ES2910474T3 - Interconexión de celdas solares - Google Patents
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Abstract
Un módulo fotovoltaico ("FV"), que comprende: una primera celda solar (300a, 400a, 500a, 600a, 700, 800) que incluye una primera lámina conductora que tiene una primera porción (302a, 402a, 502a, 602a) con un primer límite elástico y una segunda porción (304a, 404a, 504a, 604a), en la que la primera porción está dispuesta encima y acoplada a una región semiconductora de la primera celda solar y la segunda porción se extiende más allá de un borde de la primera celda solar; y una estructura de interconexión (304a, 304b, 404a, 404b, 504a, 504b, 604a, 604b) acoplada a una segunda celda solar (300b, 400b, 500b, 600b, 710, 810), en la que la estructura de interconexión incluye la segunda porción, en el que la segunda celda solar incluye una segunda lámina conductora que tiene una primera porción (302b, 402b, 502b, 602b) y una segunda porción (304b, 404b, 504b, 604b), en la que la primera porción de la segunda lámina conductora está dispuesta encima y acoplada a una región semiconductora de la segunda celda solar, la estructura de interconexión incluye la segunda porción de la primera lámina conductora acoplada a la segunda porción de la segunda lámina conductora, y caracterizado por que la segunda porción de la primera lámina conductora tiene un segundo límite elástico mayor que el primer límite elástico, y por que la estructura de interconexión incluye además un material adicional (408, 508, 608) acoplado a la segunda porción de la primera lámina conductora y la segunda porción de la segunda lámina conductora, en la que el material adicional, la segunda porción de la primera lámina conductora y la segunda porción de la segunda lámina conductora tienen conjuntamente el segundo límite elástico.
Description
DESCRIPCIÓN
Interconexión de celdas solares
Antecedentes
Las celdas fotovoltaicas, comúnmente conocidas como celdas solares, son dispositivos bien conocidos para la conversión directa de la radiación solar en energía eléctrica. En general, las celdas solares se fabrican sobre una oblea o sustrato semiconductor usando técnicas de procesamiento de semiconductores para formar un punto de unión p-n cerca de la superficie del sustrato. La radiación solar que incide sobre la superficie del sustrato, y entra en él, crea pares de electrones y orificios en la mayor parte del sustrato. Los pares de electrones y orificios migran a regiones dopadas p y dopadas n en el sustrato, generando de este modo un diferencial de tensión entre las regiones dopadas. Las regiones dopadas están conectadas a regiones conductoras en la celda solar para dirigir una corriente eléctrica desde la celda a un circuito externo. El documento US 2013/312809 A1 se refiere a una rejilla colectora y a una estructura de interconexión para un conjunto fotovoltaico.
Las celdas solares pueden interconectarse entre sí en serie para proporcionar una cadena de celdas solares, que a su vez pueden conectarse en serie para formar un módulo. En algunos casos, la interconexión de celdas solares puede ser un desafío.
Sumario de LA invención
La presente invención se refiere a un módulo fotovoltaico como se define en la reivindicación 1 y a un procedimiento para montar un módulo FV como se define en la reivindicación 9. Modos de realización ventajosos adicionales se definen en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
Las figuras 1A y 2A ilustran vistas en sección transversal de una porción de celdas solares de ejemplo que tienen contactos conductores formados en regiones emisoras formadas por encima de un sustrato, de acuerdo con algunos modos de realización.
Las figuras 1B y 2B ilustran vistas en sección transversal de una porción de celdas solares de ejemplo que tienen contactos conductores formados en regiones emisoras formadas en un sustrato, de acuerdo con algunos modos de realización. La figura 3 ilustra una vista en sección transversal de una interconexión de celdas solares de ejemplo que no se ajusta a la invención pero facilita la comprensión de la invención.
Las figuras 4-6 ilustran vistas en sección transversal de diversas interconexiones de celdas solares de ejemplo, de acuerdo con algunos modos de realización.
Las figuras 7 y 8 ilustran vistas desde arriba de diversas interconexiones de celdas solares de ejemplo, de acuerdo con algunos modos de realización.
La figura 9 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento de ejemplo para interconectar celdas solares, de acuerdo con algunos modos de realización.
La figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento de ejemplo para formar regiones de lámina conductora que tengan diferentes límites elásticos, de acuerdo con algunos modos de realización.
Las figuras 11-13 ilustran vistas en sección transversal de una secuencia de ejemplo para formar regiones de lámina conductora que tengan diferentes límites elásticos, de acuerdo con algunos modos de realización.
Descripción detallada
La siguiente descripción detallada es de naturaleza meramente ilustrativa y no pretende limitar los modos de realización de la materia objeto de la solicitud o los usos de dichos modos de realización. Como se usa en el presente documento, la palabra "ejemplar" significa "servir como ejemplo, instancia o ilustración". Cualquier implementación descrita en el presente documento como ejemplar no debe interpretarse necesariamente como preferente o ventajosa sobre otras implementaciones. Además, no existe la intención de vincularse a ninguna teoría expresa o implícita presentada en el campo técnico anterior, los antecedentes, el breve sumario o la siguiente descripción detallada.
Esta memoria descriptiva incluye referencias a "un modo de realización". Las apariciones de la frase "en un modo de realización" no se refieren necesariamente al mismo modo de realización. Los rasgos característicos, las estructuras o las características particulares pueden combinarse de cualquier manera adecuada de acuerdo con la presente divulgación.
Terminología. Los siguientes párrafos proporcionan definiciones y/o contexto para los términos que se encuentran en la presente divulgación (incluidas las reivindicaciones adjuntas):
"Que comprende". Este término es abierto. Como se usa en las reivindicaciones adjuntas, este término no excluye estructura o etapas adicionales.
"Configurado para". Diversas unidades o componentes pueden describirse o reivindicarse como "configurados para" realizar una tarea o tareas. En dichos contextos, "configurado para" se usa para connotar estructura al indicar que las unidades/componentes incluyen una estructura que realiza esa tarea o tareas durante el funcionamiento. Como tal, se puede decir que la unidad/componente está configurado para realizar la tarea incluso cuando la unidad/componente especificado no esté en funcionamiento actualmente (por ejemplo, no esté encendido/activo).
"Primero", "Segundo", etc. Como se usa en el presente documento, estos términos se usan como etiquetas para los sustantivos a los que preceden y no implican ningún tipo de orden (por ejemplo, espacial, temporal, lógico, etc.). Por ejemplo, la referencia a una "primera" porción de una lámina conductora no implica necesariamente que esta porción sea la primera porción de una secuencia; en cambio, el término "primero" se usa para diferenciar esta porción de otra porción (por ejemplo, una "segunda porción").
"En base a." Como se usa en el presente documento, este término se usa para describir uno o más factores que afecten una determinación. Este término no excluye factores adicionales que puedan afectar una determinación. Es decir, una determinación puede basarse únicamente en esos factores o basarse, al menos parcialmente, en esos factores. Considérese la expresión "determinar A en base a B". Si bien B puede ser un factor que afecte la determinación de A, dicha expresión no impide que la determinación de A también se base en C. En otros casos, A puede determinarse únicamente en base a B.
"Acoplado": la siguiente descripción se refiere a elementos, nodos o rasgos característicos que se "acoplan" entre sí. Como se usa en el presente documento, a menos que se indique expresamente lo contrario, "acoplado" significa que un elemento/nodo/rasgo característico está directa o indirectamente unido a (o se comunica directa o indirectamente con) otro elemento/nodo/rasgo característico, y no necesariamente de forma mecánica.
"Inhibir": Como se usa en el presente documento, inhibir se usa para describir un efecto reductor o minimizador. Cuando se describe que un componente o rasgo característico inhibe una acción, movimiento o condición, puede impedir por completo el resultado o estado futuro. Además, "inhibir" también puede referirse a una reducción o disminución del resultado, rendimiento y/o efecto que de otro modo podría producirse. En consecuencia, cuando se hace referencia a un componente, elemento o rasgo característico como inhibidor de un resultado o estado, no es necesario que impida o elimine por completo el resultado o estado.
Además, una determinada terminología también puede usarse en la siguiente descripción solo con fines de referencia y, por lo tanto, no se pretende que sea limitativa. Por ejemplo, términos tales como "superior", "inferior", "arriba" y "abajo" se refieren a direcciones en los dibujos a los que se hace referencia. Términos tales como "frontal", "trasero", "posterior", "lateral", "exterior" e "interior" describen la orientación y/o ubicación de porciones del componente dentro de un marco de referencia coherente pero arbitrario que se hace evidente por referencia al texto y los dibujos asociados que describen el componente que se está analizando. Dicha terminología puede incluir las palabras específicamente mencionadas anteriormente, derivadas de las mismas y palabras de significado similar.
Aunque muchos de los ejemplos descritos en el presente documento son celdas solares de contacto trasero, las técnicas y estructuras también se aplican asimismo a otras celdas solares (por ejemplo, contacto frontal). Además, aunque gran parte de la divulgación se describe en términos de celdas solares para facilitar la comprensión, las técnicas y estructuras divulgadas se aplican asimismo a otras estructuras de semiconductores (p. ej., obleas de silicio en general).
En el presente documento se describen interconexiones de celdas solares y procedimientos para formar interconexiones de celdas solares. En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos, tales como operaciones de flujo de proceso específicas, para proporcionar una comprensión completa de los modos de realización de la presente divulgación. Resultará evidente para un experto en la técnica que los modos de realización de la presente divulgación pueden practicarse sin estos detalles específicos. En otros casos, técnicas de fabricación bien conocidas, tales como técnicas de litografía, no se describen en detalle para no complicar innecesariamente los modos de realización de la presente divulgación. Además, debe entenderse que los diversos modos de realización mostrados en las figuras son representaciones ilustrativas y no están necesariamente dibujados a escala.
Esta memoria descriptiva describe primero celdas solares de ejemplo que pueden interconectarse con las interconexiones divulgadas, seguido de una explicación más detallada de diversos modos de realización de estructuras de interconexión. Posteriormente, la memoria descriptiva incluye una descripción de procedimientos
de ejemplo para formar las estructuras de interconexión. A lo largo de todo el texto se proporcionan diversos ejemplos.
En un primer ejemplo de celda solar, se usa una lámina conductora para fabricar contactos, tales como contactos traseros, para una celda solar que tenga regiones emisoras formadas sobre un sustrato de la celda solar. Por ejemplo, la figura 1A ilustra una vista en sección transversal de una porción de una celda solar que tiene contactos conductores formados en regiones emisoras formadas sobre un sustrato, de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación. En diversos modos de realización, la lámina conductora también se usa para formar una estructura de interconexión que tenga un límite elástico mayor que la lámina conductora de los contactos conductores, como se describe con más detalle a continuación.
Existen algunos desafíos en el acoplamiento de láminas conductoras a la celda solar y en la interconexión de láminas conductoras de celdas adyacentes. Como ejemplo, puede producirse un efecto de trinquete que puede reducir la fiabilidad y la vida útil de una celda y de módulos solares. El efecto de trinquete es una forma de deformación plástica del metal que se caracteriza por una distorsión no plana de la lámina, lo que puede generar problemas de fiabilidad sobre el terreno. Como otro ejemplo, la oblea puede arquearse debido a un desajuste de la tensión térmica entre los materiales (p. ej., entre el silicio y el metal) y puede provocar problemas con el procesamiento (p. ej., la alineación) y la manipulación. La relación entre el límite elástico del metal y el impacto tanto en el efecto de trinquete como en el arqueamiento es opuesta. Por ejemplo, un metal de alto límite elástico puede ser bueno para el efecto de trinquete pero malo para el arqueamiento. Lo contrario se aplica a metales de bajo límite elástico. Las estructuras y técnicas divulgadas pueden inhibir el arqueamiento y el efecto de trinquete de la oblea y dar como resultado una vida útil y un rendimiento mejorados de las celdas y módulos solares resultantes.
En referencia a la figura 1A, una porción de la celda solar 100A incluye una capa dieléctrica con patrones 224 dispuesta sobre una pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo n 220, una pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo p 222 y sobre porciones de sustrato 200 expuestas por zanjas 216. Los contactos conductores 228 están dispuestos en una pluralidad de aberturas de contacto dispuestas en la capa dieléctrica 224 y están acoplados a la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo n 220 y a la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo p 222.
En un modo de realización, la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo n 220 y la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo p 222 pueden proporcionar regiones emisoras para la celda solar 100A. Por tanto, en un modo de realización, los contactos conductores 228 están dispuestos en las regiones emisoras. En un modo de realización, los contactos conductores 228 son contactos traseros para una celda solar de contacto trasero y están situados en una superficie de la celda solar opuesta a una superficie receptora de luz (dirección proporcionada como 201 en la figura 1A) de la celda solar 100A. Además, en un modo de realización, las regiones emisoras se forman sobre una capa dieléctrica fina o de túnel 202.
En algunos modos de realización, como se muestra en la figura 1A, la fabricación de una celda solar de contacto trasero puede incluir la formación de una capa dieléctrica fina 202 sobre el sustrato. En un modo de realización, una capa dieléctrica fina está compuesta de dióxido de silicio y tiene un grosor aproximadamente en el intervalo de 5-50 Angstroms. En un modo de realización, la capa dieléctrica fina actúa como una capa de óxido de túnel. En un modo de realización, el sustrato es un sustrato masivo (bulk) de silicio monocristalino, tal como un sustrato de silicio monocristalino dopado de tipo n. Sin embargo, en otro modo de realización, el sustrato incluye una capa de silicio policristalino dispuesta sobre un sustrato de celda solar global.
Las zanjas 216 pueden formarse entre las regiones de polisilicio dopado de tipo n (o silicio amorfo) 220 y las regiones de polisilicio dopado de tipo p 222. Las porciones de las zanjas 216 pueden texturizarse para que tengan características texturizadas. La capa dieléctrica 224 puede formarse por encima de la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo n 220, la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo p 222 y las porciones de sustrato 200 expuestas por las zanjas 216. En un modo de realización, una superficie inferior de la capa dieléctrica 224 puede formarse conforme a la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo n 220, la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo p 222 y las porciones expuestas del sustrato 200, mientras que una superficie superior de la capa dieléctrica 224 es sustancialmente plana. En un modo de realización específico, la capa dieléctrica 224 es una capa de revestimiento antirreflectante (ARC).
Puede formarse una pluralidad de aberturas de contacto en la capa dieléctrica 224. La pluralidad de aberturas de contacto puede dejar expuesta la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo n 220 y la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo p 222. En un modo de realización, la pluralidad de aberturas de contacto se forma mediante ablación con láser. En un modo de realización, las aberturas de contacto a las regiones de polisilicio dopado de tipo n 220 tienen sustancialmente la misma altura que las aberturas de contacto a las regiones de polisilicio dopado de tipo p 222.
La formación de contactos para la celda solar de contacto trasero puede incluir la formación de contactos conductores 228 en la pluralidad de aberturas de contacto 226 y acoplados a la pluralidad de regiones de polisilicio
dopado de tipo n 220 y a la pluralidad de regiones de polisilicio dopado de tipo p 222. Por tanto, en un modo de realización, los contactos conductores 228 se forman sobre o por encima de una superficie de un sustrato masivo de silicio de tipo N 200 opuesto a una superficie receptora de luz 201 del sustrato masivo de silicio de tipo N 200. En un modo de realización específico, los contactos conductores se forman en regiones (222/220) por encima de la superficie del sustrato 200.
Todavía en referencia a la figura 1A, los contactos conductores 228 pueden incluir una lámina conductora 134. En diversos modos de realización, la lámina conductora puede ser de aluminio, cobre, otros materiales conductores y/o una combinación de los mismos. En algunos modos de realización, como se muestra en la figura 1A, los contactos conductores 228 también pueden incluir una o más regiones conductoras (metálicas o de otro tipo), tales como las regiones 130 y 132 en la figura 1A, entre la lámina conductora 134 y una región semiconductora respectiva. Por ejemplo, una primera región conductora 130 puede incluir, p. ej., aluminio, una aleación de aluminio/silicio, etc., que puede imprimirse o depositarse sobre una superficie (p. ej., pulverizarse, vaporizarse, etc.).
En un modo de realización, la lámina conductora 134 y la una o más regiones conductoras 130 y 132 pueden soldarse, comprimirse térmicamente o acoplarse de otro modo a la región semiconductora de la celda solar y, por lo tanto, en contacto eléctrico con las regiones emisoras de la celda solar 100A. Como se describe en el presente documento, en algunos modos de realización, como se muestra en las figuras 1A y 1B, pueden existir una o más regiones conductoras (por ejemplo, aluminio, níquel, cobre, etc. pulverizado, vaporizado o impreso) entre la lámina conductora y las regiones emisoras. La lámina conductora comprimida térmicamente se usa en el presente documento para referirse a una lámina conductora que se ha calentado a una temperatura a la que puede producirse una deformación plástica y a la que se le ha aplicado presión mecánica con la fuerza suficiente para que la lámina pueda adherirse más fácilmente a las regiones emisoras y/o regiones conductoras.
En algunos modos de realización, la lámina conductora 134 puede ser una lámina de aluminio (Al), ya sea como Al puro o como una aleación (p. ej., lámina de aleación Al/Silicio (Al/Si)). En un modo de realización, la lámina conductora 134 también puede incluir metal que no sea aluminio. Dicho metal que no es Al puede usarse en combinación con o en lugar de partículas de Al. Aunque gran parte de la divulgación describe láminas metálicas y regiones conductoras metálicas, obsérvese que, en algunos modos de realización, láminas conductoras no metálicas (por ejemplo, carbón conductor) y regiones conductoras no metálicas pueden usarse de manera similar además de, o en lugar de, láminas metálicas y regiones conductoras metálicas. Como se describe en el presente documento, la lámina metálica puede incluir Al, una aleación de Al-Si, estaño, cobre y/o plata, entre otros ejemplos. En algunos modos de realización, la lámina conductora puede tener menos de 5 micras de grosor (por ejemplo, menos de 1 micra), mientras que, en otros modos de realización, la lámina puede tener otros grosores (por ejemplo, 15 micras, 25 micras, 37 micras, menos de 50 micras, etc.) En algunos modos de realización, el tipo de lámina (p. ej., aluminio, cobre, estaño, etc.) puede influir en el grosor de la lámina necesario para conseguir suficiente transporte de corriente a través de la celda solar. Además, en modos de realización que tienen una o más regiones conductoras 130 y 132 adicionales, la lámina puede ser más fina que en modos de realización que no tengan esas regiones conductoras adicionales.
Además, en diversos modos de realización, el tipo y/o grosor de la lámina conductora puede afectar al límite elástico de la porción de la lámina conductora acoplada a la celda solar y de la porción de la lámina conductora que sobresale del borde de la celda solar y forma parte de la estructura de interconexión.
En diversos modos de realización, las regiones conductoras 130 y 132 pueden formarse a partir de una pasta metálica (p. ej., una pasta que incluye las partículas metálicas así como un aglutinante de modo que la pasta pueda imprimirse), a partir de un polvo metálico (p. ej., partículas metálicas sin aglutinante, un polvo de partículas A1, una capa de partículas A1 y una capa de partículas de Cu), o de una combinación de pasta metálica y polvo metálico. En un modo de realización que usa pasta metálica, la pasta puede aplicarse mediante impresión (p. ej., serigrafía, impresión por chorro de tinta, etc.) sobre el sustrato. La pasta puede incluir un disolvente para facilitar el suministro de la pasta y también puede incluir otros elementos, tales como aglutinantes o frita de vidrio.
En diversos modos de realización, las partículas metálicas pueden calentarse (antes y/o después de que la lámina conductora y las regiones conductoras se acoplen), lo que también se denomina sinterización, para unir las partículas metálicas entre sí, lo que puede mejorar la conductividad y reducir la resistencia de la línea mejorando de este modo el rendimiento de la celda solar. Pero el tratamiento térmico o el proceso de unión también puede reducir el límite elástico de la lámina conductora, lo que puede reducir la fiabilidad y la vida útil del módulo solar debido al efecto de trinquete. En consecuencia, las técnicas y estructuras divulgadas en el presente documento pueden proporcionar un límite elástico suficientemente bajo para la lámina conductora sobre la celda solar para inhibir el arqueamiento y también proporcionar un límite elástico suficientemente alto de la lámina de la estructura de interconexión para inhibir el efecto de trinquete.
Volviendo ahora a la figura 1B, se ilustra una vista en sección transversal de una porción de una celda solar de ejemplo que tiene contactos conductores formados en regiones emisoras formadas en un sustrato, de acuerdo con un modo de realización. Por ejemplo, en esta segunda celda ejemplar y similar al ejemplo de la figura 1A, se puede
usar una lámina conductora para fabricar contactos, tales como contactos de lado trasero, para una celda solar que tenga regiones emisoras formadas en un sustrato de la celda solar.
Como se muestra en la figura 1B, una porción de la celda solar 100B incluye una capa dieléctrica con patrones 124 dispuesta sobre una pluralidad de regiones de difusión dopadas de tipo n 120, una pluralidad de regiones de difusión dopadas de tipo p 122 y en porciones del sustrato 100, tales como un sustrato masivo de silicio cristalino. Los contactos conductores 128 están dispuestos en una pluralidad de aberturas de contacto dispuestas en la capa dieléctrica 124 y están acoplados a la pluralidad de regiones de difusión dopadas de tipo n 120 y a la pluralidad de regiones de difusión dopadas de tipo p 122. En un modo de realización, las regiones de difusión 120 y 122 se forman dopando regiones de un sustrato de silicio con dopantes de tipo n y dopantes de tipo p, respectivamente. Además, la pluralidad de regiones de difusión dopadas de tipo n 120 y la pluralidad de regiones de difusión dopadas de tipo p 122 pueden, en un modo de realización, proporcionar regiones emisoras para la celda solar 100B. Por tanto, en un modo de realización, los contactos conductores 128 están dispuestos en las regiones emisoras. En un modo de realización, los contactos conductores 128 son contactos traseros para una celda solar de contacto trasero y están situados en una superficie de la celda solar opuesta a una superficie receptora de luz, tal como opuesta a una superficie receptora de luz texturizada 101, como se muestra en la figura 1B.
En un modo de realización, en referencia nuevamente a la figura 1B y similar al de la figura 1A, los contactos conductores 128 pueden incluir una lámina conductora 134 y, en algunos modos de realización, una o más regiones conductoras adicionales, tales como las regiones conductoras 130 y 132. La lámina conductora 134 y la una o más regiones conductoras pueden acoplarse (p. ej., soldarse, comprimirse térmicamente o de otro modo) a la región semiconductora de la celda solar y/o a una o más regiones conductoras entre la lámina y la región semiconductora y, por lo tanto, en contacto eléctrico con las regiones emisoras de la celda solar 100A. La descripción del contacto conductor de la figura 1A se aplica igualmente al contacto conductor de la figura 1B, pero no se repite para mayor claridad de la descripción.
En referencia ahora a la figura 2A, la celda solar ilustrada incluye los mismos rasgos característicos que la celda solar de la figura 1A excepto que la celda solar de ejemplo de la figura 2A no incluye la una o más regiones conductoras adicionales (regiones 130 y 132 de la figura 1A). En cambio, la lámina conductora 134 está unida directamente a la región semiconductora de la celda solar.
De forma similar, la celda solar ilustrada de la figura 2B incluye los mismos rasgos característicos que la celda solar de la figura 1B excepto que la celda solar de ejemplo de la figura 2B no incluye la una o más regiones conductoras adicionales (regiones 130 y 132 de la figura 1B). En cambio, la lámina conductora 134 está unida directamente a la región semiconductora de la celda solar.
Aunque en el presente documento se describen determinados materiales, algunos materiales pueden sustituirse fácilmente por otros, permaneciendo dichos otros modos de realización dentro del espíritu y alcance de los modos de realización de la presente divulgación. Por ejemplo, en un modo de realización, puede usarse un sustrato de material diferente, tal como un sustrato de material del grupo III-V, en lugar de un sustrato de silicio.
Obsérvese que, en diversos modos de realización, los contactos formados no necesitan formarse directamente sobre un sustrato masivo, como se describe en las figuras 1B y 2B. Por ejemplo, en un modo de realización, contactos conductores, tales como los descritos anteriormente, se forman en regiones semiconductoras formadas por encima (por ejemplo, sobre un lado trasero) como sustrato masivo, como se describió para las figuras 1A y 2A.
En diversos modos de realización, la lámina conductora de las celdas solares de las figuras 1A-1B y 2A-2B incluye una región en voladizo (p. ej., una lengüeta) que se extiende más allá del borde de la celda y puede acoplarse a una región en voladizo de una celda adyacente para interconectar las dos celdas entre sí. En algunos modos de realización, la porción en voladizo de una celda solar particular puede extenderse menos de 2 mm sobre su borde.
En referencia ahora a las figuras 3-8, se ilustran diversos ejemplos de estructuras de interconexión de celdas solares configuradas para inhibir el efecto de trinquete y el arqueamiento de la oblea.
La figura 3 ilustra dos celdas solares, las celdas solares 300a y 300b, acopladas entre sí por medio de una estructura de interconexión. En el ejemplo ilustrado, una porción 302a de una lámina conductora está acoplada a la celda solar 300a y una porción 302b de otra lámina conductora está acoplada a la celda solar 300b. La estructura de interconexión puede incluir porciones en voladizo 304a y 304b de las láminas conductoras. Como se muestra, las porciones en voladizo 304a y 304b pueden acoplarse por medio de una o más uniones 306, que pueden formarse por medio de soldadura láser o eléctrica, estañadura o alguna otra técnica. En diversos modos de realización, las porciones de las láminas conductoras dispuestas por encima y acopladas a las celdas solares tienen un límite elástico menor que el límite elástico de la estructura de interconexión. En consecuencia, la porción de la lámina conductora que incluye metal de menor límite elástico, que puede ayudar a inhibir el arqueamiento de la oblea, es la porción que está acoplada a la oblea. Adicionalmente, la porción de la lámina que se usa para formar la estructura de interconexión puede ser un metal de mayor límite elástico, lo que puede inhibir el efecto de trinquete. En consecuencia, una lámina de este tipo puede inhibir tanto el efecto de trinquete como el arqueamiento de la
oblea. En las figuras 10-13 se describe una técnica de ejemplo para formar láminas conductoras de doble templado.
La figura 4 ilustra otro ejemplo de estructura de interconexión. De manera similar a la figura 3, una porción 402a de una lámina conductora está acoplada a la celda solar 400a y una porción 402b de otra lámina conductora está acoplada a la celda solar 400b. En contraste con la figura 3, la estructura de interconexión de la figura 4 incluye un material adicional 408 acoplado a y entre las porciones en voladizo 404a y 404b. En un modo de realización, el material adicional 408 puede ser un material de modo que el límite elástico colectivo de la estructura de interconexión sea lo suficientemente alto para inhibir el efecto de trinquete. En un modo de realización, las láminas conductoras, incluidas las porciones dispuestas sobre las celdas solares, y acopladas a ellas, y las porciones en voladizo, tienen un límite elástico inferior para inhibir el arqueamiento. Sin embargo, el material adicional puede tener un límite elástico suficientemente alto de modo que, cuando se añada a la lámina de menor límite elástico de las porciones en voladizo, la estructura de interconexión colectiva tenga un límite elástico suficientemente alto para inhibir el efecto de trinquete.
En diversos modos de realización en los que material adicional 408 está situado entre las lengüetas en voladizo, como en la figura 4, el material adicional 408 es un material conductor. Puede ser del mismo material que las lengüetas en voladizo (p. ej., lengüetas en voladizo de aluminio blando y material adicional de aluminio duro) o diferente.
La figura 5 ilustra otro ejemplo de estructura de interconexión para su uso en la interconexión de celdas solares. La estructura de interconexión es similar a la estructura de interconexión de la figura 4 excepto que el material adicional 508 no está entre las porciones en voladizo 504a y 504b. En cambio, en el ejemplo de la figura 5, material adicional 508 está dispuesto entre las celdas solares 500a y 500b, que puede proporcionar y/o mantener un espacio o hueco constante entre las celdas solares. Para una celda solar de contacto trasero, el material adicional 508 está ubicado en el lado soleado de la estructura de interconexión y puede verse desde el lado soleado de un módulo solar. En consecuencia, en un modo de realización, el material adicional 508 puede colorearse o fabricarse de otra manera de modo que la porción visible de la estructura de interconexión, vista desde la parte frontal del módulo, tenga un color similar al de las celdas solares y, por lo tanto, se mezcle.
En algunos modos de realización, el material adicional 508 puede ser un material conductor o, en algunos casos, puede ser un material no conductor siempre que el material adicional 508 pueda acoplarse (por ejemplo, soldarse, estañarse, envolver, ceñirse, etc.) a las lengüetas en voladizo y siempre que la estructura de interconexión tenga conjuntamente un límite elástico suficiente para inhibir el efecto de trinquete.
También existen otros diversos ejemplos. Por ejemplo, en un modo de realización, en lugar de que el material adicional esté en el lado frontal de las lengüetas en voladizo o entre las lengüetas en voladizo, el material adicional puede estar en el lado trasero de las lengüetas en voladizo. En otro modo de realización, el material adicional puede envolver las lengüetas en voladizo y, a continuación, acoplarse a las lengüetas en voladizo para formar la estructura de interconexión.
En los ejemplos de las figuras 4 y 5, el material adicional se muestra en un ángulo distinto de cero con respecto a las celdas solares. En algunos modos de realización, el material adicional puede acoplarse de modo que la estructura de interconexión quede ligeramente fuera del plano de la celda solar, lo que puede dar como resultado un alivio de tensión para la estructura de interconexión, inhibiendo de este modo aún más el efecto de trinquete. También existen otros ejemplos de estructuras de interconexión de alivio de tensión. Un ejemplo de este tipo se ilustra en la figura 6. Como se muestra en la figura 6, el material adicional 608 incluye una curvatura (por ejemplo, una curvatura en forma de C) de modo que material adicional se acople por separado a cada lengüeta en voladizo. Una estructura de interconexión de este tipo puede dar como resultado un alivio de tensión mejorado e inhibir aún más el efecto de trinquete. Aunque el material adicional ilustrado muestra una curvatura de dos ejes, en algunos modos de realización, la curvatura puede ser una curvatura de tres ejes.
El material adicional de la estructura de interconexión puede tener una variedad de formas. La estructura de interconexión puede ser una cinta simple, tener forma de canal (por ejemplo, para mayor rigidez), tener forma de pajarita (por estética y conexión en las áreas de diamante del módulo). El material adicional puede tener otros materiales o propiedades para modificar la unión o la fiabilidad. Dichos materiales o propiedades incluyen un recubrimiento para su protección contra la corrosión (p. ej., metal, óxido o nitruro) o para su uso en el acoplamiento a la lámina (p. ej., recubrimiento de estañadura en el material adicional), propiedades adhesivas para su adhesión a los materiales del módulo (p. ej., encapsulante) o a las porciones en voladizo (por ejemplo, recubrimiento con material de estañadura), o múltiples capas para diferentes propiedades de expansión y contracción.
Las figuras 7 y 8 ilustran ejemplos de celdas solares interconectadas, de acuerdo con diversos modos de realización. Para facilitar la explicación, el metal de las celdas solares 700 y 710 no se ilustra con un patrón (por ejemplo, un patrón de dedos). Como se muestra, las celdas solares 700 y 710 están interconectadas por medio de múltiples estructuras de interconexión 720 en las esquinas de las celdas solares. Las líneas discontinuas más a la derecha ilustran el borde de la lengüeta en voladizo de la lámina conductora de la celda solar izquierda y las líneas discontinuas más a la izquierda ilustran el borde de la lengüeta en voladizo de la lámina conductora de la celda
solar derecha. En algunos modos de realización, la unión 730 puede ser una unión soldada, una unión estañada o algún otro acoplamiento, y puede ser la ubicación en la que las lengüetas en voladizo superpuestas se acoplan entre sí.
Como se muestra en el ejemplo de la figura 8, en lugar de interconectar las celdas solares en sus esquinas respectivas, las celdas solares están conectadas en los bordes en voladizo superpuestos 820 de las celdas solares con una pluralidad de uniones de interconexión 830. En un modo de realización, una o más de las uniones de interconexión 830 pueden corresponder a una pieza separada de material adicional, tal como una pieza separada de lámina dura. De forma alternativa, en un modo de realización, una pieza continua de material adicional puede estar encima, entre o debajo de los bordes superpuestos y acoplada a los bordes en voladizo superpuestos en las ubicaciones de las uniones de interconexión 830. En algunos modos de realización, sin embargo, tal como en el modo de realización de la figura 3, no se utiliza material adicional. En dichos modos de realización, las uniones 730 y 830 pueden ser simplemente regiones en las que una lámina en voladizo se acople a otra.
En un modo de realización, una o más características de alivio de tensión se pueden añadir a la estructura de interconexión después de que se haya formado. Por ejemplo, en un modo de realización, pueden formarse uno o más cortes de alivio en la estructura de interconexión para aliviar aún más la tensión.
En referencia ahora a la figura 9, se muestra un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para formar una región de interconexión de celdas solares, de acuerdo con algunos modos de realización. En diversos modos de realización, el procedimiento de la figura 9 puede incluir bloques adicionales (o menos) a los ilustrados. Por ejemplo, en algunos modos de realización, puede que no se realice el acoplamiento de un material de interconexión a las lengüetas en voladizo, como se muestra en el bloque 908.
Como se muestra en 902, una porción de una lámina conductora puede acoplarse a una celda solar. Por ejemplo, en un modo de realización, una porción de la lámina conductora dispuesta sobre la celda solar puede acoplarse a una región semiconductora de la celda solar. El acoplamiento se puede lograr mediante soldadura láser o térmica, estañadura o termocompresión, entre otras técnicas.
Como se ilustra en 904, una porción de otra lámina conductora puede acoplarse a otra celda solar. De manera similar a la descripción en el bloque 902, en un modo de realización, una porción de la otra lámina conductora dispuesta sobre la otra celda solar puede acoplarse a una región semiconductora de la otra celda solar. Como ocurría en el bloque 902, el acoplamiento puede conseguirse mediante soldadura láser o térmica, estañadura o termocompresión, entre otras técnicas. En diversos modos de realización, los bloques 902 y 904 pueden realizarse secuencialmente o pueden procesarse sustancialmente al mismo tiempo.
En 906, otras porciones de las láminas conductoras pueden acoplarse entre sí para formar una estructura de interconexión. En un modo de realización, las otras porciones son porciones en voladizo que se extienden más allá del borde de las celdas solares. En las figuras 3-8 se ilustran diversos ejemplos. Las porciones en voladizo pueden superponerse, al menos parcialmente, y las regiones superpuestas pueden soldarse, estañarse o acoplarse de otro modo entre sí de modo que las celdas estén eléctrica y mecánicamente interconectadas entre sí.
En algunos modos de realización, la porción en voladizo de las láminas puede tener un límite elástico mayor que la porción de la lámina dispuesta sobre la celda solar y acoplada a ella, de modo que se pueda inhibir el efecto de trinquete y el arqueamiento de la oblea. En un modo de realización, la lámina puede fabricarse o modificarse para que tenga doble templado, de modo que la porción en voladizo sea una lámina dura y la porción de celda solar sea una lámina blanda. Las figuras 10-13 ilustran un modo de realización de ejemplo o la modificación de la lámina que va a recibir el doble templado.
Sin embargo, en algunos modos de realización, puede acoplarse material adicional a las porciones de lámina en voladizo para formar la interconexión que tenga el límite elástico más alto, como se ilustra en 908. Por ejemplo, en un modo de realización, el material adicional puede colocarse entre las porciones de lámina en voladizo o en el lado frontal o trasero de las porciones de lámina en voladizo y el material adicional, y ambas porciones de lámina en voladizo pueden acoplarse entre sí para formar conjuntamente la interconexión. A modo de ejemplo sencillo, las porciones en voladizo pueden tener el mismo límite elástico más bajo, lámina blanda de las porciones de celda solar de la lámina, pero el material adicional puede tener un límite elástico lo suficientemente alto para hacer que la estructura de interconexión global tenga un límite elástico suficientemente alto para inhibir el efecto de trinquete.
En un modo de realización, el acoplamiento de las dos porciones en voladizo y el acoplamiento del material adicional en el bloque 906 y 908 pueden realizarse casi simultáneamente, o puede realizarse primero el bloque 906 o puede realizarse primero el bloque 908. Como ejemplo, el material adicional puede soldarse primero a una de las porciones en voladizo y, a continuación, la otra porción en voladizo puede soldarse a la porción en voladizo ya soldada y al material adicional. También existen otras variaciones.
En algunos modos de realización, el material adicional es conductor mientras que, en otros modos de realización, el material adicional puede no ser conductor o puede no ser tan conductor como la lámina. En dichos modos de
realización, las porciones en voladizo pueden hacer contacto directo entre sí sin que el material adicional esté entre las porciones en voladizo. En dichos modos de realización, el material adicional puede proporcionar integridad mecánica y permitir un límite elástico suficiente para inhibir el efecto de trinquete, pero no se puede confiar en que lleve corriente de una celda a otra.
En referencia ahora a la figura 10, se muestra un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para formar una lámina conductora de doble templado, de acuerdo con algunos modos de realización. En diversos modos de realización, el procedimiento de la figura 10 puede incluir bloques adicionales (o menos) a los ilustrados.
Como se muestra en 1002, puede realizarse una técnica de unión en caliente para acoplar una porción de una lámina conductora a una celda solar. De manera similar a los bloques 902 y 904 de la figura 9, en un modo de realización, una porción de la lámina conductora dispuesta sobre la celda solar puede acoplarse a una región semiconductora de la celda solar. Las técnicas de unión en caliente incluyen unión por termocompresión y soldadura por calor. En la unión por termocompresión, la lámina conductora puede calentarse a temperaturas superiores a 200 grados Celsius y puede aplicarse una fuerza mecánica (p. ej., por medio de una placa, un rodillo, etc.) con una presión de al menos 1 psi.
En un modo de realización, la lámina conductora usada en el procedimiento de la figura 10 es una lámina dura con un alto límite elástico antes de aplicar la técnica de unión en caliente. Un ejemplo de lámina dura es la lámina de aluminio de la serie 7020, pero pueden usarse otras láminas de dureza A1 u otras láminas que no sean de aluminio.
Como se ilustra en 1004, una segunda porción de la lámina conductora, que puede ser una porción que corresponda a porciones en voladizo que se extiendan más allá del borde de la celda solar, puede enfriarse durante la técnica de unión en caliente del bloque 1002. El resultado de los bloques 1002 y 1004 es que la lámina conductora original, dura y de mayor límite elástico, se ablanda y se convierte en una lámina de menor límite elástico en la porción sobre la celda solar cuando se acopla a la celda solar para inhibir el arqueamiento de la oblea, aunque mantiene sustancialmente su dureza en las porciones en voladizo de la lámina para inhibir el efecto de trinquete una vez interconectada.
Sujetar las porciones en voladizo para enfriarlas puede ser difícil, especialmente cuando las porciones en voladizo solo pueden extenderse 2 mm o menos más allá del borde de la celda solar. En un modo de realización, puede haber una porción en voladizo más grande durante el proceso de doble templado y la porción en voladizo puede recortarse después de que se haya templado la lámina. Por ejemplo, durante el proceso de doble templado, las porciones en voladizo pueden extenderse unos 10 mm más allá de los bordes de la oblea, de modo que la porción en voladizo sea suficiente para que el elemento de sujeción sostenga la porción en voladizo. Después del proceso de doble templado, las porciones en voladizo se pueden recortar a una longitud pequeña (por ejemplo, 2 mm de largo, 1 mm, etc.).
Las figuras 11-13 ilustran vistas en sección transversal de porciones de un ejemplo de técnica de doble templado. Como se muestra en la figura 11, la oblea 1102 puede colocarse sobre una superficie 1100, tal como un mandril de oblea. En un modo de realización, la superficie 1100 se puede calentar durante el proceso para ayudar a que la lámina se adhiera a la celda solar. La lámina dura 1104 puede colocarse sobre la oblea 1102 (por ejemplo, en el lado trasero de la oblea para una celda solar de contacto trasero) y sujetarse por medio de elementos de sujeción 1106a y 1106b. Aunque no se ilustra, la lámina puede presionarse, aspirarse o mantenerse mecánicamente, de otro modo, en su sitio y suficientemente tensa.
La figura 12 ilustra una unión en caliente 1108 que se aplica a la porción de la lámina sobre la celda solar. Al mismo tiempo, los elementos de sujeción 1106a y 1106b pueden enfriarse (p. ej., enfriarse mediante aire, enfriarse mediante agua o refrigerante, etc.) de modo que el calor de la unión en caliente 1108 no se transfiera lo suficiente a las porciones en voladizo de la lámina para reducir el límite elástico de las porciones en voladizo.
En cambio, como se muestra en la figura 13, la lámina resultante incluye una porción de menor límite elástico 1110 dispuesta sobre la celda solar 1102 y unida a ella, y porciones en voladizo de mayor límite elástico 1112a y 1112b, cada una de las cuales puede acoplarse a una porción en voladizo de una respectiva celda solar adyacente para interconectar eléctricamente las celdas, pero también pueden ser lo suficientemente rígidas como para inhibir el efecto de trinquete. En un modo de realización, la estructura de interconexión puede ser simplemente las porciones en voladizo de mayor límite elástico acopladas entre sí o también puede incluir el material adicional como se describe en el presente documento.
Claims (12)
1. Un módulo fotovoltaico ("FV"), que comprende:
una primera celda solar (300a, 400a, 500a, 600a, 700, 800) que incluye una primera lámina conductora que tiene una primera porción (302a, 402a, 502a, 602a) con un primer límite elástico y una segunda porción (304a, 404a, 504a, 604a), en la que la primera porción está dispuesta encima y acoplada a una región semiconductora de la primera celda solar y la segunda porción se extiende más allá de un borde de la primera celda solar; y una estructura de interconexión (304a, 304b, 404a, 404b, 504a, 504b, 604a, 604b) acoplada a una segunda celda solar (300b, 400b, 500b, 600b, 710, 810), en la que la estructura de interconexión incluye la segunda porción, en el que la segunda celda solar incluye una segunda lámina conductora que tiene una primera porción (302b, 402b, 502b, 602b) y una segunda porción (304b, 404b, 504b, 604b), en la que la primera porción de la segunda lámina conductora está dispuesta encima y acoplada a una región semiconductora de la segunda celda solar, la estructura de interconexión incluye la segunda porción de la primera lámina conductora acoplada
a la segunda porción de la segunda lámina conductora, y caracterizado por que la segunda porción de la primera lámina conductora tiene un segundo límite elástico mayor que el primer límite elástico, y por que
la estructura de interconexión incluye además un material adicional (408, 508, 608) acoplado a la segunda porción de la primera lámina conductora y la segunda porción de la segunda lámina conductora, en la que el material adicional, la segunda porción de la primera lámina conductora y la segunda porción de la segunda lámina conductora tienen conjuntamente el segundo límite elástico.
2. El módulo FV de la reivindicación 1, en el que el material adicional (408, 508, 608) está dispuesto entre las primera y segunda celdas solares para proporcionar espacio entre las primera y segunda celdas solares.
3. El módulo FV de la reivindicación 1, en el que el material adicional (408, 508, 608) se acopla a la segunda porción de la primera lámina conductora y a la segunda porción de la segunda lámina conductora por medio de una o más soldaduras.
4. El módulo FV de la reivindicación 1, en el que las primera y segunda láminas conductoras incluyen aluminio, y en el que el material adicional (408, 508, 608) incluye aluminio con un límite elástico mayor que el aluminio de las primera y segunda láminas conductoras.
5. El módulo FV de la reivindicación 1, en el que el material adicional (408, 508, 608) incluye una característica de alivio de tensión.
6. El módulo FV de la reivindicación 1, en el que el material adicional (408, 508, 608) envuelve al menos parte de la segunda porción de la primera lámina conductora y la segunda porción de la segunda lámina conductora.
7. El módulo FV de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la primera lámina conductora tiene un grosor inferior o igual a 50 micras.
8. El módulo FV de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la segunda porción (304a, 404a, 504a, 604a) de la primera lámina conductora se extiende menos de 2 mm más allá del borde de la primera celda solar.
9. Un procedimiento para montar un módulo fotovoltaico ("FV"), comprendiendo el procedimiento:
acoplar una primera porción (302a, 402a, 502a, 602a) de una primera lámina conductora a una primera región semiconductora dispuesta en o encima de un primer sustrato;
acoplar una primera porción (302b, 402b, 502b, 602b) de una segunda lámina conductora a una segunda región semiconductora dispuesta en o encima de un segundo sustrato;
acoplar una segunda porción (304a, 404a, 504a, 604a) de la primera lámina conductora a una segunda porción (304b, 404b, 504b, 604b) de la segunda lámina conductora para formar una estructura de interconexión que tenga un límite elástico mayor que la primera porción de la primera lámina conductora y la primera porción de la segunda lámina conductora; y
acoplar un material de interconexión adicional (408, 508, 608) a la segunda porción de la primera lámina conductora y a la segunda porción de la segunda lámina conductora para formar la estructura de interconexión que tenga el mayor límite elástico.
10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que acoplar el material de interconexión adicional (408, 508, 608) incluye soldar el material de interconexión adicional a la segunda porción de la primera lámina conductora y a la segunda porción de la segunda lámina conductora.
11. El procedimiento de la reivindicación 9, que comprende además colocar el material de interconexión adicional (408, 508, 608) para formar un espacio entre el primer y el segundo sustrato.
12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende además aplicar una técnica de doble templado a la primera lámina conductora para formar las primera y segunda regiones con diferentes límites elásticos.
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