CN101378086B - 具有绝缘旁通二极管的太阳能电池接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池接收器(12),所述太阳能电池接收器(12)包含:太阳能电池(30),其具有一个或一个以上III-V化合物半导体层;二极管(14),其与所述太阳能电池(30)并联耦合且可操作以在所述太阳能电池(30)产生的电压不高于阈值电压的情形下被正向偏压;涂层(16),其大致包封二极管(14);底涂层(15),其大致消除所述二极管的阳极(11)与阴极(13)之间的任何气隙;以及连接器(40),其适于耦合到其它太阳能电池接收器(312)。

Description

具有绝缘旁通二极管的太阳能电池接收器
技术领域
本揭示内容涉及具有绝缘旁通二极管的太阳能电池接收器。
背景技术
通常,多个太阳能电池设置在阵列或面板中,且太阳能系统通常包括多个这种面板。每一面板中的太阳能电池常常串联连接,且既定系统中的面板也是串联连接,以使每一面板具有许多太阳能电池。另一选择为,每一面板中的太阳能电池可并联布置。
历史上,太阳能电力(在太空与陆地两者中)主要由硅太阳能电池提供。然而,在过去的几年中,大批量制造高效率多结太阳能电池使这种替代性技术能用于发电。当前的一些多结电池的能量效率已超过27%,而硅技术通常却仅达到约17%的效率。
大体来说,多结电池是p上n极性且由InGaP/(In)GaAs III-V化合物组成。III-V化合物半导体多结太阳能电池层可通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长在锗衬底上。外延晶片可通过以下步骤加工成完整的装置:自动机器人光刻、敷金属、化学清洗和蚀刻、抗反射(AR)涂覆、切割成片以及测试过程。n-和p-触点敷金属通常主要由Ag组成,其具有薄Au顶盖层以保护Ag免受氧化。所述AR通常是双层TiOx/A12O3介电堆叠,其光谱反射率特性经设计以将盖片玻璃互连电池(CIC)或太阳能电池组合件(SCA)层级处的反射降到最低,以及使电池的寿命终止(EOL)性能达到最高。
在一些多结电池中,与GaAs电池不同,中间电池是InGaAs电池。对于InGaAs中间电池,铟浓度可在约1.5%的范围内。在一些实施方案中,此一布置呈现增加的效·率。
无论使用的电池类型如何,太阳能系统的一个已知问题是个别太阳能电池可受到损坏或被障碍物的遮蔽。举例来说,当太阳能电池暴露于严酷的环境条件时,可能会发生损坏。具有一个或一个以上受损或受遮蔽的太阳能电池的面板的载流容量会下降,且来自与所述面板串联的其它面板的输出会反偏压所述受损或受遮蔽的电池。跨越所述受损或受遮蔽的电池的电压因此会在反极性上增加,直到所述系列中的所有面板的全部输出电压施加到所关注的面板中的所述受损或受遮蔽的电池为止。此致使所述受损或受遮蔽的电池击穿。
由于典型的太阳能电池系统具有数千个太阳能电池,因此其电压输出一般是在数百伏范围内,且其电流输出是在数十安培范围内。在所述输出功率电平下,如果太阳能电池端子未受保护,那么往往会发生火花形式的不可控制放电,且此可致使太阳能电池乃至整个系统的损坏。
第6,020,555号美国专利描述一种由面板构成的太阳能电池系统,每一面板包括多个太阳能电池,每一太阳能电池具有连接在其正端子与负端子之间的二极管。二极管(通常为肖特基旁通二极管)的提供的确对保护太阳能电池免受上述不可控制放电的影响有极大帮助。然而,遗憾的是,二极管中的每一者的各端子之间留出的气隙并不会消除产生火花和短路的风险,如果湿气或外来微粒桥接此二极管的气隙,那么仍可能发生上述风险。因此,尽管空气是介电介质,但其具有低介电强度,这意味着当跨越气隙的电场达到约3mv/m时,电流可跳过气隙且以火花的形式放电。这称为介电介质击穿。
第6,020,555号美国专利中所述的太阳能电池系统的另一个缺陷是不能管理旁通二极管的热耗散。在太阳能电池遭到“旁通”的既定时刻,相关联的二极管(假设在600-1000V、10A下操作的标准系统)将传导6000-10,000瓦的电功率,其中一些电功率以热能的形式辐射掉。考虑到这些二极管的大小较小,如果不能很好地管理热量,那么将会显著缩短其操作寿命。当太阳能电池系统(举例来说)与卫星结合使用,且因此不可进行现场修缮时,此缺陷更令人关注。此外,使用散热片或类似装置进行的被动式冷却增加了重量且在材料和制作/组装两个方面成本都是昂贵的。尽管在管理由二极管产生的热量方面是有效的,但主动式冷却成本极高又笨重,且耗用太阳能电池系统所产生的大量能量。
已知太阳能电池接收器的另一缺点是,由于需要此类接收器在1000伏下产生10瓦的功率持续长达或超过20年的延长周期,所以在将太阳能电池系统的一个接收器连接到相邻接收器的电端子处存在冒火花的危险。
发明内容
在本发明的一方面中,一种用于将太阳能转换成电的设备包含:衬底;太阳能电池,其位于所述衬底上且包含一个或一个以上III-V化合物半导体层、耦合到所述电池的p极性侧的第一触点以及耦合到所述电池的n极性侧的第二触点;二极管,其位于所述衬底上且包含本体、阳极触点以及阴极触点,所述二极管与所述太阳能电池的第一和第二触点并联耦合,以使得所述二极管的阳极触点耦合到所述第一触点而所述二极管的阴极触点耦合到所述第二触点,其中所述二极管本体包含顶部部分和底部部分,所述底部部分经设置比所述顶部部分更靠近所述衬底;涂层,其设置在所述二极管本体的顶部部分上且延伸到所述衬底,所述涂层大致包封所述二极管本体、阳极触点和阴极触点;底涂层,其大致占据所述二极管本体的底部部分与所述衬底之间的所有空间;及输出端子,其耦合到所述太阳能电池和所述二极管。
在一些实施方案中,二极管可操作以在太阳能电池产生的电不高于阈值电压的情形下被正向偏压。在一些实施方案中,二极管包含肖特基旁通二极管。
在一些实施方案中,底涂层经设置以使得所述二极管与所述衬底之间不存在气隙。在一些实施方案中,底涂层经设置以使得所述二极管的阳极触点与阴极触点之间不存在气隙。
在一些实施方案中,所述底涂层和涂层的介电强度高于空气的介电强度。在一些实施方案中,所述底涂层和涂层的导热性高于空气的导热性。
在一些实施方案中,所述设备还包含耦合到所述输出端子的连接器,所述连接器可操作以提供到达一个或一个以上太阳能电池接收器的电连接,所述连接器包含彼此电绝缘的两个开孔,一个开孔包含第一电插座且一个开孔包含第二电插座,所述二极管的阳极触点和所述第一触点电耦合到所述第一电插座且所述二极管的阴极触点和所述第二触点电耦合到所述第二电插座。
在一些实施方案中,所述第二触点包含设置在所述太阳能电池的n极性侧的周边上的导电性材料。在一些实施方案中,所述设备包含将所述第二触点耦合到所述二极管的阴极触点的一个或一个以上线接合。
在附图及下文说明中将阐述一个或一个以上实施方案的细节。根据本说明和图式以及权利要求书,可易知本发明的其它特征及优点。
附图说明
图1是包括用于从太阳能产生电的设备的太阳能面板的透视图。
图2是图1的面板的一个太阳能电池模块的透视图。
图3是图4的太阳能电池接收器的电路图。
图4是形成图2的太阳能电池模块的一部分的太阳能接收器的透视图。
图5是沿图4的A-A线截取的剖面图。
图6是太阳能电池接收器的底部的视图。
图7A、7B及7C描绘太阳能电池的替代实施方案。
具体实施方式
下文是对具有绝缘旁通二极管的太阳能电池接收器的优选实施方案以及一些替代实施方案的说明。
概述
太阳能电池接收器将太阳能转换成电。为实现此结果,太阳能电池接收器通常包含一个或一个以上太阳能电池。太阳能电池可由(例如)硅、碲化镉、CIGS、CIS、砷化镓、吸光染料或有机半导体等制成。在本文所述各种实施方案中,采用了三结III-V化合物半导体太阳能电池,但可视应用而定使用其它类型的太阳能电池。
对于一些应用,太阳能电池接收器可实施为太阳能电池模块的一部分。太阳能电池模块可包括太阳能电池接收器和耦合到所述太阳能电池的透镜。由于单个太阳能电池模块可能无法为既定应用产生充足的电,所以可将两个或两个以上太阳能电池模块聚集在一起成为阵列。这些阵列有时称为“面板”或“太阳能面板”。
太阳能面板的实施方案
图1描绘用于从太阳能产生电的太阳能面板10的实施方案。面板10包括多个太阳能电池模块20。在此图解中,显示了24个太阳能电池模块20。多个类似面板10可经组合(例如,串联地)以提供更大容量的太阳能发电系统。
太阳能电池模块的实施方案
如图2中所示,每一太阳能电池模块20包括透镜22(例如,菲涅尔透镜)和太阳能电池接收器12,所述太阳能电池接收器12定位于外壳21的相对端。所述太阳能电池接收器包括太阳能电池30。在一些实施方案中,所述外壳呈梯形立体形状,例如,端面201大于端面202。
在一些实施方案中,太阳能电池30是三结III-V太阳能电池,其中三个子电池中的每一者串联布置。在采用多个太阳能电池模块20的应用中,太阳能电池模块20的接收器12通常是串联地电连接在一起。
太阳能电池接收器的实施方案
图3图解说明太阳能电池模块20中的一者的接收器12的电路图。接收器12包括三结III-V化合物半导体太阳能电池30,所述三结III-V化合物半导体太阳能电池30由串联布置的顶部电池30a、中间电池30b以及底部电池30c构成。
当在太阳能电池模块中实施时,太阳能电池30经定位以接收来自透镜22(参见图2)的经聚焦的太阳能。透镜22也可包含多层抗反射涂层,其类似于施加在太阳能电池30上的涂层。
二极管14与三结太阳能电池30并联连接。在一些实施方案中,二极管14是半导体装置(例如肖特基旁通二极管)或外延生长的p-n结。出于图解说明的目的,二极管14是肖特基旁通二极管。提供外部连接端子43和44,以用于将太阳能电池30和二极管14连接到其它装置,例如相邻接收器12。在一些实施方案中,太阳能电池30、二极管14及端子43和44安装在由绝缘性材料制成的板或衬底(例如,参见图4的物项9)上。
通过考虑串联连接的多个太阳能电池接收器12可了解二极管14的功能。可将三结太阳能电池30中的每一者设想为电池,其中二极管14中的每一者的阴极连接到相关联的“电池”的正端子,且所述二极管中的每一者的阳极连接到相关联的“电池”的负端子。当串联连接的太阳能电池30中的一者受到损坏或遮蔽时,其电压输出下降或消失(例如,到与二极管14相关联的阈值电压以下)。因此,相关联的二极管14受到正向偏压,且旁通电流仅流过二极管14(而不流过太阳能电池30)。以此方式,未受损或未受遮蔽的太阳能电池继续从所述太阳能电池所接收的太阳能产生电。如果不是因为有二极管14,其它太阳能电池接收器12产生的大致所有电都将通过受遮蔽或受损的太阳能电池30,从而将其毁坏,并在(例如)所述面板或阵列内形成开路。
图4、5及6图解说明接收器12中的一者。出于此实施方案的目的,假设在一既定面板(例如图1的物项10)中的所有其它接收器是大致相同的。
图4图解说明一个太阳能电池30及其相关联的二极管14。太阳能电池30电连接到二极管14。太阳能电池30的上表面包含接触区301,在此实施方案中,所述接触区301占据太阳能电池30的周边。然而,接触区301仅可触及太阳能电池30的一个、两个或三个侧(或所述侧的部分)。在一些实施方案中,将接触区301制作得尽可能地小,以将用于把太阳能转换成电的区达到最大,而仍允许电连接。尽管太阳能电池30的特定尺寸将视应用而变化,但标准尺寸在整体上约为12.58mm×12.58mm、厚度0.160mm、及总有效区约108mm2。举例来说,在约12.58mm×12.58mm的太阳能电池30中,接触区301约为0.98mm宽。接触区301可由各种导电性材料(例如,铜、银及/或涂覆有金的银)形成。在此实施方案中,太阳能电池30的n导电性侧接收光,且相应地,接触区301设置在太阳能电池30的n导电性侧上。
抗反射涂层305可设置在太阳能电池30上。抗反射涂层305可以是多层抗反射涂层,其在某一波长范围(例如0.3μm到1.8μm)上提供低反射比。抗反射涂层的实例是双层TiOx/Al2O3介电堆叠。
触点301耦合到设置在板9上的导体迹线302。在此实施方案中,触点301通过多个(在此实例中为12个)线接合304耦合到导体迹线302。除其它事情以外,特定实施方案中利用的线接合304的数目可与太阳能电池30所产生的电流量相关。
导体迹线302(且因此,太阳能电池30)通过导体迹线302与导体迹线45之间的电连接耦合到二极管14的端子11。
二极管14的其它端子13耦合到迹线46。为完成太阳能电池30与二极管14之间的并联连接,将端子13耦合到太阳能电池30的下侧。将结合图5和图6对此进行更为详细的论述。
通过迹线45和46,将二极管14分别电耦合到连接器端子43和44。连接器端子43和44电耦合到分别安装在连接器40的开孔42和41中的插座343和344。插座343和344以虚线显示,因为它们被连接器40的本体隐藏而无法看到。插座实现装置到电路的电耦合。在一些实施方案中,所述插座对应于阳极和阴极端子且经设计以接受插孔式插头341和342,以便连接到相邻接收器312,例如,如上文参照图3所述。相邻接收器312可采取与接收器12大致相同的形式。在一些实施方案中,连接器40牢固地附接到板9且可由绝缘材料(例如塑料)构造而成。
界定绝缘开孔41和42的相对较大的连接器40有助于防止由于端子处的放电通向相邻接收器而导致的太阳能电池击穿,因为所述绝缘开孔为容纳在其中的插头/插座电连接中的每一者提供优异的绝缘。
如图5中所示,二极管14安装在板9上方的端子11和13上。视应用而定,二极管14可能是表面安装类型。端子11和13分别耦合到二极管14的阳极和阴极,且因此可称为二极管14的阳极端子或阴极端子。二极管14除端子11和13以外的部分可称为二极管本体(即,画阴影线的区域504)。
在此实施方案中,二极管端子11电耦合到连接器501,所述连接器501通过板9以将二极管耦合到太阳能电池30的底部表面。连接器501可视太阳能电池30安装在板9上的方式而变化。如果(例如)板9经构造以使得太阳能电池的底部(例如p导电性侧)暴露,那么连接器501可通过板9的整个厚度。在一些实施方案中,太阳能电池30的底部可坐落于板9的表面的顶部上。对于此类实施方案,连接器501可耦合到板9的一个层(例如,板9的顶部表面505以下的层)。
可由任何适合的介电底部填充材料15来占据二极管14的底部部分503(例如面向板9的表面)与板9之间的间隙,以使得所述二极管与所述板之间不存在气隙。在一些实施方案中,在触点11与13之间不存在气隙,且底部填充15大致占据二极管14的底部部分503与板9之间的所有空间。在此种情况下,底部填充15与二极管14的底部部分503及板9接触。底部填充15还可接触二极管14的其它区。适合的底部填充材料的实例包括硅。类似地,适合的介电滴胶封装(或保形涂层)材料16沉积在二极管14上,以将二极管包封。涂层16设置在二极管14的顶部表面503(例如,背对板9的表面)上且向下延伸直到到达板9为止。涂层16因此包封二极管本体504以及触点11和13。涂层16接触二极管14的顶部表面502以及触点11和13。涂层16可接触二极管14的其它区。适合的滴胶封装或保形涂层材料包括由汉高公司(Henkel Corporation)在乐泰
Figure G2008100946060D00061
Figure G2008100946060D00062
商标下销售的那些材料。由于介电材料15和16的介电强度比空气的介电强度高得多,所以大致消除了介电介质击穿的风险。底部填充和滴胶封装介电材料15和16防止不受控制的放电,并因此保护了系统的太阳能电池30。
图6描绘接收器12的底侧。太阳能电池30的下侧601是导电性(例如,经金属化)表面。下侧601可包含铜、银及/或涂覆有金的银,并耦合到导电性迹线602。导电性迹线602耦合到连接器501,所述连接器501耦合到二极管14的端子11(物件11和14以虚线显示,因为其在此视图中是隐藏的)。导电性迹线602可相对较宽,以携载由太阳能电池30产生的电流。
视实施方案而定,太阳能电池30的下侧601可倚靠在板9的表面(例如底部表面506以上的一个层)上。在其它实施方案中,板9中可存在暴露太阳能电池30的下侧601的切口。导电性迹线602的位置可视太阳能电池30的安装方式而变化。举例来说,如果在板9中存在切口,那么导电性迹线602可位于板9的底部表面506上。如果太阳能电池30倚靠在底部表面506上方的板的层上,那么导电性迹线602可不位于所述板的底部表面上(例如,其可设置在板9的顶部506表面与底部506表面之间的层上)。在此类实施方案中,所述太阳能电池的下侧601和导电性迹线602在此透视图中可为隐藏的。
太阳能电池的第二实施方案
图7A、7B及7C描绘太阳能电池730的第二实施方案,以供用于(例如)太阳能电池接收器(例如图2和4的物项12)中。可以大体类似于图4的太阳能电池30的方式构造太阳能电池730。图7A和7B来自于n极性侧的透视图。
此太阳能电池730与图4的太阳能电池30之间的一个区别是电池730利用两个端子703和704(“总线条”)而不是电池30的周边触点301。端子703和704由经钝化框架705(在图7B中可见,图7B是区域701的近视图)包围。由触点703和704占据的区域不是有效区702(例如,能够将太阳能转换成电的区域)的一部分。此实施方案的一个优点是大百分比的总表面积是有效区702,因为触点703和704仅占据电池730的两个侧。
电池730的整体尺寸约为11.18mm(尺寸710)×10.075mm(尺寸714)。电池730约为0.185mm厚(尺寸718)。有效区702约为10mm(尺寸712)×10.075mm(尺寸714)。
端子703和704约为9.905mm宽(尺寸715)×0.505mm高(尺寸717),并位于距电池730的边缘约0.085mm(尺寸713和719)处。相应地,从端子703的外边缘到端子704的外边缘的距离约为11.01mm(尺寸711)。在端子703和704周围的经钝化框架705约为0.01mm厚(尺寸720)。考虑到加工中的变化(例如锯齿卷曲),一些实施方案在没有特征的整个电池730周围采用薄边界(例如,0.035mm,尺寸716)。
电池730的底部(即,p极性侧)大致类似于图6中所图解说明的电池30的底部。
其它结果
除了解决不受控制的放电问题以外,使用底部填充及/或滴胶封装(例如,保形涂层)可产生额外的出乎意料的优点。
使用底部填充及/或滴胶封装可显著提高接收器管理热耗散的能力。底部填充和滴胶封装介电材料15和16的导热性高于空气的导热性。因此,其通过增加热路径的截面来提高从系统的组件到周围环境大气的热耗散。此外,由于在一些实施方案中,底部填充和滴胶封装介电材料15和16与板或衬底接触,因此其促进从所述二极管到所述板之间的热转移。如上所述,当旁通太阳能电池30时,二极管14可携载几千瓦(例如10,000)的电功率。由于二极管不是效率极佳的电导体,因此所述功率中的一些功率作为热能耗散。过多的热能可毁坏二极管并且至少会降低其使用寿命。因此,采用底部填充及/或滴胶封装的接收器可具有增加的使用寿命,尤其是在功率电平增加时。此外,与用于提高热管理的许多其它方法(例如,使用金属散热片的被动式冷却,或主动式冷却)相比,底部填充及/或滴胶封装是一种更具成本效益、高效且更轻的解决方案。此外,所述其它方法不能解决不受控制的放电的问题。
底部填充及/或滴胶封装材料还可保护免受由于污染物造成的短路。在一些实施万案中,导体迹线(例如物项45和46)分离不大于约1mm(0.394英寸)。当迹线彼此靠近到如此程度时,诸如小水滴的任何污染物都不会充分大到使两个相邻导体迹线接触。此外,当二极管14本身相对小时,且因此一个或一个以上小水滴便可桥接端子11和13。使用底部填充及/或滴胶封装可防止湿气凝结在二极管14的端子上或凝结在导体迹线45和46上,从而降低短路的概率。
底部填充及/或介电滴胶封装(或保形涂层)材料15和16还可防止外来材料落在二极管14的端子上、导体迹线45和46上以及板9上的任何电迹线上,从而进一步降低操作期间短路的概率。
另一个出乎意料的优点是,底部填充及/或滴胶封装介电材料15和16添加二极管14与其所附接的板9之间的界面的机械完整性。因此,在运输、安装和搬运期间,二极管14变为脱开(或另外电去耦)的机率降低。
典型的性能数据
太阳能电池接收器(例如物项12)在不同太阳集中度下的测试实施方案得到以下数据:
  1个太阳灯   470个太阳灯   1150个太阳灯
  效率   31.23%   36.23%   33.07%
  V<sub>oc</sub>(开路电压)   2.583V   3.051V   3.078V
  J<sub>sc</sub>(短路电流)   13.9mA/cm<sup>2</sup>   6.49A/cm<sup>2</sup>   15.92A/cm<sup>2</sup>
  V<sub>mp</sub>(最大功率点时的电压)   2.32V   2.704V   2.523V
  J<sub>mp</sub>(最大功率点时的电流)   13.46mA/cm<sup>2</sup>   6.27A/cm<sup>2</sup>   15.04A/cm<sup>2</sup>
  P<sub>mp</sub>(最大功率点)   31.23mW/cm<sup>2</sup>   17.03W/cm<sup>2</sup>   38.03W/cm<sup>2</sup>
本发明的原理可应用于太阳能电力系统中使用的衬底、载体、封装、子板、母板以及面板上的半导体组件的端子、引线、迹线以及导体。本发明可应用于所有类型的半导体,包括但不限于裸露染料、穿孔、BGA、PGA、LGA及倒装芯片装置。
将易知,可对上所述设备进行修改。明确地说,所述介电材料不仅可施加到二极管,而且可施加到面板上的所有端子、引线以及导体迹线。此外,本发明可用于将介电涂层施加到太阳能电力系统中使用的任何形式的导体和衬底。
本文已阐述若干实施方案。然而,应了解,可在不违背本发明精神和范围的前提下作出各种修改。相应地,其它实施方案都属于权利要求书的范围之内。

Claims (19)

1.一种用于将太阳能转换成电的设备,其包含:
衬底;
III-V化合物半导体多结太阳能电池,其用于将太阳能转换成电,所述太阳能电池安装在所述衬底上且包含:第一触点,其耦合到所述电池的p极性侧;及第二触点,其耦合到所述电池的n极性侧;
二极管,其位于所述衬底上且包含本体、阳极触点以及阴极触点,所述二极管与所述太阳能电池的所述第一和第二触点并联耦合,以使得所述二极管的所述阳极触点耦合到所述第一触点而所述二极管的所述阴极触点耦合到所述第二触点;
输出端子,其安装在所述衬底上且耦合到所述太阳能电池和所述二极管以用于处理大于10瓦的功率;及
涂层或底涂层,其中所述涂层设置在所述二极管本体的顶部部分上且延伸到所述衬底,且所述涂层包封所述二极管本体、阳极触点以及阴极触点,其中所述底涂层占据所述二极管本体的底部部分与所述衬底之间的所有空间。
2.如权利要求1所述的设备,其中所述二极管可操作以在所述太阳能电池产生的电压不高于阈值电压的情形下被正向偏压。
3.如权利要求1所述的设备,其中所述底涂层经设置以使得所述二极管与所述衬底之间不存在气隙。
4.如权利要求1所述的设备,其中底涂层经设置以使得所述二极管的所述阳极触点与所述阴极触点之间不存在气隙。
5.如权利要求1所述的设备,其中所述涂层的介电强度高于空气的介电强度。
6.如权利要求1所述的设备,其中所述涂层的导热性高于空气的导热性。
7.如权利要求1所述的设备,其中所述底涂层的介电强度高于空气的介电强度。
8.如权利要求1所述的设备,其中所述底涂层的导热性高于空气的导热性。
9.如权利要求1所述的设备,其包含耦合到所述输出端子的连接器,所述连接器可操作以提供到达一个或一个以上太阳能电池接收器的电连接,所述连接器包含:
两个彼此电绝缘的开孔,一个开孔包含第一电插座而一个开孔包含第二电插座,所述二极管的所述阳极触点和所述第一触点电耦合到所述第一电插座而所述二极管的所述阴极触点和所述第二触点电耦合到所述第二电插座。
10.如权利要求9所述的设备,其中所述连接器安装到所述衬底。
11.如权利要求1所述的设备,其中所述二极管包含肖特基旁通二极管。
12.如权利要求1所述的设备,其中所述第二触点包含设置在所述太阳能电池的所述n极性侧的周边上的导电性材料。
13.如权利要求1所述的太阳能电池接收器,其中所述第二触点包含经设置与所述太阳能电池的所述n极性侧的两个边缘相邻的导电性材料。
14.如权利要求1所述的太阳能电池接收器,其中所述第一触点包含设置在所述太阳能电池的整个p极性侧上的金属层。
15.如权利要求1所述的设备,其包含一个或一个以上线接合,所述一个或一个以上线接合将所述第二触点耦合到所述二极管的所述阴极触点。
16.如权利要求1所述的接收器,其中所述太阳能电池包含至少一个层,所述至少一层包含InGaP、InGaAs或GaAs。
17.如权利要求1所述的太阳能电池接收器,其中所述太阳能电池包含抗反射涂层。
18.如权利要求1所述的太阳能电池接收器,其包含用以将所述太阳能源聚焦在所述太阳能电池上的透镜。
19.如权利要求1所述的太阳能电池接收器,其中所述衬底包含切口,所述切口暴露所述太阳能电池的所述p极性侧的至少一部分。
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7622666B2 (en) * 2005-06-16 2009-11-24 Soliant Energy Inc. Photovoltaic concentrator modules and systems having a heat dissipating element located within a volume in which light rays converge from an optical concentrating element towards a photovoltaic receiver
US7671270B2 (en) * 2007-07-30 2010-03-02 Emcore Solar Power, Inc. Solar cell receiver having an insulated bypass diode
US8148628B2 (en) * 2007-07-30 2012-04-03 Emcore Solar Power, Inc. Solar cell receiver for concentrator modules
US20090159128A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Gill Shook Leadframe receiver package for solar concentrator
US20090159122A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Solfocus, Inc. Leadframe Receiver Package
US20090188561A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Emcore Corporation High concentration terrestrial solar array with III-V compound semiconductor cell
US8093492B2 (en) * 2008-02-11 2012-01-10 Emcore Solar Power, Inc. Solar cell receiver for concentrated photovoltaic system for III-V semiconductor solar cell
US9331228B2 (en) * 2008-02-11 2016-05-03 Suncore Photovoltaics, Inc. Concentrated photovoltaic system modules using III-V semiconductor solar cells
US8759138B2 (en) 2008-02-11 2014-06-24 Suncore Photovoltaics, Inc. Concentrated photovoltaic system modules using III-V semiconductor solar cells
AU2009246842A1 (en) 2008-05-16 2009-11-19 Emcore Corporation Concentrating photovoltaic solar panel
CN102137976B (zh) * 2008-09-10 2014-05-28 株式会社钟化 太阳能电池模块及太阳能电池阵列
US8050804B2 (en) * 2008-12-15 2011-11-01 Array Converter, Inc. Detection and prevention of hot spots in a solar panel
US20120215372A1 (en) * 2008-12-15 2012-08-23 Array Converter Inc. Detection and Prevention of Hot Spots in a Solar Panel
WO2010116974A1 (ja) 2009-04-07 2010-10-14 ローム株式会社 光電変換装置および撮像装置
WO2010129420A1 (en) * 2009-05-02 2010-11-11 Solar Power, Inc. High strength photovoltaic module and array
US20120216847A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 Santosh Kumar Pyroelectric solar technology apparatus and method
US8530990B2 (en) 2009-07-20 2013-09-10 Sunpower Corporation Optoelectronic device with heat spreader unit
US9806215B2 (en) * 2009-09-03 2017-10-31 Suncore Photovoltaics, Inc. Encapsulated concentrated photovoltaic system subassembly for III-V semiconductor solar cells
US9012771B1 (en) 2009-09-03 2015-04-21 Suncore Photovoltaics, Inc. Solar cell receiver subassembly with a heat shield for use in a concentrating solar system
US8482156B2 (en) * 2009-09-09 2013-07-09 Array Power, Inc. Three phase power generation from a plurality of direct current sources
US9337360B1 (en) 2009-11-16 2016-05-10 Solar Junction Corporation Non-alloyed contacts for III-V based solar cells
US9214586B2 (en) 2010-04-30 2015-12-15 Solar Junction Corporation Semiconductor solar cell package
US8563849B2 (en) * 2010-08-03 2013-10-22 Sunpower Corporation Diode and heat spreader for solar module
US8859892B2 (en) 2011-02-03 2014-10-14 Solar Junction Corporation Integrated semiconductor solar cell package
US8962989B2 (en) 2011-02-03 2015-02-24 Solar Junction Corporation Flexible hermetic semiconductor solar cell package with non-hermetic option
EP2710639A4 (en) 2011-05-20 2015-11-25 Solexel Inc SELF-ACTIVATED FRONT SURFACE POLARIZATION FOR A SOLAR CELL
WO2012162268A2 (en) * 2011-05-20 2012-11-29 Solexel, Inc. Self-activated front surface bias for a solar cell
US9112430B2 (en) 2011-11-03 2015-08-18 Firelake Acquisition Corp. Direct current to alternating current conversion utilizing intermediate phase modulation
TWI442587B (zh) * 2011-11-11 2014-06-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 外殼面板及使用該外殼面板的電子設備
US8636198B1 (en) 2012-09-28 2014-01-28 Sunpower Corporation Methods and structures for forming and improving solder joint thickness and planarity control features for solar cells
US9080792B2 (en) 2013-07-31 2015-07-14 Ironridge, Inc. Method and apparatus for mounting solar panels
CA2934538C (en) * 2013-12-18 2023-03-14 Windgap Medical, Inc. Drug mixing and delivery system and method
US10790406B2 (en) 2014-04-07 2020-09-29 Solaero Technologies Corp. Parallel interconnection of neighboring space-qualified solar cells via a common back plane
US10263131B2 (en) 2014-04-07 2019-04-16 Solaero Technologies Corp. Parallel interconnection of neighboring solar cells with dual common back planes
US9691926B2 (en) 2014-10-02 2017-06-27 X Development Llc Using solar cells as bypass diode heat sinks
DE102015009004A1 (de) 2015-06-05 2016-12-08 Solaero Technologies Corp. Automatisierte Anordnung und Befestigung von Solarzellen auf Paneelen für Weltraumanwendungen
US9608156B2 (en) 2015-07-09 2017-03-28 SolAcro Technologies Corp. Assembly and mounting of solar cells on space panels
US10090420B2 (en) 2016-01-22 2018-10-02 Solar Junction Corporation Via etch method for back contact multijunction solar cells
US9680035B1 (en) 2016-05-27 2017-06-13 Solar Junction Corporation Surface mount solar cell with integrated coverglass
WO2021167904A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-26 Stephen Sampayan Partial discharge suppression in high voltage solid-state devices

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1802754A (zh) * 2003-05-19 2006-07-12 索拉尔系统有限公司 用于光伏电池的旁路二极管
CN101010811A (zh) * 2004-05-12 2007-08-01 Rwe太空太阳能有限责任公司 具有集成的保护二极管的太阳能电池

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4188238A (en) * 1978-07-03 1980-02-12 Owens-Illinois, Inc. Generation of electrical energy from sunlight, and apparatus
JPS5536950A (en) * 1978-09-05 1980-03-14 Fuji Photo Film Co Ltd Manufacturing of thin film photocell
US4460232A (en) * 1982-05-24 1984-07-17 Amp, Incorporated Junction box for solar modules
JP3357808B2 (ja) * 1996-01-29 2002-12-16 三洋電機株式会社 太陽電池装置
US6020555A (en) 1997-05-01 2000-02-01 Amonix, Inc. System for protecting series connected solar panels against failure due to mechanical damage of individual solar cells while maintaining full output of the remaining cells
JPH11330521A (ja) * 1998-03-13 1999-11-30 Canon Inc 太陽電池モジュ―ル、太陽電池アレイ、太陽光発電装置、太陽電池モジュ―ルの故障特定方法
JP3624720B2 (ja) * 1998-10-29 2005-03-02 住友電装株式会社 太陽電池モジュール用端子ボックス装置
JP2000228529A (ja) * 1998-11-30 2000-08-15 Canon Inc 過電圧防止素子を有する太陽電池モジュール及びこれを用いた太陽光発電システム
JP2001168368A (ja) * 1999-12-09 2001-06-22 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 端子ボックス
JP2002246628A (ja) * 2001-02-14 2002-08-30 Showa Shell Sekiyu Kk バイパスダイオード一体封止型太陽電池モジュール及び該モジュールの製造方法
AU2002329656A1 (en) * 2001-07-27 2003-02-17 Chu Chaw-Long Solar cell having a bypass diode for reverse bias protection and method of fabrication
US7122733B2 (en) * 2002-09-06 2006-10-17 The Boeing Company Multi-junction photovoltaic cell having buffer layers for the growth of single crystal boron compounds
JP3493422B1 (ja) * 2003-04-07 2004-02-03 エンゼル工業株式会社 半被覆ダイオードと太陽電池モジュール用端子ボックス
JP2004342986A (ja) 2003-05-19 2004-12-02 Canon Inc 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール設置構造体
US7906722B2 (en) * 2005-04-19 2011-03-15 Palo Alto Research Center Incorporated Concentrating solar collector with solid optical element
US7687707B2 (en) * 2005-11-16 2010-03-30 Emcore Solar Power, Inc. Via structures in solar cells with bypass diode
US7671270B2 (en) * 2007-07-30 2010-03-02 Emcore Solar Power, Inc. Solar cell receiver having an insulated bypass diode
US8148628B2 (en) * 2007-07-30 2012-04-03 Emcore Solar Power, Inc. Solar cell receiver for concentrator modules
US8093492B2 (en) * 2008-02-11 2012-01-10 Emcore Solar Power, Inc. Solar cell receiver for concentrated photovoltaic system for III-V semiconductor solar cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1802754A (zh) * 2003-05-19 2006-07-12 索拉尔系统有限公司 用于光伏电池的旁路二极管
CN101010811A (zh) * 2004-05-12 2007-08-01 Rwe太空太阳能有限责任公司 具有集成的保护二极管的太阳能电池

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