemplo, de em torno de 0,1 milímetros a em torno de 2,0 milímetros. A camada de adesivo 135 pode compreender, por exemplo, uma ou mais poliolefinas termicamente condutoras e pode ter uma espessura, por exemplo, de torno de 0,1 milímetros a em torno de 2,0 milímetros.
[140] Quaisquer outros materiais e configurações podem ser usados para a camada de encapsulante termicamente condutora 110 e suas camadas componentes 125, 130 e 135 descritas acima. Por exemplo, em algumas variações, a camada de dielétrico 130 está ausente. Nessas variações, a camada de encapsulante 115 pode ser, por exemplo, uma camada única de poliolefina termicamente condutora.
[141] A camada de encapsulante termicamente condutora 110 pode ser substancialmente refletora para a radiação solar incidente nela. Por exemplo, os materiais na camada de encapsulante 110 podem incluir pigmentos que fazem com que a camada de encapsulante 110 pareça branca. Essa camada de encapsulante refletora 110 pode reduzir o calor absorvido pela pilha de laminação 105, o que pode melhorar vantajosamente a eficiência com a qual as células solares 10 operam. Além disso, se as células solares 10 forem células solares de HIT com uma metalização de superfície traseira compreendendo garras, conforme descrito acima, então, uma camada de encapsulante refletora como essa pode refletir a luz que passou não absorvido através da célula solar de HIT de volta para a célula solar, em que pode ser absorvida para a geração de corrente adicional, aumentando a eficiência com a qual as células solares operam. Alternativamente, uma camada de encapsulante termicamente condutora 110 pode ser substancialmente absorvente para a radiação solar incidente nela. Por exemplo, os materiais na camada de encapsulante 110 podem incluir pigmentos que fazem com que a camada de encapsulante 110 pareça preta. Uma camada de encapsulante absorvente 110 como essa pode aumentar o calor absorvido pela pilha de laminação 105 e subsequentemente transferido para o substrato 50, o que pode ser vantajoso se o calor coletado estiver comercialmente disponível.
[142] Com referência novamente à figura 10, a camada de encapsulante clara 115 pode compreender, por exemplo, uma poliolefina clara, uma poliimida clara, ou uma mistura das mesmas, e pode ter uma espessura, por exemplo, de em torno de 0,1 milímetros a em torno de 2,0 milímetros. Quaisquer outros materiais adequados e espessuras podem ser usados para a camada de encapsulante clara 115.
[143] A folha de topo clara 120 pode compreender, por exemplo, um ou mais fluoropolímeros claros. Os fluoropolímeros podem ser selecionados, por exemplo, a partir do grupo que inclui, mas não está limitado a fluoreto de polivinila (PVF), etileno tetrafluoroetileno, e misturas dos mesmos. A folha de topo clara 120 pode ser selecionada para ter uma taxa de transmissão de umidade menor do que ou igual a em torno de 0,01 gramas/metro-dia, por exemplo. A folha de topo clara 120 pode ter uma espessura, por exemplo, de em torno de 0,1 milímetros a em torno de 1,0 milímetros. Quaisquer outros materiais adequados e espessuras podem ser usados para a folha de topo clara 120.
[144] As células solares 10 na pilha de laminação 105 podem ser ou compreender qualquer uma das células solares expostas aqui, e podem ser dispostas em qualquer uma das configurações de cadeias de célula solar expostas aqui, e podem ser dispostas em qualquer uma das configurações de cadeias de célula solar com superposição conectadas em série expostas aqui. Quaisquer outras células solares adequadas e configurações de cadeia também podem ser dispostas na pilha de laminação 105, contudo. Por exemplo, embora as células solares 10 na figura 10 sejam mostradas sobrepostas em um padrão de telhado, as células solares dispostas na pilha 105 ao invés disso podem ser configuradas de uma maneira sem superposição e convencionalmente tabuladas.
[145] As camadas de componente da pilha de laminação 105 podem ser posicionadas em um substrato 50 e, então, ligadas ao substrato 50 em um laminador convencional, por exemplo, a uma temperatura elevada e com a aplicação de pressão dirigida para forçar a pilha de laminação 105 e o substrato 50 em conjunto. Durante este processo de laminação, a temperatura do substrato 50 e/ou da pilha de laminação 105 pode ser elevada, por exemplo, para entre em torno de 130°C e em torno de 160°C. Se as células solares na pilha de laminação 105 forem configuradas de uma maneira sem superposição, a pressão aplicada durante o processo de laminação poderá ser de em torno de 1,0 atmosfera (101,3 kPa), por exemplo. Os inventores determinaram, contudo, que se as células solares na pilha de laminação 105 forem configuradas de uma maneira sobreposta, conforme descrito aqui, por exemplo, a pressão máxima aplicada durante o processo de laminação preferencialmente poderá ser menor do que ou igual a em torno de 0,6 atmosferas (60,8 kPa), menor do que ou igual a em torno de 0,5 atmosferas (50,7 kPa), menor do que ou igual a em torno de 0,4 atmosferas (40,5 kPa), menor do que ou igual a em torno de 0,3 atmosferas (30,4 kPa) ou entre em torno de 0,2 atmosferas (20,3 kPa) e em torno de 0,6 atmosferas (60,8 kPa).
[146] Em variações nas quais as células solares sobrepostas são ligadas a cada outra com epóxi condutor, tal como um epóxi condutor preenchido com prata, por exemplo, pode ser preferível curar o epóxi enquanto se aplica pressão para forçar as células solares contra cada outra. A cura da ligação condutora sob pressão desta maneira pode reduzir a espessura da ligação condutora, desse modo se reduzindo o percurso de corrente entre as células solares e, consequentemente, reduzindo as perdas de I2R na cadeia de célula solar. Em uma abordagem, as ligações de condução são curadas sob pressão para a provisão de uma cadeia conectada em série de células solares sobrepostas, antes de a cadeia ser laminada para um substrato. Nesta abordagem, as ligações de condução podem ser curadas a uma temperatura, por exemplo, de em torno de 150°C a em torno de 180°C, e sob uma pressão, e de em torno de 0,1 atmosferas (10,1 kPa) a em torno de 1,0 atmosfera (101,3 kPa), ou de em torno de 0,1 atmosferas (10,1 kPa) a em torno de 0,5 atmosferas (50,7 kPa), ou de em torno de 0,1 atmosferas (10,1 kPa) a em torno de 0,2 atmosferas (20,3 kPa). Em uma outra abordagem, as ligações de condução são curadas sob pressão durante um processo de laminação similar aquele descrito acima. Nesta abordagem, as ligações de condução podem ser curadas a uma temperatura, por exemplo, de em torno de 140°C a em torno de 170 °C e sob uma pressão, por exemplo, de em torno de 0,1 atmosferas (10,1 kPa) a em torno de 1,0 atmosfera (101,3 kPa), torno de 0,3 atmosferas (30,4 kPa) a em torno de 1,0 atmosfera (101,3 kPa), ou de em torno de 0,5 atmosferas (50,7 kPa) a em torno de 1,0 atmosfera (101,3 kPa). Geralmente, quanto mais alta a temperatura na qual o epóxi condutor é curado, mais condutora a ligação.
[147] Em algumas variações, o substrato e/ou uma ou mais camadas de laminação dispostos abaixo de uma cadeia conectada em série de células solares sobrepostas são configurados para terem uma superfície que se conforma no formato ao lado inferior da cadeia disposta em forma de telhado de células solares. Por exemplo, um substrato de metal pode ser padronizado para ter uma superfície com uma seção transversal em dente de serra conformando-se ao formato do lado inferior da cadeia disposta em forma de telhado de células solares. De forma adicional ou alternativa, uma ou mais folhas dielétricas dispostas entre o substrato e as células solares podem ser dispostas ou padronizadas para a provisão de uma superfície se conformando como essa. Por exemplo, essas folhas dielétricas podem ser sobrepostas em um padrão de telha provendo uma superfície superior que se conforma ao lado inferior das células solares dispostas em forma de telhado. O suporte da cadeia disposta em forma de telhado de células solares com uma superfície de suporte se conformando pode melhorar um contato térmico entre as células solares e o substrato.
[148] Os coletores de energia solar compreendendo cadeias conectadas em série de células solares sobrepostas, conforme descrito aqui, preferencialmente podem ser orientados com as bordas expostas das células solares (por exemplo, as bordas 12 na figura 3A) para longe do equador. Com as células solares dispostas como um telhado orientadas desta maneira, uma radiação solar incidente nas células iluminará apenas as superfícies superiores das células, não as bordas expostas. Isto pode aumentar a eficiência com a qual o coletor converte a radiação solar incidente em potência elétrica, porque a radiação solar incidente nas bordas expostas das células solares poderia não ser suficientemente convertida em eletricidade.
[149] As características de performance de células solares podem variar entre células solares, mesmo quando as células tiverem essencialmente projetos idênticos. Daí, duas células solares de projeto idêntico que são iluminadas de forma idêntica podem produzir correntes de magnitudes diferentes. Em uma cadeia de células solares conectadas em série, contudo, todas as células devem lidar com uma corrente idêntica. Não combinações entre as performances de células na cadeia diminuem a eficiência geral da cadeia. Este problema pode ser prontamente considerado com as cadeias conectadas em série de células solares sobrepostas, conforme descrito aqui. Em qualquer uma das variações descritas acima, a área de cada célula solar não sobreposta por células solares adjacentes pode ser selecionada para combinar ou combinar substancialmente com a performance elétrica (por exemplo, a corrente) de todas as outras células solares na cadeia. Isto é, a superposição entre células adjacentes pode ser ajustada para variação da área iluminada de cada célula solar, de modo que a performance elétrica de cada célula solar substancialmente combine com aquela das outras células solares. Isto pode melhorar a eficiência geral da cadeia.
[150] Esta exposição é ilustrativa e não limitante. Outras modificações serão evidentes para alguém versado na técnica à luz desta exposição, e se pretende que caiam no escopo das reivindicações em apenso.

Claims (13)

1. Cadeia (55) de células solares (10) compreendendo: uma primeira célula solar (10) de silício tendo uma superfície dianteira para ser iluminada por luz, uma superfície traseira e um padrão de metalização de superfície dianteira eletricamente condutor na superfície dianteira; e uma segunda célula solar (10) de silício que tem uma superfície dianteira para ser iluminada por luz, uma superfície traseira e um padrão de metalização de superfície traseira eletricamente condutor disposto na superfície traseira; em que as primeira e segunda células solares de silício são posicionadas com uma borda da superfície traseira da segunda célula solar (10) de silício sobrepondo-se a uma borda da superfície dianteira da primeira célula solar de silício; em que o padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar de silício compreende um barramento (15) ou uma pluralidade de calços de contato (30) posicionados adjacentes a, e correndo paralelos à, borda sobreposta da superfície dianteira da primeira célula solar de silício pelo comprimento daquela borda, uma pluralidade de garras (20) orientadas perpendicularmente à borda sobreposta da superfície dianteira da primeira célula solar de silício e eletricamente conectadas ao barramento (15) ou aos calços de contato (30); e em que uma porção do padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar (10) de silício, a qual compreende o barramento (15) ou os calços de contato(30), é oculta pela segunda célula solar (10) de silício e ligada a uma porção do padrão de metalização de superfície traseira da segunda célula solar de silício para conexão elétrica das primeira e segunda células solares (10) de silício em série, CARACTERIZADA por um condutor de desvio (40) ter uma largura perpendicular a seu eixo geométrico longo mais estreita do que a largura do barramento (15) ou dos calços de contato (30) e interconectando duas ou mais garras para provisão de múltiplos percursos de corrente a partir de cada um das duas ou mais garras interconectadas (20) ao barramento (15) ou aos calços de contato (30), e um condutor de extremidade (42) que interconecta garras (20) no lado oposto do barramento (15) ou dos calços de contato (30); em que o condutor de desvio (40) interconecta garras (20) a fissuras de desvio eletricamente que podem se formar entre o condutor de desvio (40) e o barramento (15) ou os calços de contato (30); e em que o condutor de extremidade (42) interconecta garras (20) a fissuras de desvio eletricamente que podem se formar entre o condutor de desvio (40) e o condutor de extremidade (42).
2. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de: as primeira e segunda células solares (10) de silício terem formatos idênticos com suas superfícies dianteira e traseira retangulares e definidas por dois lados longos posicionados de forma oposta e dois lados curtos posicionados de forma oposta; e as bordas sobrepostas das células solares (10) de silício serem definidas pelos lados longos das células solares.
3. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da porção do padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar (10) de silício ser ligada à porção do padrão de metalização de superfície traseira da segunda célula solar (10) de silício com um filme eletricamente condutor.
4. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da porção do padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar (10) de silício ser ligada à porção do padrão de metalização de superfície traseira da segunda célula solar (10) de silício com uma pasta eletricamente condutora.
5. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da porção do padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar (10) de silício ser ligada à porção do padrão de metalização de superfície traseira da segunda célula solar (10) de silício com uma fita eletricamente condutora.
6. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da porção do padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar (10) de silício ser ligada à porção do padrão de metalização de superfície traseira da segunda célula solar (10) de silício com um adesivo eletricamente condutor.
7. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da porção do padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar de (10) silício ser ligada à porção do padrão de metalização de superfície traseira da segunda célula solar (10) de silício com um material de ligação eletricamente condutor provendo mais maleabilidade mecânica do que provido por uma ligação de solda eletricamente condutora.
8. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do padrão de metalização de superfície traseira eletricamente condutor na segunda célula solar (10) de silício compreender um barramento (15) ou uma pluralidade de calços de contato (30) alinhada com, e ligada de forma condutora ao, barramento (15) ou à pluralidade de calços de contato (30) no padrão de metalização de superfície dianteira da primeira célula solar (10) de silício.
9. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por compreender um padrão de metalização de superfície dianteira eletricamente condutor disposto na superfície dianteira da segunda célula solar de silício e uma interconexão elétrica (90) mecanicamente maleável ligada de forma condutora ao padrão de metalização de superfície dianteira da segunda célula solar de silício ao longo de uma borda da segunda célula solar de silício, oposta a partir da primeira célula solar de silício.
10. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato da interconexão elétrica (90) mecanicamente maleável ser eletricamente conectada ao diodo de desvio (85).
11. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por compreender um padrão de metalização de superfície traseira disposto na superfície traseira da primeira célula solar (10) de silício e uma interconexão elétrica (90) mecanicamente maleável ligada de forma condutora ao padrão de metalização de superfície traseira da primeira célula solar (10) de silício ao longo de uma borda da segunda célula solar (10) de silício oposta a partir da segunda célula solar (10) de silício.
12. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato da interconexão elétrica (90) mecanicamente maleável ser eletricamente conectada ao diodo de desvio (85).
13. Cadeia (55) de células solares (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do condutor de extremidade (42) ter uma largura perpendicular a seu eixo geométrico longo igual à largura de uma garra (20).
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