JP2006515959A - 外部コネクタ・ピンを備える光起電力モジュール - Google Patents

Abstract

光起電力モジュールは、基板（３、４）間に配置されかつ導体（５）を接続することによって直列に接続された複数の光起電力電池（２）を備える。モジュールの外部コネクタ・ピン（１３）は、モジュールの一端部に接着された絶縁材料のブロック（１５）を備える。ピン（１３）のため外部コネクタは、モジュールの一端部に配置された電池に結合された接続導体（５）に電気接続された少なくとも１つの導体（１１）に接続される。コネクタ（１１）と、モジュールの端部に配置される電池に結合される接続導体（５）との間の接点は、変形によって生成される圧力によって、接続導体（５）の自由端部または対応するコネクタ（１１）の内部端部に実現されることができる。

Description

本発明は、基板間に配置されかつ導体を接続することによって直列に接続された複数の光起電力電池と、モジュールの端部に配置された電池に結合された接続導体に電気接続された少なくとも１つのコネクタを外部コネクタに接続するように、モジュールの一端部に固定された絶縁材料のブロックを含むモジュールの外部コネクタ・ピンとを備える、光起電力モジュールに関する。

光起電力電池は、従来、数百ミクロンの厚みを有するウエハに切り出されたバルク・シリコン上に形成された。基板は、ガラスまたはセラミック基板上に堆積された単結晶シリコン、多結晶シリコン、または半導体層から作られることができる。基板は、その表面に、一般に銀またはアルミニウムから作られた狭い電極のアレイを有し、この狭い電極のアレイは、１から数ミリメートルの幅を有し、同様に銀またはアルミニウムから作られた１つ以上の主電極に電流を流すように設計される。

各電池は、照明に応じる電流を、半導体の性質に応じかつ結晶シリコンに関して通常約０．４５Ｖから０．６５Ｖである電圧で供給する。通常、電気装置作用を行うために６Ｖから数十ボルトの電圧が必要であるので、光起電力モジュールは、一般に直列のいくつかの電池のアセンブリによって形成される。例えば４０個の電池のモジュールは、２４ボルト近くの電圧を供給する。必要な電流に応じて、いくつかの電池は、また並列に配置されることができる。したがって、発電器は、場合によると蓄電池、電圧調整器などを追加することによって実現されることができる。

光起電力モジュールを実現するために、電池は、準備され、すなわち電極のアレイで覆われかつ金属導体によって互いに接続される。このように形成されたアセンブリは、２枚のガラス基板間で自身が押圧される２枚のポリマー・シート間に配置される。アセンブリは、次に、ポリマーを非常に軟化するように約１２０℃に加熱され、それを透明にしかつモジュールの機械的な粘着を実現する。

図１に示される、知られている光起電力電池１において、第１の電池２ａに結合される後方接続導体５’は、隣接する第２の電池２ｂに結合される前方接続導体５に接続される。モジュールが２つ以上の電池を備えるなら、第２の電池の後方接続導体は、次の電池の前方接続導体にその後接続され、このように全ての電池が直列に接続される。実際に、ある電池の後方接続導体５’および次の電池の結合される前方接続導体５は、全く同一の導体によって形成されることができる。導体（５および５’）および電池２は、前方ガラス基板３と後方ガラス基板４との間に配置されたポリマー材料の層６によって囲まれることができる。端部電池の接続導体（５および５’）の端部は、モジュール１から外に突出し、外部コネクタ７を形成する。そのような導体は、時間とともに損傷されかつ酸化される。劣化は、モジュールが大きくなればますます大きくなり、かつモジュールによって供給される電流および電圧が大きくなればますます大きくなる。

米国特許第６０７５２０１号明細書は、基板間に配置されかつ接続導体によって互いに接続される複数の光起電力電池を備える光起電力モジュールを記載する。モジュールの端部に配置される電池の接続導体は、外部コネクタに接続される。欧州特許第０７９８７８７号明細書において、コネクタは、シーリング・ペーストによって光起電力モジュールの端部に固定される。これらのコネクタは複雑である。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することであり、特に、モジュールを外部に接続するコネクタの劣化および酸化の問題を最小限にする、光起電力モジュールの接続を提供することである。

本発明によれば、この目的は、添付の請求項による光起電力モジュールによって達成される。特に、絶縁材料のブロックはモジュールの端部に接着されるので、コネクタの内部端部と、モジュールの端部に配置される電池に結合される接続導体の自由端部との間の接点は、変形によって生成される圧力によって実現される。変形は、接続導体の自由端部またはコネクタの内部端部で実現されることができる。

他の利点および特徴は、非限定的な例示だけとして与えられ、かつ添付の図面で示される本発明の特定の実施形態の以下の記載からより明瞭に明らかになる。

光起電力モジュール１は、モジュール１の外部接続を可能にするように設計された金属コネクタ１１を備える。図２から図８は、コネクタ１１に外部コネクタを接続するように、モジュール１の端部に接着された絶縁材料のブロック１５をそれぞれ備えるモジュールの外部コネクタ・ピン１３の様々な実施形態を示す。好ましい実施形態において、コネクタ１１は、図２から図５および図８に示されるシール１２を隙間無く通過し、シール１２は、電池２がモジュール１内部に配置される緊密内部空間を画定するように、例えばガラスで作られた２枚の基板３および４の間に配置されることができる。負圧が、任意の適切な手段によって緊密内部空間内に形成されることが好ましい。シール１２は、有機材料または無機材料で作られるシールであり得る。無機材料の場合、アセンブリは、シーリングを実行するために周囲温度より非常に高い温度、例えば１８０℃と５００℃との間でアニーリングされることができ、かつ負圧は、モジュールの冷却が実行されるとき自動的に形成される。この負圧は、接続導体５と電池２との間の溶接を省略することを可能にする。

コネクタ１１とモジュール１の端部に配置される電池２ｂに結合された接続導体５との間の接点は、変形によって発生される圧力によって確実にされる。第１の実施形態において、接点は、したがって図２に示されるように変形されたコネクタ１１の内部端部である。接点は、したがって溶接を必要とせずに確実にされる。コネクタ１１および／またはモジュール１の端部に配置される電池２ｂに結合された接続導体５は、例えば、錫メッキされた銅、ステンレス鋼、チタン、銅ニッケル合金、または好ましくはベリリウム・ベースの合金で作られる。ベリリウム・ベースの合金の弾性は、接点ばねの効果を可能にし、その結果、モジュールの膨張のためであり得る厚みの可能性のある変化にもかかわらず、接点コンダクタンスが強化されることを可能にする。鉄ニッケル合金は、ガラスの熱膨張率に近いその熱膨張率のために有利である。

図３、図４、および図８に示されるような好ましい実施形態において、コネクタ１１は、接続導体５の自由端部の変形によってモジュール１の端部に配置された電池２に結合される接続導体５に電気接続され、その変形は、このように、溶接がないときでも接触を実現するようにコネクタ１１に対する圧力を及ぼす。変形された端部またはコネクタ１１は、前もって必要な錫メッキをされることができる。代わりに、わずかな量の錫メッキペーストによって形成された溶接材料は、シーリングが実行されるときにその溶接を実行することができる。

図２において、導電ワイヤ１６によって形成される外部コネクタは、絶縁材料のブロック１５が入るコネクタ１１の一端部で、絶縁材料のブロック１５に接続される。絶縁材料は、ポリマー材料であり得る。コネクタ１１は、５０μｍから５００μｍの厚み、典型的には３００μｍの厚みを有し、かつ１ｍｍから１００ｍｍの幅、典型的には４ｍｍの幅を有するブレードであり得る。コネクタ１１は、シール１２を隙間無く通過し、一方ではモジュール内部の接続導体５に接続され、かつ他方ではモジュール外部の導電ワイヤ１６に接続される。コネクタ１１と導電ワイヤ１６との間の接続領域は、基板３および４に接着されるブロック１５を形成する、例えばエポキシ・タイプの樹脂またはポリマーで被覆される。この樹脂またはポリマーは成形されることができる。利点は、溶接されない接点が無いことと、モジュールの製造の間および以降のその接続の間の機械的応力が無いことと、コネクタ１１と導電ワイヤ１６との間の溶接が、モジュール・シーリング操作が実行される間に実行され得る事実のためにプロセスが非常に単純化することとである。さらに、モジュール保護ダイオードは、モジュールの外側に（導電ワイヤ１６に）配置されることができ、保守を容易にする。

コネクタ１１は、好ましくは、銅、ステンレス鋼、チタン、および鉄ニッケル合金、特に４８％のニッケルを含む鉄ニッケル合金（ＦｅＮｉ−４８）を含むグループから選択される材料で作られる。好ましい方法で、コネクタ１１の材料は、ＦｅＮｉ−４８などの、その熱膨張率が基板の熱膨張率に近い金属または合金である。コネクタは、錫メッキ、金めっき、またはニッケルめっきされることもできる。

図３に示されるコネクタ１１は、緊密空間の外部で基板３と４との間に配置された平坦なコネクタの雌部分１７によって終端される。外部コネクタは、平坦なコネクタの雄部分１８を形成するピンによってコネクタ１１に接続され、かつブロック１５の開口に一体化される雌部分１９によって終端される。シール１２は、ブロック１５から突出する平坦なコネクタの雄部分１８の長さに対応して、モジュールの端部から所定の距離に配置される。雌部分１９は、ブロック１５の開口内に挿入される追加の雄コネクタに接続されるように設計される。前述のように、コネクタ１１は、５０μｍから５００μｍの厚み、典型的には３００μｍの厚みを有し、かつ１ｍｍから１００ｍｍの幅、典型的には４ｍｍの幅を有するブレードによって形成されることができる。ブレードは、一端部で雌部分１７によって終端される。絶縁材料のブロック１５は、好ましくはポリマーまたは樹脂で作られる。絶縁材料のブロック１５は、いくつかのコネクタ１１をまとめることができ、雌部分１９は、ブロック１５の共通開口内に挿入される外部雄コネクタに対応するコネクタ１１を接続する目的で作用する。

代わりの実施形態（図示せず）において、シール１２は、モジュールの端部に配置され、コネクタ１１の雌部分１７は、緊密空間外部の基板３および４の端部に配置される。雌部分１７および雄部分１８は、したがってより大きな寸法を有することができる。

図４および図５に示される他の特定の実施形態において、少なくとも１つの実質的にＬ形状のコネクタ１１は、絶縁材料のブロック１５に入り、直角２０を形成する。コネクタ１１の端部１１’は、ピン１３の円筒状開口２１の壁に配置される。この円筒状開口は、開口に挿入される外部コネクタとともに動作するように設計された端部１１’を有する雌部分を形成する。絶縁材料のブロック１５は、好ましくはガラスで作られかつ基板３および４にシールされる。ピン１３は、コネクタ１１の端部の周りのガラス状組成物の高温成形によって実現されることができる。外部コネクタ１３は、次に、モジュール・アセンブリ操作が実行されたときに基板３および４の周囲に配置され、例えばシール１２を構成する材料と同一のシーリング・ガラスによって基板３および４に溶接される。

図４および図５のピン１３の特定の代わりの実施形態は、図６および図７に示される。ピン１３の絶縁材料のブロック１５は、ガラス・ブレード２４によって分離されるいくつかのコネクタ１１を囲む２枚のガラス基板２２および２３を備え、アセンブリは、シーリング・ガラス２５によって接合される。ガラス・ブレードは、一般に０．１ｍｍから０．５ｍｍの厚みを有する。

図８において、コネクタ１１は、絶縁材料のブロック１５に一体化され、かつブロック１５の開口の周辺に配置される接点領域２７と接触するばねとして作用する可撓性部分２６によってその外部端部で終端し、開口に挿入される外部雄コネクタに接続されるように設計される。可撓性部分２６およびコネクタ１１は、金めっきされることができる。絶縁材料のブロック１５は、ポリマーまたは樹脂で作られ、基板３および４に対して接着されることができる。いくつかのバネ２６は、単一の開口を有する共通ピン１３に接続されることができる。

上述の光起電力モジュールの外部接続手段は、１Ａから１０Ａの電流および１Ｖから６０Ｖの電圧を供給するモジュールに適している。

本発明は、示された特定の実施形態に限定されない。特に、コネクタ１１は、任意のタイプの光起電力モジュールの接続導体５に接続されることができる。接続導体５は、特に、電池の両側、または電池の同一側、より詳細には電池の正極および負極が電池の背面に配置される場合には、電池の背面に配置されることができる。基板の一方は、金属またはプラスチック材料で作られることができる。

従来技術による光起電力モジュールである。 本発明によるモジュールの外部コネクタ・ピンの異なる特定の実施形態を示す。 本発明によるモジュールの外部コネクタ・ピンの異なる特定の実施形態を示す。 本発明によるモジュールの外部コネクタ・ピンの異なる特定の実施形態を示す。 図４の線ＡＡに沿った断面図を示す。 モジュールの外部コネクタ・ピンの特定の実施形態を示す。 図６の線ＢＢに沿った断面であるモジュールの外部コネクタ・ピンの特定の実施形態を示す。 本発明によるモジュールの外部コネクタ・ピンの異なる特定の実施形態を示す。

Claims (13)

1. 基板（３，４）間に配置されかつ接続導体（５）によって直列に接続された複数の光起電力電池（２）と、モジュール（１）の外部コネクタ・ピン（１３）とを備える、光起電力モジュール（１）であって、
   前記モジュールの端部に配置された電池に結合された前記接続導体に電気的に接続された少なくとも１つのコネクタ（１１）を外部コネクタに接続するように、前記モジュール（１）の一端部に固定された絶縁材料のブロック（１５）を備え、
   前記絶縁材料のブロック（１５）は、前記モジュール（１）の前記端部に接着され、前記コネクタ（１１）の内側端部と、前記モジュール（１）の前記端部に配置される電池（２ｂ）に結合される前記接続導体（５）の自由端部との間の接点は、変形によって生成される圧力によって実現されることを特徴とするモジュール。
2. 前記変形は、前記モジュール（１）の前記端部に配置された前記電池（２ｂ）に結合された前記接続導体（５）の前記自由端部で実現されることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
3. 前記変形は、前記コネクタ（１１）の前記内側端部で実現されることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
4. 前記導体（１１）は、錫メッキされた銅、ステンレス鋼、チタン、鉄ニッケル合金、銅ニッケル合金、およびベリリウム・ベースの合金を含むグループから選択された材料で作られることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のモジュール。
5. 前記モジュール（１）の前記端部に配置された電池（２ｂ）に結合された前記接続導体（５）は、錫メッキされた銅、ステンレス鋼、チタン、鉄ニッケル合金、銅ニッケル合金、およびベリリウム・ベースの合金を含むグループから選択された材料で作られることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のモジュール。
6. 前記コネクタ（１１）は、５０μｍから５００μｍの厚み、および１ｍｍから１００ｍｍの幅を有する金属ブレードを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモジュール。
7. 前記モジュール（１）の内部に、前記電池（２）が配置される緊密内部空間を画定するように、２つの基板（３，４）間に配置されたシール（１２）を備え、
   前記コネクタは、前記シールを隙間無く通過する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のモジュール。
8. 負圧が、前記緊密内部空間の内側に生成されることを特徴とする請求項７に記載のモジュール。
9. 前記外部コネクタは、前記絶縁材料のブロック（１５）内で前記絶縁材料のブロック（１５）に入る前記コネクタ（１１）の前記端部に接続された導電ワイヤ（１６）であり、前記絶縁材料がポリマー材料であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のモジュール。
10. 前記コネクタ（１１）は、前記緊密空間の外部で前記基板（３，４）の間に配置された平坦なコネクタの雌部分（１７）によって終端され、
    前記外部コネクタは、前記平坦なコネクタの雄部分（１８）を形成するピンによって前記コネクタ（１１）に接続され、かつ前記絶縁材料のブロック（１５）の開口に一体化される雌部分（１９）によって終端される、
    ことを特徴とする請求項７または８に記載のモジュール。
11. 少なくとも１つのＬ形状のコネクタ（１１）は、前記絶縁材料のブロック（１５）に入り、直角（２０）を形成し、前記ピン（１３）の円筒状開口（２１）の壁に配置されかつ前記開口に挿入される外部コネクタとともに動作するように設計された端部（１１‘）を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のモジュール。
12. 前記絶縁材料のブロック（１５）は、ガラス・ブレード（２４）によって分離されるいくつかの導体（１１）を囲む２枚のガラス基板（２２，２３）を備え、前記アセンブリは、シーリング・ガラス（２５）によって接合されることを特徴とする請求項１から８および１１のいずれか一項に記載のモジュール。
13. 前記コネクタ（１１）は、前記ブロック（１５）の開口の周辺に配置される接点領域（２７）と接触する可撓性部分（２６）によってその外部端部で終端し、かつ前記開口に挿入される外部コネクタに接続されるように設計されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のモジュール。

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