JP2021082819A - 可撓性太陽電池アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池アレイにおいて、１つの電池のみが破損したり遮断したりしても、接続された他の電池は動作することができる可撓性太陽電池アレイを提供する。【解決手段】可撓性太陽電池アレイは、直列に接続された複数の電池を含む電池ストリング１を含み、電池の表面には、厚さが５０μｍ以下である１つの薄膜ダイオード２が設けられており、各電池と表面に対応して設けられた薄膜ダイオード２との間が並列に接続されており、ストリング１のうちある電池が動作を停止した場合、並列に接続された薄膜ダイオードが順方向に導通して電池が短絡され、残りの電池が正常に動作する。【選択図】図１

Description

本開示は、太陽電池の技術分野に属し、可撓性太陽電池アレイに関する。

部品における電池の一部が遮断されたり破損したりすると、部品にヒートスポット効果を生じてしまう。遮断領域の電池シートは動作することができず、他の光照射が正常である領域の電池に電圧降下を生じ、この電圧降下は、ダークスポット領域の電池の電圧方向と反対するので、この領域の電池は逆バイアス状態にあり、部品電流はに熱を生じることになる。電圧降下が電池の逆破壊電圧を超えると、電池の破損を引き起こす。

現在、通常の結晶シリコン部品は、複数の電池（例えば、２０〜２４個の電池ごと）に１つのダイオードが並列に接続されているものであるので、１つの電池のみが破損したり遮断したりしても、その電池に並列に接続された他の電池は動作することができず、損失が大きい。高価なスペース電池の場合、この損失は更に受け入れ難く、宇宙船に巨大な影響を与える。

本開示は、上記で提起された課題を少なくとも部分的に解決するように、可撓性太陽電池アレイを提供している。

本開示の一態様によれば、直列に接続された複数の電池（１０）を含む電池ストリング（１）を含み、各電池（１０）の表面には、厚さが５０μｍ以下である１つの薄膜ダイオード（２）が設けられており、各電池（１０）と表面に対応して設けられた薄膜ダイオード（２）との間が並列に接続されており、前記電池ストリング（１）のうちある電池が動作を停止した場合、動作を停止した電池に並列に接続された薄膜ダイオードが順方向に導通して該電池が短絡され、前記電池ストリング（１）のうち残りの電池が正常に動作する、可撓性太陽電池アレイを提供している。

本開示の一実施例において、可撓性太陽電池アレイは、前記電池ストリング（１）の正面に設けられており、光透過率が９０％以上である光学的透明フィルムである正面フィルム（４）と、前記電池ストリング（１）の裏面に設けられた裏面フィルム（５）と、をさらに含む。

本開示の一実施例において、前記電池（１０）の正面は電池負極であり、前記電池（１０）の裏面は電池正極であり、正面には、平行に設けられた複数の細ゲート（１１１）と、前記細ゲート（１１１）に垂直するメインゲート（１１２）とが設けられている。一実施例では、メインゲート（１１２）は、前記電池（１０）のエッジに位置している。

本開示の一実施例において、前記電池ストリング（１）のうち、隣接する２つの電池（１０）の間は、電池相互連結バー（１３）によって直列に接続されており、
好ましくは、前記電池相互連結バー（１３）は、スズメッキ銅テープ、銅テープ、銀箔、銀メッキモリブデンシート及び導電性テープの形態のうちの１つ又は複数を含む。

本開示の一実施例において、前記電池（１０）は可撓性薄膜電池であり、前記電池ストリング（１）のうち、隣接する電池（１０）の間は、瓦積み形態で直列に接続されており、後方の可撓性薄膜電池の裏面は、前方の可撓性薄膜電池の正面に背負って接続されている。

本開示の一実施例において、前記薄膜ダイオード（２）は、両側電極ダイオードであり、前記薄膜ダイオード（２）は、ｐｎ接合（２０）と、前記ｐｎ接合（２０）の対向する両表面にそれぞれ設けられたｐ電極（２１）およびｎ電極（２２）とを含み、または、前記薄膜ダイオード（２）は、同側電極ダイオードであり、前記薄膜ダイオード（２）は、ｐｎ接合（２０）と、前記ｐｎ接合（２０）の同側表面に設けられたｐ電極（２１）およびｎ電極（２２）とを含む。

本開示の一実施例において、前記薄膜ダイオード（２）が両側電極ダイオードである場合、前記薄膜ダイオード（２）は、電池（１０）の裏面に設けられており、隣接する２つの電池のうち前方の電池における薄膜ダイオード（２）のｎ電極（２２）は、前記前方の電池の電池正極と接触し、前方の電池における薄膜ダイオード（２）のｐ電極（２１）は、ダイオード相互連結バー（１４）を介して、隣接する２つの電池のうち後方の電池の電池正極に電気的に接続されている。

本開示の一実施例において、前記薄膜ダイオード（２）が同側電極ダイオードである場合、前記薄膜ダイオード（２）は、電池（１０）の裏面に設けられており、隣接する２つの電池のうち前方の電池における薄膜ダイオード（２）のｎ電極（２２）は、前記前方の電池の電池正極と接触し、前方の電池における薄膜ダイオード（２）のｐ電極（２１）は、隣接する２つの電池のうち後方の電池の電池正極と接触している。

本開示の一実施例において、前記薄膜ダイオード（２）が両側電極ダイオードである場合、前記両側電極ダイオードは、電池（１０）の正面に設けられており、薄膜ダイオード（２）のｐ電極（２１）は、位置している電池のメインゲート（１１２）と接触し、ｎ電極（２２）は、ダイオード相互連結バー（１４）を介して、位置している電池の裏面に電気的に接続されている。

本開示の一実施例において、前前記ダイオード相互連結バー（１４）と前記電池（１０）及び前記ダイオード（２）との間は、絶縁層（１５）によって隔離されている。

上記技術案から分かるように、本開示に提供される可撓性太陽電池アレイは、以下の有益な効果を有している。

（１）薄膜ダイオードの厚さが５０μｍ以下であることにより、薄膜ダイオードが電池の表面（正面又は裏面）に直接に実装されて電池の損傷を引き起こすことないことを保証でき、この薄膜ダイオードが各電池の表面に設けられることで、電池ストリングにおける何れか又は幾つかの電池が遮断された場合、遮断された電池が受けた逆方向高圧は高くなり過ぎ、逆方向電圧によって破壊されたり、過熱して破損したりする問題を解決しているとともに、従来技術にてｎ（ｎ≧２）個の電池に１つの共通ダイオードに並列に接続されてなる電池ストリングにおいて遮断られた電池が動作を停止するため、当該電池ストリング全体の電圧が低くなり、共通ダイオードが順方向に導通して当該電池ストリングのｎ個の電池が短絡されるとの場合を回避し、この場合、１つの電池のみが遮断されても、他のｎ−１個の光照射される電池は動作できず、部品全体の出力電力が大きく低下する。しかし、本開示の可撓性太陽電池アレイは、各電池に１つのダイオードを配置することにより、遮断られた電池が動作を停止する場合にのみ、他の光照射される電池は正常に動作できるため、部品全体の出力電力に対する遮断の影響を減少している。

（２）隣接する２つの電池の直列接続の形態は、電池相互連結バーによるものであってもよく、これに対応して、直列に接続された２つの電池は、平面図に隙間があり、相互連結バーの両端は、隣接する２つの電池のうち一方の電池の正面および他方の電池の裏面にそれぞれ背負って接続される；瓦積み形態で直列接続を実現してもよく、これに対応して、直列に接続された２つの電池は、平面図に隙間がなく、隣接する２つの電池のうち一方の電池の裏面が他方の電池の正面（例えば、メインゲート）に背負って接続され、正極と負極との接続を実現する。瓦積み形態によって、電池間の隙間をなくし、部品の変換効率を向上させるとともに、電池アレイの面積及び封止材の使用量の低減にも寄与することができる。可撓性薄膜電池を採用するため、これに対応して、瓦積み形態によって電池の破損を起こすことがない。

（３）薄膜ダイオードの構成は、両側電極ダイオード又は同側電極ダイオードであってよく、即ち、ｐ電極およびｎ電極という２つの電極は、ｐｎ接合の同じ側又は異なる側に配置されてよい。ただし、両側電極ダイオードは、電池の正面に設けられてもよく、電池の裏面に設けられてもよい。両側電極ダイオードは、電池の正面に設けられる場合、面積ができるだけ小さく、正面採光に対する電池正面のダイオードの影響を避けるように、位置している電池の電池正極及び電池負極と相互連結を実現できればよい。同側電極ダイオードは、電池の裏面に設けられてよく、ダイオードのｐ電極およびｎ電極が隣接する２つの電池の裏面にそれぞれ背負って接続され、ダイオード相互連結バーの配置が省略される。

本開示の一実施例に示す可撓性太陽電池アレイによる構成模式図である。 本開示の第１の実施例に示す相互連結構造の接続形態を用いて直列に接続されてなる電池ストリングによる正面から平面視した構成模式図である。 図２に示す電池ストリングの側面から平面視した構成模式図である。 本開示の第１の実施例に示す薄膜ダイオードによる構成模式図である。 図２に示す電池ストリングの裏面から平面視した構成模式図である。 本開示の一実施例に示す可撓性太陽電池アレイによる動作原理模式図である。 本開示の第２の実施例に示す瓦積み形態を用いて直列に接続されてなる電池ストリングによる正面から平面視した構成模式図である。 図７に示す電池ストリングの側面から平面視した構成模式図である。 図７に示す電池ストリングの裏面から平面視した構成模式図である。 本開示の第３の実施例に示す薄膜ダイオードによる構成模式図である。 本開示の第３の実施例に示す電池ストリングによる側面から平面視した構成模式図である。 本開示の第４の実施例に示す薄膜ダイオードが電池正面のメインゲートに実装された可撓性太陽電池アレイによる正面から平面視した構成模式図である。 図１２に示す可撓性太陽電池アレイのうち１つの電池の側面から平面視した構成模式図である。

通常のチップダイオードは、最小厚さが１ｍｍ以上であり、他のパッケージタイプのダイオードは、直径が１ｍｍよりもはるかに高いため、電池の正面または裏面に実装することができず、電池シートの損傷を引き起こしてしまう。スペース用途のシリコンバイパスダイオードは、厚さが１２０μｍ以上であり、一般に、２つの電池間のスリットや電池の切断によって生じる割れ目に使用され、電池の正面又は裏面に直接適用することができない。超軽量可撓性太陽電池アレイ及びその製造方法がある特許に言及されるが、バイパスダイオードを備えていないため、リスクが大きい。部品の引出端にダイオードが配置されていることで、リスクを低減した可撓性薄膜太陽電池部品がある特許に提案されているが、一旦、部品が遮断されると、部品全体がダイオードで短絡され、出力端への影響が大きい。

したがって、現在の電池アレイは、主に、電池セル部品に１つのダイオードを並列に接続し、各電池セル部品には、複数の電池シートが直列に接続されてなるものが含まれ、又は、各電池セル部品には、並列に接続されてなる複数の電池ストリングが含まれ、各電池ストリングが複数の電池シートを含むとのような構成により、同一のダイオードに並列に接続された複数の電池シートのうちいずれかが故障すれば、これらの電池シートを含む電池ストリング全体が動作することができないことになる。

上記分析に基づいて、本願は、可撓性太陽電池アレイを提出しており、薄膜ダイオードを各電池の表面に設置し、且つ薄膜ダイオードの厚さを５０μｍ以下にすることにより、薄膜ダイオードが電池の表面（正面又は裏面）に直接に実装されて電池の損傷を引き起こすことないことを保証でき、電池ストリングのうちある電池が遮断され又は破損して動作を停止した後、動作を停止した電池に並列に接続された薄膜ダイオードが順方向に導通して該電池が短絡され、他の光照射される電池が正常に動作することができるため、部品全体の出力電力に対する遮断又は破損の影響を減少している。

本開示の目的、技術案および利点をより明確にするために、以下では、具体的な実施例を組合わせ、添付の図面を参照しながら、本開示をさらに詳細に説明する。

第１の実施例
本開示の第１の例示的な実施例では、可撓性太陽電池アレイが提供される。

図１は、本開示の一実施例に示す可撓性太陽電池アレイによる構成模式図である。図２は、本開示の第１の実施例に示す相互連結構造の接続形態を用いて直列に接続されてなる電池ストリングによる正面から平面視した構成模式図である。図３は、図２に示す電池ストリングの側面から平面視した構成模式図である。図２では、説明の便宜上、直列に接続された複数の電池１０を、それぞれ第１の電池１１及び第２の電池１２と表記して、以降の説明を容易にする。

図１〜図３を参照して示すように、本開示の可撓性太陽電池アレイは、直列に接続された複数の電池１０を含む電池ストリング１を含み、各電池１０の表面には、厚さが５０μｍ以下である１つの薄膜ダイオード２が設けられており、各電池１０と表面に対応して設けられた薄膜ダイオード２との間が並列に接続されており、前記電池ストリング１のうちある電池が動作を停止した場合、動作を停止した電池に並列に接続された薄膜ダイオードが順方向に導通して該電池が短絡され、前記電池ストリング１のうち残りの電池が正常に動作する。

電池の裏面は導電性の金属材料であり、各電池の正極または負極に、接着または溶接等により薄膜ダイオード２が接続されている。薄膜ダイオード２の作製方法は、特許ＺＬ２０１２１０２９８８９６．７に記載の内容を参考にできる。

図１を参照して示すように、本実施例において、可撓性太陽電池アレイは、前記電池ストリング１の正面に設けられており、光透過率が９０％以上である光学的透明フィルムである正面フィルム４と、前記電池ストリング１の裏面に設けられた裏面フィルム５と、をさらに含む。前記裏面フィルム５の材料としては、高強度で、引き裂きに強い高分子材料を用いることができる。

一実施例では、前記正面フィルム４、前記電池ストリング１及び前記裏面フィルム５の間は、光学透明接着剤３によって接着されるか、又は、真空熱プレスによって前記正面フィルム４、前記電池ストリング１及び前記裏面フィルム５がラミネートされる。

本実施例において、電池１０は、可撓性薄膜電池であってもよいし、他のタイプの薄膜電池であってもよい。電池相互連結シートによって、隣接する電池間の直列接続を実現するため、各電池が可撓性を有するか否かについて制限がない。

本開示の一実施例において、図２を参照して示すように、前記電池１０の正面は、電池負極であり、前記電池１０の裏面は、電池正極である。例えば、電池の正面には、平行に設けられた複数の細ゲート１１１と、前記細ゲート１１１に垂直するメインゲート１１２とが設けられており、太陽光が当該可撓性太陽電池アレイの表面に照射すると、電池が光を吸収して電流を発生させ、光によって発生したキャリアが内部電界の作用により分離され、電子が電池正面の細ゲート１１１によって収集され、メインゲート１１２に集約される。メインゲート１１２が電池の負極として隣接電池に電気的に接続し、電池の裏面に堆積した金属が電池の正極としてもよい。一実施例では、図２に示すように、メインゲート１１２は、前記電池１０の縁に位置している。

本実施例では、図３を参照して示すように、前記電池ストリング１のうち、隣接する２つの電池１０の間は、電池相互連結バー１３によって直列に接続されている。隣接する２つの電池１０では、第１の電池１１および第２の電池１２を例とすると、電池相互連結バー１３の一端は、第１の電池１１の正面のメインゲート１１２（電池負極）に背負って接続されており、電池相互連結バー１３の他端は、第２の電池１２の裏面（電池正極）に接触し、隣接する２つの電池間の直列接続が実現されている。当該可撓性太陽電池アレイの始まり及び終わりに位置する２つの電池に接続された電池相互連結バー１３は、それぞれ外部への電気出力端として機能する。例えば、図２及び図３を参照して示すように、当該可撓性太陽電池アレイの始まりに位置する電池の左側裏面に接続された電池相互連結バー１３は、当該可撓性太陽電池アレイの正極出力端として機能し、当該可撓性太陽電池アレイの終わりに位置する電池の右側正面に接続された２つの（もちろん、実際な必要に応じて具体的な個数が設けられてもよい）電池相互連結バー１３は、当該可撓性太陽電池アレイの負極出力端として機能する。

電池相互連結バーによって、隣接する２つの電池が直列に接続される形態を実現し、これに対応して、直列に接続された２つの電池は、平面図に隙間があり、図２に示すように、相互連結バーの両端は、それぞれ隣接する２つの電池のうち一方の電池の正面および他方の電池の裏面に背負って接続される。

一実施例において、前記電池相互連結バー１３は、スズメッキ銅テープ、銅テープ、銀箔、銀メッキモリブデンシート及び導電性テープの形態のうちの１つ又は複数を含むが、これらに限定されない。

本開示の一実施例において、前記薄膜ダイオード２が両側電極ダイオードである場合、前記薄膜ダイオード２は、電池１０の裏面に設けられており、隣接する２つの電池のうち前方の電池における薄膜ダイオード２のｎ電極２２は、前記前方の電池の電池正極と接触し、前方の電池における薄膜ダイオード２のｐ電極２１は、ダイオード相互連結バー１４を介して、隣接する２つの電池のうち後方の電池の電池正極に電気的に接続されている。

図４は、本開示の第１の実施例に示す薄膜ダイオードによる構成模式図である。図５は、図２に示す電池ストリングの裏面から平面視した構成模式図である。

図４を参照して示すように、本実施例において、薄膜ダイオード２は、両側電極ダイオードであり、前記薄膜ダイオード２は、ｐｎ接合２０と、前記ｐｎ接合２０の対向する両表面にそれぞれ設けられたｐ電極２１およびｎ電極２２とを含む。

本実施例では、薄膜ダイオード２は、両側電極ダイオードであり、前記両側電極ダイオードは、電池１０の裏面に設けられ、例えば、図５に示すように、薄膜ダイオード２は、電池の裏面の幾何学的中心位置に設けられている。第１の電池１１における薄膜ダイオード２を例として薄膜ダイオードと電池との接続関係を説明する。

第１の電池１１の表面において、薄膜ダイオード２のｎ電極２２は、第１の電池１１の裏面に接触し、すなわち、第１の電池１１における薄膜ダイオード２のｎ電極２２は、第１の電池１１の電池正極に接触しており、該薄膜ダイオード２のｐ電極２１は、ダイオード相互連結バー１４を介して第２の電池１２の裏面に接続され、すなわち、ｐ電極２１は、ダイオード相互連結バー１４を介して第２の電池１２の電池正極に接続されている。ただし、図３を参照して示すように、第１の電池１１の正面のメインゲート１１２（第１の電池１１の電池負極に対応）が、電池相互連結バー１３を介して第２の電池１２の裏面（電池正極）に接続されると、薄膜ダイオード２のｐ電極２１は、ダイオード相互連結バー１４を介して第２の電池１２の裏面に接続されると同時に、第１の電池１１の電池負極にも接続される。これにより、第１の電池１１における薄膜ダイオード２と位置している電池（第１の電池１１）との並列接続を実現している。

図３及び図５を参照して示すように、前記ダイオード相互連結バー１４と前記電池１０及び前記ダイオード２との間は、絶縁層１５によって隔離されている。薄膜ダイオード２を、電池１０の裏面に接続し、薄膜ダイオード２の厚さは、電池１０に近い。薄膜ダイオード２の正極（ｐ電極２１）は、ダイオード相互連結バー１４に接続され、当該薄膜ダイオード２の縁及びダイオード相互連結バー１４と電池１０の裏面との間には、絶縁手段が使用されて、薄膜ダイオード２の短絡を回避するとともに、ダイオード相互連結バー１４と電池１０との短絡を回避する。

図６は、本開示の一実施例に示す可撓性太陽電池アレイによる動作原理模式図である。

図６を参照して示すように、当該可撓性太陽電池アレイの等価回路は以下の通りである：各電池１０に１つの薄膜ダイオード２が並列に接続されており、太陽光が当該可撓性太陽電池アレイの表面に照射すると、電池１０が光を吸収して電流を発生し、光によって発生したキャリアが内部電界の作用により分離され、電子が電池正面の細ゲート１１１によって収集され、メインゲート１１２に集約され、正孔が電池１０の裏面の金属電極を通して流れ、これに対応して、薄膜ダイオード２が逆バイアス状態にある。ある電池が遮断されると、該電池は動作を停止し、ダイオードが導通して、電流がダイオードを流れ、該電池を短絡して、該電池が破壊されたり過熱して破損したりすることを回避する。各電池に独立したダイオードを具備して保護作用を実現するので、該電池ストリングのうち残りの電池は影響を受けない。遮断前は、当該可撓性太陽電池アレイの電圧は直列に接続された電池数によって決定され、遮断後は、当該可撓性太陽電池アレイの電圧は残りの動作している電池およびダイオードの電圧によって決定され、遮断された電池が短絡される。

本実施例では、薄膜ダイオードの厚さが５０μｍ以下であることにより、薄膜ダイオードが電池の表面（正面又は裏面）に直接に実装されて電池の損傷を引き起こすことないことを保証でき、この薄膜ダイオードが各電池の表面に設けられることで、電池ストリングにおける何れか又は幾つかの電池が遮断された場合、遮断された電池が受けた逆方向高圧は高くなり過ぎ、逆方向電圧によって破壊されたり、過熱して破損したりする問題を解決しているとともに、従来技術にてｎ（ｎ≧２）個の電池に１つの共通ダイオードに並列に接続されてなる電池ストリングにおいて遮断られた電池が動作を停止するため、当該電池ストリング全体の電圧が低くなり、共通ダイオードが順方向に導通して当該電池ストリングのｎ個の電池が短絡されるとの場合を回避し、この場合、１つの電池のみが遮断されても、他のｎ−１個の光照射される電池は動作できず、部品全体の出力電力が大きく低下する。しかし、本開示の可撓性太陽電池アレイは、各電池に１つのダイオードを配置することにより、遮断られた電池が動作を停止する場合にのみ、他の光照射される電池は正常に動作できるため、部品全体の出力電力に対する遮断の影響を減少している。

第２の実施例
本開示の第２の例示的な実施例では、可撓性太陽電池アレイが提供される。本実施例は、第１の実施例を比べると、本実施例では、各電池の直列接続の形態を変えたという点について、相違がある。本実施例では、第１の実施例で例示したような、相互連結バーの形態によって隣接する電池間の直列接続を実現するものではなく、瓦積み形態によって隣接する電池間の直列接続を実現するものである。その他の同様点については、第１の実施例を参照して、ここでは説明を繰り返さない。

図７は、本開示の第２の実施例に示す瓦積み形態を用いて直列に接続されてなる電池ストリングによる正面から平面視した構成模式図である。図８は、図７に示す電池ストリングの側面から平面視した構成模式図である。図９は、図７に示す電池ストリングの裏面から平面視した構成模式図である。

図７〜図９を参照して示すように、本実施例において、前記電池１０は可撓性薄膜電池であり、前記電池ストリング１のうち、隣接する電池１０の間は、瓦積み形態で直列に接続されており、後方の可撓性薄膜電池の裏面は、前方の可撓性薄膜電池の正面に背負って接続されている。例えば、図８を参照して示すように、第２の電池１２の裏面（電池正極）が第１の電池１１の正面（電池負極）に背負って接続され、例えば、ここでは、第１の電池１１のメインゲート１１２に背負って接続されて、正極と負極との直列接続を実現している。

通常の部品では、短絡や電池の重ね破損を避けるために、電池と電池との間の間隔は、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度に抑えれる。この間隔は、部品の面積を増大させ、部品の変換効率を低下させるだけでなく、封止材の使用量を増加させて、部品の重量を増加させる。図７に示すように、これに対応して、直列に接続される２つの電池は、平面図に隙間がなく、瓦積み形態によって電池間の隙間をなくし、部品の変換効率を向上させるとともに、電池アレイの面積及び封止材の使用量の低減にも寄与することができる。可撓性薄膜電池を採用するため、これに対応して、瓦積み形態によって電池の破損を起こすことがない。

また、本実施例において、前記電池１０は可撓性薄膜電池であるため、瓦積み形態によって直列に接続する場合、電池の湾曲は、縁の背負って接続された箇所のみに発生し、背負って接続された箇所で弧線を形成し、その他の箇所はほとんど平面形状に維持することができ、剛性の背負い接続に比べて、本願では、背負って接続した後、電池全体は依然として平面形状を維持したまま、元の太陽光の入射角度を破壊したり、影響したりすることがない。しかし、剛性の背負い接続により、必然的に一定の角度を形成し、太陽光の入射角度に偏向が生じ、太陽光エネルギーの変換効率に影響を与える。

第３の実施例
本開示の第３の例示的な実施例では、可撓性太陽電池アレイが提供される。本実施例は、第１の実施例を比べると、本実施例の薄膜ダイオードの構成が、同側電極ダイオードであるという点について、相違がある。その他の同様点については、第１の実施例を参照して、ここでは説明を繰り返さない。

図１０は、本開示の第３の実施例に示す薄膜ダイオードによる構成模式図である。

図１０を参照して示すように、本実施例では、前記薄膜ダイオード２は、同側電極ダイオードであり、前記薄膜ダイオード２は、ｐｎ接合２０と、前記ｐｎ接合２０の同側表面に設けられたｐ電極２１およびｎ電極２２とを含む。

図１１は、本開示の第３の実施例に示す電池ストリングによる側面から平面視した構成模式図である。

図１１を参照して示すように、本開示の一実施例において、前記薄膜ダイオード２は、同側電極ダイオードであり、前記薄膜ダイオード２は、電池１０の裏面に設けられており、隣接する２つの電池のうち前方の電池における薄膜ダイオード２のｎ電極２２は、前記前方の電池の電池正極と接触し、前方の電池における薄膜ダイオード２のｐ電極２１は、隣接する２つの電池のうち後方の電池の電池正極と接触している。

例えば、本実施例では、前記薄膜ダイオード２は、同側電極ダイオードであり、前記薄膜ダイオード２は、電池１０の裏面に設けられており、第１の電池１１の裏面に設けられた薄膜ダイオード２を例として説明する。隣接する２つの電池のうち、第１の電池１１における薄膜ダイオード２のｎ電極２２は、前記第１の電池１１の電池正極（裏面）と接触し、第１の電池１１における薄膜ダイオード２のｐ電極２１は、第２の電池１２の電池正極（裏面）と接触している。ここで、ｐ電極２１は、第２の電池１２の裏面に直接に接続され、電池相互連結バー１３は、第１の電池１１の負極との接続及び第２の電池１２の裏面との同時接続を実現している。第１の実施例と比較して、ダイオード相互連結バー１４の配置が省略されるため、構造が簡単で接続が便利であるという効果がある。

第４の実施例
本開示の第４の例示的な実施例では、可撓性太陽電池アレイが提供される。本実施例は、第１の実施例を比べると、本実施例の薄膜ダイオードの面積が比較的に小さく、該薄膜ダイオードが電池の正面に設けられたという点について、相違がある。その他の同様点については、第１の実施例を参照して、ここでは説明を繰り返さない。

図１２は、本開示の第４の実施例に示す薄膜ダイオードが電池の正面のメインゲートに実装された可撓性太陽電池アレイによる正面から平面視した構成模式図である。図１３は、図１２に示す可撓性太陽電池アレイのうち１つの電池の側面から平面視した構成模式図である。

本開示の一実施例において、前記薄膜ダイオード２は、両側電極ダイオードであり、前記両側電極ダイオードは、電池１０の正面に設けられており、薄膜ダイオード２のｐ電極２１は、位置している電池のメインゲート１１２と接触し、ｎ電極２２は、ダイオード相互連結バー１４を介して、位置している電池の裏面に電気的に接続されている。両側電極ダイオードは、電池の正面に設けられる場合、面積ができるだけ小さく、正面採光に対する電池正面のダイオードの影響を避けるように、位置している電池の電池正極及び電池負極と相互連結を実現できればよい。

本実施例では、第１の電池１１に設けられた薄膜ダイオード２を例として説明する。図１３を参照して示すように、薄膜ダイオード２は第１の電池１１の正面にが設けられ、薄膜ダイオード２のｎ電極２２が上方を向き、ｐ電極２１が下方を向き、ｐ電極２１は第１の電池１１のメインゲート１１２と接触し、ｎ電極２２はダイオード相互連結バー１４を介して第１の電池１１の裏面に電気的に接続されている。薄膜ダイオード２の短絡を回避するとともに、ダイオード相互連結バー１４と電池１０との短絡を回避するように、前記ダイオード相互連結バー１４と前記電池１０及び前記ダイオード２との間は、絶縁層１５によって隔離されている。

第１、第３および第４の実施例を参照して分かるように、本開示において、薄膜ダイオードの構成は、両側電極ダイオード又は同側電極ダイオードであってよく、即ち、ｐ電極およびｎ電極という２つの電極は、ｐｎ接合の同じ側又は異なる側に配置されてよい。ただし、両側電極ダイオードは、電池の正面に設けられてもよく、電池の裏面に設けられてもよい。両側電極ダイオードは、電池の正面に設けられる場合、面積ができるだけ小さく、正面採光に対する電池正面のダイオードの影響を避けるように、位置している電池の電池正極及び電池負極と相互連結を実現できればよい。同側電極ダイオードは、電池の裏面に設けられてよく、ダイオードのｐ電極およびｎ電極が隣接する２つの電池の裏面にそれぞれ背負って接続され、ダイオード相互連結バーの配置が省略される。

以上のように、本開示は、可撓性太陽電池アレイが提供されており、各電池の表面に１つの薄膜ダイオードが設けられており、相互連結シートによって隣接する電池のメインゲートと裏面電極との接続を実現してもよく、瓦積み形態で隣接する電池の縁を積って直列接続を実現してもよい。薄膜ダイオードは、電池の裏面または正面に実装されてもよく、薄膜ダイオードは電池と並列に接続され、電極の方向が反対である。薄膜ダイオードの厚さが５０μｍ以下であることにより、薄膜ダイオードが電池の表面（正面又は裏面）に直接に実装されて電池の損傷を引き起こすことないことを保証でき、この薄膜ダイオードが各電池の表面に設けられることで、電池ストリングにおける何れか又は幾つかの電池が遮断された場合、遮断された電池が受けた逆方向高圧は高くなり過ぎ、逆方向電圧によって破壊されたり、過熱して破損したりする問題を解決しているとともに、従来技術にてｎ（ｎ≧２）個の電池に１つの共通ダイオードに並列に接続されてなる電池ストリングにおいて遮断られた電池が動作を停止するため、当該電池ストリング全体の電圧が低くなり、共通ダイオードが順方向に導通して当該電池ストリングのｎ個の電池が短絡されるとの場合を回避し、この場合、１つの電池のみが遮断されても、他のｎ−１個の光照射される電池は動作できず、部品全体の出力電力が大きく低下する。しかし、本開示の可撓性太陽電池アレイは、各電池に１つのダイオードを配置することにより、遮断られた電池が動作を停止する場合にのみ、他の光照射される電池は正常に動作できるため、部品全体の出力電力に対する遮断の影響を減少している。

特に定義されない限り、本開示の実施例及び図面において、同じ符号は同じ意味を表す。明確にするために、本開示の実施例を説明するための図面では、層または領域の厚さが誇張され、また、本開示のいくつかの実施例の図面では、本開示の思想と関連する構成のみを示すが、他の構成は、一般的な設計を参考にしてもよい。また、図面の一部は、本開示の実施例の基本的な構成を模式的に示すのに過ぎず、細部は省略されている。

特に定義されない限り、本開示で使用される技術用語または科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって理解される通常の意味である。本開示で使用される「第１の」、「第２の」および類似語は、任意の順序、数量、または重要性を意味せず、異なる組成部分を区別するために使用されるだけである。「含む」または「含まれる」などの類似語は、開放的な意味を示し、明示的に列挙された素子、部品、部分または項目を除き、他の素子、部品、部分または項目を除外しない。「接続」または「連結」などの類似語は、物理的または機械的接続に限定されず、直接的または間接的を問わず、電気的接続を含むことができる。「上」、「下」、「左」、「右」等は、相対的な位置関係を示すためのものに過ぎず、記述されるオブジェクトの絶対的な位置が変化すると、その相対的な位置関係もそれに応じて変化する可能性がある。また、例えば、層、膜、領域、ベース板などの素子が別の素子の「上」または「下」に位置するとしたとき、当該素子が、別の素子の「上」または「下」に「直接」に位置してもよく、中間素子が介在してもよい。

上記の具体的な実施例により、本開示の目的、技術案及び有益効果をさらに詳細に説明している。上記は、本開示の具体的な実施例だけであり、本開示を制限するものではない。本開示の精神及び主旨に属するいずれの補正、等同切替、改善などは、いずれも本開示の保護範囲に含まれる。

１ 電池ストリング
１０ 電池
１１ 第１の電池
１１１ 細ゲート
１１２ メインゲート
１２ 第２の電池
１３ 電池相互連結バー
１４ ダイオード相互連結バー
１５ 絶縁層
２ 薄膜ダイオード
２０ ｐｎ接合
２１ ｐ電極
２２ ｎ電極
３ 光学的透明接着剤
４ 正面フィルム
５ 裏面フィルム

Claims (10)

1. 直列に接続された複数の電池（１０）を含む電池ストリング（１）を含み、
   各電池（１０）の表面には、厚さが５０μｍ以下である１つの薄膜ダイオード（２）が設けられており、各電池（１０）と表面に対応して設けられた薄膜ダイオード（２）との間が並列に接続されており、
   前記電池ストリング（１）のうちある電池が動作を停止した場合、動作を停止した電池に並列に接続された薄膜ダイオードが順方向に導通して該電池が短絡され、前記電池ストリング（１）のうち残りの電池が正常に動作する
   ことを特徴とする可撓性太陽電池アレイ。
2. 前記電池ストリング（１）の正面に設けられており、光透過率が９０％以上である光学的透明フィルムである正面フィルム（４）と、
   前記電池ストリング（１）の裏面に設けられた裏面フィルム（５）と、をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の可撓性太陽電池アレイ。
3. 前記電池（１０）の正面は電池負極であり、前記電池（１０）の裏面は電池正極であり、正面には、平行に設けられた複数の細ゲート（１１１）と、前記細ゲート（１１１）に垂直するメインゲート（１１２）とが設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の可撓性太陽電池アレイ。
4. 前記電池ストリング（１）のうち、隣接する２つの電池（１０）の間は、電池相互連結バー（１３）によって直列に接続されており、
   前記電池相互連結バー（１３）は、スズメッキ銅テープ、銅テープ、銀箔、銀メッキモリブデンシート及び導電性テープの形態のうちの１つ又は複数を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の可撓性太陽電池アレイ。
5. 前記電池（１０）は可撓性薄膜電池であり、前記電池ストリング（１）のうち、隣接する電池（１０）の間は、瓦積み形態で直列に接続されており、後方の可撓性薄膜電池の裏面は、前方の可撓性薄膜電池の正面に背負って接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の可撓性太陽電池アレイ。
6. 前記薄膜ダイオード（２）は、両側電極ダイオードであり、前記薄膜ダイオード（２）は、ｐｎ接合（２０）と、前記ｐｎ接合（２０）の対向する両表面にそれぞれ設けられたｐ電極（２１）およびｎ電極（２２）とを含み、または、
   前記薄膜ダイオード（２）は、同側電極ダイオードであり、前記薄膜ダイオード（２）は、ｐｎ接合（２０）と、前記ｐｎ接合（２０）の同側表面に設けられたｐ電極（２１）およびｎ電極（２２）とを含む
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の可撓性太陽電池アレイ。
7. 前記薄膜ダイオード（２）が両側電極ダイオードである場合、前記薄膜ダイオード（２）は、電池（１０）の裏面に設けられており、隣接する２つの電池のうち前方の電池における薄膜ダイオード（２）のｎ電極（２２）は、前記前方の電池の電池正極と接触し、前方の電池における薄膜ダイオード（２）のｐ電極（２１）は、ダイオード相互連結バー（１４）を介して、隣接する２つの電池のうち後方の電池の電池正極に電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の可撓性太陽電池アレイ。
8. 前記薄膜ダイオード（２）が同側電極ダイオードである場合、前記薄膜ダイオード（２）は、電池（１０）の裏面に設けられており、隣接する２つの電池のうち前方の電池における薄膜ダイオード（２）のｎ電極（２２）は、前記前方の電池の電池正極と接触し、前方の電池における薄膜ダイオード（２）のｐ電極（２１）は、隣接する２つの電池のうち後方の電池の電池正極と接触している
   ことを特徴とする請求項６に記載の可撓性太陽電池アレイ。
9. 前記薄膜ダイオード（２）が両側電極ダイオードである場合、前記両側電極ダイオードは、電池（１０）の正面に設けられており、薄膜ダイオード（２）のｐ電極（２１）は、位置している電池のメインゲート（１１２）と接触し、ｎ電極（２２）は、ダイオード相互連結バー（１４）を介して、位置している電池の裏面に電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の可撓性太陽電池アレイ。
10. 前記ダイオード相互連結バー（１４）と前記電池（１０）及び前記ダイオード（２）との間は、絶縁層（１５）によって隔離されている
    ことを特徴とする請求項７又は９に記載の可撓性太陽電池アレイ。

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