CN102203957A - 光伏接收器 - Google Patents

Abstract

一种PV接收器，当位于太阳能聚光器内时，其用于将与接收器关联的电连接屏蔽于朝接收器反射的太阳能辐射。该PV接收器包括非导电的长形载体和多个作为线性阵列安装到载体的第一前表面的PV晶圆晶片。多个导体元件在PV晶圆晶片后面沿载体的第一表面排列，且与位于各晶圆晶片的第一后表面上的电极一一对应连接。总线位于PV晶圆晶片后面的长形载体上，且在PV晶圆晶片后面在导体元件与总线之间形成导电连接。在PV接收器的一个实施例中，总线位于载体的第二后表面上，导电连接通过载体实现。还公开了一种将与太阳能聚光器内的PV接收器关联的电连接屏蔽于朝接收器反射的辐射的方法。

Description

光伏接收器

技术领域

本发明涉及一种适用于太阳能聚光器中的光伏(“PV”)接收器结构以及一种形成这种接收器结构的方法。

背景技术

在2009年4月28日(最早优先权日期为2008年5月13日)、以Chromasun Pty Ltd 为名义申请的国际专利申请NO.PCT/AU2009/000529公开了一种太阳能聚光器，其包括具有为接收入射太阳光辐射而设置的多窗型孔的壳体结构。多个沿横向间隔开并线性延伸的接收器位于壳体结构内，且多个线性延伸的反射器元件与这些接收器中的相应接收器关联，并设置为将从这些间隔开的接收器之间射过的入射太阳光辐射朝相应接收器反射。设有驱动机构，以将枢转(太阳跟踪)驱动传递到反射器元件。

在参考专利申请中公开的聚光器的一个实施例中，用概括性词汇将各接收器描述为包括安装到线性延伸载体的PV芯片(本文称为“晶片”)所形成的线性阵列，并且，在这种接收器的逐渐发展中，已经确定因从关联反射器反射来的辐射在各接收器处的泄漏，聚光器的总有效工作效率会降低。因此，已确定接收器应该构造为使在通过反射器反射而被辐射的目标区域内PV晶片的辐射吸收面积最大化。

发明内容

广义限定，本发明提供一种将与PV接收器关联的电连接屏蔽于入射太阳光辐射的方法，该方法包括：将多个PV晶圆晶片以线性阵列安装到非导电的长形载体的第一前表面，以及在位于各PV晶圆晶片的第一后表面上的电极与位于PV晶圆晶片后面的长形载体上的电总线之间形成导电连接，所述导电连接通过在PV晶圆晶片后面沿长形载体的第一表面排列的导体元件实现。

本发明还可以按照一种PV接收器结构限定，该PV接收器结构包括：非导电的长形载体；多个PV晶圆晶片，其作为线性阵列安装到载体的第一前表面；多个导体元件，其在PV晶圆晶片后面沿载体的第一表面排列，并与位于各晶圆晶片的第一后表面上的电极一一对应连接；电总线，其位于PV晶圆晶片后面的长形载体上，并且在PV晶圆晶片后面在导体元件与总线之间形成导电连接。

按照上面的限定和在后文中的描述，在以其各种可能形式的本发明的应用中，PV晶圆晶片有效地作用以屏蔽至总线的电连接。因此，不需要外设电连接，且朝接收器反射的辐射的目标区域可整个地(或大体整个地)由排成阵列的PV晶圆晶片构成。屏蔽晶片后面的电连接所带来的相关优点是，不需要为了提供对反射器的屏蔽而设置外设连接，而否则可能需要这种外设连接。

上面所限定的本发明设想采用呈单面基板形式的长形载体，在这种情况下，导体元件与总线都将位于载体的一个表面上，即第一表面上。在本发明的任选替代性形式中，载体可包括双面基板，在这种情况下，总线可位于载体的第二后表面上。这样，导体元件与总线之间的导电连接将通过载体实现。

在涉及双面载体的本发明的实施例中，所述PV接收器结构可限定为一种PV接收器结构，其包括：非导电的长形载体；多个PV晶圆晶片，其作为线性阵列安装到载体的第一前表面；多个导体元件，其在PV晶圆晶片后面沿载体的第一表面排列，并与位于各晶圆晶片的第一后表面上的电极一一对应连接；总线，其沿载体的第二后表面延伸；以及传导性连接元件，其延伸穿过载体，并将导体元件中的交替的导体元件与总线中的关联总线连接。

接收器结构的长形载体部分可任选地由任何具有适于给定应用的热容的非导电材料形成。载体可例如包括刚性或半刚性印刷电路板，不过，在本发明的一个实施例中，载体理想地包括柔性基板，通过在例如PC(印刷电路)封装领域中已知的PCB(印刷电路板)制造技术，导体元件与总线在上述柔性基板上形成“印制的”铜区域。已发现的适用在本发明一个实施例中的载体包括两个表面上都用铜包覆的柔性基板，导体元件与总线通过减蚀刻工艺而各自形成在上述柔性基板上。

位于PV晶圆晶片的后表面上的电极所连接的导体元件，可任选地具有任何适于与晶片电极一一对应接触的形式。因此，各导体元件可任选地包括具有例如圆形或方形形状的小铜焊盘。然而，在作为指状件或迹线横跨PV晶圆晶片的后表面横向延伸的电极的情况中，导体元件可形成(即印制)为铜条带，并横跨载体的宽度的至少一部分横向延伸。在后面这种情况下，各导体元件的宽度(沿载体的纵向)将大致相同于与它连接的指状件的宽度。

电极与导体元件之间的一一对应连接可任选地通过利用全部为金属的焊料实现，但为了抑制流动，上述连接理想地通过利用环氧焊膏实现。焊膏通过利用网版印刷工艺可以以或多或少的传统方式沉积，并通过再次利用该领域已知的处理而被烘烤固化。

在本发明的一个实施例中，所采用的用于将导体元件连接到总线的传导性连接元件理想地以与传统过孔相同的方式形成；即通过铜填充式钻孔的方式而形成。

作为线性阵列安装到载体的PV晶圆晶片可任选地切割自多晶硅晶圆，但为了实现更大的转化效率，晶圆晶片理想地切割自单晶硅晶圆。

如上所限定的包括载体和PV晶圆晶片的接收器结构可以并通常将安装到例如呈铜或其它金属条形式的导热的长形支撑构件，以形成接收器组件。该安装通过利用导热、非导电的粘合剂将载体粘合到支撑构件而实现。

从下面对PV接收器组件的示例性实施例的描述中将更全面理解本发明。参考附图以举例方式提供该描述。

附图说明

图1示出位于聚光器的壳体内的单个接收器组件和关联反射器元件的示意端视图，

图2示出接收器组件和构成的PV接收器结构的倒置立体图，

图3A以放大比例示出从接收器结构移出的PV晶圆晶片的第二前表面视图，

图3B也以放大比例示出PV晶圆晶片的第一后表面视图，

图4A示出接收器结构的载体部件与叠置的PV晶圆晶片的部分的分解立体图，

图4B以放大比例示出在图4A中圈出的载体的区域，

图5示出沿图4A中所示箭头5的方向观察到的载体的部分的后表面视图，

图6图示出在两个PV晶圆晶片之间的电连接布置并示出(沿竖向并排排列的)载体的部分的前、后表面视图，以及

图7示出三个PV晶圆晶片和跨过这些晶片之一连接的旁路二极管的电连接的示意图。

具体实施方式

在图1的示意图中，示出了单个PV接收器组件10位于太阳能聚光器单元12的壳体11内，不过聚光器单元可更典型地容纳三个这样的成横向间隔关系的接收器组件。接收器组件10位于聚光器单元的开窗型孔13的紧下方，并且在聚光器单元位于应定位位置时，接收器组件沿南北方向线性延伸，且相邻接收器组件10沿东西方向间隔开。

接收器组件10包括长形金属(典型地为铜)支撑构件14和通过呈粘合剂涂层形式的热界面材料16粘合到支撑构件的接收器结构15。界面材料选定为能适应接收器结构15(作为子组件)与支撑构件14之间的不同热膨胀。

接收器组件10可典型地具有20mm数量级的宽度、以及沿南北方向延伸达到聚光器壳体11的大体整个长度的长度，典型地为1.5m至4.0m数量级的长度。

一组线性延伸的反射器17与接收器组件10关联并位于接收器组件10下方，反射器17设置为将向下通过横向间隔开的相邻接收器组件之间的入射太阳光辐射朝向接收器组件向上反射。如图所示，该组反射器包括十二个反射器元件17，它们被支撑成适于沿东西方向进行枢转(太阳跟踪)运动。驱动机构(未示出)位于壳体11内，用于将枢转驱动传递到反射器元件。

各反射器元件17具有与接收器组件10大体相同的长度，且各反射器元件具有沿横向弯曲的会聚轮廓。反射器元件的曲率半径随着反射器元件距接收器组件的距离而增大。

如图2至6中所示，接收器结构15包括非导电的长形载体18和多个PV晶圆晶片19，上述多个PV晶圆晶片19作为线性阵列安装到载体18的第一前表面20。并且，如图4A、4B和6中所示，多个沿横向延伸的条带状导体元件(或传导迹线)在PV晶圆晶片19的后面沿载体的第一表面20排列。导体元件包括交替的“宽”和“窄”导体元件21和22，且导体元件21和22与位于各晶圆晶片19的第一后表面25上的电极23和24(如下文所描述的)一一对应地连接。如图5和6中所示，总线26和27沿载体18的第二后表面28延伸；如图6中所示，传导性连接元件29延伸穿过载体，以将导体元件和总线21、26及22、27互连。

图示实施例中的长形载体18包括柔性PC(印刷电路)基板，在该基板上，导体元件21、22和总线26、27通过减蚀刻(subtraction etching)工艺形成为“印制的”铜区域。

作为线性阵列安装到载体18的PV晶圆晶片19可如前所述地切割自多晶硅晶圆，但理想地切割自单晶硅晶圆。各晶片均具有辐射吸收前表面28，并在其后表面25上具有电极23和24。电极形成为金属化指状件(metallised finger)，且宽电极23耦接到晶片的p型掺杂区域内。交替的窄电极24耦接到晶片的n型掺杂区域内。

尽管在图3B中实际仅示出了电极23和24中的几个，但各晶片19的后表面所包含的两种(宽和窄的)电极中的每一种的数量都将典型地多达约20个。尽管也没有在图3B中示出，但电极沿晶片的整个长度排列，且相邻电极通过小间隙间隔开，所述小间隙与晶片的相邻掺杂区域之间的p-n结对齐。

尽管各PV晶圆晶片(为方便起见)在附图中示出为具有比其宽度大的长度，但各晶片可典型地具有19mm至20mm数量级的横向宽度以及7mm数量级的长度。因此，在具有2m总长度的接收器组件的情况下，将有约280个晶片安装到接收器组件。

位于载体基板18上的导体元件21和22所具有的宽度(沿载体的纵向)精确匹配于与它们连接的晶片电极23及24的宽度。导体元件21、22与电极23、24之间的一一对应的连接由环氧焊膏(epoxy solder paste)完成，这些环氧焊膏利用网版印刷工艺沉积并经过烘烤固化。

用来将导体元件21、22连接到总线26、27的连接元件29(图6)形成为过孔(即，铜填充式钻孔)，且上述过孔提供电和热的传导路径。所采用的实际连接布置将根据给定接收器结构的电输出要求(即，作为用于最大化电压输出的串联电路或者作为用于最大化电流的并联电路)而定，且图6和7中示出的连接图示出串联电路布置。

因此，如图6中所示，两个晶片19(i)和19(ii)的p-耦接电极23焊接到载体18上的相应(宽)导体元件21，两个晶片19(i)和19(ii)中的n-耦接电极24焊接到载体18上的相应(窄)导体元件22.

然后，沿着其上叠置有晶片19(i)的载体18的长度，宽导体元件21通过连接元件29连接到底下(后面)的总线部分26(i)，而沿着其上叠置有晶片19(i)的载体的长度，窄导体元件22通过连接元件29连接到底下(后面)的两个总线部分27。相反，沿着其上叠置有晶片19(ii)的载体的长度，宽导体元件21通过连接元件29连接到底下(后面)的两个总线部分27，而沿着其上叠置有晶片19(ii)的载体的长度，窄导体元件22通过连接元件29连接到底下(后面)的总线部分26(ii)。

在载体18的整个长度上、并因而在接收器结构的整个长度上，对连续的阵列晶片对19(i)和19(ii)重复这种模式；并且连接相关总线部分以建立图7中所示的串联电路。

旁路二极管30横跨晶片19中选定的多个或多组晶片并联连接，以防止错误状况，且二极管(或每个二极管)可装入在载体18中形成的凹槽(未示出)内。

针对以上描述并在所附权利要求的阐述中限定的本发明，可进行变更和修改。

Claims (11)

1.一种将与太阳能聚光器内的PV接收器关联的电连接屏蔽于朝接收器反射的辐射的方法，包括：

将多个PV晶圆晶片以线性阵列安装到非导电的长形载体的第一前表面，以及

在位于各PV晶圆晶片的第一后表面上的电极与位于PV晶圆晶片后面的长形载体上的电总线之间形成导电连接，所述导电连接通过在PV晶圆晶片后面沿长形载体的第一表面排列的导体元件实现。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述长形载体呈单面基板形式，并且其中所述导体元件与所述总线都位于所述长形载体的第一表面上。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述载体呈双面基板形式，其中所述总线位于所述长形载体的第二表面上，并且所述导体元件与所述总线之间的导电连接通过所述长形载体实现。

4.一种PV接收器结构，包括：

非导电的长形载体，

多个PV晶圆晶片，所述多个PV晶圆晶片作为线性阵列安装到所述载体的第一前表面，

多个导体元件，所述多个导体元件在PV晶圆晶片后面沿所述载体的第一表面排列，并与位于各晶圆晶片的第一后表面上的电极一一对应连接，

电总线，所述电总线位于PV晶圆晶片后面的长形载体上，并且在PV晶圆晶片后面在所述导体元件与所述总线之间形成导电连接。

5.如权利要求4所述的PV接收器结构，其中所述长形载体包括单面基板，并且其中所述导体元件与所述总线都位于所述长形载体的第一表面上。

6.如权利要求4所述的PV接收器结构，其中所述长形载体包括双面基板，其中所述总线位于所述长形载体的第二后表面上，并且所述导体元件与所述总线之间的导电连接通过所述长形载体实现。

7.如权利要求6所述的PV接收器结构，其中，所述长形载体包括导热、非导电的柔性基板，所述导体元件和所述总线在所述基板上形成为印制的金属区域。

8.如权利要求6或7所述的PV接收器结构，其中位于各PV晶圆晶片的第一表面上的电极作为指状件横跨晶片表面横向延伸，并且其中位于所述长形载体的第一表面上的导体元件形成为横跨长形载体的横向宽度的至少一部分横向延伸的金属条带。

9.如权利要求8所述的PV接收器结构，其中位于各PV晶圆晶片的第一表面上的电极通过焊接与相应金属条带一一对应连接。

10.如权利要求6至8中任一项所述的PV接收器结构，其中，所述导体元件与所述总线之间的导电连接由过孔形成。

11.如权利要求4至10中任一项所述的PV接收器结构，在安装到呈长形金属条形式的导热的长形支撑构件时，形成接收器组件，通过借助于导热、非导电的粘合剂将所述长形载体粘合到所述长形支撑构件而实现所述安装。

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