DE2363120A1

DE2363120A1 - Sonnenzellenanordnung

Info

Publication number: DE2363120A1
Application number: DE2363120A
Authority: DE
Inventors: Gilbert R Brooks; Thomas C Eakins; George Wolff
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-01-02
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1974-07-11
Also published as: DE2363120B2; FR2212649B1; FR2212649A1; JPS49102284A; US3952324A; GB1398457A; IT1000341B

Description

Anmelderin: Stuttgart, 17· Dezember 1973

Hughes Aircraft Company P 2795 L/mi

Gentinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Sonnenzellenanordnung

Die Erfindung betrifft eine Sonnenzellenanordnung mit auf einem plattenförmigen Träger befestigten flachen Sonnenzellen,, die zur Bildung von Sonnenzellengruppen elektrisch miteinander verbunden sind, und mit Sperrdioden, die mit den Sonnenzellengruppen in Reihe geschaltet sind.

409828/0738

Die Leistungsfähigkeit praktisch aller Raumfahrzeuge ist in hohem Maße durch die Menge elektrischer Energie begrenzt, die während des Fluges zur Verfugung steht. Als leistungsfähigste Energiequellen haben sich Anordnungen von Photo- oder Sonnenzellen erwiesen, mit denen Sonnenlicht in elektrischen Strom umgewandelt wird. Bei früheren Raumfahrzeugen war es üblich, die Außenfläche des Raumfahrzeuges abschnittsweise mit Sonnenzellenanordnungen zu bedecken, deren Größe durch die Dimensionen des Raumfahrzeuges und deren Wirkungsgrad durch Abschattung und den Einfluß des Einfallswinkels des Sonnenlichtes begrenzt war.

Als die Größe der Raumfahrzeuge zunahm, wuchs das für leistungsverzehrende Nutzlasten verfügbare Volumen mit der dritten Potenz der Lineardimensionen der Raumfahrzeuge, während deren Oberfläche nur mit dem Quadrat der linearen Dimensionen zunahm. Demzufolge wurde die elektrische Leistung, die von an der Oberfläche befestigten Sonnenzellen pro Nutζlast-Volumeneinheit zur Verfügung stand, mit zunehmender Größe der Raumfahrzeuge immer kleiner.

Eine Lösung des Problems, die elektrische Ausgangsleistung einer SonnenzeHenanordnung zu erhöhen, wurde in einer Vergrößerung der Fläche der Anordnung durch die Verwendung einer gefalteten oder aufgerollten Anordnung gefunden, die mechanisch entfaltet oder entrollt wird, wenn das Raumfahrzeug seine für den Einsatz vorgesehene Umlauf- oder Flugbahn erreicht hat. Dieses Prinzip hat

409828/073 8

sich im schwerelosen Raum als erfolgreich erwiesen, da eine solche ausfahrbare Anordnung mit geringem Gewicht und niedrigem Leistungsbedarf ausgeführt werden kann. Es ist auch erwünscht, daß die Anordnung in Zeitspannen, in denen zur Durchführung von Kurskorrekturmanövern oder Anlegemanövern unter Schub geflogen wird, oder während des Ausstoßens von Abfallstoffen eingezogen werden kann, damit eine Beschädigung der Sonnenzellen vermieden werden kann.

Die Sonnenzellen sind bei den oben beschriebenen, entfaltbaran Anordnungen und ebenso bei den feststehenden Anordnungen üblicherweise auf Plattensystemen befestigt, bei denen zwei oder drei einander benachbarte Reihen einer Anzahl in Serie geschalteter Sonnenzellen parallel geschaltet sind. Diese Serieη-ParaHe1-Gruppen sind dann über geeignete Sammelschienen mit den leistungsverzehrenden Einrichtungen und dem Aufladesystem für die Batterien des Raumfahrzeuges verbunden. Nahezu alle dieser Sonnenzellen tragenden Plattensysteme benutzen Dioden, die jeweils zwischen einer Sonnenzellengruppe und einer Sammelschiene in Reihe geschaltet sind, um einen Ausfall einer ganzen Platte zu vermeiden, wenn ein Kurzschluß in einer einzelnen Sonnenzellenreihe einer Gruppe auftritt, und um größere Leistungsverluste zu vermeiden, wenn ein Teil der Platte abgeschattet ist. Auch tragen diese Dioden dazu bei, eine Entladung der Batterie durch eine im Dunkeln liegende Sonnenzellenplatte und eine lokale Aufheizung infolge von Abschattungen oder bei anomaler Leistungsabgabe

409828/0738

der Zellen zu verhindern. Zur Erzielung dieser "Sperrfunktionen" sind übliche Dioden benutzt worden, die allgemein eine zylindrische Form aufweisen, und es ist bei starren flachen Sonnenzellenplatten und bei zylindrischen Sonnenzellenanordnungen dem im Vergleich zur Dicke der Deckglasschicht der Sonnenzellen großen Durchmesser der Dioden dadurch Rechnung getragen worden, daß die Dioden in Aussparungen angeordnet worden sind, die in den Träger gebohrt wurden.

Bei starren zylindrischen Anordnungen, die die Außenfläche eines Raumfahrzeuges bedecken, stellt die Befestigung der Dioden in Aussparungen keine besondere Schwierigkeit dar. Jedoch führen solche Aussparungen bei den bevorzugt verwendeten, eine größere Oberfläche aufweisenden, starr befestigten und faltbaren Plattenanordnungen zu einer beträchtlichen Schwächung des Aufbaus, da sie gewöhnlich in einer Reihe am Ende der Sonne nzeilengruppen in unmittelbarer Nähe der Verbindung der Platten mit dem Hauptkörper des Raumfahrzeuges angeordnet sind, wo die mechanischen Belastungen konzentriert sind.

Bei einer flexiblen, aufrollbaren Sonnenzellenanordnung, die einen Träger mit einer ,typischen Dicke von . etwa 0,05 mm und eine die Sonnenzellen bedeckende Glasur mit einer Dicke von 0,32 bis 0,36 mm aufweist, werfen jedoch Dioden mit großem Durchmesser ernste Konstruktionsprobleme auf. Eine bekannte Lösung dieses Problems besteht darin, die Dioden in Aussparungen zu

LQ9 828/0738

befestigen, die in die Trommel oder die Walze der aufwickelbaren Anordnung gebohrt'sind, und isolierte Sammelschienen von ,jeder Plattengruppe zu der Trommel zu führen, wo sie mit den in einer Wärmesenke angeordneten Dioden verbunden werden.

Sperrdioden sind insbesondere bei aufrollbaren Anordnungen notwendig, bei denen ein Teil der Anordnung eingezogen, d. h. auf der Trommel aufgerollt, und nur der restliche Teil der Anordnung beleuchtet ist. Der eingezogene Abschnitt wirkt dann als elektrische Last für den beleuchteten Teil, wenn der eingezogene Teil nicht durch Dioden abgetrennt ist. Wenn dieser Teil nicht gesperrt ist, so führen durch die eingezogenen, aufgerollten Abschnitte fließende Leckströme in diesen Abschnitten zu einem Temperaturanstieg, wodurch ihre Stromaufnahme ansteigt, der zu einem weiteren Anstieg der Temperatur führt, der wiederum ein weiteres Anwachsen der Leckströjne ermöglicht. Diese Effekte könnten fortgesetzt andauern, bis eine Beschädigung der Zellen eintritt und/oder die eingezogenen Abschnitte als vollständiger Kurzschluß für den Rest der stromerzeugenden Platte wirken. Hieraus ergibt sich, daß ohne Sperrdioden die Ausgangsleistung der ganzen Platte verloren gehen könnte.

In dem Maß, in dem die aufrollbaren oder dünnen Sonnenzellenplatten größer und beispielsweise durch zusätzliche Stelleinrichtungen für die Platten komplizierter werden, wird die Verwendung üblicher Dioden in der

A09828/0738

bekannten Weise immer schwieriger, die Zahl der isolierten Sammelschieneη immer größer und die zur Abführung der Wärme von den Dioden verfügbare Fläche geringer.

Aufgabe der Erfindung ist es, die behandelten Nachteile der bekannten Sonnenzellenanordnungen zu vermeiden und eine SonnenzeHenanordnung zu schaffen, bei der der notwendige Diodenschutz erzielt wird, ohne daß zusätzliche Wärmesenken vorgesehen werden müssen, die ferner in größtmöglichem Umfang die Verwendung von Dioden zur Isolation ermöglicht und den Bedarf an langen, isolierten Sammelschienen auf ein Minimum reduziert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sperrdioden eine der Form, der Sonnenzellen entsprechende flache Form aufweisen und in einer im wesentlichen koplanaren Anordnung Seite an Seite mit den Sonnenzellen auf dem plattenförmigen Träger befestigt sind.

Durch die Erfindung wird eine Sonnenzellenanordnung geschaffen, bei der ein Ausfallen einer gesamten Sonnenzellenplatte infolge einer kurzgeschlossenen Sonnenzellengruppe oder ein größerer Leistungsabfall in einem Raumfahrzeug im Falle einer teilweisen Abschattung einer Sonnenzellenplatte verhindert ist. Der besondere Vorteil der erfindungsg^mäßen Sonnenzellenanordnung besteht in ihrem einfachen Aufbau, der es auch ermöglicht, daß zusätzliche Einrichtungen zur Abstrahlung

409828/0738

der von den Dioden erzeugten Wärme entfallen können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Sonnenzellengruppen zusammen mit Sperrdioden in .ein und demselben Lot- oder Schweißarbeitsgang hergestellt wer den können. Durch die Erfindung wird ferner eine Sonnenzelle nanordnung geschaffen, bei der die Sonnenzellengruppen im Verlauf aller Produktionsschritte einschließlich der Endmontage der Sonnenzellenanordnung einzeln geprüft werden können. Auch können bei der erfindungsgemäßen Sonnenzellenanordnung die Sperrdioden dieselbe Größe und Form aufweisen wie die unmittelbar benachbarten Sonnenzellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Sonnenzellenanordnung aus Sonnenzellenplatten mit einem plattenförmigen Träger. Auf diesem Träger ist eine Anzahl von verhältnismäßig dünnen Sonnenzellen, die jeweils eine relativ große obere und untere Fläche aufweisen, einander benachbart und in verhältnismäßig geringem Abstand so befestigt, daß ihre unteren Flächen an den Träger angrenzen. Die Sonnenzellen sind elektrisch miteinander zu Gruppen verbunden, deren elektrische Anordnung die gewünschten Spannungs- und Stromverhältnisse ergibt. Erfindungsgemäß sind relativ dünne -Sperrdioden vorgesehen, die verhältnismäßig große obere und untere Flächen aufweisen und in verhältnismäßig geringem Abstand von den Sonnenzellen derart auf dem Trä ger befestigt sind, daß ihre unteren Flächen an .'den Träger angrenzen; Mit jeder der"Sonnenzellengruppen ist jeweils mindestens eine dieser Dioden in Reihe

409828/0738

geschaltet, um zu verhindern, daß im Falle eines sich in den Sonnenzellengruppen bildenden Kurzschlusses die Sonnenzellenplatte vollständig ausfällt, und daß ein größerer Leistungsabfall stattfindet, wenn die Sonnenzellenplatte teilweise abgeschattet wird.

Eine Sperrdiode, wie sie bei der erfindungsgemäßen Sonnenzellenanordnung verwendet wird, kann eine verhältnismäßig dünne Halbleiterscheibe umfassen, die parallel zueinander verlaufende und verhältnismäßig große, obere und untere Flächen aufweist und mindestens zwei verschieden dotierte Bereiche umfaßt, zwischen denen ein Halbleiterübergang besteht. Der erste dieser Bereiche erstreckt sieh bis zu einem vorbestimmten Abstand von der oberen Fläche aus nach innen und ist längs des Randes der oberen Fläche und im Inneren der Halbleiterscheibe durch den zweiten dieser Bereiche begrenzt, so daß ein flächenhafter Aufbau des Halbleiterubergangs erzielt ist. Auf der oberen Fläche ist ein erster Kontakt oder eine erste Elektrode angeordnet, die nur mit dem ersten Bereich in ohmschem Kontakt steht, während auf der unteren Fläche der Scheibe eine zweite Elektrode angeordnet ist, die mit dem zweiten Bereich in ohmschem Kontakt steht. Die Sperrdiode umfaßt auch eine Abdeckung der oberen Fläche, die ein Eintreten von Sonnenlicht in die Halbleiterscheibe und dessen Einfluß auf den Halbleiterübergang verhindert.

Ferner kann zum Verhindern von Leckströmen, die über den Halbleiterübergang an der oberen Fläche der

A09828/0738

Halbleitersciieibe hinwegfließen, auf diese obere Fläche eine Isolierschicht vorgesehen sein, die am Rand des ersten Bereichs mit den beiden Bereichen in Kontakt steht.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination verwirklicht sein. Ss zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine teilweise aufgebrochene Sperrdiode nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Sperrdiode nach Fig. 1 längs der Linien 2-2,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine teilweise aufgebrochene Sperrdiode nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4· einen Schnitt durch die Diode nach Fig. 3 längs der Linie 4-4,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Abschnittes einer Sonnenzellenplatte, auf deren Träger neben einer Anzahl Sonnenzellen eine Sperrdiode nach der Erfindung angeordnet ist.

409828/073S

- ίο -

Fig. 6 eine schematische Darstellung verschiedener typischer elektrischer Verbindungsmöglichkeiten zur Bildung verschiedener Sonnenzellengruppen, ' deren jede mit einer oder mehreren Sperrdioden verbunden ist,

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Erholungavorgangs einer Sperrdiode nach einer plötzlichen Spannungsumkehrung und

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Abschnittes einer Sperrdiode nach einer weiteren Ausfiihrungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen eine Isolationsoder Sperrdiode, die zum Gebrauch in Verbindung mit Sonnenzellenplatten, wie sie bei üblichen flexiblen, aufrollbaren oder starren, flachen oder zylindrischen Anordnungen von Sonnenzellenplatten verwendet werden, bestimmt und auf einer solchen direkt befestigt ist. Die dargestellte Sperrdiode 11 umfaßt eine relativ dünne Halbleiterscheibe 15 mit parallelen und verhältnismäßig großen oberen und unteren Flächen 15 und Ύ] und mit mindestens zwei verschieden dotierten Bereichen 19 und 21, die einen dazwischenliegenden Halbleiterübergang bilden, der durch eine gestrichelte Linie 23 dargestellt ist» Der erste Bereich iy erstreckt sich von der oberen Fläche 15 aus um eine vorbestimmte Strecke nach innen und ist längs des Randes der oberen Fläche 15 und im Inneren der Halbleiterscheibe durch den zweiten Bereich 21 begrenzt. Auf der oberen Fläche 15 ist eine

4 0 9 8 28/0738

erste elektrisch, leitende Elektrode 25 angeordnet, die nur mit dem ersten Bereich 19 in ohmschem Kontakt steht, und auf der unteren Fläche 17 ist eine zweite Elektrode 27 angeordnet, die nur mit dem zweiten Bereich 21 leitend verbunden ist. Auf die obere Fläche und die erste Elektrode 25 ist zur Abschirmung der Sonnenstrahlung eine beispielsweise aus aluminiertem Kunststoff bestehende Schutzschicht 29 aufgebracht, so daß die Sonnenstrahlung den Halbleiterübergang nicht beeinflussen kann. Die Schutzschicht 29 besteht vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen, das ein vollständig fluoriertes Copolymer von Hexafluorpropylen und Tetrafluoräthylen ist. Sie ist mit einer Durchlaßöffnung 31 versehen; sie bildet auch einen Schutz gegen auftreffende, aus einzelnen Teilchen bestehende Raumstrahlung und weist vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der Temperaturregelung auf, nämlich ein niedriges Absorptionsvermögen (öl) für das Sonnenlicht und ein hohes thermisches Emissionsvermögen (f.).

Die Halbleiterscheibe 13 kann aus jedem halbleitenden Material, beispielsweise Silizium, bestehen und aus einem zur Erzeugung des dargestellten, flächigen Halbleiterübergangs vordotierten Kristallblock hergestellt sein, der entweder n- oder p-leitend ist. Die Elektroden 25 und 27 können aus abgeschiedenem Silber-Titan (AgTi) oder aus Aluminium bestehen, das besonders gut leitend, leicht schweißbar und betriebssicher ist und eine gute Beständigkeit gegen Umgebungseinflüsse aufweist.

4 0 9 8 2 8/0738

Die Sperrdiode 11 hat einen dünnen flachen Aufbau, damit ihre Abmessungen der üblichen Größe und Form typischer Sonnenzellen entsprechen. Das Aussehen der Sperrdiode 11 unterscheidet sich daher wesentlich von demjenigen der bisher in Verbindung mit Sonnenzeilenplatten verwendeten Sperrdioden, die rohrförmig und wesentlich dicker waren als eine Sonnenzelle und deren Gestalt, wie oben erwähnt, einer Befestigung an dünnen, faltbaren oder aufrollbaren Anordnungen von Sonnenzeilenplatten hinderlich war. Demgegenüber kann die Sperrdiode 11 unmittelbar an Sonnenzellengruppen angrenzend befestigt und zu verschiedenen Gruppen solcher Zellen in Serie geschaltet werden, so daß getrennte, lange und isolierte Sammelschienen nicht länger erforderlich sind. Beispielsweise kann die Halbleiterscheibe 13 nur 0,2 mm dick und nur 1 cm lang und 2 cm breit sein.

Die Größe und Form der Sperrdiode 11 ist auch deshalb wichtig, weil sie die Möglichkeit bietet, die Sperrdiode bei der automatischen maschinellen oder manuellen Herstellung von Sonnenzellengruppen wie eine Sonnenzelle zu behandeln. Die große Fläche des Halbleiterübergangs unterstützt die Wärmeabfuhr, was von Bedeutung ist, weil die Dioden in einer leichten flexiblen Anordnung thermisch nur schwach gekoppelt sind und die in ihnen erzeugte Wärme nahezu vollständig durch Abstrahlung abgeführt werden muß.

Die Sperrdiode 11 kann auf dem Träger einer Sonnenzellenplatte in jeder üblichen Weise befestigt werden,

409828/0738

jedoch, muß das Material der Elektrode berücksichtigt werden. Aus diesem G-runde werden Silber-Titan-Elektroden oder -Kontakte oft in Verbindung mit verlöteten Sonnenzellengruppen verwendet, während Aluminium als weiteres in Frage kommendes Elektrodenmaterial bei verschweißten Sonnenzellengruppen verwendet werden kann. Da jedoch, das Aluminium als "p"-Dotiermaterial wirkt, sollte ein .stark dotiertes n⁺-Material als Ausgangssubstrat verwendet werden, um den Effekt möglichst klein zu halten, daß auf der Rückseite,der "n"-Seite, unerwünschte Schottky-Sperrschichten entstehen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen auch., daß zwischen der oberen Fläche 15 und der Schutzschicht 29 ein Schutzstreifen 33, der beispielsweise aus thermisch diffundiertem Glas besteht, so angeordnet ist, daß er an der längs des Randes der Halbleiterscheibe verlaufenden Grenze 35 des ersten Bereichs 19 in Kontakt mit den beiden dotierten Bereichen 19 und 21 steht und an der oberen Fläche der Halbleiterscheibe Leckströme über den Halbleiterübergang 23 verhindert. Der Schutzstreifen 33 kann sich an den seitlichen Flächen der Halbleiterscheibe 13 nach unten erstrecken oder abgeätzt sein, wie es der dargestellten Ausführungsform entspricht.

Die Größe und die Anordnung des ersten dotierten Bereichs sowie der oberen oder ersten Elektrode 25 können bei Bedarf dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden, wie es beispielsweise in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Hierbei verläuft der Halbleiterübergang 23'

409828/0738

in geringerem Abstand vom Rand der Halbleiterscheibe 13' und die erste Elektrode 25' weist eine wesentlich kleinere Fläche auf und ist am einen Ende der Halbleiterscheibe neben dem Glasschutzstreifen 33' angeordnet. Diese Ausbildung gleicht mehr der Elektrodenanordnung typischer Sonnenzellen und erleichtert die Verbindung mit den Sonnenzellen. Bei dieser Ausführungsform ist eine versilberte oder aluminierte Schutzschicht 29' aus geschmolzenem Quarz auf die Diode 11' aufgebracht, die dieselbe Funktion erfüllt wie die Schutzschicht 29 bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung.

Eine vereinfachte Darstellung einer solchen Verbindung einer Diode mit einer Sonnenzelle ist in Fig. 5 dargestellt, die zwei mittels eines Z-förmigen metallischen Leiters 55 i& Reihe geschaltete Sonnenzellen 51 und 53 und eine Sperrdiode 11' zeigt, die mit der Sonnenzelle 53 mittels eines weiteren Z-förmigen Leiters 57 in Serie geschaltet ist. Die Sonnenzellen und die Diode sind in der dargestellten Weise mit Hilfe üblicher Verfahren auf dem Träger 59 einer Sonnenzellenplatte befestigt _t und die untere oder zweite Elektrode 27' ist mit Hilfe einer isolierten Sammelschiene 61 elektrisch mit dem Verbraucherstromkreis eines Raumfahrzeuges verbunden.

Wie oben ausgeführt, sind die Sperrdioden der oonnenzellenpiatte mit Sonnenzellengruppen in Reihe geschaltet, um zu verhindern, daß im Falle eines in einer einzigen Gruppe auftretenden Kurzschlusses ein vollständiger

•A

409828/0738

Ausfall der Sonnenzellenplatte oder ira Falle einer teilweisen Abschattung· der Platte ein größerer Leistungsabfall eintritt. Die Fig. 6 zeigt in schemati- . scher Darstellung einige von vielen möglichen Anordnungen von SonnenzeHengruppeη, deren jede eine oder mehrere auf der Platte befestigte Sperrdioden 11 aufweist., die zwischen einer Sonnenzellengruppe und ihrem Verbraucherstromkreis in Reihe geschaltet sind.

In Fig. 6 ist eine erste Sonnenzellengruppe 71 mit Sonnenzellen dargestellt, die in drei parallelen Reihen 73A bis 73C angeordnet sind, deren jede eine beliebige gewünschte Anzahl in Reihe geschalteter Sonnenzellen 75 umfaßt. Das eine Ende 77 der Gruppe 71 ist direkt mit einer ersten Sammelschiene 79 verbunden, während ihr anderes Ende 81 über zwei auf der Platte befestigte Sperrdioden 11A und 11B mit einer gemeinsamen zweiten Sammelschiene 83 verbunden ist. Die Zahl der benötigten Dioden läßt sich durch einfache Überlegungen ermitteln, die der Fachmann aufgrund seiner Kenntnisse anstellen kann.

Eine weitere typische Sonnenzellengruppe 85 mit nur einer einzigen Reihe von Zellen 75 ist ebenfalls in Fig. 6 dargestellt. Das untere Ende 87 dieser Gruppe ist direkt mit der gemeinsamen Sammelschiene 83 u-nd ihr oberes Ende 89 über eine Diode 11C mit einer ihr zugeordneten dritten Sammelschiene 91 verbunden. Ferner ist in Fig. 6 eine typische Abwandlung einer Anordnung mit einer einzigen Reihe von Zellen 75 dargestellt. Hierbei

AD9828/Ü738

sind Reihen 93 und 95 in Serie geschalteter Sonnenzellen in einem gemeinsamen Knoten mit einer vierten Sammelschiene 99 verbunden. Die obere Reihe 93 ist mit dem Knoten 97 direkt verbunden und mit einer auf der Sonnenzellenplatte befestigten Diode 11D versehen, die zu einer weiteren Sammelschiene 101 führt. Die untere Reihe 95 umfaßt ebenfalls eine in Serie geschaltete Isolations- oder Sperrdiode 11E und ist zwischen die gemeinsame Sammelschiene 83 und den Knoten 97 geschaltet.

Die beschriebenen, auf Sonnenzellenplatten befestigten Sperrdioden weisen in Durchlaßrichtung einen typischen-Spannungsabfall von 1 V bei 3 A und 25°0 auf und eine Sperrspannung von 200 V bei beträchtlich weniger als 1 mA. Bei bestimmten Anwendungen ist die Erholzeit von Bedeutung, und es zeigt das in Fig. 7 dargestellte Diagramm einen typischen Erholvorgang, dessen charakteristische Zeit trr nur etwa 2/US beträgt.

In Fig. 8 ist ein Abschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Sperrdiode eine verhältnismäßig dünne Halbleiterscheibe 43 mit parallel zueinander verlaufenden oberen und unteren ebenen Flächen 45 bzw. 47. Die Halbleiterscheibe 45 ist mit oberen und unteren Elektroden 49 und 50 aus leitendem Material versehen, die ähnlichen Zwecken dienen wie die vergleichbaren Elemente der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Halbleiterscheibe 43 weist ferner einen ersten dotierten

409828/0 7 38

Bereich 63 auf, der sich, von der oberen Fläche 4-5 aus eine vorbestimmte Strecke nach innen erstreckt und an seinem Rand durch die Seitenflächen 65 der Halbleiterscheibe und innerhalb derselben durch einen zweiten Bereich 67 begrenzt ist, der eine andere Dotierung aufweist, so daß zwischen diesen Bereichen ein Halbleiter-Übergang 69 gebildet ist. Obwohl es in der Fig. 8 nicht dargestellt ist, kann mittels irgendeines gängigen Verfahrens eine isolierende !schutzschicht auf die Seitenflächen 65 der Halbleiterscheibe 4-3 aufgebracht werden, die den Rand des Halbleiterüberganges 69 überdeckt und das Auftreten von Lec.kströmen zwischen den beiden verschieden dotierten Bereichen 63 und 67 verhindern hilft. Wie bei allen anderen Ausführungsformen der Erfindung ist die Diode auf ihrer oberen Fläche 4-5 mit einer Schutzschicht 70 gegen das Sonnenlicht versehen, die aufgeklebt oder auf andere Weise an der Diode befestigt ist.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß es die Umgebungseinflüsse, denen die Sonnenzellen ausgesetzt sind, erfordern, daß die Sperrdioden Eigenschaften aufweisen, die denen der Sonnenzellen sehr ähnlich sind. Dies bedeutet im wesentlichen, daß die Dioden in weiten Temperaturbereichen (-180⁰G bis +150 C) zuverlässig arbeiten müssen, daß sie mit einer Sonnenzellengruppe verbindbar sein müssen und daß sie gegebenenfalls auf einen dünnen, flexiblen Träger aufbringbar sein müssen, ohne daß dadurch Schwächungen des Aufbaus eintreten. Die Sperrdioden nach der Erfindung weisen diese wesentlichen

409828/0 738

Eigenschaften auf.

Die neuartige Ausbildung der Sperrdioden vereinfacht die Konstruktion von Sonnenzellenplatten, vermindert beträchtlich deren Gewicht, weil sie keinerlei Einrichtungen zur Unterstützung der Wärmeabstrahlung von den Dioden erfordern, und ermöglicht es, die Sonnenzellengruppen unter Einschluß der vorgesehenen Sperrdioden in demselben Lot- oder Schweißarbeitsgang herzustellen. Die Erfindung ermöglicht es ferner, die Sonnenzellengruppen im Verlauf eines jeden Produktionsschrittes einschließlich der Bndkontrolle einer fertigen Sonnenzellenplatte einzeln zu prüfen, und verbessert die Zuverlässigkeit von Sonnenzellenplatten, was sich auf die Kosten sehr günstig auswirkt.

Obwohl einige Werkstoffe ausdrücklich erwähnt worden sind, versteht es sich, daß die Erfindung auch unter Verwendung anderer Materialien, die ähnliche erwünschte Eigenschaften aufweisen, hergestellt und benutzt werden kann. Auch sollte festgehalten werden, daß die dargestellte spezielle Anordnung der dotierten Bereiche umgekehrt werden kann, um mit der bei einem besonderen Plattensystem benutzten Polung der Sonnenzellen verträglich zu sein. Ferner ist die Erfindung nicht auf die Größe und Form der beschriebenen Elektroden und dotierten Bereiche beschränkt, und es sind dem Fachmann zahlreiche Änderungen und Abwandlungen der Erfindung möglich, ohne das Prinzip oder den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

4098^8/0

Claims

Patentansprüche

M 1.)Sonnenzelienanordnung mit auf einem plattenförmigen Träger befestigten flachen Sonnenzellen, die zur Bildung von Sonnenzellengruppan elektrisch miteinander verbunden sind, und mit Sperrdioden, die mit den Sonnenzellengruppen in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrdioden (11) eine der Form der Sonnenzellen (51, 53) entsprechende flache Form aufweisen und in einer im wesentlichen koplanaren Anordnung Seite an Seite mit den Sonnenzellen auf dem plattenförmigen Träger (59) befestigt sind.
2. Sonnenzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sperrdiode (11) eine dünne Halbleiterscheibe (13; 4-3) mit zwei übereinanderliegenden, verschieden dotierten Bereichen (19 und 21; 63 und 67) umfaßt, die einen zwischen ihnen angeordneten Halbleiterübergang (23j 65) bilden, und daß zwei flache Elektroden (25 und 27; 49 und 50) vorgesehen sind, die mit je einem der dotierten Bereiche (19 bzw. 21; 63 bzw. 67) in ohmschem Kontakt stehen.
3. Sonnenzellenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere dotierte Bereich (19) längs seines Umfangs von dem unteren dotierten Be reich (21) begrenzt wird, der sich bis zur oberen Fläche (15) der Halbleiterscheibe (13) erstreckt.

409828/0738
4. Sonnenzellenanordnung nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem oberen dotierten Bereich (19) und dem diesen umgebenden Teil des unteren dotierten Bereichs (21) eine Schutzschicht (33) angeordnet ist, die an der oberen Fläche der Halbleiterscheibe (13) über den Halbleiterübergang fließende Leckströme verhindert.
5. Sonnenzellenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (33) als Streifen thermisch diffundiertes Glas ausgebildet ist.
6. Sonnenzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die obere Seite der Sperrdiode (11; 43) eine die Diode gegen Sonnenstrahlung abschirmende Schutzschicht (29; 70) aufgebracht ist.
7. Sonnenzellenanordnung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (29) im Bereich der oberen Elektrode (29) eine Durchlaßöffnung (31) aufweist.
8. Sonnenzellenanordnung nach Anspruch 6 oder 7j dadurch, gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (29) eine aufgeklebte, aluminierte Polytetrafluoräthylenschicht ist.
9. Sonnenzellenanordnung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht

409828/0738

(29) eine aluminierte oder versilberte Schicht aus geschmolzenem Quarz ist.

409828/0 7 38