專利名稱:太陽(yáng)能電池及太陽(yáng)能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及可再生能源領(lǐng)域，特別涉及具有旁路二極管的光電子設(shè)備及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)和光伏(PV)設(shè)備是兩種常見的光電子設(shè)備。當(dāng)對(duì)諸如包括LED和PV設(shè)備的光電系統(tǒng)進(jìn)行組建和部署時(shí)，熱量管理和裝配可能是需要考慮的。例如，具有集成的旁路二極管的設(shè)備系統(tǒng)領(lǐng)域是在熱量管理和裝配方面改進(jìn)成熟的領(lǐng)域。制造和部署這種系統(tǒng)的挑戰(zhàn)包括旁路二極管與熱沉之間的低熱阻路徑以及對(duì)工作電壓的可靠電隔離的可能需求。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型通過(guò)將旁路二極管集成在電池組件或疊層系統(tǒng)中來(lái)解決針對(duì)諸如發(fā)光二極管(LED)和光電(PV)系統(tǒng)的光電系統(tǒng)的熱量管理和裝配的問(wèn)題。
為此，本實(shí)用新型提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括:旁路二極管；置于旁路二極管上方并覆蓋旁路二極管的散熱器單元，其中旁路二極管置于散熱器單元下的凹槽中；以及置于散熱器單元上方的熱沉。
還提供了一種太陽(yáng)能系統(tǒng)，其包括:多對(duì)太陽(yáng)能電池；多個(gè)旁路二極管，其中在每對(duì)太陽(yáng)能電池之間布置一個(gè)或多個(gè)旁路二極管；多個(gè)散熱器單元，其中一個(gè)或多個(gè)散熱器單元置于每個(gè)旁路二極管上方并覆蓋所述每個(gè)旁路二極管，其中每個(gè)旁路二極管置于一個(gè)散熱器單元下的凹槽中；以及多個(gè)熱沉，其中在每個(gè)散熱器單元上方布置一個(gè)或多個(gè)熱沉。
還提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括:旁路二極管；置于旁路二極管上方但不覆蓋旁路二極管的散熱器單元；以及置于散熱器單元上方的熱沉。
還提供了一種太陽(yáng)能系統(tǒng)，其包括:多對(duì)太陽(yáng)能電池；多個(gè)旁路二極管，其中在每對(duì)太陽(yáng)能電池之間布置一個(gè)或多個(gè)旁路二極管；多個(gè)散熱器單兀，其中一個(gè)或多個(gè)散熱器單元置于每個(gè)旁路二極管上方但不覆蓋所述每個(gè)旁路二極管；以及多個(gè)熱沉，其中在每個(gè)散熱器單兀上方布置一個(gè)或多個(gè)熱沉。
在本實(shí)用新型中，改善的熱性能允許設(shè)備在低溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提升光電轉(zhuǎn)換效率并減少組件的退化和衰退。

[0011]圖1示出了具有旁路電路路徑及外裝式二極管的普通的光電系統(tǒng)的俯視圖。
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有內(nèi)部旁路二極管的光電系統(tǒng)的一部分的俯視圖。
圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有內(nèi)部旁路二極管的光電系統(tǒng)的一部分的俯視圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有內(nèi)部旁路二極管的光電系統(tǒng)的一部分的立體圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有旁路二極管的光電設(shè)備的剖視圖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有旁路二極管的光電設(shè)備的剖視圖。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有散熱器單元的光電設(shè)備的自上而下的視圖。
圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有夏至光照模式的太陽(yáng)能集中器裝置。
圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有冬至光照模式的太陽(yáng)能集中器裝置。
具體實(shí)施方式
本文描述了具有旁路二極管的光電設(shè)備以及具有旁路二極管的光電系統(tǒng)。為了提供對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施例的更透徹的理解，在下面的描述中展示了很多具體的細(xì)節(jié)，如有關(guān)旁路二極管的散熱器單元的具體的配置。顯然，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的各實(shí)施例。為了避免不必要地模糊本發(fā)明的實(shí)施例，沒(méi)有對(duì)其它實(shí)例中的一些眾所周知的制造技術(shù)(如層疊技術(shù))進(jìn)行詳細(xì)的描述。此外，需要理解的是，附圖中所展示的若干實(shí)施例只是說(shuō)明性地描繪，并不必然按比例繪制。
本文披露了具有旁路二極管的光電設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，光電設(shè)備具有旁路二極管。散熱器單元置于旁路二極管上，并覆蓋旁路二極管。熱沉被置于散熱器單元上。在一個(gè)實(shí)施例中，光電設(shè)備具有旁路二極管。散熱器單元置于旁路二極管上，但不覆蓋旁路二極管。熱沉被置于散熱器單兀上。在一個(gè)實(shí)施例中，光電設(shè)備為光伏電池。
本文還披露了具有旁路二極管的光電系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，光電系統(tǒng)包含多對(duì)光電設(shè)備。光電系統(tǒng)還包含多個(gè)旁路二極管，其中在每對(duì)光電設(shè)備之間布置一個(gè)或多個(gè)旁路二極管。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)散熱器單元，一個(gè)或多個(gè)散熱器單元被置于每個(gè)旁路二極管之上，并覆蓋旁路二極管。光電系統(tǒng)還包含多個(gè)熱沉，其中在每個(gè)散熱器單元之上布置一個(gè)或多個(gè)熱沉。在一個(gè)實(shí)施例中，光電系統(tǒng)包括多對(duì)光電設(shè)備。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)旁路二極管，其中在每對(duì)光電設(shè)備之間布置一個(gè)或多個(gè)旁路二極管。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)散熱器單元，一個(gè)或多個(gè)散熱器單元被置于每個(gè)旁路二極管上，但不覆蓋旁路二極管。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)熱沉，其中在每個(gè)散熱器單元之上布置一個(gè)或多個(gè)熱沉。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)光電設(shè)備為多個(gè)光伏電池。
對(duì)于諸如發(fā)光二極管(LED)和光電(PV)系統(tǒng)的光電系統(tǒng)的熱量管理和裝配,可通過(guò)將旁路二極管集成在電池組件或疊層系統(tǒng)中來(lái)解決。但是，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，由于這樣的二極管中高密度的功率耗散，為了保證相應(yīng)的二極管和電池外殼的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，需要低熱阻路徑連接至環(huán)境空氣。此外，為了便于批量生產(chǎn)，需要基于連續(xù)工藝的設(shè)計(jì)概念和裝配技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，降低了旁路二極管與外部熱沉之間的熱阻，同時(shí)提供了一種橫穿電池外殼或組件的高熱流區(qū)的更均勻和平坦的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，沿著電池外殼的背面的平坦表面改善了電池與旁路二極管外殼附加到熱沉的過(guò)程中的交界面和黏合的質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，改善的熱性能允許設(shè)備在低溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提升光電轉(zhuǎn)換效率并減少組件的退化和衰退。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了用于制造LED照明應(yīng)用的光電晶片陣列和日光集中器的光電接收器的持續(xù)批量制造工藝。
常規(guī)的將旁路二極管集成到諸如PV和LED的系統(tǒng)中的方法包括將旁路二極管從外部附接到具有允許電連接的背板穿孔的電池疊層或組件。這種方法需要大量的額外組裝步驟，并且會(huì)限制能夠集成到一串電池上的二極管的數(shù)量。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)金屬箔、介電層及聚合物黏合劑涂層的連續(xù)軋制處理，可制作柔性襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，裸露的光電晶片和旁路二極管隨后被焊接到襯底的引線或電池互連，然后被封裝到玻璃蓋片和集成于襯底內(nèi)的流入晶片的熱流最大的區(qū)域的金屬散熱器之間。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，在襯底中打入了淺腔或通孔以容納比電池更厚的二極管，從而允許將薄的、小熱阻連接至散熱器或襯底。通孔或淺腔可允許制造改進(jìn)了散熱片與電池之間的熱連接的平坦背部表面的電池組件或外殼。去除了高熱密度上方的區(qū)域的散熱器似乎是違反直覺的。但是，在一個(gè)特定的實(shí)施例中，由于主要的二極管熱量通過(guò)互連和電池流向了散熱片，任何對(duì)系統(tǒng)的改良也會(huì)改善(例如，降低)二極管的溫度。這還可以帶來(lái)同時(shí)針對(duì)電池和二極管的單一熱解決方案。在上述特定的實(shí)施例的一個(gè)方面中，將散熱器擴(kuò)展超出電池和散熱片面積同樣允許安裝在電池外圍位置的二極管熱集成到電池上。
這樣，在一個(gè)實(shí)施例中，光電系統(tǒng)的一部分是以軋制(roll)的方式制造的，以允許這種光電系統(tǒng)的連續(xù)的批量加工以及后繼組裝。在一個(gè)實(shí)施例中，這種方法在提供改良的熱、電性能的同時(shí)為光電系統(tǒng)的制作及組裝的方式提供了改變的可能。
由于光伏系統(tǒng)推動(dòng)了光電技術(shù)的集成從而減小電池的尺寸，具有魯棒性的旁路電路設(shè)計(jì)的益處也得到了提升。由于集中器系統(tǒng)通常具有較小的電池區(qū)域，來(lái)自背面驅(qū)動(dòng)串電流通過(guò)這種電池的熱載荷會(huì)增加由于過(guò)熱而造成電池?fù)p壞和永久性失效的可能。在一個(gè)實(shí)施例中，也許是最重要的是，由于電池串中的部分遮蔽、錯(cuò)位及其它缺陷，系統(tǒng)的性能可能會(huì)顯著地降低，于是更頻繁的集成旁路二極管(例如，每個(gè)電池I個(gè)旁路二極管、每2個(gè)電池I個(gè)旁路二極管，等等)，通過(guò)捕捉剩余的高性能電池的最大可能性能，可以限制不均勻性的影響。進(jìn)一步，在一個(gè)實(shí)施例中，更頻繁的二極管限制了通過(guò)二極管終端的反向電壓，降低了設(shè)備的電子需求和反向擊穿故障的可能性。
從組裝和制造的透視圖中，將旁路二極管集成到電池串中，而沒(méi)有背板穿孔，可降低復(fù)雜性和二次制造的步驟，并提供額外的超出系統(tǒng)性能的益處。例如，在傳統(tǒng)的Ι-sun光伏模塊中，二維電池陣列通常被劃分為幾個(gè)具有旁路二極管的電池串序列(通常為3個(gè))，這些旁路二極管允許電流通過(guò)并行通路繞過(guò)一個(gè)或多個(gè)被遮蔽的或不起作用的電池串。在這樣的配置中，二極管可集中地置于接線盒中，該接線盒中同時(shí)放置了連接了模塊的(從疊層電池陣列背板通過(guò)穿孔接入)接線電纜。但是，由于接線盒的中心位置，可能需要額外的電線連接于電池串末端的電池與接線盒之間，并增加額外的成本、組裝步驟和潛在的故障點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，盡管中心接線盒對(duì)于二維陣列電池組是適用的，但是更傾向連接電池串兩端的具有線性陣列的集中器光電設(shè)備是不理想的。例如，生成的電要經(jīng)過(guò)集中器接收器的總長(zhǎng)度，并且可能顯著地增加成本和制造的復(fù)雜性。[0028]在電池疊層或組件中集成二極管系統(tǒng)時(shí)，另一個(gè)需要克服的障礙是在旁路操作中耗散功率時(shí)的二極管熱管理需求。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)二極管中耗散的功率比系統(tǒng)功率少時(shí)(由于在較小的二極管組件中耗散，例如，〈1cm2)，熱負(fù)荷密度達(dá)到了需要熱連接到散熱片(理想的是電池所使用的散熱片)的值。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)旁路二極管包含在疊層電池組件內(nèi)部，并且通過(guò)電池互連熱耦合到電池安裝的熱沉(在一些實(shí)施例中，為額外集成的散熱器)。在一個(gè)實(shí)施例中，不是連接額外的電線以繞開一些電池(分別具有背板穿孔及安裝在外部的二極管)，而是以每個(gè)二極管對(duì)應(yīng)一個(gè)電池或每個(gè)二極管對(duì)應(yīng)兩個(gè)電池的方式將旁路二極管集成在電池與互連之間，如通過(guò)對(duì)比圖1與圖2A和圖2B的構(gòu)造所進(jìn)行的描述。在一個(gè)實(shí)施例中，如結(jié)合圖2B所描述的方法允許更窄的接收器組件，相比圖1或圖2A的方法，該接收器組件具有更低的材料成本和減小的形狀因數(shù)。
常規(guī)的旁路二極管的方式可包括每8個(gè)電池為節(jié)距的二極管，同時(shí)利用旁路電路路徑以及具有疊層背板穿孔的外部安裝二極管。例如，圖1示出了常規(guī)的包括旁路電路路徑和外部安裝二極管的光電系統(tǒng)的平面圖。參照?qǐng)D1，常規(guī)的光電系統(tǒng)100包含多個(gè)電池102。以某一固定的周期，針對(duì)每數(shù)個(gè)電池包含一個(gè)外部二極管104。還包括旁路電路路徑106。
相比之下，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以以2個(gè)電池對(duì)應(yīng)I個(gè)二極管的節(jié)距直接在電池互連上安裝內(nèi)部旁路二極管。在一個(gè)實(shí)施例中，隨后在背板和玻璃覆蓋層之間層疊電池串，以用該電池串封裝二極管。例如，圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有內(nèi)部旁路二極管的光電系統(tǒng)的一部分的平面圖。參照?qǐng)D2A，光伏系統(tǒng)200包括多個(gè)電池202。例如對(duì)于每對(duì)電池，包含位于電池上面的各電池互連206之間的旁路二極管204，如圖2A所示。如圖所示，也可以包含位于電池下面的互連之間的旁路二極管，作為冗余二極管，當(dāng)旁路二極管204中出現(xiàn)故障時(shí)，這些冗余二極管可增強(qiáng)可靠性。此外，這些額外的旁路二極管可降低成本，并為已知的可能出現(xiàn)的光照不規(guī)則性提供最高性能。電池互連206連接在旁路二極管204之間，并與各對(duì)電池202并聯(lián)。在未圖示的另一個(gè)實(shí)施例中，額外的二極管置于下面的互連之上，以針對(duì)成對(duì)的電池、甚至可以針對(duì)單個(gè)電池提供旁路電流的能力。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在接收器內(nèi)的不同位置(例如，在接收器的末端或中心區(qū)域)提高或降低二極管相對(duì)于電池對(duì)的頻率。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有內(nèi)部旁路二極管的光電系統(tǒng)的一部分的平面圖。參照?qǐng)D2B，光電系統(tǒng)250中只有電池陣列254的一側(cè)包含旁路二極管252。在一個(gè)實(shí)施例中，光電系統(tǒng)250中包含可選擇的旁路二極管256，并且該旁路二極管256與旁路二極管252并聯(lián)連接，而各個(gè)旁路二極管252之間是串聯(lián)連接的，如圖2B所示。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，減輕或避免了在多個(gè)旁路二極管串聯(lián)連接時(shí)可能導(dǎo)致的電壓降。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)在電池互連之間焊接旁路二極管，可在電池串焊接操作的同時(shí)附接旁路二極管，或在連接電池前預(yù)先將旁路二極管應(yīng)用到互連上。在一個(gè)實(shí)施例中，這種方法消除了對(duì)背板穿孔以及隨后的組裝步驟的需求，隨后的組裝步驟通常用于在疊層背面附接密封(potted)外殼，以保護(hù)電池串的外部特征。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，旁路二極管的熱管理是通過(guò)經(jīng)由電池互連創(chuàng)建從二極管至接收器熱沉的適當(dāng)熱路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在一個(gè)實(shí)施例中，這種方式需要擴(kuò)展到超出電池范圍以覆蓋互連區(qū)域的改良熱沉、最大化熱沉下面的區(qū)域的互連設(shè)計(jì)、以及允許熱量更好地散下互連的增加的互連厚度，如下面結(jié)合圖3所進(jìn)行的描述。
旁路二極管與散熱器之間的熱耦合可通過(guò)電池互連或電池互連對(duì)提供。例如，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有內(nèi)部旁路二極管的光電系統(tǒng)的一部分的立體圖。參照?qǐng)D3，光電系統(tǒng)300包括位于電池互連304之間的旁路二極管302，該旁路二極管與電池306集成為一體。在一個(gè)實(shí)施例中，電池互連304包括互連擴(kuò)展308。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，熱沉310位于電池306上方。
在一個(gè)實(shí)施例中，增強(qiáng)的熱管理還可以通過(guò)在疊層或熱組件內(nèi)集成散熱器實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器擴(kuò)展到電池和互連上方，并提供了除電池互連外的從二極管到熱沉的并行熱路徑。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，這種方式將二極管簡(jiǎn)化為環(huán)境熱阻，并降低了電池互連的熱需求。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器可設(shè)計(jì)為具有用于容納二極管的豎直高度的凹陷區(qū)域，或具有沿二極管的外周長(zhǎng)的通孔，用于為二極管的形狀因數(shù)提供更大的豎直靈活性，如下面結(jié)合圖4和圖5所進(jìn)行的描述。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，具有容納二極管的凹槽的散熱器下可包含集成互連的二極管。例如，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有旁路二極管的光電設(shè)備的剖視圖。
參照?qǐng)D4，光電設(shè)備400包括旁路二極管402。光電設(shè)備400還包括散熱器單元404，其置于旁路二極管402上方，并覆蓋了旁路二極管402。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，散熱器單元404包括一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層406及一個(gè)或多個(gè)熱傳導(dǎo)層408，如圖4所示。光電設(shè)備400還包括置于散熱器單兀404上方的熱沉410。
繼續(xù)參照?qǐng)D4，在一個(gè)實(shí)施例中，旁路二極管402被置于散熱器單元404下方的凹槽412中。在一個(gè)實(shí)施例中，旁路二極管402與一對(duì)互連414相耦合，散熱器單元404置于這對(duì)互連414上方,如圖4所示。在一個(gè)實(shí)施例中，旁路二極管402及這對(duì)互連414被置于透明覆蓋層416上方，旁路二極管402通過(guò)一個(gè)或多個(gè)焊盤418與這對(duì)互連414相耦合，并且旁路二極管402與透明覆蓋層416以及散熱器單元404通過(guò)一個(gè)或多個(gè)密封劑(encapsulant)層420相分離。在一個(gè)實(shí)施例中，熱沉410包括折疊鰭片,其通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層422與散熱器單元404相分離，如圖4所示。在另一個(gè)實(shí)施例中(未示出)，熱沉410包括多個(gè)獨(dú)立的、通過(guò)公共基座耦合的鰭片，該公共基座通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與散熱器單元404相分離。在一個(gè)實(shí)施例中，二極管402的底部引線的S形的彎曲有助于降低正常操作溫度范圍中可能出現(xiàn)的熱膨脹相關(guān)應(yīng)力的系數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，互連414被彎曲成類似S形，并且在互連之間安裝裸露的二極管晶片，以消除在裸露的二極管晶片與二極管引線之間對(duì)額外的焊盤的需求。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在裝配形成光電設(shè)備400前對(duì)二極管402進(jìn)行封裝。在一個(gè)實(shí)施例中，這種方法使得可以隔離二極管晶片的升高溫度，與光電系統(tǒng)密封劑420相比，這可以承受高得多的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，包圍這種最初封裝的二極管402的材料本身被一種與光電系統(tǒng)密封劑420不同的材料密封,如通過(guò)圖4中包圍二極管402的框內(nèi)的不同陰影所示。
結(jié)合上面關(guān)于圖2A-圖4的描述，光電系統(tǒng)可包括多個(gè)光電設(shè)備(如圖4所示的光電設(shè)備)。這樣，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光電系統(tǒng)包括多對(duì)光電設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)光電設(shè)備為背面接觸式太陽(yáng)能電池。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)旁路二極管，其中在每對(duì)光電設(shè)備之間布置一個(gè)或多個(gè)旁路二極管。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)散熱器單元，一個(gè)或多個(gè)散熱器單元被置于每個(gè)旁路二極管上方，并覆蓋該旁路二極管。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)熱沉，其中在每個(gè)散熱器單元上方布置一個(gè)或多個(gè)熱沉。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述光電系統(tǒng)的每個(gè)旁路二極管被置于一個(gè)散熱器單元下的凹槽中。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)旁路二極管與一對(duì)互連相耦合，散熱器單元中的一個(gè)置于這對(duì)互連上方。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)旁路二極管和各對(duì)互連被置于透明覆蓋層上方，每個(gè)旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)焊盤與各對(duì)互連相耦合，并且每個(gè)旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)密封劑層與襯底和散熱器單元相分離。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)熱沉包括一個(gè)折疊鰭片，其通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與各個(gè)散熱器單元相分離。在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)熱沉包括多個(gè)獨(dú)立的、通過(guò)公共基座相耦合的鰭片，每個(gè)公共基座通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與各散熱器單元相分離。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)散熱器單元用于將來(lái)自多對(duì)光電設(shè)備的熱量與多個(gè)熱沉耦合。這與旁路二極管同熱沉和電池豎直集成成一條線的方法不同。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，可通過(guò)用于容納互連集成的二極管的通孔將該二極管置于與散熱器相關(guān)的位置。例如，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有旁路二極管的光電設(shè)備的剖視圖。
參照?qǐng)D5,光電設(shè)備500包括旁路二極管502。光電設(shè)備500還包括散熱器單兀504，其置于旁路二極管502之上，但不在旁路二極管502上方延伸。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，散熱器單兀504包括一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層506以及一個(gè)或多個(gè)熱傳導(dǎo)層508,如圖5所不。光電設(shè)備500還包括置于散熱器單兀504之上的熱沉510。
繼續(xù)參照?qǐng)D5，在一個(gè)實(shí)施例中，旁路二極管502被置于通孔512中，通孔512被置于散熱器單兀504中。在一個(gè)實(shí)施例中，旁路二極管502與一對(duì)互連514相連接,散熱器單元504被置于這對(duì)互連514之上,如圖5所示。在一個(gè)實(shí)施例中，旁路二極管502和這對(duì)互連514被置于透明覆蓋層516之上，旁路二極管502通過(guò)一個(gè)或多個(gè)焊盤518與這對(duì)互連51相連接，并且旁路二極管502通過(guò)一個(gè)或多個(gè)密封層520與透明覆蓋層516和散熱器單元504相分離。在一個(gè)實(shí)施例中，熱沉510包括一個(gè)折疊鰭片，并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層522與散熱器單兀504分離,如圖5所不。在一個(gè)替代實(shí)施例(未不出)中，熱沉510包括多個(gè)獨(dú)立的、通過(guò)共用基座相連接的鰭片，該共用基座通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與散熱器單元504相分離。在一個(gè)實(shí)施例中，二極管502的底部引線中的S形的彎曲有助于降低正常工作溫度范圍中可能出現(xiàn)的與熱膨脹相關(guān)的應(yīng)力的系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，互連514被彎曲成近似S形，并且在互連之間安裝一個(gè)裸露的二極管晶片，以消除裸露的二極管晶片與二極管引線之間的額外增加焊盤的需求。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在形成光電設(shè)備500的組裝前對(duì)二極管502進(jìn)行封裝。在一個(gè)實(shí)施例中，這種方法使得可以隔離二極管晶片升高的溫度，與光電系統(tǒng)密封劑520相比，這可以顯著地承受更高的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，以如圖5中在包圍了二極管502的外殼內(nèi)的不同陰影表示所示，這種最初封裝的二極管502周圍的材料本身也被一種與光電系統(tǒng)密封劑520不同的材料密封。
通過(guò)上面結(jié)合圖2A和圖2B、圖3、圖5的描述，光電系統(tǒng)可包括多個(gè)光電設(shè)備(如圖5的光電設(shè)備)。這樣，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光電系統(tǒng)包括多對(duì)光電設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)光電設(shè)備為背面接觸式太陽(yáng)能電池。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)旁路二極管，其中在每對(duì)光電設(shè)備之間布置一個(gè)或多個(gè)旁路二極管。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)散熱器單兀，一個(gè)或多個(gè)散熱器單元被置于每個(gè)旁路二極管之上，但不在旁路二極管上方延伸。光電系統(tǒng)還包括多個(gè)熱沉，其中在每個(gè)散熱器單元上布置一個(gè)或多個(gè)熱沉。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述光電系統(tǒng)的各個(gè)旁路二極管被置于處于散熱器單元中的通孔中。在一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)旁路二極管與一對(duì)互連相連，散熱器單元中的一個(gè)置于這對(duì)互連之上。在一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)旁路二極管和各對(duì)互連被置于透明覆蓋層之上，各個(gè)旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)焊盤與各對(duì)互連相連，并且各個(gè)旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)密封層與襯底和散熱器單元分離。在一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)熱沉包括一個(gè)折疊鰭片，其通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與各個(gè)散熱器單元分離。在一個(gè)可選擇性的實(shí)施例中，各個(gè)熱沉包括多個(gè)獨(dú)立的、通過(guò)共用基座相連接的鰭片，各個(gè)共用基座通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與各散熱器單元相分離。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)散熱器單元用于將來(lái)自多對(duì)光電設(shè)備的熱與多個(gè)熱沉耦合。這與旁路二極管同熱沉和電池豎直集成成一條線的方法不同。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，圖4和圖5的裝置使得光電設(shè)備400和500的外殼的各個(gè)外表面變得平坦，從而提供一個(gè)均勻的表面用于使用粘合劑或其它焊接原料焊接熱沉。圖6不出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)具有散熱器單兀的光電設(shè)備的自上而下的視圖。參照?qǐng)D6,系統(tǒng)600包括兩個(gè)(或更多)光伏電池602和604。電池互連606被置于光伏電池602和604之上。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，光伏電池602和604是串聯(lián)的。圖6還示出了旁路二極管612。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光電系統(tǒng)的至少一個(gè)電池互連包括一個(gè)或多個(gè)應(yīng)力緩解結(jié)構(gòu)特征。在一個(gè)實(shí)施例中，旁路二極管612和電池焊盤(同樣位于606)周圍的部分通孔650允許潛在的這些結(jié)構(gòu)特征可能增加的厚度，并確保了一個(gè)用于附著熱沉的低熱阻的平整表面。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，旁路二極管可用于避免電池被遮蔽導(dǎo)致的損失。例如，圖7A至圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)太陽(yáng)能集中器裝置，該太陽(yáng)能集中器裝置分別具有夏至光照模式和冬至光照模式。
參照?qǐng)D7A，太陽(yáng)能集中器裝置700可服從于與地平線以上的太陽(yáng)相符的光照模式，例如夏至?xí)r。太陽(yáng)能聚集元件或集光器(如透鏡(如圖7A所示)、透鏡系統(tǒng)、反射鏡、或反射鏡系統(tǒng))被置于太陽(yáng)能電池陣列702之上。該太陽(yáng)能電池陣列702中的太陽(yáng)能電池通過(guò)旁路二極管704和電池互連706耦接。該太陽(yáng)能電池陣列還可包括熱交換鰭片(如708所示)以及電源輸出線(未示出)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)太陽(yáng)位于太陽(yáng)能聚集元件或集光器正上方時(shí)，日照710A被太陽(yáng)能電池陣列702接收。在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能聚集元件或集光器將光照712A提供給整個(gè)太陽(yáng)能電池陣列702，如圖7A中所描述。
參照?qǐng)D7B，太陽(yáng)能集中器裝置700可服從于與地平線以下的太陽(yáng)相符的光照模式，例如冬至?xí)r。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)太陽(yáng)不位于太陽(yáng)能聚集元件或集光器正上方時(shí)，日照710B被太陽(yáng)能電池陣列702接收。在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能聚集元件或集光器將光照712B提供給部分太陽(yáng)能電池陣列702,如圖7B中所描述。在一個(gè)實(shí)施例中，未被光照射到的電池?zé)o法通過(guò)所需的電流，并將被強(qiáng)制進(jìn)入功耗模式(例如，反向偏壓)以適應(yīng)由被光照射到的電池所生產(chǎn)的電流。隨后，當(dāng)溫度顯著升高時(shí)，這些未被光照射到的電池可泄漏一些產(chǎn)生的電力。
相應(yīng)地，在一個(gè)實(shí)施例中，如本文所描述的旁路二極管之類的旁路二極管用于排除線性接收器一端或者兩端的電池組，使得由于那些未接收到入射光照的陣列中的電池而造成的能源的損失很小。在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池陣列上的旁路二極管的是按照成本和性能最優(yōu)化的方式進(jìn)行布置的。例如，在一個(gè)特定的實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池和旁路二極管的布置，提供了繞過(guò)線性的電池組中的最后2個(gè)、4個(gè)、6個(gè)、8個(gè)、或10個(gè)電池的旁路。
這樣，披露了具有旁路二極管的光電設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光電設(shè)備包括旁路二極管、置于旁路二極管上并在旁路二極管上方延伸的散熱器單元、置于散熱器單元之上的熱沉。在一個(gè)實(shí)施例中，旁路二極管置于散熱器單元下的凹槽中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，光電設(shè)備包括旁路二極管、置于旁路二極管上但不在旁路二極管上方延伸的散熱器單元、和置于散熱器單元之上的熱沉。在一個(gè)實(shí)施例中，旁路二極管置于散熱器單元中的通孔中。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池，包括: 旁路二極管； 置于旁路二極管上方并覆蓋旁路二極管的散熱器單元，其中旁路二極管置于散熱器單元下的凹槽中；以及 置于散熱器單元上方的熱沉。
2.如權(quán)利要求
1所述的太陽(yáng)能電池，其中旁路二極管與一對(duì)互連相耦合，散熱器單元置于這對(duì)互連上方。
3.如權(quán)利要求
2所述的太陽(yáng)能電池，其中旁路二極管和一對(duì)互連被置于透明覆蓋層上方，其中旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)焊盤與所述一對(duì)互連相耦合，并且其中旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)密封劑層與透明覆蓋層和散熱器單元相分離。
4.如權(quán)利要求
1所述的太陽(yáng)能電池，其中熱沉包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與散熱器單元相分離的折疊鰭片。
5.一種太陽(yáng)能系統(tǒng)，包括: 多對(duì)太陽(yáng)能電池； 多個(gè)旁路二極管，其中在每對(duì)太陽(yáng)能電池之間布置一個(gè)或多個(gè)旁路二極管； 多個(gè)散熱器單元，其中一個(gè)或多個(gè)散熱器單元置于每個(gè)旁路二極管上方并覆蓋所述每個(gè)旁路二極管，其中每個(gè)旁路二極管置于一個(gè)散熱器單元下的凹槽中；以及 多個(gè)熱沉，其中在每個(gè)散熱器單元上方布置一個(gè)或多個(gè)熱沉。
6.如權(quán)利要求
5所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，還包括: 置于多對(duì)太陽(yáng)能電池上方的太陽(yáng)能聚集元件，所述太陽(yáng)能聚集元件用于將光照聚集到所述多對(duì)太陽(yáng)能電池的光接收表面上，其中所述多個(gè)旁路二極管配置用于在一對(duì)或多對(duì)太陽(yáng)能電池?zé)o法接收到光照時(shí)旁路所述一對(duì)或多對(duì)太陽(yáng)能電池。
7.如權(quán)利要求
6所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中太陽(yáng)能聚集元件是從下列裝置組中選擇的:反射鏡、反射鏡組、透鏡、透鏡組、及一個(gè)或多個(gè)反射鏡與一個(gè)或多個(gè)透鏡的組合。
8.如權(quán)利要求
5所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中每個(gè)旁路二極管與一對(duì)互連相耦合，一個(gè)散熱器單元置于這對(duì)互連上方。
9.如權(quán)利要求
8所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中每個(gè)旁路二極管和各對(duì)互連被置于透明覆蓋層上方，其中每個(gè)旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)焊盤與各對(duì)互連相耦合，并且其中每個(gè)旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)密封劑層與透明覆蓋層和散熱器單元相分離。
10.如權(quán)利要求
5所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中每個(gè)熱沉包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與各散熱器單元相分離的折疊鰭片。
11.如權(quán)利要求
5所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中提供多個(gè)散熱器單元以將來(lái)自多對(duì)太陽(yáng)能電池的熱量與多個(gè)熱沉耦合。
12.—種太陽(yáng)能電池，包括: 芳路二極管； 置于旁路二極管上方但不覆蓋旁路二極管的散熱器單元；以及 置于散熱器單元上方的熱沉。
13.如權(quán)利要求
12所述的 太陽(yáng)能電池，其中旁路二極管被置于散熱器單元中的通孔中。
14.如權(quán)利要求
12所述的太陽(yáng)能電池，其中旁路二極管與一對(duì)互連相耦合，散熱器單元置于這對(duì)互連上方。
15.如權(quán)利要求
14所述的太陽(yáng)能電池，其中旁路二極管和一對(duì)互連被置于透明覆蓋層上方，其中旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)焊盤與所述一對(duì)互連相耦合，并且其中旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)密封劑層與透明覆蓋層和散熱器單元相分離。
16.如權(quán)利要求
12所述的太陽(yáng)能電池，其中熱沉包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與散熱器單元相分離的折疊鰭片。
17.一種太陽(yáng)能系統(tǒng)，包括: 多對(duì)太陽(yáng)能電池； 多個(gè)旁路二極管，其中在每對(duì)太陽(yáng)能電池之間布置一個(gè)或多個(gè)旁路二極管； 多個(gè)散熱器單元，其中一個(gè)或多個(gè)散熱器單元置于每個(gè)旁路二極管上方但不覆蓋所述每個(gè)旁路二極管；以及 多個(gè)熱沉，其中在每個(gè)散熱器單元上方布置一個(gè)或多個(gè)熱沉。
18.如權(quán)利要求
17所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，還包括: 置于多對(duì)太陽(yáng)能電池上方的太陽(yáng)能聚集元件，所述太陽(yáng)能聚集元件用于將光照聚集到所述多對(duì)太陽(yáng)能電池的光接收表面上，其中所述多個(gè)旁路二極管配置用于在一對(duì)或多對(duì)太陽(yáng)能電池?zé)o法接收到光照時(shí)旁路所述一對(duì)或多對(duì)太陽(yáng)能電池。
19.如權(quán)利要求
18所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中太陽(yáng)能聚集元件是從下列裝置組中選擇的:反射鏡、反射鏡組、透鏡、透鏡組、及一個(gè)或多個(gè)反射鏡與一個(gè)或多個(gè)透鏡的組合。
20.如權(quán)利要求
17所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中每個(gè)旁路二極管被置于一個(gè)散熱器單元中的通孔中。
21.如權(quán)利要求
17所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中每個(gè)旁路二極管與一對(duì)互連相耦合，一個(gè)散熱器單元置于這對(duì)互連上方。
22.如權(quán)利要求
21所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中每個(gè)旁路二極管和各對(duì)互連被置于透明覆蓋層上方，其中每個(gè)旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)焊盤與各對(duì)互連相耦合，并且其中每個(gè)旁路二極管通過(guò)一個(gè)或多個(gè)密封劑層與透明覆蓋層和散熱器單元相分離。
23.如權(quán)利要求
17所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中每個(gè)熱沉包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱粘合層與各散熱器單元相分離的折疊鰭片。
24.如權(quán)利要求
17所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中提供多個(gè)散熱器單元以將來(lái)自多對(duì)太陽(yáng)能電池的熱量與多個(gè)熱沉耦合。
專利摘要
太陽(yáng)能電池及太陽(yáng)能系統(tǒng),包括旁路二極管、置于旁路二極管上方并覆蓋旁路二極管的散熱器單元、置于散熱器單元上方的熱沉。另一種光電設(shè)備包括旁路二極管、置于旁路二極管上方但不覆蓋旁路二極管的散熱器單元、置于散熱器單元上方的熱沉。通過(guò)上述改進(jìn)，改善的熱性能允許設(shè)備在低溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提升光電轉(zhuǎn)換效率并減少組件的退化和衰退。
文檔編號(hào)H01L31/042GKCN202948942SQ201090001363
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2010年11月11日
發(fā)明者瑞恩·林德曼, 多戈·羅斯, 尼古拉斯·博伊諾特, 凱絲·約翰斯頓, 戴維·B·德格拉夫 申請(qǐng)人:太陽(yáng)能公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan