DE4017933A1

DE4017933A1 - Solarzellenelement mit einem deckglas

Info

Publication number: DE4017933A1
Application number: DE4017933A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Floedl
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1991-12-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenelement mit den Merk malen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

In der Raumfahrt werden zur Energieversorgung von Satelli ten aus einer Vielzahl von Solarzellen bestehende Solar generatoren benötigt, mit deren Hilfe die Strahlungsenergie der Sonne auf fotoelektrischem Wege in elektrische Energie umgewandelt wird. Verwendet werden Solarzellen, die vor atmosphärischen Einflüssen, wie Feuchte, Korrosion und hoch energetischer Teilchenstrahlung geschützt sind. Derartige Solarzellen sind beispielsweise aus der DE-PS 21 13 410 bekannt, die aus einkristallinem Material des Types n auf p bzw. p auf n bestehen und die mit weiteren Solarzellen mit tels elektrisch leitender Verbinder durch Lötung oder Schweißung zu Modulen vereinigt sind. Bei jeder Solarzelle ist die gesamte Oberfläche einschließlich der bereits an den Kontakten angebrachten Verbinder mit einem Deckglas ver sehen, beispielsweise mit einem unter Verwendung eines transparenten Klebers aufgeklebten Deckglas oder mit einem integrierten, d. h. aufgedampften, Deckglas.

Wie der Broschüre der esa "European Space Technology", Juni 1989, Seiten 3-16 und 3-17 zu entnehmen ist, wurden großflächige Raumfahrtzellen mit Zellengrößen von ca. 4 cm × 7 cm entwickelt. Die Zellendimensionen können jedoch bei Raumfahrtanwendungen nicht beliebig vergrößert werden ohne eine Reduzierung des Füllfaktors (FF) hinnehmen zu müssen, da der erzeugte Strom nicht verlustlos von der Zellenober fläche abgeleitet werden kann, denn die Verlustleistung (P_V) am Innenwiderstand der Solarzelle (R_S) steigt quadra tisch zum Strom (I) nach der Formel P_V = I² × R_S an.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Solar zellenelement mit Deckglas für Raumfahrtanwendungen zu schaffen, das eine Vergrößerung der elektrisch aktiven Fläche pro Deckglas gegenüber herkömmlichen Zellenstrukturen aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Durch die Verwendung mehrerer Einzelzellen sowie deren über lappende Anordnung wird vorteilhafterweise erreicht, daß die aktive Fläche unter dem Deckglas vergrößert ist, da bei der Verwendung von beispielsweise vier Einzelzellen die Verbin derfläche von drei Einzelzellen mit der aktiven Fläche einer benachbarten Einzelzelle überdeckt ist und gleichzeitig zwischen den Einzelzellen keine passiven Abstände vorhanden sind. Dies kann zur Erhöhung des Flächenwirkungsgrades eines Solarzellenpanels führen. Von Vorteil ist demnach, daß bei gleicher geforderter Leistung eine Panelfläche erforderlich ist, so daß das in der Raumfahrt eine wichtige Rolle spielende Leistungsgewicht des Solar generators verbessert werden kann.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben. So wird im Anspruch 7 beansprucht, daß die Einzelzellen in ihren Überlappungen elektrisch parallel und seriell miteinander verschaltet sind. Hier durch wird vorteilhafterweise erreicht, daß das Solarzellen element unter einem Deckglas nicht nur einen erhöhten Strom je Flächeneinheit abgibt, sondern daß auch eine Spannungs addition der in Serie verbundenen Solarzellen erzielt wird.

Bei terrestrischen Solargeneratoren ist die Verwendung von schindelartig angeordneten Solarzellen bekannt. So ist in der DE-PS 37 08 548 ein Solarzellenmodul aus überlappend an geordneten und elektrisch parallel und seriell miteinander in der Überlappungszone verbundenen Solarzellen beschrieben. Hier werden die aus mindestens zwei Solarzellen bestehenden Solarzellen-Zeilen derartig überlappend angeordnet, daß die durch die Aneinanderreihung von Solarzellen zu einer Solarzellen-Zeile entstehenden Stoßfugen gegenüber jenen in benachbarten Solarzellen-Zeilen gegeneinander versetzt sind. Die an der Vorderseite und die an der diametral gegenüberliegenden Rückseite auf der ganzen Länge der Solarzellen-Zeile durchgehenden Überlappungszonen dienen zur direkten Kontaktierung sowohl der in den Solarzellen-Zeilen aneinandergereihten Solarzellen als auch der aufeinander folgenden Solarzellen-Zeilen. Die Kontaktierung der Solarzellen-Zeilen an den Überlappungszonen erfolgt durch Löten. Diese Anordnung der Solarzellen ermöglicht die Lami nierung von sehr großen Modulflächen, wobei allerdings auch großflächige Trägerplatten z. B. in Form von Glasplatten und großflächige Schutzeinbettungen erforderlich sind. Dieser Modulaufbau ist zur Raumfahrtanwendung nicht geeignet, da man aufgrund hoher Temperaturwechselbeanspruchungen auf kleinere Einzeldeckgläser angewiesen ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Er findung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein aus vier Einzelzellen bestehendes Solarzellenelement mit Verbinderan schlüssen,

Fig. 2 eine Draufsicht zur Fig. 1, und

Fig. 3 ein Schaltschema zur seriellen und parallelen Ver schaltung von kleineren Einzelzellen.

In Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Anordnung im wesent lichen aus einem dünnen Deckglas 1 und insgesamt vier Ein zelzellen 3, wobei das Deckglas 1 mittels eines transparenten Klebers 2, vorzugsweise auf Silikonbasis, auf die lichtem pfindlichen Oberflächen der Einzelzellen 3 aufgeklebt ist. Jede Einzelzelle 3 weist auf ihrer das einfallende Licht aufnehmenden Oberfläche ein Kontaktfingersystem mit in Kan tennähe verlaufenden Kontaktinseln und auf ihrer entgegenge setzten Oberfläche einen ganzflächigen Rückseitenkontakt auf. Die Kontakte sind zeichnerisch nicht dargestellt, da es sich um in der Solarzellentechnik übliche Kontaktanordnungen handelt.

Die Einzelzellen 3, deren Lage zueinander auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind in Schindelform derart angeordnet, daß jeweils ein schmaler Bereich des Rückseitenkontaktes einer Einzelzelle 3 mit dem Kontaktbalken des vordersei tigen Kontaktfingersystems seiner benachbarten Einzelzelle 3 elektrisch leitend verbunden ist. Diese elektrisch leitenden Verbindungen, die vor dem Aufbringen des Deckglases 1 her gestellt werden, können durch elektrisch leitfähige Kleber oder durch Lötung erfolgen. In Fig. 2 sind in den mit 7 be zeichneten Überlappungsbereichen der Einzelzellen die Löt punkte 6 zwischen jeweiliger Kontaktinsel und Rückseiten kontakt eingezeichnet.

Ebenfalls vor dem Aufkleben des Deckglases 1, das das ge samte aus den vier genannten Einzelzellen 3 bestehende Solarzellenelement abdeckt, werden Verbinder 4 mit demje nigen Kontaktanschlußbalken elektrisch leitend verbunden, der infolge fehlender benachbarter Einzelzelle 3 unbeschal tet geblieben ist. Die n-Verbinder 4, die nach ihrer Befe stigung durch Schweißung, Lötung oder Klebung mit einem elek trisch leitfähigen Kleber zumindest teilweise auch von dem Deckglas 1 abgedeckt und somit geschützt sind, dienen zur Serien- und Parallelverschaltung von einer Vielzahl von Solarzellen zu einem Raumfahrtsolargenerator. Hierzu werden an die auf der Rückseite der Solarzelle liegenden p-Kontakt bereiche 5 die n-Verbinder benachbarter Solarzellen ange schlossen.

Gemäß Fig. 3 kann ein Solarzellenelement beispielsweise fünf Einzelzellen-Zeilen aufweisen, wobei jede Zeile zwei Einzel zellen 9 und eine halbe Einzelzelle 10 besitzt. Für eine serielle und parallele Verschaltung sind die Einzelzellen 9 und 10 derartig überlappend zu den benachbarten Einzelzel len-Zeilen angeordnet, daß die durch die Aneinanderreihung von Einzelzellen 9 und 10 zu einer Einzelzellen-Zeile ent stehenden Stoßfugen gegenüber jenen in benachbarten Einzel zellen Zeilen gegeneinander versetzt sind. Die an der Vor derseite und die an der diametral gegenüberliegenden Rücksei te auf der ganzen Länge der Einzelzellen-Zeile durchgehenden Überlappungszonen dienen zur direkten Kontaktierung sowohl der in den Einzelzellen-Zeilen aneinandergereihten Einzel zellen 9 und 10 als auch der aufeinanderfolgenden Einzel- Zeilen. Die Stoßfugen einer Einzelzellen-Zeile kann jeweils mittig an den Längsseiten der Einzelzellen der angrenzenden Einzelzellen-Zeilen liegen.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarzellenelementes können auch Ga AS-Solarzellen verwendet werden, deren Abmes sungen infolge ihrer leichten Zerbrechlichkeit bei 2 × 2 cm² bzw. 2 × 1 cm² liegen können. Auch mit diesen Einzelzellen ist die Herstellung einer von einem Deckglas vollständig ab gedeckten Solarzelle möglich, wobei das Deckglas eine Größe von etwa 5 × 5 cm² oder größer aufweisen kann.

Claims

1. Solarzellenelement mit einem Deckglas, das die gesamte lichtempfindliche Oberfläche einschließlich der Kontakte und der an den Kontakten angebrachten Verbinder bedeckt und vorzugsweise mittels eines Deckglasklebers befestigt ist, zur Herstellung eines aus einer Vielzahl von miteinander elektrisch leitend verbundenen Solarzellenelementen beste henden Solargenerators für Raumfahrtanwendungen, insbesondere für Satelliten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Einzelzellen (3) mit vorderseitigem Kontaktfingersystem und Kontaktanschlußinseln sowie ganzflächigem Rückseitenkontakt vorgesehen sind, daß innerhalb des Elements die Einzelzellen (3) in Schindelform derart überlappend angeordnet sind, daß jeweils schmale Bereiche des Rückseitenkontaktes einer Einzel zelle (3) mit den Kontaktanschlußinseln des vorderseitigen Kontaktsystems seiner benachbarten Einzelzelle (3) elektrisch leitend verbunden sind, und daß an den unverschaltet geblie benen Kontaktanschlußinseln die Verbinder (4) zur Serienver schaltung mit weiteren Solarzellenelementen im Kontaktan schlußbereich 5 angebracht sind.

2. Solarzellenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseitenkontakte der Einzelzellen (3) durch Lötung mit den Vorderseitenkontaktinseln der benachbarten Einzelzel len (3) verbunden sind.

3. Solarzellenelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kleberverbindungen mit einem elektrisch leitfähigem Kleber, der die Rückseitenkontakte mit zugeordneten Vorderseitenkon taktinseln elektrisch leitend miteinander verbindet.

4. Solarzellenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbinder (4) an den unverschaltet gebliebenen Vorder seitenkontaktanschlußbereichen durch Schweißung, Lötung oder Klebung mit einem elektrisch leitfähigen Kleber befestigt sind.

5. Solarzellenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Rückseitenkontakte ganzflächig oder als Finger kontakte mit Anschlußinseln oder Anschlußbalken ausgebildet sind.

6. Solarzellenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß vier Einzelzellen (3) mit den Ab messungen von ca. 1,8 cm × 7,0 cm zu einer Solarzellenanord nung mit den Abmessungen von ca. 7 cm × 7 cm verschaltet sind.

7. Solarzellenelement nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, da durch gekennzeichnet, daß die Einzelzellen (9, 10) in ihren Überlappungszonen elektrisch parallel und seriell miteinander verschaltet sind.

8. Solarzellenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die Einzelzellen (9, 10) GaAS-So larzellen sind.