JP2017038039A - 太陽電池の高信頼性相互接続 - Google Patents

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Abstract

【課題】多接合太陽電池アッセンブリの製造性及び／又は信頼性の改善を与えることのできる相互接続、及び相互接続を使用する方法を提供する。【解決手段】本発明は、相互接続素子（１００、６００）及び相互接続素子の使用方法を提供する。一実施形態において、相互接続素子は、隣接する第１コンポーネントをマウントする一対の平行ギャップアパーチャーを各々有する少なくとも３つの部材を含む第１端；隣接する第２コンポーネントをマウントする一対の平行ギャップアパーチャーを各々有する少なくとも２つの部材を含む第２の反対端；及び相互接続素子の第１端を相互接続素子の第２端に取り付ける１つ以上の相互接続コネクト部；を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、光電太陽電池アレイの分野に関するもので、例えば、個別バイパスダイオードを含む相互接続太陽電池ストリングへと形成されたIII−Ｖ族化合物半導体をベースとする多接合太陽電池を使用する製造プロセスに関する。
太陽電池とも称される光起電力セルからの太陽電力は、主として、シリコン半導体技術により提供されている。しかしながら、過去数年において、宇宙用途のIII−Ｖ族化合物半導体多接合太陽電池の大量生産は、宇宙だけでなく地上太陽電力用途にも使用されるそのような技術の開発を加速した。シリコンに比して、III−Ｖ族化合物半導体多接合装置は、高いエネルギー変換効率及び一般的により大きな放射線抵抗を有するが、製造がより複雑となる傾向がある。典型的な商業用III−Ｖ族化合物半導体多接合太陽電池は、１太陽、エアマス０（ＡＭ０）、照明のもとで２７％を越えるエネルギー効率を有するが、最も効率的なシリコン技術でも、一般的に、同等の条件のもとで約１８％の効率に過ぎない。高い太陽集中度（例えば、５００Ｘ）のもとでは、一般的に入手できるIII−Ｖ族化合物半導体多接合太陽電池は、地上用途（ＡＭ１．５Ｄ）において、３７％を越えるエネルギー効率を有する。シリコン太陽電池に比してIII−Ｖ族化合物半導体太陽電池のより高い変換効率は、バンドギャップエネルギーの異なる複数の光起電力領域の使用を通して入射放射線のスペクトル分割を達成しそして各領域からの電流を蓄積する能力に一部分基づいている。
衛星及び他の宇宙関連用途では、衛星電力システムのサイズ、質量及びコストは、使用する太陽電池の電力及びエネルギー変換効率に依存する。換言すれば、ペイロードのサイズ及び機内サービスの利用性は、供給される電力の量に比例する。従って、ペイロードがより精巧になるにつれて、太陽電池の電力対重量比も益々重要になり、高効率且つ低質量の軽量「薄膜」型太陽電池の関心が高まりつつある。
典型的なIII−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、半導体ウェハ上に垂直多接合構造で製造される。次いで、個々の太陽電池又はウェハが水平アレイで配置されて、個々の太陽電池が直列電気回路に一緒に接続される。アレイの形状及び構造、並びにそれに含まれるセルの数は、望ましい出力電圧及び電流により一部分決定される。
個々の太陽電池は、時々長方形であり、しばしば方形である。又、１つ以上の太陽電池を含む光起電力モジュール、アレイ及び装置も、例えば、個々の太陽電池のアレイに基づいて実質的に長方形である。実質的に円形の太陽電池のアレイは、円形構成のために隣接太陽電池間にスペースが残されることで円形太陽電池によりカバーされないスペースが生じるために、太陽電池がマウントされる表面の利用効率が低いという欠点を伴うことが知られている。
しかしながら、太陽電池は、円形又は実質的に円形のウェハからしばしば形成される。例えば、宇宙用途のための太陽電池は、典型的に、実質的に円形のウェハ上に成長される多接合の太陽電池である。これらの円形ウェハは、時々、１００ｍｍ又は１５０ｍｍ直径のウェハである。しかしながら、上述したように、ソーラアレイ（以下、太陽電池パネルとも称される）へとアッセンブルするために、円形ウェハは、しばしば、太陽電池製造のための他のフォームファクタへと分割される。宇宙用の太陽電池のための１つの好ましいフォームファクタは、隣接長方形太陽電池の間にスペースがないと仮定すれば、太陽電池アレイより成る長方形パネルのエリアを１００％充填することのできる方形のような長方形である。
宇宙用途では、III−Ｖ族化合物半導体をベースとする多接合太陽電池を含めて、高効率の太陽電池がしばしば使用される。高効率の太陽電池ウェハは、しばしば、製造コストがかかる。従って、高充填ファクタのために支払う価格としてこの分野では無駄が従来受け容れられており、即ち実質的に円形の太陽電池ウェハから長方形の太陽電池を切り出すことで生じる無駄が著しいコストを招くことになる。
無駄を減少する１つの方法は、切断コーナーとも称される、斜めにカットされたコーナーを有する太陽電池を使用するものである。切断コーナーを伴う太陽電池は、実質的に円形の太陽電池ウェハから得られ、これは、ウェハの実質的部分を、実質的に八角形の太陽電池の製造に使用できるようにする。コーナーにおける４つの斜めの辺は、他の４つの辺より短いので、太陽電池の一般的なレイアウトは、実質的に長方形又は方形であり、そして太陽電池が実質的に長方形の太陽電池アレイをなすようにアレイに配置されたときに、高いカバレージファクタが得られる。太陽電池のコーナーでは、ある程度のスペースが無駄になる。というのは、太陽電池が切断コーナーに合流するスペースは、太陽エネルギーを電気的エネルギーに変換するのに使用されないからである。しかしながら、この無駄なスペースは、太陽電池アレイにより占有される全スペースの比較的僅かな部分であり、典型的に、バイパスダイオードのような太陽電池アッセンブリの他のコンポーネントを収容するのに使用できる。
複数の直列接続された太陽電池又は太陽電池グループより成る太陽電池アレイでは、各太陽電池にバイパスダイオードがしばしば使用される。その１つの理由は、太陽電池又は太陽電池グループの１つが陰に入るか又はダメージを受けた場合に、他の太陽電池、例えば、陰に入らないか又はダメージのない太陽電池により発生される電流がバイパスダイオードに流れ、従って、陰に入るか又はダメージを受けた太陽電池又は太陽電池グループの高い抵抗を回避できるからである。太陽電池の切断コーナーにバイパスダイオードを配置すると、効率を高めることができる。というのは、バイパスダイオードは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するのに使用されないスペースを使用するためである。太陽電池アレイ又はソーラパネルは、多数の太陽電池をしばしば含み、且つそれに対応する多数のバイパスダイオードをしばしば含むので、個々の太陽電池の切断コーナーにおけるエリアの効率的な使用は、全太陽電池アッセンブリにおけるスペースの効率的な使用の重要な改善を表す。
本発明の目的は、多接合太陽電池アッセンブリの製造性及び／又は信頼性の改善を与えることのできる相互接続、及び相互接続を使用する方法を提供することである。
本発明のある実施形態は、前記目的に示された観点や特徴の幾つかを合体し又は具現化するものである。
ある観点において、本発明は、相互接続素子、及び相互接続素子を使用する方法を提供する。
一実施形態において、相互接続素子は、隣接する第１コンポーネントをマウントする一対の平行ギャップアパーチャーを各々有する少なくとも３つの部材（例えば、３、４、５又はそれ以上の部材）を含む第１端；隣接する第２コンポーネントをマウントする一対の平行ギャップアパーチャーを各々有する少なくとも２つの部材を含む第２の反対端；及び相互接続素子の第１端を相互接続素子の第２端に取り付ける１つ以上の相互接続コネクト部；を備えている。任意であるが、相互接続コネクト部は、カーブしてもよい。
別の実施形態において、相互接続素子は、隣接する第１コンポーネントをマウントする三対の平行ギャップアパーチャーを各々２セット有する少なくとも２つの部材を含む第１端であって、それら少なくとも２つの部材が１つ以上の部材接続部により互いに取り付けられるような第１端；隣接する第２コンポーネントをマウントする一対の平行ギャップアパーチャーを各々有する少なくとも２つの部材を含む第２の反対端；及び相互接続素子の第１端を相互接続素子の第２端に取り付ける１つ以上の相互接続コネクト部；を備えている。任意であるが、部材接続部及び／又は相互接続コネクト部は、カーブしてもよい。
簡単に且つ一般的に述べると、本発明は、太陽電池と、それに隣接する個別のバイパスダイオードとの間に相互接続を形成する方法において、第１極性タイプの接触部が第１の周縁に沿って配置された上面と、第２極性タイプの接触部を含む後面とを備えた太陽電池を準備し；第１極性タイプの接触部を含む上面と、第２極性タイプの接触部を含む下面とを備えたバイパスダイオードを準備し；金属性の第１相互接続素子を準備してそれを太陽電池及びバイパスダイオードに対して整列し、相互接続素子の一端が太陽電池の後面の一部分上に延び、且つ相互接続素子の反対端がバイパスダイオードの後面の一部分上に延びるようにし；第１相互接続素子を、バイパスダイオードの後面の一部分上に延びる相互接続素子の一端にある一対の平行ギャップアパーチャーの位置の第１溶接点でバイパスダイオードの後面に溶接し；第１相互接続素子を、バイパスダイオードの後面の一部分上に延びる相互接続素子の一端にある一対の平行ギャップアパーチャーの位置の第２溶接点でバイパスダイオードの後面に溶接し；相互接続素子を、太陽電池の後面の一部分上に延びる相互接続素子の一端にある一対の平行ギャップアパーチャーの位置の第１溶接点で太陽電池の後面の一部分に溶接し；及び相互接続素子を、太陽電池の後面の一部分上に延びる相互接続素子の一端にある一対の平行ギャップアパーチャーの位置の第２溶接点で太陽電池の後面の一部分に溶接する；ことを含む方法を提供する。
ある実施形態では、前記方法は、更に、金属性の第２相互接続素子を準備してそれを太陽電池及びバイパスダイオードに対して整列し、該第２相互接続素子の第１端が太陽電池の上面の一部分上に延び、且つ第２相互接続素子の反対端がバイパスダイオードの上面の一部分上に延びるようにすることを含む。
ある実施形態では、前記方法は、更に、第２相互接続素子を、太陽電池の上面の一部分上に延びる第２相互接続素子の第１端部にある一対の平行ギャップアパーチャーの位置で太陽電池の上面に溶接することを含む。
ある実施形態では、前記方法は、更に、第２相互接続素子を、バイパスダイオードの上面の一部分上に延びる第２相互接続素子の第２の反対端部にある一対の平行ギャップアパーチャーの位置でバイパスダイオードの上面に溶接することを含む。
ある実施形態では、前記方法は、更に、太陽電池の上面、バイパスダイオード及び第２相互接続素子の第１部分の上に、接着剤を使用してカバーガラスを接合することを含み、第２相互接続素子の第２部分は、カバーガラスの縁の外側に延びて、第２相互接続素子を隣接太陽電池に接合できるようにする。
ある実施形態では、前記第２相互接続素子の第２部分は、前記第２相互接続素子の一端のコーナーに第１ボンディングパッドを、そして前記第２相互接続素子の第２の反対端のコーナーに第２ボンディングパッドを含む。
ある実施形態では、前記第１ボンディングパッドは、前記第２相互接続素子の第１端のコーナーに一対の平行ギャップアパーチャーを含み、そして前記第２ボンディングパッドは、前記第２相互接続素子の第２の反対端のコーナーに一対の平行ギャップアパーチャーを含む。
ある実施形態では、前記第２相互接続素子の第２部分は、前記第１ボンディングパッドに隣接した第３ボンディングパッドであって、前記第２相互接続素子の一端のコーナーに配置され且つ一対の平行ギャップアパーチャーを含む第３ボンディングパッド；及び前記第２ボンディングパッドに隣接した第４ボンディングパッドであって、前記第２相互接続素子の第２の反対端のコーナーに配置され且つ一対の平行ギャップアパーチャーを含む第４ボンディングパッド；を備えている。
本発明のある実施形態では、前記バイパスダイオードは、切断コーナーの少なくとも一部分により解放されたままであるスペースに適合される実質的に三角形状である。即ち、バイパスダイオードは、不存在コーナーのために解放されたままであるスペース、即ち、例えば、直線的バスバーのような直線的接触部材と、その接触部材に隣接して配置された太陽電池の縁との間に形成されたスペースに適合することができる。
本発明のある実施形態では、前記バイパスダイオードは、約２２．５度の２つの鋭角をもつ実質的な三角形状である。
ある実施形態では、ボンディング層は、熱膨張係数（ＣＴＥ）が半導体のＣＴＥに適当に一致するモリブデン、ＫＯＶＡＲTM、又は他のＦｅ−Ｎｉ合金より成る金属性半田合金である。
ＫＯＶＡＲTMは、デラウェア州ウィルミントンのＣＲＳホールディングス社の商標であり、ＫＯＶＡＲTM材料及びガラスを隣接配置して温度範囲にわたって信頼性のある機械的安定性を保証するためにホウケイ酸ガラスの熱膨張係数に適合するよう設計されたニッケル・コバルト合金鉄である。
ある実施形態では、金属性の層は、厚みが０．００１ないし０．００５インチの内実の金属性ホイルである。
ある実施形態では、太陽電池は、III−Ｖ族化合物半導体多接合太陽電池である。
ある実施形態では、半導体太陽電池は、厚みが５０ミクロン未満である。
ある実施形態では、太陽電池アッセンブリ又はガラス相互接続セル（ＣＩＣ）は、厚みが約１４０ミクロンである。
ある実施形態では、バイパスダイオードは、シリコン半導体である。
ある実施形態では、バイパスダイオードは、厚みが１４０ミクロンである。
別の観点において、本発明は、半導体のＣＴＥに適当に一致したＣＴＥを有するモリブデン、ＫＯＶＡＲTM、又はＦｅ−Ｎｉ合金を含み且つ厚みが０．００１ないし０．００５インチの支持基板と、該支持基板にマウントされた太陽電池のアレイとを備えた太陽電池アレイを提供する。
ある実施形態では、本発明の範囲から逸脱せずに、付加的な層（１つ又は複数）がセル構造体に追加され又は削除される。
本発明のある実施形態は、前記概略に述べた幾つかの観点及び特徴を合体し又は具現化する。
説明を完成し且つ本発明を良好に理解するために、１組の図面が設けられている。それらの図面は、説明の一体的部分を形成し、そして本発明の実施形態を示すものであり、これは、本発明の範囲を限定するものと解釈してはならず、本発明をどのように実行できるかの例に過ぎない。添付図面は、次の図を含む。
本発明による太陽電池の第１相互接続素子の斜視図である。 図１の相互接続素子の第１端をそれに隣接する第１コンポーネントにマウントするために整列した斜視図である。 相互接続素子の第１端にある１つの溶接アパーチャーに並列ギャップ溶接ツールを適用した図１の相互接続素子の斜視図である。 相互接続素子をそれに隣接する第１コンポーネントに固定するために１つの溶接アパーチャーが溶接された図１の相互接続素子の斜視図である。 相互接続素子をそれに隣接する第１コンポーネントに固定するために全ての溶接アパーチャーが溶接された図１の相互接続素子の斜視図である。 図１の相互接続素子の第２端をそれに隣接する第２コンポーネントにマウントするために整列した斜視図である。 相互接続素子をそれに隣接する第２コンポーネントに固定するために図１の相互接続素子の第２の反対端にある溶接アパーチャーをそれに隣接する第２コンポーネントに溶接した斜視図である。 本発明による切断コーナーをもつ太陽電池の一部分の上面図である。 本発明による切断コーナーをもつ太陽電池の一部分の下面図である。 切断コーナーをもつ太陽電池の一部分を、太陽電池の切断コーナーの一部分に配置されたバイパスダイオードと共に示す上面図である。 バイパスダイオードの領域における図４Ｃの太陽電池の一部分の拡大上面図である。 切断コーナーをもつ太陽電池の一部分を、図１の相互接続素子がバイパスダイオード及び太陽電池の両方にマウントされ溶接された状態で太陽電池の切断コーナーの一部分に配置されたバイパスダイオードと共に示す下面図である。 本発明の第１の実施形態による太陽電池の第２相互接続素子の斜視図である。 本発明により相互接続素子を使用して相互接続された太陽電池のアレイの一部分の上面図である。 図６Ａに示されたアレイにおける太陽電池の左側部分の拡大上面図で、バイパスダイオードに対する相互接続素子の一部分を示す図である。 本発明により太陽電池のバイパスダイオード及び１つのパッドの上面に図５の相互接続素子を配置した後の図６Ｂの太陽電池の左側部分の拡大上面図である。 図５の相互接続素子を使用して太陽電池をそれに隣接する太陽電池に接続した後の図６Ｃの太陽電池の左側部分の拡大上面図である。 図６Ｃに示す太陽電池の一部分の拡大下面図で、バイパスダイオードにマウントされた図１の相互接続素子と、隣接太陽電池へ溶接により接続するように位置された太陽電池の頂部にマウントされた図５の相互接続素子とを示す図である。 図６Ｅに示す太陽電池の一部分の拡大下面図で、隣接太陽電池へ溶接により接続された後の図５の相互接続素子を示す図である。 図６Ｆに示す太陽電池の一部分の拡大下面図で、１つ以上の溶接接合部の環境テスト及び不合格後の図５の相互接続素子を示す図である。 図６Ｇに示す太陽電池の一部分の拡大下面図で、第２行の溶接位置を隣接太陽電池へ溶接することによる再加工後の図５の相互接続素子を示す図である。 本発明によりロールアウト展開を伴う光電電力システムを合体するスペースビヒクルの一実施形態を示す図である。
図１は、本発明による太陽電池のための第１相互接続素子１００の斜視図である。この第１相互接続素子１００は、それに隣接する第１コンポーネントにマウントするための第１端１０１と、それに隣接する第２コンポーネントにマウントするための部材１１０及び１２０を含む第２の反対端とを備えている。
図１に示す実施形態において、第１端１０１は、それに隣接する第１コンポーネントにマウントするための一対の平行ギャップアパーチャー各々１３０ａ／１３０ｂ、１３１ａ／１３１ｂ、１３２ａ／１３２ｂ、１３３ａ／１３３ｂ及び１３４ａ／１３４ｂを各々有する５つの部材１０２、１０３、１０４、１０５、及び１０６を含む。又、部材１０２は、ボンディングパッド１０７も含み、そして部材１０６は、ボンディングパッド１０８を含む。又、第１端１０１は、第１相互接続素子１００の第２の反対端に接続するために第１端１０１の互いに反対の部分に部分１１１及び１２１も含む。
図１に示す実施形態では、第２の反対端は、部材１１０及び１２０を含む。部材１１０は、一対の平行ギャップアパーチャー１３６ａ／１３６ｂを有する部分１１５を含み、これは、部材１１０の相互接続コネクト部１１２、１１３及び１１４により第１端１０１の部分１１１に取り付けられる。部材１２０は、一対の平行ギャップアパーチャー１３７ａ／１３７ｂを有する部分１２５を含み、これは、部材１２０の相互接続コネクト部１２２、１２３及び１２４により第１端１０１の部分１２１に取り付けられる。図１に示すように、相互接続コネクト部１１２、１１３及び１１４、並びに相互接続コネクト部１２２、１２３及び１２４は、例えば、最終的にマウントされる構造体においてある程度の柔軟性を与えることのできるカーブした部分として描かれている。
図２Ａは、第１端１０１がそれに隣接する第１コンポーネント２００にマウントするために整列された図１の相互接続素子１００の斜視図である。特に、部材１０２、１０３、１０４、１０５及び１０６の平行ギャップアパーチャーの対１３０ａ／１３０ｂ、１３１ａ／１３１ｂ、１３２ａ／１３２ｂ、１３３ａ／１３３ｂ、及び１３４ａ／１３４ｂは、各々、相互接続素子１００の第１端１０１を、整列された隣接する第１コンポーネント２００にマウントするための５つの溶接点を与えることができる。
図２Ｂは、第１相互接続素子１００の第１端１０１の部材１０４を整列された隣接する第１コンポーネント２００に溶接するために一対の平行ギャップアパーチャー１３２ａ／１３２ｂに平行ギャップ溶接ツール１５０が適用された状態で図１の相互接続素子１００を示す斜視図である。
図２Ｃは、相互接続素子１００の第１端１０１をそれに隣接する第１コンポーネント２００に固定するために第１相互接続素子１００の第１端１０１の部材１０４の一対の平行ギャップアパーチャー１３２ａ／１３２ｂを整列された隣接する第１コンポーネント２００に溶接点１４２において溶接した状態で図１の相互接続素子１００を示す斜視図である。
図２Ｄは、相互接続素子１００の第１端１０１をそれに隣接する第１コンポーネント２００に固定する５つの溶接点を与えるために部材１０２、１０３、１０４、１０５及び１０６の平行ギャップアパーチャーの対１３０ａ／１３０ｂ、１３１ａ／１３１ｂ、１３２ａ／１３２ｂ、１３３ａ／１３３ｂ、及び１３４ａ／１３４ｂの全部を各々５つの溶接点１４０、１４１、１４２、１４３及び１４４において整列された隣接する第１コンポーネント２００に溶接した状態で図１の相互接続素子１００を示す斜視図である。
ここに述べる相互接続素子は、相互接続素子を第１の隣接コンポーネントに取り付けるための少なくとも３つの溶接点、ある実施形態では、４つ、５つ又はそれ以上の溶接点、を形成するに充分な平行アパーチャーの対をその一端に設ける。バイパスダイオードのようなコンポーネントには複数の溶接点が特に有用であり、溶接点の数が少ないと、製造及び／又は環境劣化中に生じる欠陥の数が許容できないほどになる。
図３Ａは、部材１１０及び１２０を含む第２の反対端がそれに隣接する第２コンポーネント３００にマウントするために整列された状態で図１の相互接続素子１００を示す斜視図である。より詳細には、部材１１０の部分１１５における一対の平行ギャップアパーチャー１３６ａ／１３６ｂ、及び部材１２０の部分１２５における一対の平行ギャップアパーチャー１３７ａ／１３７ｂは、相互接続素子１００の第２の反対端を整列された隣接する第２コンポーネント３００にマウントするための２つの溶接点を与えることができる。図２Ｂに示したのと同様に平行ギャップアパーチャーの対に平行ギャップ溶接ツール１５０を適用して、相互接続素子１００の第２の反対端を整列された隣接する第２コンポーネント３００に溶接することができる。
図３Ｂは、相互接続素子１００の第２の反対端をそれに隣接する第２コンポーネントに固定するために相互接続素子１００の第２の反対端の部材１１０及び１２０にある平行ギャップアパーチャーの対１３６ａ／１３６ｂ及び１３７ａ／１３７ｂを各々２つの溶接点１４５及び１４６においてそれに隣接する第２コンポーネント３００に溶接した状態で図１の相互接続素子１００を示す斜視図である。
ここに述べる相互接続素子は、相互接続素子を第２の隣接コンポーネントに取り付けるための少なくとも３つの溶接点、ある実施形態では、３つ、４つ、５つ又はそれ以上の溶接点、を形成するに充分な平行アパーチャーの対をその第２端に設ける。太陽電池のようなコンポーネントには複数の溶接点が特に有用であり、溶接点の数が少ないと、製造及び／又は環境劣化中に生じる欠陥の数が許容できないほどになる。
図４Ａは、切断されたコーナー３１０及び３１２を伴い、２回目に切断される部分３１０を含み、そこにバイパスダイオードが配置される太陽電池３００の上面又は頂面３０２を示す。発生した電流を収集するために上面にはグリッド線３０３が存在し、そしてバスバー３０４、３０５、３０６、３０７、３０８及び３０９に接続され、太陽電池の縁では頂面に接触パッド３１４、３１５及び３１６が配置される。活性電池領域から電流を収集するために、間隔の広いグリッド線３１１及び３１３がバスバー３０４及び３０９に各々結合されている。
図４Ｂは、太陽電池３００の底面全体をカバーする金属層３４０が設けられ、２回目に切断される部分３１０を含み、そこにバイパスダイオードが配置される、図４Ａの太陽電池の底面又は背面を示す。
図４Ｃは、各太陽電池の４つのコーナーの１つにバイパスダイオード２００をどのように配置するかを示す。図６Ａは、４つの切断コーナーを伴う太陽電池の頂面全体を示すもので、頂面には接触パッドがあり、そして相互接続素子を使用して太陽電池を他の太陽電池に相互接続するものである。
図４Ｄは、バイパスダイオード２００の領域において図４Ｃの太陽電池３００の一部分を示す拡大上面図である。図４Ｄは、切断コーナーを伴い、１つの切断コーナー３１０にバイパスダイオード２００が設けられた太陽電池３００の概略上面斜視図である。バイパスダイオード２００は、切断コーナーのスペースを効率的に使用するように約２２．５度の鋭角な実質的に三角形をしている。図３Ｂに示すように、太陽電池３００の底面にはバイパスダイオードが溶接される。
バイパスダイオード２００の頂面又は接触部２０１は、第１コネクタ１００によりバスバー３０４に接続され、そしてバイパスダイオード２００の底面又は接触部は、第２コネクタ１００により金属の下層３４０に接続される。切断コーナーにそれを配置し及び相互接続素子１００を経て太陽電池３００にそれを接続するために、図２Ａのバイパスダイオード２００の三角形状のような多角形のバイパスダイオードを使用することが実際的であると分かった。
図４Ｅは、図１の相互接続素子１００が太陽電池３００のバイパスダイオード２００と下面又は底面３２０との両方にマウントされ且つ溶接された状態で太陽電池３００の切断コーナー３１０のある部分に配置されたバイパスダイオード２００と一緒に切断コーナーを伴う太陽電池３００の一部分を示す下面図である。
図５は、本発明による太陽電池の第２相互接続素子６００を第２の実施形態において示す斜視図である。第２相互接続素子６００は、隣接する第１コンポーネントにマウントするための部材６４０及び６５０を含む第１端と、隣接する第２コンポーネントにマウントするための部材６１５及び６２５を含む第２の反対端６１０とを含む。
図５に示す実施形態では、第１端の部材６４０及び６５０は、各々、三対の平行アパーチャーを２セット含む。特に、部材６４０は、第１セットの平行アパーチャー６３０ａ／６３０ｂ、６３１ａ／６３１ｂ及び６３２ａ及び６３２ｂと、第２セットの三対の平行アパーチャー６４１ａ／６４１ｂ、６４２ａ／６４２ｂ、及び６４３ａ／６４３ｂとを含む。同様に、部材６５０は、第１セットの平行アパーチャー６３３ａ／６３３ｂ、６３４ａ／６３４ｂ及び６３５ａ及び６３５ｂと、第２セットの三対の平行アパーチャー６４４ａ／６４４ｂ、６４５ａ／６４６ｂ、及び６４６ａ／６４６ｂとを含む。
図５に示す実施形態では、第１端の部材６４０は、部材接続部分６５１、６５２、６５３、６５４、６５５及び６５６により第１端の部材６５０に取り付けられる。図５に示すように、部材接続部分６５１、６５２、６５３、６５４、６５５及び６５６は、カーブした部分として描かれており、これは、例えば、最終的にマウントされる構造体にある程度の柔軟性を与えることができる。又、第１端は、第２相互接続素子６００の第２の反対端６１０に接続するために第１端の反対部分に部分６１１及び６７０も含む。
図５に示された実施形態では、第２の反対端６１０は、部材６１５及び６２５を含む。部材６１５は、一対の平行ギャップアパーチャー６３６ａ／６３６ｂを有する部分６１４を含み、これは、部材６１５の相互接続コネクト部６１２及び６１３により第１端の部分６１１に取り付けられる。部材６２５は、一対の平行ギャップアパーチャー６３７ａ／６３７ｂを有する部分６７３を含み、これは、部材６２５の相互接続コネクト部６７１及び６７２により第１端の部分６７０に取り付けられる。図５に示すように、相互接続コネクト部６１２及び６１３、並びに相互接続コネクト部６７１及び６７２は、カーブした部分として描かれており、これは、例えば、最終的にマウントされる構造体にある程度の柔軟性を与えることができる。
図６Ａは、バイパスダイオード２００が各々設けられた直列接続太陽電池３００及び４００の第１ストリングを備えた本発明による相互接続素子を使用して相互接続された太陽電池のアレイの一部分を示す上面図である。バイパスダイオード２００は、各太陽電池の切断コーナーに対応して配置され、従って、図４Ａに示すように、切断コーナーのために隣接する太陽電池間に解放されたままであるスペースを使用する。太陽電池３００及び４００は、直列に接続される。太陽電池のストリングの一部分のＮ端は、付加的な太陽電池を太陽電池アレイに接続するのに使用できる相互接続素子６００を備えている。各ストリングは、非常に多数の太陽電池より成り、そして太陽電池アッセンブリ又はアレイは、非常に多数のストリングより成る。
図６Ｂは、図６Ａに示すアレイにおいて切断コーナーを伴う太陽電池４００の左側部分の拡大上面図であり、これには、１つの切断コーナー３１０に頂面２０１を有するバイパスダイオード２００が設けられる。バイパスダイオード２００は、切断コーナーのスペースを効率的に使用するように約２２．５度の鋭角な実質的に三角形をしている。発生した電流を収集するために上面にはグリッド線３０３が存在し、そしてバスバー３０４、及び３０５に接続され、太陽電池４００の縁では頂面に接触パッド３１４が配置される。間隔の広いグリッド線３１１がバスバー３０４に結合されている。太陽電池４００の底面にはバイパスダイオードが溶接され、図６Ｂは、バイパスダイオード２００を太陽電池に取り付ける相互接続素子１００の一部分を示し、これは、図６Ｅの下面図にも示されている。
図６Ｃは、図５の相互接続素子６００の第２の反対端６１０をバイパスダイオード２００の頂面２０１に及び図６Ｂの太陽電池４００の接触パッド３１４に配置した後の図６Ｂの太陽セル４００の左側部分の拡大上面図である。特に、相互接続素子６００の第２の反対端では、一対の平行ギャップアパーチャー６３７ａ／６３７ｂを有する部分６７３を含む部材６２５がバイパスダイオード２００の頂面２０１に配置され、そして一対の平行ギャップアパーチャー６３６ａ／６３６ｂを有する部分６１４を含む部材６１５が太陽電池４００の接触パッド３１４に配置される。
部材６２５の一対の平行ギャップアパーチャー６３７ａ／６３７ｂは、相互接続素子６００の第２の反対端６１０をバイパスダイオード２００の頂面２０１にマウントするための１つの溶接点を与え、そして部材６１５の一対の平行ギャップアパーチャー６３６ａ／６３６ｂは、相互接続素子６００の第２の反対端６１０を太陽電池４００の接触パッド３１４にマウントするための１つの溶接点を与えることができる。図２Ｂに示すものと同様に平行ギャップアパーチャーの対に平行ギャップ溶接ツール１５０を適用して、相互接続素子６００の第２の反対端を、整列された隣接するバイパスダイオード２００及び太陽電池４００に溶接することができる。
図６Ｄは、図５の相互接続素子６００を使用して太陽電池４００を隣接太陽電池３００に接続した後の図６Ｃの太陽電池４００の左側部分の拡大上面図である。太陽電池３００の底面は、図６Ｅの下面図に更に示すように、相互接続素子６００の部材６４０及び６５０を含む第１端に配置される。
図６Ｅは、図６Ｄに示された太陽電池の一部分の拡大下面図で、バイパスダイオード２００の下面にマウントされた第１端１０１と；一対の平行ギャップアパーチャー１３６ａ／１３６ｂを有する部分１１５を伴う部材１１０、及び太陽電池４００の底面にマウントされた一対の平行ギャップアパーチャー１３７ａ／１３７ｂを有する部分１２５を伴う部材１２０を含む第２の反対端と；を有する図１の相互接続素子１００を示している。図６Ｆに示すように、相互接続素子１００は、図２Ｄに示すように、５つの溶接点１４０、１４１、１４２、１４３及び１４４においてバイパスダイオード２００の底面に溶接することができる。又、図６Ｆに示すように、相互接続素子１００は、図３Ｂで述べたように、２つの溶接点１４５及び１４６において太陽電池４００の底面に溶接することができる。
又、図６Ｅは、図６Ｃに示すように、バイパスダイオード２００の頂面２０１及び太陽電池４００の頂面に第２の反対端６１０がマウントされた図５の相互接続素子６００も示している。又、図６Ｅは、太陽電池３００の底面にマウントするための部材６４０及び６５０を含む相互接続素子６００の第１端も示している。
又、図６Ｅは、隣接太陽電池３００にマウントするために整列された部材６４０及び６５０を含む第１端を有する図５の相互接続素子６００も示している。
図６Ｆは、図６Ｅに示された太陽電池の一部分の拡大下面図で、隣接太陽電池３００に溶接することにより接続された後の図５の相互接続素子６００を示している。図６Ｆに示す実施形態では、部材６４０は、第１セットの平行アパーチャー６３０ａ／６３０ｂ、６３１ａ／６３１ｂ及び６３２ａ／６３２ｂを使用して溶接点６３０、６３１及び６３２に溶接され、そして部材６５０は、第１セットの平行アパーチャー６３３ａ／６３３ｂ、６３４ａ／６３４ｂ及び６３５ａ／６３５ｂを使用して溶接点６３３、６３４及び６３５に溶接されている。図６Ｆに示された実施形態では、部材６４０の三対の平行アパーチャー６４１ａ／６４１ｂ、６４２ａ／６４２ｂ及び６４３ａ／６４３ｂの第２セットと、部材６５０の三対の平行アパーチャー６４４ａ／６４４ｂ、６４５ａ／６４６ｂ及び６４６ａ／６４６ｂの第２セットは、溶接点として使用されていない。
図６Ｇは、図６Ｆに示された太陽電池の一部分の拡大下面図で、１つ以上の溶接接合部の環境テスト及び不合格後の図５の相互接続素子６００を示す。特に、溶接接合部６３５の欠陥が図６Ｇに６６０で示されている。
図６Ｈは、図６Ｇに示された太陽電池の一部分の拡大下面図で、隣接太陽電池に三対の平行アパーチャーの第２セットを溶接することにより再加工された後の図５の相互接続素子６００を示す。特に、部材６４０は、三対の平行アパーチャー６４１ａ／６４１ｂ、６４２ａ／６４２ｂ及び６４３ａ／６４３ｂの第２セットを使用して溶接点６４１、６４２及び６４３に溶接され、そして部材６５０は、部材６５０の三対の平行アパーチャー６４４ａ／６４４ｂ、６４５ａ／６４５ｂ及び６４６ａ／６４６ｂの第２セットを使用して溶接点６４４、６４５及び６４６に溶接されている。
図７は、本発明によるロールアウト展開を伴う光電電力システムを合体するスペースビヒクルの実施形態の非常に簡単な斜視図である。この実施形態では、スペースビヒクル２０００は、展開可能な柔軟なシート２００３にマウントされた太陽電池２００４のアレイ２００１を合体しており、太陽電池アレイ２００１は、本発明による太陽電池又は太陽電池モジュールを合体している。ある実施形態では、モジュールは、少なくとも５Ｘの光学的密度を発生するための光学的集中化素子と、集中した光が太陽電池の頂面に当たるように光学的集中化素子の下に配置された多接合太陽電池とを備えた太陽電池アッセンブリを備え、これは、参考としてここに援用される２０１５年３月２０日に出願された米国特許出願第１４／６６３，７４１号により詳細に記載されている。
太陽セルアレイ２００１は、スペースに展開される前にマンドレル２００２に巻き付けられる。スペースビヒクル２０００は、太陽電池アッセンブリ２００４のアレイ２００１により通電されるペイロード２００５を備えている。
１００：第１相互接続素子
１０１：第１端
１０２、１０３、１０４、１０５、１０６：部材
１０７、１０８：ボンディングパッド
１１０、１２０：部材
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１２１、１２５：部分
１２２、１２３、１２４：相互接続コネクト部
１３０、１３１、１３２、１３３、１３４、１３７：平行ギャップアパーチャー
１４０、１４１、１４２、１４３、１４４：溶接点
１５０：平行ギャップ溶接ツール
２００：第１コンポーネント（バイパスダイオード）
３００：第２コンポーネント（太陽電池）
３０３、３１１、３１３：グリッド線
３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９：バスバー
３１４、３１５、３１６：接触パッド
３０４：金属層
３４０：金属下層
４００：太陽電池
６００：相互接続素子
６１５、６２５、６４０、６５０：部材
６３０、６３１、６３２、６４１、６４２、６４３：平行アパーチャー
６５１、６５２、６５３、６５４、６５５、６５６：部材接続部分
２０００：スペースビヒクル
２００１：太陽電池のアレイ
２００３：柔軟なシート
２００４：太陽電池

Claims (15)

  1. 太陽電池とそれに隣接する個別のバイパスダイオードとの間に相互接続を形成する方法において、
    第１極性タイプの接触部が第１の周縁に沿って配置された上面と、第２極性タイプの接触部を含む後面とを備えた太陽電池(300,400)を準備し；
    第１極性タイプの接触部を含む上面と、第２極性タイプの接触部を含む下面とを備えたバイパスダイオード(200)を準備し；
    金属性の第１相互接続素子(100)を準備してそれを太陽電池及びバイパスダイオードに対して整列して、相互接続素子の一端が太陽電池の後面の一部分上に延び、且つ相互接続素子の反対端(101)がバイパスダイオードの後面の一部分上に延びるようにし；
    第１相互接続素子を、バイパスダイオード(200)の後面の一部分上に延びる相互接続素子(100)の一端(101)にある一対の平行ギャップアパーチャー(130a/130b)の位置の第１溶接点でバイパスダイオードの後面に溶接し；
    第１相互接続素子を、バイパスダイオードの後面の一部分上に延びる相互接続素子(100)の一端(101)にある一対の平行ギャップアパーチャー(131a/131b)の位置の第２溶接点でバイパスダイオードの後面に溶接し；
    相互接続素子(100)を、太陽電池の後面の一部分上に延びる相互接続素子(100)の一端にある一対の平行ギャップアパーチャー(136a/136b)の位置の第１溶接点で太陽電池の後面の一部分に溶接し；及び
    相互接続素子を、太陽電池の後面の一部分上に延びる相互接続素子(100)の一端にある一対の平行ギャップアパーチャー(137a/137b)の位置の第２溶接点で太陽電池の後面の一部分に溶接する；
    ことを含む方法。
  2. 金属性の第２相互接続素子(600)を準備してそれを太陽電池(400)及びバイパスダイオード(200)に対して整列して、該第２相互接続素子の第１端が太陽電池(400)の上面の一部分上に延び、且つ第２相互接続素子の反対端がバイパスダイオード(200)の上面(201)の一部分上に延びるようにすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第２相互接続素子(600)を、太陽電池(400)の上面の一部分上に延びる前記第２相互接続素子(600)の第１端部にある一対の平行ギャップアパーチャー(636a/636b)の位置で太陽電池の上面に溶接することを更に含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記第２相互接続素子(600)を、バイパスダイオード(200)の上面(201)の一部分上に延びる前記第２相互接続素子(600)の第２の反対端部にある一対の平行ギャップアパーチャー(637a/637b)の位置でバイパスダイオード(200)の上面(201)に溶接することを更に含む、請求項２又は３に記載の方法。
  5. 太陽電池(400)の上面、バイパスダイオード(200)及び前記第２相互接続素子(600)の第１部分の上に、接着剤を使用してカバーガラスを接合することを更に含み、前記第２相互接続素子の第２部分は、カバーガラスの縁の外側に延びて、前記第２相互接続素子を隣接太陽電池(300)に接合できるようにする、請求項４に記載の方法。
  6. 前記第２相互接続素子(600)の第２部分は、前記第２相互接続素子の一端のコーナーに第１ボンディングパッドを、そして前記第２相互接続素子の第２の反対端のコーナーに第２ボンディングパッドを含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記第１ボンディングパッドは、前記第２相互接続素子の第１端のコーナーに一対の平行ギャップアパーチャー(630a/630b)を含み、そして前記第２ボンディングパッドは、前記第２相互接続素子の第２の反対端のコーナーに一対の平行ギャップアパーチャー(635a/635b)を含み、及び／又は前記第２相互接続素子(600)の第２部分は、前記第１ボンディングパッドに隣接した第３ボンディングパッドであって、前記第２相互接続素子の一端のコーナーに配置され且つ一対の平行ギャップアパーチャー(641a/641b)を含む第３ボンディングパッド；及び前記第２ボンディングパッドに隣接した第４ボンディングパッドであって、前記第２相互接続素子の第２の反対端のコーナーに配置され且つ一対の平行ギャップアパーチャー(646a/646b)を含む第４ボンディングパッド；を備えた請求項６に記載の方法。
  8. 隣接する第１コンポーネントをマウントするための一対の平行ギャップアパーチャー（１３０ａ／１３０ｂ、１３１ａ／１３１ｂ、１３２ａ／１３２ｂ、１３３ａ／１３３ｂ、１３４ａ／１３４ｂ）を各々有する少なくとも３つの部材（１０２、１０３、１０４、１０５、１０６）を含む第１端（１０１）；
    隣接する第２コンポーネントをマウントするための一対の平行ギャップアパーチャー（１３６ａ／１３６ｂ、１３７ａ／１３７ｂ）を各々有する少なくとも２つの部材（１１０、１２０）を含む第２の反対端；及び
    相互接続素子の前記第１端（１０１）を相互接続素子の前記第２端に取り付けるための１つ以上の相互接続コネクト部（１１１、１２１）；
    を備えた相互接続素子。
  9. 前記第１端は、隣接する第１コンポーネントをマウントするための一対の平行ギャップアパーチャーを各々有する少なくとも４つの部材（１０１、１０３、１０４、１０５、１０６）を含む、請求項８に記載の相互接続素子。
  10. 前記第１端は、隣接する第１コンポーネントをマウントするための一対の平行ギャップアパーチャーを各々有する少なくとも５つの部材（１０１、１０３、１０４、１０５、１０６）を含む、請求項８又は９に記載の相互接続素子。
  11. 前記相互接続素子の第１端を前記相互接続素子の第２端に取り付けるための１つ以上の相互接続コネクト部（１１１、１２１）は、カーブしている、請求項８から１０のいずれかに記載の相互接続素子。
  12. 隣接する第１コンポーネントをマウントするための三対の平行ギャップアパーチャーを各々２セット有する少なくとも２つの部材（６４０、６５０）を含む第１端であって、その少なくとも２つの部材は、１つ以上の部材接続部（６５１、６５２、６５３、６５４、６５５、６５６）により互いに取り付けられるような第１端；
    隣接する第２コンポーネントをマウントするための一対の平行ギャップアパーチャーを各々有する少なくとも２つの部材（６１５、６２５）を含む第２の反対端；及び
    相互接続素子の前記第１端を相互接続素子の前記第２端に取り付けるための１つ以上の相互接続コネクト部（６１２、６１３、６７１、６７２）；
    を備えた相互接続素子（６００）。
  13. ２つ以上の部材を互いに取り付けるための１つ以上の部材接続部（６５１、６５２、６５３、６５４、６５５、６５６）は、カーブしており、及び／又は相互接続素子の第１端を相互接続素子の第２端に取り付けるための前記１つ以上の相互接続コネクト部（６１２、６１３、６７１、６７２）は、カーブしている、請求項１２に記載の相互接続素子。
  14. 前記隣接する第１コンポーネントは、バイパスダイオード（２００）であり、そして前記隣接する第２コンポーネントは、太陽電池（３００、４００）である、請求項８から１３のいずれかに記載の相互接続素子。
  15. 前記相互接続素子（６００）は、ニッケル・コバルト合金鉄より成る、請求項８から１４のいずれかに記載の相互接続素子。
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