CN111863974A - 单趾互连件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及单趾互连件。具体地，涉及一种用于建立太阳电池的电连接的互连件，其中，所述互连件由单趾组成，而没有连接至所述单趾的第二趾，并且没有连接的横杆。可以跨所述太阳电池的边缘均匀放置多个互连件。在一个示例中，当所述太阳电池的面积小于60cm2时，跨所述太阳电池的边缘均匀放置三个互连件。在另一示例中，当所述太阳电池的面积大于60cm2时，跨所述太阳电池的边缘均匀放置四个或更多个互连件。

Description

单趾互连件
技术领域
本公开总体上涉及用于太阳电池的单趾互连件(single toe interconnect)。
背景技术
为了利用由太阳电池从太阳光产生的电力，必须把电流从太阳电池传输至外部电路。通常使用金属网格线(从器件的所有区域收集电流的精细特征件)、一个或更多个汇流板(busbar)(聚集来自许多网格线的电流的较大特征件)、接触垫(附接接线片/互连件以连接至其它器件的位置)以及与接触垫和其它器件之间的跨接的互连来完成该操作。这些网格、汇流板、接触垫(contact pad)、接线片(tab)和互连件都会导致寄生损耗。
用于网格、汇流板、接触垫和互连件的金属还通过阻碍光到达太阳电池的半导体层、根据寄生损耗以及利用串联电阻，来造成与太阳电池的转换效率有关的功率损耗。对于最先进的(state-of-the-art)空间太阳电池，太阳电池的金属覆盖率是主要的损耗因素。优化网格线和汇流板设计是减少遮蔽(obscuration)的标准实践，但是触点和互连件的设计和位置却很少受到关注。
空间太阳电池通常具有间隔尽可能远的两个或三个互连件。该通用实践旨在降低太阳电池开裂时发生开路的风险，但也导致了电流沿着汇流板流过相对较长的距离。已知去除大型太阳电池的互连件会造成效率损失。例如，最近的进展是对于面积小于65cm2的所有太阳电池，把互连件从三个减少到两个，其中剩余的两个互连件尽可能远地分开放置。
然而，间隔较远的互连件在把电流传导至互连件时增大电阻损耗和/或导致汇流板尺寸增大，从而降低电池电流。此外，间隔较远的互连件增加了电池开裂可能分离所有互连件从而造成开路的风险。另外，仅按两个引线的倍数来提供互连件，从而导致了设计过度或设计不足的解决方案。
因此，在本领域中需要改进的太阳电池互连件。本公开满足了该需求。
发明内容
为了克服上述局限性，以及克服在阅读和理解本说明书后将变得显而易见的其它局限性，本公开描述了一种用于建立太阳电池的电连接的互连件，其中，所述互连件由单趾组成，而没有连接至所述单趾的第二趾，并且没有连接的横杆。本公开还描述了一种用于制造所述互连件的方法以及一种使用所述互连件建立电连接的方法。
所述互连件由一层或更多层导电可结合材料组成，所述导电可结合材料选自铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、钼(Mo)、
Figure BDA0002455065330000021
(铁镍钴合金)、殷钢(64FeNi)、或者其合金或组合。所述互连件的长度约为0.25英寸至1英寸、宽度为40密耳至100密耳、并且厚度为1密耳至2密耳。
可以跨所述太阳电池的边缘均匀放置多个互连件。在一个示例中，当所述太阳电池的面积小于60cm2时，跨所述太阳电池的边缘均匀放置三个互连件。在另一示例中，当所述太阳电池的面积大于60cm2时，跨所述太阳电池的边缘均匀放置四个或更多个互连件。
附图说明
现在参照附图，在该附图中，相似的附图标记始终表示对应部分：
图1A示出了典型的太阳电池以及用于传输由太阳电池生成的电力的互连件。
图1B示出了一个互连件的典型构造。
图2A示出了由单趾组成的而没有第二趾并且没有横杆的互连件。
图2B示出了沿着太阳电池的一个边缘放置四个互连件。
图2C示出了沿着太阳电池的一个边缘放置五个互连件。
图3是具有不同数量和类型的互连件的太阳电池的相对功率损耗(即，电阻损耗、遮蔽和总功率损耗)的图。
图4A示出了制造太阳电池、面板和/或卫星的方法。
图4B示出了具有由太阳电池组成的面板的所得卫星。
图5以功能框图的形式示出了面板。
具体实施方式
在下面的描述中，参照形成该描述的一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践本公开的特定示例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它示例并且可以做出结构改变。
概述
本公开通过用相对较多、较小的互连件取代相对较少、较大的互连件来改善太阳电池之间的电连接。当前，空间级互连件由与横杆(crossbar)连接的两个平行的扁平金属“趾(toe)”或“腿(leg)”组成。在本公开中，由单个扁平金属趾组成互连件，而没有第二趾并且没有连接的横杆。
仅利用单趾建立互连允许互连件的数量(包括奇数个互连件)与电池和程序大小相当。去除横杆允许跨太阳电池的边缘更均匀地放置互连件，从而提高了太阳电池的效率、降低了材料成本、提高了可靠性并实现了诸如实时激光切割互连件之类的先进制造。
技术描述
图1A示出了太阳电池10和用于传输由太阳电池10生成的电力的互连件12。太阳电池10包括：金属网格线14，其从太阳电池10的所有区域收集电流；一个或更多个汇流板16，其聚集来自网格线14的电流；接触垫18，其用于附接互连件12以在接触垫18与其它器件(未示出)之间进行跨接(span)。
如图1A所示，空间太阳电池10通常具有间隔尽可能远的两个或三个互连件12。该通用实践旨在降低太阳电池开裂时发生开路的风险，但也导致了电流沿着汇流板16流过相对较长的距离。然而，客户已知去除大型电池10的互连件12(已知这会造成效率损失)。
图1B示出了一个互连件12的配置。互连件12由两个薄的扁平金属趾或腿20组成，该金属趾或腿与把两个趾20保持在适当位置的两个或更多个横杆22平行地定位。因为使用双趾20，所以需要提供焊接冗余。
该构造的局限性包括：
·横杆22要求双趾20紧密地间隔开，这是不利的，即，机械应力集中在趾20处，并且把两个趾20靠近放置会增加应力集中系数。
·使用横杆22增加了制作各个互连件12所需的材料宽度。
·间隔较远的互连件12增大了把电流传导至互连件12的电阻损耗和/或导致汇流板16尺寸增大，这会降低电池电流。
·间隔较远的互连件12增加了太阳电池10开裂可能分离所有互连件12从而造成开路的风险。
·仅按两个引线的倍数来提供互连件12，从而导致了设计过度或设计不足的解决方案。
如上所述，太阳电池10的金属覆盖率是主要的损耗因素。已经对网格线14和汇流板16进行了优化，以减少遮蔽，但是互连件12却很少受到关注。
本公开通过提供具有单趾或单腿的改进的互连件的新设计并且跨太阳电池的边缘相对均匀地分布互连件，来克服这些局限性。
图2A、图2B和图2C示出了使用这种新设计的设备、制造方法和建立电连接的方法，其中，图2A示出了用于建立太阳电池10的电连接的互连件24，该互连件24由单趾26组成，而没有连接至该单趾26的第二趾20，并且没有连接的横杆22；图2B示出了沿着太阳电池10的边缘均匀放置的多个(即，四个)互连件24；并且图2C示出了沿着太阳电池10的边缘均匀放置的多个(即，五个)互连件24。
在一个示例中，互连件24由一层或更多层导电可结合材料(例如以金属箔的形式)组成，该导电可结合材料选自铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、钼(Mo)、
Figure BDA0002455065330000041
(铁镍钴合金)、殷钢(Invar)(64FeNi)、或者其合金或组合。互连件24的长度可以为约0.25英寸至1英寸(inch)、宽度为40密耳至100密耳(mil)、并且厚度为1密耳至2密耳。
在一个示例中，当太阳电池10的面积小于60cm2时，多个互连件包括跨太阳电池10的边缘均匀放置(即，在各个互连件24之间具有相等的空间)的三个互连件24。在另一示例中，当太阳电池10的面积大于60cm2时，多个互连件24包括跨太阳电池10的边缘均匀放置的四个或更多个互连件24。
该互连件24减少了汇流板16中的电流损失和电压损失两者，同时减少了组件磨损，并保持了针对开路的风险减轻。结果通过消除具有连接的横杆22的双趾互连件12提高了效率、减少了寄生损耗、并且提高了可制造性。
图3是面积大于70cm2并且具有不同数量和类型的互连件的太阳电池10的相对功率损耗(即，电阻损耗、遮蔽和总功率损耗)(功率损耗越低越好)的图，其中，不同数量和类型的互连件包括3个双趾互连件(IC)12、4个单趾IC 24、5个单趾IC 24、6个单趾IC 24、以及8个20密耳的导线结合。
从操作效率的角度看，存在人们可能不看好这种单趾互连件24的解决方案的原因。例如，用于互连件24的还原金属可能增加损坏可能性。
然而，在太阳电池10之间使用单趾互连件24提供了许多益处，这些益处包括：增加的冗余、减少的组件磨损、更灵活的设计选项、增加的可靠性、提高的效率、降低的材料成本、以及先进的制造。
例如，可以使用单趾互连件24来增加互连的数量以增加冗余。另选地，可以减少使用单趾互连件24的互连的数量以减少组件磨损。
本公开提供了更灵活的设计选项，因为通过使用新互连件24，太阳电池10可以具有更多的互连点(更多的冗余)或更少的互连点(减少的组件磨损)。
具体地，通过去除双趾20之间的横杆22，本公开提供了更多设计自由度，以使用新互连件24来选择互连的数量以及那些互连的位置。例如，通过使用互连件24，太阳电池10的奇数个互连是可能的，而由于双趾20，所以互连件12总是导致偶数个互连。
如通过互连件24的数量、间隔和/或位置所确定的，本公开可以提供与当前所需相比相等、更大或更小的可靠性。例如，可以选择互连的数量、间隔和位置((均匀间隔)或基于一些其它约束进行定位)，以提高太阳电池10的效率。具体地，使用互连件24的互连的位置不受横杆22的约束。
去除横杆22允许跨太阳电池10的边缘更均匀地放置互连件24，这同时提高了太阳电池10的效率、降低了材料成本、并且提高了可靠性。例如，互连件24的均匀间隔通过降低太阳电池10开裂可能电分离互连件24从而导致产生开路的可能性，而导致提高的可靠性。由于减少的汇流板16的遮蔽和电阻损耗，所以互连件24的均匀间隔也导致太阳电池10的较高的效率。
单趾互连件24固有地减少了制造中消耗的材料量，并因此减少了互连件24的成本。横杆22增加了互连件12的材料消耗和成本，并且增加了太阳电池10上的接触垫18的遮蔽。单趾互连件24与先进制造概念(诸如对来自原库存材料的互连件24进行实时激光切割)更兼容。单趾互连件24还为太阳电池10提供机械应力释放。
制造
可以在制造一个或更多个互连件24、使用该互连件24的太阳电池10、由该太阳电池10组成的面板、和/或诸如包括该面板的卫星之类的空间载具的方法28(如图4A所示，该方法28包括步骤30至步骤42)的上下文中描述本公开的示例，其中，图4B示出了所得卫星44，该卫星44由各种系统46和主体48组成，包括由一个或更多个太阳电池10的阵列52组成的面板50。
如图4A所示，在预生产期间，示例性方法28可以包括卫星44的规范和设计30以及该卫星的材料采购32。在生产期间，进行卫星44的部件和子组件制造34以及系统集成36，这包括制造卫星44、面板50、阵列52和太阳电池10。此后，卫星44可以通过认证和交付38，以便投入使用40。在发射之前，还可以安排卫星44的维护和服务42(包括修改、重新构造、翻新等)。
方法28的处理中的各个处理可以由系统集成商、第三方和/或操作员(例如，客户)执行或实施。出于该描述的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的制造商和主要系统承包商；第三方可以包括但不限于任何数量的出售商、承包商和供应商；并且运营商可以是卫星公司、军事实体、服务组织等。
如图4B所示，通过示例性方法28制造的卫星44可以包括各种系统46和主体48。卫星44所包括的系统46的示例包括但不限于推进系统54、电气系统56、通信系统58和电力系统60中的一者或更多者。也可以包括任何数量的其它系统。
功能框图
图5以功能框图的形式示出了根据一个示例的面板50。面板50由阵列52组成，该阵列52由单独附接至面板50的太阳电池10中的一个或更多个太阳电池组成。太阳电池10中的各个太阳电池吸收来自光源64的光62，并响应于此生成电输出66。
太阳电池10中的至少一个太阳电池至少包括：金属网格线14，其从太阳电池10的所有区域收集电流；汇流板16，其聚集来自网格线14的电流；以及接触垫18，其用于附接互连件24，以跨接接触垫18与其它器件(未示出)之间，从而建立电连接。
此外，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种设备，所述设备包括：用于建立电连接的一个或更多个互连件，所述互连件中的各个互连件由单趾组成，而没有连接至所述单趾的第二趾，并且没有连接的横杆。
条款2.根据条款1所述的设备，其中，所述互连件中的各个互连件都由一层或更多层导电可结合材料组成，所述导电可结合材料选自铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、钼(Mo)、
Figure BDA0002455065330000071
(铁镍钴合金)、殷钢(64FeNi)、或者其合金或组合。
条款3.根据条款1或2所述的设备，其中，所述互连件中的各个互连件的长度约为0.25英寸至1英寸、宽度为40密耳至100密耳、并且厚度为1密耳至2密耳。
条款4.根据条款1至3中任一项所述的设备，其中，所述互连件建立太阳电池的所述电连接。
条款5.根据条款4所述的设备，其中，多个互连件跨所述太阳电池的边缘均匀放置。
条款6.根据条款5所述的设备，其中，所述多个互连件包括跨所述太阳电池的边缘均匀放置的三个互连件，并且所述太阳电池的面积小于60cm2。
条款7.根据条款5所述的设备，其中，所述多个互连件包括跨所述太阳电池的边缘均匀放置的四个或更多个互连件，并且所述太阳电池的面积大于60cm2。
条款8.一种方法，所述方法包括以下步骤：制造用于建立电连接的一个或更多个互连件，所述互连件中的各个互连件由单趾组成，而没有连接至所述单趾的第二趾，并且没有连接的横杆。
条款9.根据条款8所述的方法，其中，所述互连件中的各个互连件都由一层或更多层导电可结合材料组成，所述导电可结合材料选自铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、钼(Mo)、
Figure BDA0002455065330000072
(铁镍钴合金)、殷钢(64FeNi)、或者其合金或组合。
条款10.根据条款8或9所述的方法，其中，所述互连件中的各个互连件的长度约为0.25英寸至1英寸、宽度为40密耳至100密耳、并且厚度为1密耳至2密耳。
条款11.根据条款8至10中任一项所述的方法，其中，所述互连件建立太阳电池的所述电连接。
条款12.根据条款11所述的方法，其中，跨所述太阳电池的边缘均匀放置多个互连件。
条款13.根据条款12所述的方法，其中，所述多个互连件包括跨所述太阳电池的边缘均匀放置的三个互连件，并且所述太阳电池的面积小于60cm2。
条款14.根据条款12所述的方法，其中，所述多个互连件包括跨所述太阳电池的边缘均匀放置的四个或更多个互连件，并且所述太阳电池的面积大于60cm2
条款15.一种方法，所述方法包括以下步骤：使用一个或更多个互连件来建立与一个或更多个太阳电池的电连接，所述互连件中的各个互连件由单趾组成，而没有连接至所述单趾的第二趾，并且没有连接的横杆。
条款16.根据条款15所述的方法，所述方法还包括以下步骤：与由所述一个或更多个太阳电池的阵列组成的面板中的所述一个或更多个太阳电池建立所述电连接。
条款17.根据条款16所述的方法，所述方法还包括以下步骤：与包括所述面板的空间载具中的所述一个或更多个太阳电池建立电连接。
条款18.一种设备，所述设备包括：一个或更多个太阳电池；以及用于与所述太阳电池建立电连接的一个或更多个互连件，所述互连件中的各个互连件由单趾组成，而没有连接至所述单趾的第二趾，并且没有连接的横杆。
条款19.根据条款18所述的设备，其中，所述一个或更多个互连件包括跨面积小于60cm2的所述太阳电池中的一个太阳电池的边缘均匀放置的三个互连件。
条款20.根据条款18或19所述的设备，其中，所述一个或更多个互连件包括跨面积大于60cm2的所述太阳电池中的一个太阳电池的边缘均匀放置的四个或更多个互连件。
条款21.根据条款18至20中任一项所述的设备，所述设备还包括由所述太阳电池的阵列组成的面板。
条款22.根据条款21所述的设备，所述设备还包括具有所述面板的空间载具。

Claims (10)

1.一种设备，所述设备包括：
用于建立电连接的一个或更多个互连件(24)，所述互连件(24)中的各个互连件由单趾(26)组成，而没有连接至所述单趾(26)的第二趾(20)，并且没有连接的横杆(22)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述互连件(24)中的各个互连件由一层或更多层导电可结合材料组成，所述导电可结合材料选自铝Al、铜Cu、银Ag、金Au、钼Mo、铁镍钴合金、殷钢64FeNi、或者其合金或组合。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述互连件(24)中的各个互连件的长度约为0.25英寸至1英寸、宽度为40密耳至100密耳、并且厚度为1密耳至2密耳。
4.一种方法，所述方法包括以下步骤：
制造用于建立电连接的一个或更多个互连件(24)，所述互连件(24)中的各个互连件由单趾(26)组成，而没有连接至所述单趾(26)的第二趾(20)，并且没有连接的横杆(22)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述互连件(24)中的各个互连件由一层或更多层导电可结合材料组成，所述导电可结合材料选自铝Al、铜Cu、银Ag、金Au、钼Mo、铁镍钴合金、殷钢64FeNi、或者其合金或组合。
6.一种方法，所述方法包括以下步骤：
使用一个或更多个互连件(24)来建立与一个或更多个太阳电池(10)的电连接，所述互连件(24)中的各个互连件由单趾(26)组成，而没有连接至所述单趾(26)的第二趾(20)，并且没有连接的横杆(22)。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括以下步骤：与由所述一个或更多个太阳电池(10)的阵列(52)组成的面板(50)中的所述一个或更多个太阳电池(10)建立电连接。
8.一种设备，所述设备包括：
一个或更多个太阳电池(10)；以及
用于与所述太阳电池(10)建立电连接的一个或更多个互连件(24)，所述互连件(24)中的各个互连件由单趾(26)组成，而没有连接至所述单趾(26)的第二趾(20)，并且没有连接的横杆(22)。
9.根据权利要求8所述的设备，所述设备还包括由所述太阳电池(10)的阵列(52)组成的面板(50)。
10.根据权利要求8或9所述的设备，所述设备还包括具有所述面板(50)的空间载具。
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