CN110400778B - 用于太阳能电池单元有效部分的接收装置以及用于太阳能电池单元有效部分的制造方法 - Google Patents
用于太阳能电池单元有效部分的接收装置以及用于太阳能电池单元有效部分的制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
用于太阳能电池单元有效部分的接收装置具有承载板、至少一个固定的间距保持件、至少两个彼此隔开间距的校准辅助件和至少两个能运动的间距保持件，承载板具有多个矩阵式布置的用于形状配合地接收太阳能电池单元有效部分的次级光学元件的留空，固定的间距保持件具有带有相对于承载板上侧的固定的间距的止挡面，能运动的间距保持件分别具有用于接收太阳能电池单元有效部分的有效板的支承面，至少两个能运动的间距保持件分别优选地布置在承载板上侧的对置的棱边上并且分别固定在承载板上，使得支承面与承载板上侧的间距能相应地在最小间距Amin和最大间距Amax之间变动，最大间距Amax大于固定的间距A1，最小间距Amin小于固定的间距A1。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能电池单元有效部分的接收装置以及用于太阳能电池单元有效部分的制造方法。
背景技术
太阳能电池接收器例如由WO 2014/019652 A1、US 8,680,656 B1、EP 2950353A1、US 2009/0199891 A1或者EP 2 073 279 A1公知，其典型地具有布置在载体上的半导体。在半导体上方布置初级光学元件和次级光学元件，以便将太阳光传导到半导体本体的表面上。
为了电接触，半导体本体具有第一连接触点和第二连接触点，其中，每个连接触点与布置在载体上的接触面、例如印刷导线区域电连接。由US 2014/0113390A1公知了用于分离由半导体元件构成的有效部分的方法。
在文献“Ultra-Efficient Solar”，Ucilia Wang，MIT Technology Review，2012中，以及在US 2013/0146120 A1中描述了公司Semprius Inc.的太阳能电池模块，所述太阳能模块包括多个通过微型印刷技术制造的微型太阳能电池的矩阵式布置，其中，在每个太阳能电池上布置基本上圆形的玻璃透镜。
前述的太阳能电池接收器的一个主要的成本问题是载体的尺寸和载体的装备。如果太阳能电池单元或者相应的半成品的生产设施以及由多个太阳能电池单元构成的模块的生产局部地出现故障，则另一个成本问题是生产供应花费。
发明内容
在这种背景下，本发明的任务在于，给出分别进一步改进现有技术的装置和方法。
该任务通过一种具有本发明技术方案中特征的接收装置以及通过一种按照本发明的用于太阳能电池单元有效部分的制造方法。本发明的有利的构型是后续说明的内容。
根据本发明的主题提供一种用于太阳能电池单元有效部分的接收装置，其具有承载板、至少两个彼此隔开间距的校准辅助件、至少一个固定的间距保持件和至少两个能运动的间距保持件。
承载板优选一体地构造。可以理解的是，承载板特别刚性地构造并且优选地包括金属或者由金属构成。
承载板具有下侧、上侧和多个矩阵式布置的留空，所述留空用于形状配合地接收太阳能电池单元有效部分的次级光学元件的。
至少一个固定的间距保持件具有止挡面并且突出于承载板的上侧直至止挡面。
固定的间距保持件的止挡面相对于承载板的上侧具有固定的间距A1并且优选地具有最大2mm或者最大1mm或者最大0.5mm的直径。
至少两个能运动的间距保持件分别具有用于作为太阳能电池单元有效部分的部件的有效板的、背离承载板的支承面。
补充说明的是，在接合过程之后太阳能电池单元有效部分还包括有效板和布置在有效板上的次级光学元件。
至少两个能运动的间距保持件分别优选地借助直线导向装置这样固定在承载板上，以使得支承面与承载板的上侧的间距能够相应地在最小间距Amin和最大间距Amax之间变动。
最大间距Amax大于所述固定的间距A1，并且最小间距Amin小于所述固定的间距A1。
接收装置特别是用于制造或者接合太阳能电池单元有效部分，其中，太阳能电池单元有效部分由具有多个矩阵式布置的半导体太阳能电池和多个次级光学元件的有效板组成。有效板优选地包括陶瓷。在此，半导体太阳能电池的表面相对于布置在承载板中的次级光学元件准确的调整是值得期望的。
承载板优选地由铝构成或者包括铝并且例如借助切削制造方法、例如铣削或者借助成型制造方法、例如注射成型或者借助3D打印方法制造。承载板的材料的一个另外的替换方案是纤维复合材料或花岗岩。
留空用于在接合过程期间接收或者保持次级光学元件并且优选地具有与光学元件相匹配的形状。
在一个进一步方案中，留空构造为通孔。其直径优选地从所述上侧向下侧持续地或者阶梯式地减小。
补充说明的是，概念矩阵式布置的留空的多个理解为大于九个并且小于五百个的数量。优选地，所述数量包括二十个和一百个留空之间的范围。
具有支承面的能运动的间距保持件用于将有效板相对于基板的留空并且由此相对于保持在所述留空中的次级光学元件定向并且受控地朝向承载板或次级光学元件的方向下降。
通过最大间距和最小间距确保，有效板一方面能够以与承载板足够的间距布置并且另一方面能够可靠地下降到固定的间距保持件的止挡面。换句话说，最小间距至少如同固定的间距保持件的止挡面的高度那样小地构造，以确保使有效板完全下降。
至少一个固定的间距保持件用作对有效板朝向承载板上侧方向的下降进行限制的止挡或者限制装置，由此可靠地达到有效板和承载板之间固定的间距。
在一个进一步方案中，至少一个固定的间距保持件与承载板一体地构造。
优选地，固定的间距保持件包括比承载板更硬的材料。为了避免出现磨损，固定的间距保持件的材料有利地使用硬的材料、例如强化的钢或者钛，而较软的却抗扭刚性的材料、例如铝对于承载板是足够的。
通过支承面的尽可能小的直径避免损坏有效板特别是在敏感区域中的表面。固定的间距保持件的支承面的直径优选地处于0.5mm和5mm之间的范围内，该直径最优选地处于1mm和3mm之间的范围内。
固定的间距保持件优选地销状地构造并且压入到承载板中的留空中。
在一个实施方式中，该间距保持件具有朝向支承面阶梯式地变细的直径，在例如柱形体上具有第一直径，并且在同样柱形的顶部具有第二直径，其中，第二直径小于第一直径。
根据本发明的接收装置的优点是对于成本低廉的批量生产简单的和可靠的工作方式。一个另外的优点是，借助接合步骤可以将大量次级光学元件同时与布置在有效板上的太阳能电池接合。
尤其有利的是，省去每个单独的太阳能电池相对于相应的光学元件的校准。确切地说，通过两个校准辅助件将作用载体总体上相对于位于留空中的次级光学元件校准。
因此可以减少制造成本并且提高太阳能电池接收器的产量或效率。
一个另外的优点是，通过校准辅助件可以实现在校准中小于几十μm的误差。
要表明的是，对于提高太阳能电池模块的效率极其重要的是太阳能电池相对于次级光学元件准确地校准。准确的校准在此理解为次级光学元件相对于有效板上的相应的半导体太阳能电池的误差校准小于150μm。
在一个另外的进一步方案中，校准辅助件包括大于或等于9的莫式硬度的材料。优选地，校准辅助件至少部分地球状地构造并且具有抛光的表面。在一个实施方式中，该表面包括氮化硼或氮化硅。
在一个实施方式中，至少两个能运动的间距保持件分别包括弹簧或固定在承载板上的板簧或者分别由弹簧构成或者由固定在所述承载板上的板簧构成。
在一个另外的实施方式中，至少两个能运动的间距保持件分别借助直线导向装置固定在承载板上。
在一个另外的实施方式中，至少两个能运动的间距保持件分别布置在承载板的上侧的对置的棱边上。
在一个另外的实施方式中，每个直线导向装置具有限制能运动的间距保持件的运动的限制件。优选地，限制件包括螺栓。
根据一个另外的实施方式，每个直线导向装置包括至少一个销或两个销和/或至少一个弹簧或两个弹簧。
在一个进一步方案中，每个直线导向装置具有至少一个由聚合物构成的或者包括聚合物的直线滑动支承体。
根据一个另外的进一步方案，多个固定的间距保持件矩阵式布置在承载板的上侧。优选地，在每两个相邻的固定的间距保持件之间布置最多五个留空。
在一个实施方式中，校准辅助件布置在承载板上和/或在支承面上。
在一个另外的实施方式中，至少一个固定的间距保持件包括比承载板更硬的材料。
一种根据本发明的用于太阳能电池单元有效部分的制造方法，其具有以下方法步骤：
提供根据本发明的用于太阳能电池单元有效部分的接收单元，
将多个次级光学元件布置在接收单元的留空中，其中，次级光学元件形状配合地保持到留空中，并且次级光学元件具有在接收单元的上侧暴露的下侧。
提供由多个还彼此连接的矩阵式布置的载体部件构成的有效板，其中，每个载体部件具有带有至少两个接触面和至少两个印刷导线的上侧，并且半导体太阳能电池以下侧与相应的载体部件的上侧力配合地连接。
将聚合物粘合剂层施加到被保持在接收单元中的次级光学元件的下侧上或者施加到半导体太阳能电池的上侧或者施加到次级光学元件的下侧和半导体太阳能电池的上侧。
将有效板安置到至少两个能运动的间距保持件上。有效板借助两个校准辅助件和有效板上的校准留空定向。
在此，所述校准通过有效板的校准留空与优选地构造有球状表面的校准辅助件至少部分地形状配合实现。补充说明的是，所述校准优选地在安置有效板时进行，并且优选地，校准辅助件实现在能运动的间距保持件的支承面上。
将位于能运动的间距保持件上的有效板向下压到至少一个固定的间距保持件的止挡面上。
保持并且加热被向下压的有效板，并且将具有次级光学元件的有效板与承载板分离或者移开。
在一个进一步方案中，承载板具有用于将承载板固定在底板上的多个通孔。由此可以将承载板力配合地固定在底板上。
附图说明
下面参考附图详细说明本发明。在此，相同类型的部件以相同的附图标记标出。所示的实施方式极其示意性地示出，也就是说，间距以及横向延伸和竖直延伸未按比例示出并且如果未另外说明彼此也不具有可推断的几何关系。附图中：
图1示出接收装置的根据本发明的第一实施方式的侧视图，
图2示出接收装置的根据本发明的第一实施方式的俯视图，
图3示出沿着图2的视图的直线A-A′的横截面图，
图4示出沿着图2的视图的直线B-B′的横截面图，
图5示出接收装置的根据本发明的另外的实施方式的俯视图
图6示出沿着图5的接收装置的根据本发明的另外的实施方式的直线C-C′的横截面图，
图7示出在安置加热板的情况中图5的接收装置的根据本发明的另外的实施方式的横截面图，
图8示出在安置加热板的情况中图5的接收装置的根据本发明的另外的实施方式的横截面图。
具体实施方式
图1和2的视图示出用于太阳能电池单元有效部分的接收装置10的第一实施方式的侧视图以及俯视图，所述接收装置具有承载板12、多个固定的间距保持件14和两个能运动的间距保持件16。
承载板12一体地优选由铝构造并且具有下侧、上侧和多个矩阵式布置的呈孔形式的留空18。图3示出沿着图2的视图的轴线A的示意性的截面图。留空18具有从承载板12的上侧朝向下侧的方向阶梯式地减小的直径。
固定的间距保持件14由具有比承载板12的硬度大的硬度的材料构成并且均匀地在承载板12的上侧分布地布置。
在图3的视图中示出沿着直线A-A′的横截面图。下面仅仅说明与图2中所示的实施方式的区别之处。
固定的间距保持件14具有柱形体，所述柱形体具有同样柱形的顶部。固定的间距保持件14通过压接合至少部分地装入到承载板12的相应的留空中。柱形的顶部的上侧用作止挡面24。
止挡面24分别具有相对小的直径D以及与承载板12的上侧的固定的间距A1。
两个能运动的间距保持件16分别布置在承载板12的上侧的对置的棱边上并且具有背离承载板12的支承面20。
在能运动的间距保持件16上布置校准辅助件22。校准辅助件22优选地由氮化硼或氮化硅构成。通过在有效板的边缘区域的相应的校准留空可以将有效板在安置到支承面20上时准确地相对于承载板12定向或者校准。
两个能运动的间距保持件16分别借助直线导向装置这样固定在承载板12上，以使得支承面20与承载板12的上侧的间距能够在最小间距Amin和最大间距Amax之间变动。
为此，每个直线导向装置具有两个销26。这两个销26分别通过压接合与能运动的间距保持件16力配合地连接。承载板12对于每个销26具有直线滑动支承体28，在所述直线滑动支承体中销26能够相对于承载板12运动。围绕这两个销26分别布置复位弹簧30。
在图4的视图中示出沿着直线B-B′的横截面图。下面仅仅说明与图2中所示的实施方式的区别之处。
为了限制能运动的间距保持件16和承载板12之间的间距，能运动的间距保持件16分别具有螺纹和旋入到该螺纹中的螺栓32。承载板12具有柱形的通孔和用于螺栓头的止挡面。
图5和图6以俯视图和沿着直线C-C′的横截面图示出另外的实施方式。下面仅仅说明结合图2所示的实施方式的区别之处。
在图5的俯视图中，作为校准件的、两个与承载板12固定地形状配合和力配合地连接的校准辅助件22布置在承载板12的相对的侧上。
由间距保持件14构成的矩阵布置在承载板12的上侧。作为能运动的间距保持件16的在板簧留空AS中的板簧分别布置到承载板12的角部中。所述板簧借助固定件30力配合地与承载板12连接。支承面20构造在板簧的上侧。
板簧可以容易弹性变形，从而实现支承面20在第一高度Amax和第二高度Amin之间运动。
校准销22优选地由氮化硼或氮化硅构成并且用于引导和校准有效板NZ。
有效板NZ中的校准留空AS在锥形地构造在上侧的校准销22的表面上滑动。这理解为，在校准销22的上侧和有效板NZ中的开口的至少一部分之间存在形状配合。
即使使用具有高的莫式硬度的有效板NZ，基于氮化硅的高的耐刮划性也实现了校准销22的长的使用寿命。
图6沿着直线C-C′以侧视图示出。下面仅仅说明与结合图5所示的实施方式的区别之处。
板簧至少部分地布置在板簧留空AS中。板簧留空AS构造为使得提供足够用于板簧变形的空间。每个板簧20在下部的区段上分别借助两个固定件30与承载板12连接。
校准销22锥形地朝向顶部延伸。
图7示出结合图6的视图所示的另外的实施方式的横截面图。下面仅仅说明与结合图6所示的实施方式的区别之处。
在未示出的制造步骤中，留空18分别被装入次级光学元件。
接着，将加热板HZ布置在有效板NZ上方。加热板HZ具有平坦的下侧。加热板HZ的平坦的下侧指向有效板NZ的下侧。
加热板HZ慢慢下降到有效板NZ的下侧上，以使有效板NZ朝向承载板12的方向抵抗板簧的弹力下降，一直到有效板NZ的上侧靠置在固定的间距保持件14的上侧24。
图8示出结合图7的视图所示的另外的实施方式的横截面图。下面仅仅说明与结合图7所示的实施方式的区别之处。
借助加热板HZ将有效板NZ抵抗板簧的弹力向下压直至由固定的间距保持件14的支承面20的高度位置预给定的间距Amin并且接着加热，以便借助热量输入减小聚合物粘合剂的接合时间或硬化时间。
在向下压之前，在一个未示出的制造步骤中处于留空18中的次级光学元件通过将聚合物粘合剂布置在保持在承载板12中的次级光学元件的下侧上而被施加涂层。
在硬化(未示出)之后，加热板HZ又被升起并且被移除。接着，具有次级光学元件的承载板12被升起。太阳能电池单元有效部分由此构成并且提供用于继续加工。
Claims (17)
1.一种接收装置(10)，其用于太阳能电池单元有效部分，所述接收装置具有承载板(12)、至少一个固定的间距保持件(14)、至少两个彼此隔开间距的校准辅助件和至少两个能运动的间距保持件(16)，其中，
-所述承载板(12)一体地构造，
-所述承载板(12)具有下侧、上侧和多个矩阵式布置的留空(18),所述留空用于形状配合地接收所述太阳能电池单元有效部分的次级光学元件，
-所述至少一个固定的间距保持件(14)具有止挡面(24)并且突出于所述承载板(12)的上侧直至所述止挡面(24)，
-所述固定的间距保持件(14)的止挡面(24)相对于所述承载板(12)的上侧具有固定的间距(A1)，
-所述至少两个能运动的间距保持件(16)分别具有用于所述太阳能电池单元有效部分的有效板(NZ)的、背离所述承载板(12)的支承面(20)，
-所述至少两个能运动的间距保持件(16)分别固定在所述承载板(12)上，以使得所述支承面(20)与所述承载板(12)的上侧的间距能够在最小间距Amin和最大间距Amax之间变动，
-最大间距Amax大于所述固定的间距(A1)，并且
-最小间距Amin小于所述固定的间距(A1)。
2.根据权利要求1所述的接收装置(10)，其特征在于，所述留空(18)构造为通孔，其中，所述通孔的直径从所述承载板(12)的上侧向所述承载板的下侧持续地或者阶梯式地减小。
3.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，所述校准辅助件包括大于或等于9的莫式硬度的材料。
4.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，所述至少两个能运动的间距保持件(16)分别包括弹簧或固定在所述承载板(12)上的板簧或者由弹簧构成或者由固定在所述承载板上的板簧构成。
5.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，所述至少两个能运动的间距保持件(16)分别借助直线导向装置固定在所述承载板(12)上。
6.根据权利要求5所述的接收装置(10)，其特征在于，每个直线导向装置具有限制所述能运动的间距保持件(16)的运动的限制件。
7.根据权利要求6所述的接收装置(10)，其特征在于，所述限制件包括螺栓(32)。
8.根据权利要求5所述的接收装置(10)，其特征在于，每个直线导向装置包括至少一个销(26)和/或至少一个弹簧(30)。
9.根据权利要求5所述的接收装置(10)，其特征在于，每个直线导向装置具有至少一个由聚合物构成的或者包括聚合物的直线滑动支承体(28)。
10.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，多个固定的间距保持件(14)矩阵式布置在所述承载板(12)的上侧。
11.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，所述校准辅助件(22)布置在所述承载板(12)上和/或在所述能运动的间距保持件上和/或在所述支承面(20)上。
12.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，所述至少一个固定的间距保持件(14)包括比所述承载板更硬的材料。
13.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，所述固定的间距保持件(14)的止挡面(24)具有最大10mm的直径(D)。
14.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，所述固定的间距保持件(14)的止挡面(24)具有最大2mm的直径(D)。
15.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，所述固定的间距保持件(14)的止挡面(24)具有最大1mm的直径(D)。
16.根据权利要求1或2所述的接收装置(10)，其特征在于，所述固定的间距保持件(14)的止挡面(24)具有最大0.5mm的直径(D)。
17.一种用于太阳能电池单元有效部分的制造方法，其具有以下方法步骤：
-提供根据前述权利要求中任一项所述的接收装置(10)，
-将多个次级光学元件布置在所述接收装置(10)的留空(18)中，其中，所述次级光学元件形状配合地保持到所述留空(18)中，并且所述次级光学元件具有在所述接收装置的上侧暴露的下侧，
-提供具有至少两个侧面的校准留空和多个矩阵式布置的载体部件的有效板(NZ)，其中，每个载体部件具有带有至少两个接触面、至少两个印刷导线和半导体太阳能电池的上侧，
-将聚合物粘合剂层施加到被保持在所述接收装置中的次级光学元件的下侧上或者施加到所述半导体太阳能电池的上侧上或者施加到次级光学元件的下侧和所述半导体太阳能电池的上侧上，
-将所述有效板(NZ)安置到所述至少两个能运动的间距保持件(16)上，并且借助所述校准辅助件(22)和所述有效板(NZ)的校准留空将所述有效板(NZ)相对于所述承载板(12)定向，
-将位于所述能运动的间距保持件(16)上的有效板(NZ)下压到所述至少一个固定的间距保持件(14)的止挡面(24)上，
-保持并且加热被下压的有效板(NZ)，
-将具有所述次级光学元件的有效板(NZ)从所述承载板(12)分离或者取下。
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