Модуль солнечной батареи



Модуль солнечной батареи
Модуль солнечной батареи
Модуль солнечной батареи
Модуль солнечной батареи
Модуль солнечной батареи
Модуль солнечной батареи

 


Владельцы патента RU 2526894:

СИН-ЭЦУ КЕМИКАЛ КО., ЛТД. (JP)

Раскрыт модуль солнечной батареи, в котором расположены поочередным образом: первый солнечный элемент, содержащий подложку первого типа проводимости, имеющую светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды взаимно противоположной полярности, соответственно сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях, и второй солнечный элемент, содержащий подложку второго типа проводимости, имеющую светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды взаимно противоположной полярности, соответственно сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях, при этом солнечные элементы отрегулированы во время изготовления таким образом, что разность в плотности тока короткого замыкания между первым и вторым солнечными элементами составляет вплоть до 20%. Модуль солнечных элементов согласно изобретению обладает улучшенной эффективностью преобразования посредством увеличения плотности расположения солнечных элементов по отношению к площади модуля солнечных элементов. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Данное изобретение относится к модулю солнечных элементов, содержащему солнечные элементы в виде полупроводниковых устройств.

Уровень техники

Модуль солнечных элементов, изготовленный из кристаллических солнечных элементов, обычно производится посредством предоставления солнечных элементов на базе лишь подложек одного типа проводимости и соединения элементов последовательно с целью увеличения напряжения. В этом случае, если используются элементы, каждый из которых имеет электрод первой полярности на стороне светоприемной поверхности и электрод второй полярности (противоположной первой полярности) на стороне несветоприемной поверхности, то электрод первой полярности на стороне светоприемной поверхности должен быть соединен с электродом второй полярности на стороне несветоприемной поверхности посредством проводника, содержащего припой и другие компоненты (упоминаемые как «контактный провод»), чтобы обеспечить последовательное соединение. Те электроды, которые соединяются контактным проводом, представляют собой электроды сравнительно большой ширины (примерно от 1 до 3 мм) и обычно известны как шинные электроды.

В отношении обычного модуля солнечных элементов, указанного выше, была сделана попытка расположения солнечных элементов так близко друг к другу, насколько это возможно, для того, чтобы увеличить эффективность преобразования модуля. Однако вследствие наличия контактного провода, соединяющего электроды на сторонах светоприемной и несветоприемной поверхностей, попытка уменьшить расстояние между солнечными элементами до величины в 3,0 мм или менее создает проблему с повреждением краев элементов вследствие изгибных напряжений контактного провода. Это вызывает уменьшение плотности расположения солнечных элементов по отношению к площади модуля солнечных элементов.

Одним из подходов к разрешению этой проблемы является просто уменьшение толщины самого контактного провода, чтобы уменьшить изгибные напряжения контактного провода, хотя при этом возникает другая проблема, связанная с увеличением сопротивления межсоединений. Другой подход описан, например, в JP-A 2008-147260 (Патентный документ 1), где предлагается модуль солнечных элементов, в котором предусматривается контактный провод с предварительно изогнутым участком, причем контактный провод соединен таким образом, чтобы изогнутый участок был расположен между соседними элементами, посредством чего уменьшаются изгибные напряжения контактного провода и предотвращается повреждение краев элементов.

Этот способ, однако, имеет те недостатки, что должен быть подготовлен контактный провод, имеющий специальный изогнутый участок, и наличие изогнутого участка увеличивает длину соединения контактного провода, тем самым ухудшая коэффициент заполнения модуля солнечных элементов.

Список ссылок

Патентный документ 1: JP-A 2008-147260

Сущность изобретения

Задачи, решаемые изобретением

Целью данного изобретения, которое было изготовлено вследствие вышеуказанных обстоятельств, является предоставление модуля солнечных элементов, который обладает улучшенной эффективностью преобразования модуля посредством увеличения плотности расположения солнечных элементов по отношению к площади модуля солнечных элементов.

Средства для решения задач

Проведя обширные исследования для достижения вышеуказанной цели, авторы изобретения обнаружили, что, когда первый солнечный элемент, содержащий подложку первого типа проводимости, имеющую светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды противоположной полярности, сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях соответственно, и второй солнечный элемент, содержащий подложку второго типа проводимости, противоположной первому типу проводимости, имеющую светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды противоположной полярности, сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях соответственно, расположены поочередно, создается модуль солнечных элементов, в котором первый солнечный элемент, имеющий электрод первой полярности, и второй солнечный элемент, имеющий электрод второй полярности, противоположной первой полярности, размещены бок о бок в общей плоскости. Это расположение обеспечивает то, что первый и второй солнечные элементы соединены последовательно посредством соединения электродов на светоприемной поверхности одного с другим и электродов на несветоприемной поверхности одного с другим контактными проводами, причем элементы расположены близко один к другому на расстоянии 3,0 мм или менее, посредством чего плотность расположения солнечных элементов по отношению к площади модуля солнечных элементов может быть увеличена, что приводит к улучшенной эффективности преобразования модуля. Такое расположение облегчает присоединение контактных проводов и устраняет напряжения, обусловленные контактными проводами, предотвращая повреждение краев элементов и увеличивая выход годных изделий производства, что обеспечивает изготовление высоконадежного модуля солнечных элементов. Данное изобретение основано на этих установленных фактах.

Следует заметить, что в качестве электродов на светоприемной и несветоприемной поверхностях используются тонкие электроды шириной примерно от 50 до 200 мкм, которые сформированы на передней поверхности солнечного элемента поперек шинных электродов для сбора выходной мощности, которые упоминаются как «штыревые электроды», и сравнительно толстые электроды шириной примерно от 1 до 3 мм для отвода выходной мощности, собранной штыревыми электродами, которые упоминаются как «шинные электроды».

Соответственно, данное изобретение предоставляет модуль солнечных элементов, как определено ниже.

Пункт 1

Модуль солнечных элементов, содержащий, при поочередном расположении, первый солнечный элемент, содержащий подложку первого типа проводимости, имеющую светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды противоположной полярности, сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях, соответственно, и второй солнечный элемент, содержащий подложку второго типа проводимости, имеющую светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды противоположной полярности, сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях соответственно.

Пункт 2

Модуль солнечных элементов по пункту 1, включающий в себя секцию, в которой первый и второй солнечные элементы соединены последовательно, при этом число первых солнечных элементов, использованных в секции с последовательным соединением, составляет от 50% до 70%, и число вторых солнечных элементов, использованных в секции с последовательным соединением, составляет от 30% до 50%.

Пункт 3

Модуль солнечных элементов по пункту 1 или 2, в котором подложка первого типа проводимости является подложкой из полупроводника n-типа, а подложка второго типа проводимости является подложкой из полупроводника p-типа.

Пункт 4

Модуль солнечных элементов по пунктам 1, 2 или 3, в котором солнечные элементы расположены друг от друга на расстоянии от 0,1 мм до 3,0 мм.

Пункт 5

Модуль солнечных элементов по любому из пунктов с 1 по 4, в котором разность в плотности тока короткого замыкания между первым и вторым солнечными элементами составляет вплоть до 20%.

Полезные эффекты изобретения

Способ расположения солнечных элементов и выполнения межсоединений в соответствии с данным изобретением предоставляет возможность увеличения плотности расположения солнечных элементов по отношению к площади модуля солнечных элементов, посредством чего улучшается эффективность преобразования модуля. Кроме того, поскольку напряжения, прикладываемые от контактных проводников к краям солнечных элементов, могут быть уменьшены по сравнению со способом, известным из уровня техники, может быть изготовлен высоконадежный модуль солнечных элементов при увеличенном выходе годных изделий производства.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует пример последовательного соединения солнечных элементов в модуле солнечных элементов в соответствии с уровнем техники, причем Фиг.1a является видом поперечного сечения, и Фиг.1b является видом сверху со стороны светоприемной поверхности.

Фиг.2 иллюстрирует пример последовательного соединения солнечных элементов в модуле солнечных элементов в соответствии с изобретением, причем Фиг.2a является видом поперечного сечения, и Фиг.2b является видом сверху со стороны светоприемной поверхности.

Фиг.3 представляет собой вид сверху со стороны светоприемной поверхности, показывающий пример межсоединений в целом для модуля солнечных элементов в соответствии с предшествующим уровнем техники.

Фиг.4 представляет собой вид сверху со стороны светоприемной поверхности, показывающий пример межсоединений в целом для модуля солнечных элементов в соответствии с изобретением.

Описание варианта осуществления

Теперь будут подробно описаны варианты осуществления данного изобретения со ссылками на чертежи, хотя изобретение не ограничивается иллюстрированными вариантами осуществления. Везде на чертежах для иллюстрирования вариантов осуществления одинаковые символы представляют собой части, имеющие одно и то же назначение, и повторение их описания опущено. Для простоты понимания чертежи сделаны с преувеличением в отношении расстояния между солнечными элементами и их толщины. Для удобства штыревые электроды опущены.

Изобретение направлено на модуль солнечных элементов, в котором первый солнечный элемент(ы), содержащий(е) подложку первого типа проводимости, имеющую светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды противоположной полярности, сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях, соответственно, и второй солнечный элемент(ы), содержащий(е) подложку второго типа проводимости, имеющую светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды противоположной полярности, сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях, соответственно, расположены поочередно. Этот модуль солнечных элементов сконструирован, как показано на Фиг.2, при этом солнечные элементы 1, имеющие подложку первого типа проводимости, и солнечные элементы 2, имеющие подложку второго типа проводимости, расположены поочередно, и шинные электроды 3 соединены контактными проводами 4. При этом тип проводимости подложки первого солнечного элемента противоположен типу проводимости подложки второго солнечного элемента. Например, если первая имеет n-тип, то последняя имеет p-тип. Также полярность электрода на светоприемной поверхности подложки первого солнечного элемента идентична полярности электрода на несветоприемной поверхности подложки второго солнечного элемента, наряду с тем, что электрод на несветоприемной поверхности подложки первого солнечного элемента и электрод на светоприемной поверхности подложки второго солнечного элемента имеют одну и ту же полярность. В варианте осуществления данного изобретения, как показано на Фиг.2b, например, когда первый солнечный элемент расположен так, что светоприемная поверхность его подложки обращена вверх, и второй солнечный элемент расположен так, что светоприемная поверхность его подложки обращена вверх, электрод на светоприемной поверхности первого солнечного элемента и электрод на светоприемной поверхности второго солнечного элемента могут быть линейно соединены в общей плоскости без изгиба.

В этом варианте осуществления тип проводимости подложки, примесный диффузионный слой, антиотражающее покрытие и другие компоненты солнечных элементов, использованные здесь, могут соответствовать хорошо известным примерам. Солнечные элементы могут быть изготовлены хорошо известным способом, описанным в JP-A 2001-77386.

Полупроводниковая подложка, солнечные элементы которой сконструированы в соответствии с данным изобретением, может быть, например, подложкой из монокристаллического кремния p- или n-типа, подложкой из поликристаллического кремния p- или n-типа, подложкой из некремниевого полупроводникового соединения или т.п. В качестве подложки из монокристаллического кремния могут быть использованы нарезанные подложки из монокристаллического кремния p-типа с ориентацией {100}, в которых кремний высокой степени чистоты легирован элементом III группы, таким как бор или галлий, чтобы обеспечить удельное сопротивление от 0,1 до 5 Ом·см. Также применимы аналогичные кремниевые подложки n-типа, легированные элементом V группы, таким как фосфор, сурьма или мышьяк.

Что касается чистоты используемых здесь подложек из монокристаллического кремния, то подложки с более низкой концентрацией примесей металлов, таких как железо, алюминий и титан, являются предпочтительными, поскольку более эффективные солнечные элементы могут быть изготовлены при применении подложек с увеличенным временем жизни. Подложка из монокристаллического кремния может быть приготовлена любыми методами, включая метод Чохральского (CZ) и зонную плавку (FZ). При этом в вышеуказанном способе может быть также использован кремний металлической степени чистоты, который первоначально очищен посредством хорошо известного процесса, такого как Сименс-процесс.

Толщина полупроводниковой подложки составляет предпочтительно от 100 до 300 мкм и более предпочтительно от 150 до 250 мкм для баланса стоимости и выхода годных подложки и эффективности преобразования. Если удельное сопротивление полупроводниковой подложки ниже вышеуказанного интервала, то распределение эффективности преобразования солнечных элементов может стать более узким, однако стоимость кристалла может быть высокой из-за ограничений в выращивании слитка. Если удельное сопротивление выше интервала, то распределение эффективности преобразования солнечных элементов может стать более широким, однако стоимость кристалла может быть низкой.

В варианте осуществления данного изобретения первый тип проводимости может быть n-типом или p-типом. Второй тип проводимости может быть p-типом, если n-тип выбран для первого типа проводимости, или n-типом, если p-тип выбран для первого типа проводимости.

Кроме того, поверхность подложки предпочтительно снабжена микроскопическими выступами, известными как «текстура». Текстура является эффективным средством уменьшения отражательной способности поверхности солнечных элементов. Текстура может быть легко образована погружением в горячий водный раствор щелочи, такой как гидроксид натрия.

Что касается примесного диффузионного слоя, то используемый источник примеси может быть выбран из элементов V группы, таких как фосфор, мышьяк и сурьма, и элементов III группы, таких как бор, алюминий и галлий. В одном из примеров примесный диффузионный слой может быть сформирован посредством процесса диффузии из газовой фазы с применением оксихлорида фосфора для диффузии, например, фосфора. В этом примере термообработка предпочтительно выполняется в атмосфере оксихлорида фосфора или т.п. при температуре от 850 до 900°С в течение от 20 до 40 минут. Также предпочтительно, чтобы примесный диффузионный слой имел толщину от 0,1 до 3,0 мкм и более предпочтительно от 0,5 до 2,0 мкм. Если примесный диффузионный слой слишком толстый, то может иметься больше ловушек, на которых рекомбинируют сгенерированные электроны и дырки, что приводит к снижению эффективности преобразования. Если примесный диффузионный слой слишком тонкий, то будет меньше ловушек, на которых рекомбинируют сгенерированные электроны и дырки, однако поперечное сопротивление для тока, протекающего через подложку к коллекторному электроду, может быть увеличено, что приводит к снижению эффективности преобразования. Диффузия бора, например, может быть выполнена посредством применения коммерчески доступного агента для формирования покрытия, содержащего бор, сушки и термообработки при температуре от 900 до 1050°С в течение от 20 до 60 минут, чтобы образовать диффузионный слой.

В обычных кремниевых солнечных элементах p-n-переход должен быть сформирован только на светоприемной поверхности. С этой целью предпочтительно использовать подходящее средство для предотвращения формирования p-n-перехода на тыльной поверхности, например, посредством наложения двух подложек одна на другую перед диффузией или формирования пленки SiO2 или пленки SiNx в качестве маски для диффузии на тыльной поверхности перед диффузией. Помимо метода диффузии из газовой фазы, примесный диффузионный слой может также быть сформирован посредством другой технологии, такой как трафаретная печать или нанесение покрытия методом центрифугирования.

Противоотражающая пленка предпочтительно является пленкой SiNx, сформированной при использовании устройства для плазменного химического осаждения из газовой фазы (CVD) или т.п., или многослойной пленкой, включающей пленку SiO2, образованную термическим окислением, и пленку SiNx, сформированную, как указано выше. Их толщина предпочтительно составляет от 70 до 100 нм.

На полученной таким образом полупроводниковой подложке формируются электроды при применении технологии трафаретной печати или т.п. Форма электродов не ограничивается особым образом. Ширина шинных электродов типично составляет от 1 до 3 мм, и число шинных электродов предпочтительно составляет от 1 до 4 и более предпочтительно от 2 до 3 на каждой поверхности. Когда множество электродов формируются на одной поверхности, электроды предпочтительно формируются вытянутыми параллельно один другому.

В технологии трафаретной печати электропроводная паста, полученная смешиванием электропроводных частиц, таких как порошок алюминия или порошок серебра, стеклообразная фритта, органическая связка и т.п., наносится трафаретной печатью. После печати паста отжигается при температуре от 700 до 800°С в течение от 5 до 30 минут для формирования электродов. Формирование электродов печатным методом является предпочтительным, хотя электроды могут также быть сформированы методами термовакуумного напыления и распыления. Кроме того, электроды на светоприемной и несветоприемной поверхностях могут быть подвергнуты отжигу одновременно. Таким образом, электрод первой полярности формируется на светоприемной поверхности первого солнечного элемента, имеющего подложку первого типа проводимости, и электрод второй полярности, противоположной первой полярности, формируется на несветоприемной поверхности первого солнечного элемента. Аналогичным образом, электрод второй полярности формируется на светоприемной поверхности второго солнечного элемента, имеющего подложку второго типа проводимости, и электрод первой полярности формируется на несветоприемной поверхности второго солнечного элемента. В случае, когда подложка из полупроводника n-типа выбрана в качестве подложки первого типа проводимости, а подложка из полупроводника p-типа выбрана в качестве подложки второго типа проводимости, электрод первой полярности является отрицательным электродом, а электрод второй полярности является положительным электродом.

В модуле солнечных элементов в соответствии с данным изобретением, по меньшей мере, один первый солнечный элемент и, по меньшей мере, один второй солнечный элемент, - оба такие, как определено выше, поочередным образом соединены последовательно и/или параллельно. Соединенные таким образом солнечные элементы могут быть герметизированы прозрачной смолой, такой как сополимер этилена и винилацетата (EVA), чтобы завершить модуль солнечных элементов. Кроме того, модуль может быть сформирован в виде любой защищенной структуры, которая образована с применением подложки, как в обычных модулях, или пленки, как в обычных модулях, наряду с герметизирующей смолой, сверхнадежной структуры, структуры с подложкой и структуры со стеклянным корпусом. В дополнение к этому, может быть присоединена рамка для обеспечения защиты по периметру модуля. Такой модуль солнечных элементов может быть изготовлен любыми хорошо известными способами, например, способом, раскрытым в JP-A H09-51117.

Один из предпочтительных вариантов осуществления модуля солнечных элементов в соответствии с данным изобретением описан подробно со ссылками на чертежи. Фиг.1 иллюстрирует пример последовательного соединения солнечных элементов в обычном модуле солнечных элементов, и Фиг.2 иллюстрирует пример последовательного соединения солнечных элементов в модуле солнечных элементов в соответствии с данным изобретением. Фиг.1a и 2a являются видами поперечного сечения, и Фиг.1b и 2b являются видами сверху со стороны светоприемной поверхности. На Фиг.1 и 2 проиллюстрированы первые солнечные элементы 1, имеющие подложку первого типа проводимости, вторые солнечные элементы 2, имеющие подложку второго типа проводимости, шинные электроды 3 и контактные провода 4.

Обычный модуль солнечных элементов на Фиг.1 состоит из солнечных элементов, имеющих подложку первого типа проводимости. Как таковые, шинный электрод на стороне светоприемной поверхности и шинный электрод на стороне несветоприемной поверхности соединены контактными проволоками, чтобы обеспечить последовательное соединение. Попытка расположить солнечные элементы так близко, насколько это возможно, с целью увеличения эффективности преобразования модуля, может приводить к повреждению краев элементов вследствие изгибных напряжений контактных проводов.

С другой стороны, модуль солнечных элементов в соответствии с данным изобретением, показанный на Фиг.2, сконструирован таким образом, что солнечные элементы 1, имеющие подложку первого типа проводимости, и солнечные элементы 2, имеющие подложку второго типа проводимости, расположены поочередно. Соответственно, элементы, имеющие электроды первой полярности, и элементы, имеющие электроды второй полярности, размещены бок о бок на общей плоскости, предоставляя возможность соединения электродов на светоприемной поверхности или электродов на несветоприемной поверхности друг с другом контактными проволоками, чтобы обеспечить последовательное соединение. В результате, соседние элементы могут быть расположены близко один к другому на расстоянии 3,0 мм или менее, главным образом 1,0 мм или менее. Если расстояние между элементами слишком велико, плотность расположения солнечных элементов по отношению к площади модуля солнечных элементов может быть уменьшена, что приводит к уменьшению эффективности преобразования модуля. Хотя желательно более короткое расстояние между элементами, предпочтительным является расстояние, по меньшей мере, 0,1 мм, поскольку слишком малое расстояние делает возможным соприкосновение элементов, что вызывает образование трещин или откалывание. В другом варианте осуществления, в котором присоединена окружающая рамка, расстояние между окружающей рамкой и солнечным элементом на периферии модуля (внешним рядом) предпочтительно составляет от 0,1 до 3,0 мм, более предпочтительно от 0,1 до 1,0 мм. Если расположение рамки слишком близкое, рамка может частично покрывать солнечный элемент, вызывая потери от затенения, что приводит к уменьшению эффективности преобразования модуля. Если рамка расположена слишком далеко, плотность расположения солнечных элементов по отношению к площади модуля солнечных элементов может быть уменьшена, что приводит к уменьшению эффективности преобразования модуля. Следует заметить, что контактные провода могут быть соединены припоем или т.п. стандартными методами.

Далее, Фиг.3 иллюстрирует пример межсоединений в целом для обычного модуля солнечных элементов, и Фиг.4 иллюстрирует пример межсоединений в целом для модуля солнечных элементов в соответствии с данным изобретением. В иллюстративном примере солнечные элементы расположены в несколько рядов по 4 элемента на 4 элемента и соединены последовательно. На Фиг.3 и 4 проиллюстрированы первые солнечные элементы 1, имеющие подложку первого типа проводимости, вторые солнечные элементы 2, имеющие подложку второго типа проводимости, концы 5 электродов первой полярности, концы 6 электродов второй полярности и окружающая рамка 7. Из сравнения Фиг.3 и 4 следует, что модуль солнечных элементов в соответствии с данным изобретением имеет более высокую плотность расположения элементов по отношению к площади модуля, чем обычный модуль солнечных элементов.

В предпочтительном варианте осуществления модуль солнечных элементов включает в себя секцию, в которой первый и второй солнечные элементы соединены последовательно. В секции с последовательным соединением число первых солнечных элементов, имеющих подложку первого типа проводимости, предпочтительно составляет от 50% до 70%, более предпочтительно от 50% до 60%, и число вторых солнечных элементов, имеющих подложку второго типа проводимости, предпочтительно составляет от 30% до 50%, более предпочтительно от 40% до 50%. Если число либо первых, либо вторых солнечных элементов чрезвычайно велико, то преимущество настоящего изобретения, получаемое путем проводного монтажа последовательного соединения, может оказаться невозможным.

Кроме того, разность в плотности тока короткого замыкания между первыми и вторыми солнечными элементами предпочтительно составляет до 20%, более предпочтительно до 10%. При слишком большой разности в плотности тока короткого замыкания модуль солнечных элементов имеет плотность тока короткого замыкания, которая может ограничиваться наименьшей плотностью тока короткого замыкания среди последовательно соединенных элементов.

Пример

Пример и сравнительный пример представлены ниже в качестве иллюстрации, однако изобретение не ограничивается этим. В примерах, представленных ниже, характеристики (плотность тока короткого замыкания, напряжение разомкнутой цепи, коэффициент заполнения и эффективность преобразования) солнечного элемента и модуля солнечных элементов были измерены при применении солнечного имитатора (интенсивность света 1 кВт/м2, спектр AM 1.5 в целом).

Пример 1

В этом примере модуль солнечных элементов со структурой, показанной на Фиг.4, изготавливали следующим образом.

Солнечные элементы изготавливали при использовании монокристаллической кремниевой подложки n-типа в качестве подложки первого типа проводимости и монокристаллической кремниевой подложки p-типа в качестве подложки второго типа проводимости. Все элементы, изготовленные таким образом, имели размер 100 мм2.

Средние характеристики солнечных элементов с применением подложки n-типа имели плотность тока короткого замыкания 35,1 мА/см2, напряжение разомкнутой цепи 0,619 В, коэффициент заполнения 78,3% и эффективность преобразования 17,0%.

Средние характеристики солнечных элементов с применением подложки p-типа имели плотность тока короткого замыкания 35,1 мА/см2, напряжение разомкнутой цепи 0,618 В, коэффициент заполнения 78,5% и эффективность преобразования 17,0%.

Поскольку солнечные элементы были соединены последовательно, чтобы образовать модуль солнечных элементов, солнечные элементы были отрегулированы во время изготовления таким образом, чтобы иметь эквивалентную плотность тока короткого замыкания среди других характеристик.

При использовании солнечных элементов двух типов в матрице 4×4=16 изготавливали модуль солнечных элементов в пределах объема данного изобретения. Расстояние между солнечными элементами составляло 0,5 мм, расстояние между элементами на периферии модуля и рамкой составляло 1,0 мм, и рамка имела ширину 5,0 мм. Наряду с тем, что контактные проволоки выступали на 3,0 мм от элемента, расположенного на периферии модуля, в направлении шин они были соединены с шинными электродами следующего ряда.

Модуль, изготовленный таким образом, имел размер 413,5 мм в длину и 419,5 мм в ширину, включая рамку.

Модуль солнечных элементов, изготовленный таким образом, имел в качестве характеристик ток короткого замыкания 3,50 A, напряжение разомкнутой цепи 9,88 В, коэффициент заполнения 77,9% и эффективность преобразования 15,5%.

При этом не наблюдалось повреждений на краях элементов, хотя расстояние между солнечными элементами составляло 0,5 мм.

Сравнительный пример 1

В сравнительном примере модуль солнечных элементов со структурой, показанной на Фиг.3, изготавливали следующим образом.

В качестве солнечных элементов лишь те элементы, которые имели подложку первого типа проводимости в примере 1, были использованы в матрице 4×4=16. Что касается расстояния между солнечными элементами, то расстояние для межсоединений контактными проводами в направлении шин составляло 4,0 мм, и расстояние без межсоединения контактными проводами составляло 0,5 мм. Остальные параметры, включая расстояние между элементом на периферии модуля и рамкой, ширину рамки и выступание контактных проводов от элемента к периферии модуля в направлении шин, были такими же, что и в примере 1.

Модуль, изготовленный таким образом, имел размер 413,5 мм в длину и 430 мм в ширину, включая рамку.

Модуль солнечных элементов, изготовленный в сравнительном примере, имел следующие характеристики: ток короткого замыкания 3,51 A, напряжение разомкнутой цепи 9,90 В, коэффициент заполнения 77,4% и эффективность преобразования 15,2%.

Перечень обозначений ссылочных позиций

1 первый солнечный элемент с применением подложки первого типа проводимости

2 второй солнечный элемент с применением подложки второго типа проводимости

3 шинный электрод

4 контактный провод

5 конец электрода первой полярности

6 конец электрода второй полярности

7 окружающая рамка

1. Модуль солнечных элементов, содержащий первый солнечный элемент, содержащий подложку первого типа проводимости, которая является подложкой из полупроводника n-типа, имеющей светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды противоположной полярности, сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях соответственно, и второй солнечный элемент, содержащий подложку второго типа проводимости, которая является подложкой из полупроводника p-типа, имеющей светоприемную поверхность и несветоприемную поверхность и электроды противоположной полярности, сформированные на светоприемной и несветоприемной поверхностях соответственно, при этом первый солнечный элемент и второй солнечный элемент расположены поочередно, так что электрод на светоприемной поверхности первого солнечного элемента и электрод на светоприемной поверхности второго солнечного элемента соединены линейно в общей плоскости в направлении электродов посредством контактных проводов без изгиба, и при этом солнечные элементы отрегулированы во время изготовления таким образом, что разность в плотности тока короткого замыкания между первым и вторым солнечными элементами составляет вплоть до 20%.

2. Модуль солнечных элементов по п.1, в котором солнечные элементы расположены таким образом, что расстояние между ними составляет от 0,1 мм до 3,0 мм.

3. Модуль солнечных элементов по п.1, в котором подложка первого типа проводимости является подложкой из монокристаллического кремния n-типа, имеющей примесный диффузионный слой, формирующий p-n-переход на светоприемной поверхности посредством диффузии элементов III группы на светоприемной поверхности, и подложка второго типа проводимости является подложкой из монокристаллического кремния p-типа, имеющей примесный диффузионный слой, формирующий p-n-переход на светоприемной поверхности посредством диффузии элементов V группы на светоприемной поверхности.

4. Модуль солнечных элементов по п.3, в котором подложка из монокристаллического кремния n-типа изготовлена легированием элемента V группы в подложку из кремния высокой степени чистоты, которая изготовлена методом Чохральского (CZ) или зонной плавки (FZ), и подложка из монокристаллического кремния р-типа изготовлена легированием элемента III группы в подложку из кремния высокой степени чистоты, которая изготовлена методом CZ или FZ.

5. Модуль солнечных элементов по п.3, в котором подложка из монокристаллического кремния n-типа и подложка из монокристаллического кремния p-типа имеют толщину от 100 до 300 мкм соответственно.

6. Модуль солнечных элементов по п.3, в котором примесные диффузионные слои подложки из монокристаллического кремния n-типа и подложки из монокристаллического кремния p-типа имеют толщину от 0.1 до 3.0 мкм соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к гибким фотоэлектрическим модулям, которые могут быть использованы в качестве элементов промышленного и строительного дизайна, подвергающихся упругой деформации в продольном и/или поперечном направлении (кручение или изгиб, в качестве элементов электропитания дирижаблей, аэростатов, беспилотных летательных аппаратов и т.п.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования светового излучения в электрическую энергию, и может быть использовано при создании и производстве малоразмерных космических аппаратов с солнечными батареями (СБ).

Изобретение относится к полимерному фотоэлектрическому модулю, выполненному на основе допированной пленки проводящего полимера полианилина. Модуль характеризуется тем, что полианилин допирован гетерополианионным комплексом 2-18 ряда, имеющим химическую формулу [P2W18O62]6-.

Использование: для реализации панелей солнечных генераторов с целью обеспечения питания электрической энергией космических аппаратов, в частности спутников. Сущность изобретения заключается в том, что каждый фотогальванический элемент решетки крепят на подложке при помощи мягкого самоклеящегося и легко отсоединяемого устройства крепления, при этом заднюю сторону каждой ячейки и переднюю сторону подложки покрывают слоем, улучшающим их свойства теплового излучения.

Настоящее изобретение относится к области кремниевых многопереходных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечных батарей. Конструкция «наклонного» кремниевого монокристаллического многопереходного (МП) фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) согласно изобретению содержит диодные ячейки (ДЯ) с n+-p--p+ (р+-n--n+) переходами, параллельными горизонтальной светопринимающей поверхности, диодные ячейки содержат n+(p+) и р+(n+) области n+-p--p+(p+-n--n+) переходов, через которые они соединены в единую конструкцию металлическими катодными и анодными электродами, расположенными на поверхности n+(p+) и p+(n+) областей с образованием соответствующих омических контактов - соединений, при этом, что n+(p+) и p+(n+) области и соответствующие им катодные и анодные электроды расположены под углом в диапазоне 30-60 градусов к светопринимающей поверхности, металлические катодные и анодные электроды расположены на их поверхности частично, а частично расположены на поверхности оптически прозрачного диэлектрика, расположенного на поверхности n+(p+) и p+(n+) областей, при этом они с металлическими электродами и оптически прозрачным диэлектриком образуют оптический рефлектор.

Согласно изобретению предложенный генератор (100) на солнечной энергии содержит термоэлектрические элементы, примыкающие к солнечным элементам и расположенные ниже солнечных элементов.

Многофункциональная солнечноэнергетическая установка (далее МСЭУ) относится к возобновляемым источникам энергии, в частности к использованию солнечного излучения для получения электрической энергии, обеспечения горячего водоснабжения и естественного освещения помещений различного назначения, содержащая оптически активный прозрачный купол, представляющий собой двояковыпуклую прямоугольную линзу, фотоэлектрическую панель, солнечный коллектор, круглые плоские горизонтальные заслонки полых световодов, полые световодные трубы, теплоприемную медную пластину солнечного коллектора, рассеиватель солнечного света, микродвигатели круглых плоских горизонтальных заслонок полых световодных труб, круговые светодиодные лампы, аккумуляторные батареи, датчики света и температуры, электронный блок управления, пульт управления, бак-аккумулятор, теплообменник, насос, обратный клапан, шестигранные медные трубопроводы, инвертор и опору с опорными стойками для поддержания конструкции МСЭУ.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачную фокусирующую призму с углом полного внутреннего отражения где n - коэффициент преломления материала призмы, с треугольным поперечным сечением, имеющую грань входа, на которую падает излучение по нормали к поверхности грани входа, и грань переотражения излучения, образующую острый двухгранный угол φ с гранью входа, и грань выхода концентрированного излучения и устройство отражения, образующее с гранью переотражения острый двухгранный угол ψ, который расположен однонаправленно с острым двухгранным углом φ фокусирующей призмы, устройство отражения состоит из набора зеркальных отражателей длиной L0 с одинаковыми острыми углами ψ, установленных на некотором расстоянии друг от друга, на поверхности грани входа установлены дополнительные зеркальные отражатели, которые наклонены к поверхности грани входа под углом 90°-δ, который расположен разнонаправленно с острым двухгранным углом φ фокусирующей призмы, линии касания плоскости дополнительного зеркального отражателя с гранью входа и линия касания плоскости зеркального отражателя устройства переотражения с гранью переотражения находятся в одной плоскости, перпендикулярной поверхности входа, длина проекции дополнительного зеркального отражателя на поверхность грани входа больше длины проекции зеркального отражателя устройства отражения на поверхность грани входа на величину В другом варианте солнечного модуля с концентратором, содержащем прозрачную фокусирующую призму с треугольным поперечным сечением, с углом входа лучей β0 и углом полного внутреннего отражения , где n - коэффициент преломления призмы, имеющую грань входа и грань переотражения излучения, образующие общий двухгранный угол φ, грань выхода концентрированного излучения и устройство отражения, образующее с гранью переотражения острый двухгранный угол ψ, который расположен однонаправлено с острым двухгранным углом φ фокусирующей призмы, устройство отражения состоит из набора установленных на некотором расстоянии друг от друга зеркальных отражателей длиной L0 с одинаковыми острыми углами ψ, с устройством поворота относительно грани переотражения, на поверхности грани входа установлены дополнительные зеркальные отражатели, которые наклонены к поверхности грани входа под углом 90°-δ и выполнены в виде жалюзи с устройством поворота относительно поверхности грани входа, угол наклона дополнительных зеркальных отражателей к поверхности грани входа расположен разнонаправленно с острым двухгранным углом φ фокусирующей призмы, оси устройства поворота дополнительного зеркального отражателя на грани входа и оси устройства поворота зеркального отражателя на устройстве переотражения с гранью переотражения находятся в одной плоскости, перпендикулярной поверхности входа, длина проекции дополнительного зеркального отражателя на поверхность входа больше длины проекции зеркального отражателя устройства отражения на поверхность входа на величину В способе изготовления солнечного модуля с концентратором путем изготовления фокусирующей призмы из оптически прозрачного материала, установки приемника излучения, устройства переотражения с зеркальными отражателями из закаленного листового стекла или другого прозрачного листового материала изготавливают и герметизируют стенки полости фокусирующей призмы с острым двухгранным углом при вершине 2-12° и затем заполняют полученную полость оптически прозрачной средой, устанавливают герметично приемник излучения и производят сборку дополнительных зеркальных отражателей с устройствами поворота на рабочей поверхности фокусирующей призмы и устройства поворота для устройства переотражения.

Изобретение относится к изготовлению модулей солнечных элементов, а также к соответствующим модулям солнечных элементов. Предложено применение а) по меньшей мере одного полиалкил(мет)-акрилата и b) по меньшей мере одного соединения формулы (I), в которой остатки R1 и R2 соответственно независимо друг от друга означают алкил или циклоалкил с 1-20 атомами углерода, для изготовления модулей солнечных элементов, прежде всего для изготовления световых концентраторов модулей солнечных элементов. Заявлен также модуль солнечных элементов и вариант модуля.

Задний лист для модуля солнечных элементов содержит лист подложки и отвержденный слой пленки покрытия из материала покрытия, сформированного на одной стороне или на каждой стороне листа подложки, причем указанный материал покрытия содержит фторполимер (А), имеющий повторяющиеся звенья на основе фторолефина (а), повторяющиеся звенья на основе мономера (b), содержащего группы для поперечного сшивания и повторяющиеся звенья на основе мономера (с), содержащего алкильные группы, где C2-20 линейная или разветвленная алкильная группа не имеет четвертичного атома углерода, а ненасыщенные группы, способные к полимеризации, связаны друг с другом посредством эфирной связи или сложноэфирной связи.

Фотогальваническое устройство, содержащее: набор по меньшей мере из двух фотогальванических элементов (160, 260), промежуточный листовой материал (300), расположенный между каждым фотогальваническим элементом, при этом каждый фотогальванический элемент содержит: два токовых вывода (185, 185'), по меньшей мере один фотогальванический переход (150, 250), токосъемную шину (180, 180'), и соединительные полосы (190, 190'), которые проходят от токосъемной шины до токовых выводов, при этом все токовые выводы расположены с одной стороны. Фотогальваническое устройство согласно изобретению позволяет удовлетворить потребность в мультипереходном и многотерминальном фотогальваническом устройстве, в котором риск короткого замыкания между токосъемными полосами каждого из элементов сведен к минимуму и которым можно управлять при помощи только одной соединительной коробки, и кроме того, удовлетворить потребность в способе изготовления мультипереходного фотогальванического устройства, который позволяет облегчить подсоединение токовых выводов каждого фотогальванического элемента к соединительной коробке. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 14 ил.

В настоящем изобретении предложены оконные жалюзи для сбора солнечной энергии с регулируемым положением. В оконных жалюзи используются солнечный датчик и амперметр для определения зависимости между углом падения солнечного света и оптимальным расположением солнечного датчика. Эта зависимость может быть далее использована для регулировки положения множества солнечных элементов. Кроме того, оконные жалюзи содержат световой датчик для определения интенсивности света в целевой области, что может быть дополнительно использовано для регулировки положения множества солнечных элементов. Предложенные жалюзи должны обеспечить эффективный сбор солнечной энергии. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения углов в машиностроении, а также к приборам навигации космических аппаратов. Способ повышения разрешающей способности измерения угловых координат светящегося ориентира по величинам сигналов и порядковым номерам фоточувствительных элементов, расположенных симметрично с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, заключается в увеличении скорости изменения сигнала по углу указанных фоточувствительных элементов. Многоэлементный приемник оптического излучения состоит не менее чем из трех фоточувствительных элементов, расположенных симметрично с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, причем фоточувствительные элементы имеют устройства, повышающие скорость изменения их сигнала по углу. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения разрешающей способности измерения угловой координаты светящегося ориентира. 3 н.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Фотогальваническое устройство, содержащее по меньшей мере один фотогальванический элемент (60), содержащий нанесенные на подложку (10) тонкие активные слои (15), при этом указанные активные слои не подвергают сегментированию, и по меньшей мере один статический преобразователь (50), связанный с каждым фотогальваническим элементом (60). Каждый фотогальванический элемент (60) выдает электрическую мощность с максимальным током (Icс) и номинальным напряжением (Vp), и каждый статический преобразователь (50) выполнен с возможностью передачи электрической мощности, производимой фотогальваническим элементом, на нагрузку (100), понижая передаваемый ток и повышая передаваемое напряжение. При этом активные слои фото гальванического элемента покрывают более 95% площади подложки, и указанный фотогальванический элемент способен выдавать ток, достигающий 150 A при номинальном напряжении ниже 1 В. Таким образом, на одной панели ограничивают и даже полностью исключают лазерное сегментирование фотогальванических элементов. За счет этого повышают производительность изготовления фотогальванического устройства и ограничивают мертвые площади. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям для получения электричества и тепла. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования солнечной энергии, снижение удельных затрат на получение электроэнергии и тепла. В гибридном фотоэлектрическом модуле, содержащем защитное стеклянное покрытие, соединенные солнечные элементы, размещенные между стеклом и корпусом с теплообменником, солнечные элементы электроизолированы от теплообменника, пространство между солнечными элементами и теплообменником, а также между стеклянным покрытием и теплообменником заполнено слоем силоксанового геля толщиной 0,5-5 мм, защитное стеклянное покрытие выполнено в виде вакуумированного стеклопакета из двух стекол с вакуумным зазором 0,1-0,2 мм с вакуумом 10-3-10-5 мм рт.ст. Теплообменник выполнен в виде герметичной камеры с патрубками для циркуляции теплоносителя, а общая площадь соединенных солнечных элементов соизмерима с площадью верхнего основания корпуса теплообменника. В гибридном фотоэлектрическом модуле цепочки из последовательно соединенных солнечных элементов могут быть соединены электрически параллельно при помощи коммутационных шин. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к новым редокс парам для применения в сенсибилизированных красителем солнечных элементах СКСЭ. Редокс-пары образованы по общей формуле (производное бипиридина)nMe(Ion)m, где производное бипиридина есть: где R1, R2, R3 - любой заместитель из ряда метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил, Me - металл из ряда Cr, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Ir, Co, Rh, Cu, W, Mn, Та, Fe, Ru, Ion - противоион - любой анион из ряда ClO4 -, Cl-, I-, BF4 -, PF6 -, CF3SO3 -, n, m - соответствуют валентности иона металла. Также предложены новые редокс-пары (вариант) и электролит для применения в СКСЭ. Новые редокс-пары применяются в СКСЭ и обладают наинизшими редокс-уровнями для повышения напряжения холостого хода. 3 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение прочности. Зажимное соединение (1) для закрепления на направляющих балках (8) пластинообразных конструктивных элементов (13), в частности солнечных модулей, состоит из опоры (2), имеющей ориентированную в продольном направлении зажимного соединения (1) упорную балку (4) с боковыми крыловидными планками (5, 6) с поверхностями (10, 11) прилегания для конструктивных элементов (13), а также предусмотренную на нижней стороне пяту (7) для крепления опоры (2) на балке (8), а также - из зажимной крышки (3) с продольным пазом (9), охватывающим верхнюю часть упорной балки (4), и с покрывающими поверхности (10, 11) прилегания опоры (2) зажимными поверхностями (13, 14) и с удерживающим соединением (25, 28, 29) для фиксации зажимной крышки (3) на опоре (2), причем балка (8) имеет направляющие пазы с выступающими внутрь паза краями (34), и пята (7), выполненная Т-образной, своей поперечиной (36) вставлена в направляющий паз и после поворота на 90° зацепляется позади выступающих краев (34). Опора (2) имеет проход (24), по центру которого расположена пружинная шайба (31), которая с силовым замыканием захватывает вдавленный, соединенный с зажимной крышкой (3) удерживающий штифт (30) и тем самым фиксирует зажимную крышку (3) на опоре (2). 25 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области солнечной энергетики. Устройство для преобразования солнечной энергии содержит, по крайней мере, одну пару подложек, каждая из которых выполнена в виде полосы, при этом, по крайней мере, одна из полос выполнена профилированной с периодически повторяющимся профилем, образующим полости траншейного типа, и установлена с возможностью соединения своей лицевой поверхностью с тыльной поверхностью второй полосы, при этом полосы выполнены из материала, обеспечивающего возможность формирования их профилированными посредством изгибания, полоса, выполненная профилированной с периодически повторяющимся профилем, образующим полости траншейного типа, установлена с возможностью соединения своей лицевой поверхностью с тыльной поверхностью второй полосы и образования их профилями, по крайней мере, одного ряда траншей, а из полос одной пары - гибкого устройства для преобразования солнечной энергии, профили, по крайней мере, одного ряда траншей выполнены с возможностью образования части окружности, и/или части гиперболы, и/или части параболы, и/или траншеи с плоским, выпуклым или вогнутым дном и наклонными расширяющимися боковыми стенками, при этом все траншеи выполнены с направленными наружу перпендикулярными или наклонными относительно воображаемой плоскости, наложенной на края соответствующей траншеи первой полосы, бортами по контуру соответствующей траншеи, причем траншеи выполнены с нанесенным на их рабочую поверхность фотоприемным слоем, а борты траншей - с нанесенным на их поверхность фотоприемным слоем или отражающим покрытием. Изобретение обеспечивает повышение КПД посредством увеличения коэффициента поглощения фотоприемного слоя за счет увеличения количества переотражений отраженного от фотоприемного слоя излучения внутри трехмерной структуры траншейного типа, снижения зависимости коэффициента поглощения от угла падения солнечного излучения при упрощении технологии изготовления, снижении веса и снижения зависимости коэффициента поглощения от угла падения солнечного излучения при упрощении технологии изготовления. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к композиционным материалам, используемым в сверхлегких каркасах солнечных батарей и элементов конструкций космических аппаратов, и касается трехслойной панели. Состоит из обшивок и расположенного между ними каркаса, соединенных между собой. Каркас представляет собой ячеистый заполнитель в виде плоских элементов, образующих ячейки треугольной, прямоугольной или квадратной формы. В одной или обеих обшивках выполнены вырезы, повторяющие форму ячеек. Изобретение обеспечивает создание трехслойной панели, обладающей требуемой прочностью и жесткостью при минимально возможной массе. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение обеспечивает фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства. Фотогальваническое устройство согласно изобретению включает в себя комбинацию полупроводниковых структур и защитный слой. Комбинация полупроводниковых структур имеет множество сторон и включает в себя p-n-переход, n-p-переход, p-i-n-переход, n-i-p-переход, тандемный переход или мульти-переход. В частности, защитный слой сформирован для покрытия сторон комбинации полупроводниковых структур. Благодаря этому защитный слой может эффективно подавлять эффект вызванной высоким потенциалом деградации фотогальванического устройства согласно изобретению, что повышает надежность фотогальванического устройства. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.
Наверх