(57)【要約】  太陽電池モジュールの製造法を提供し、この方法は、それぞれ入射光線を電気エネルギーに変換するよう構成された１つ以上の太陽電池（ＰＶ）セルを提供するステップと、ＰＶセルを互いに電気的に接続するようなされたプリント回路基板（ＰＣＢ）を提供するステップと、ＰＶセルをＰＣＢ上に配置するステップと、ＰＶセルとＰＣＢの導電部間に半田ペーストを提供するステップと、半田ペーストが溶融するのに十分な温度までＰＶセルとＰＣＢを加熱して、ＰＶセルをＰＣＢに半田付けするステップとを含む。
2013507762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールの製造法において、
・それぞれが入射光線を電気エネルギーに変換するよう構成された１つ以上の太陽電池（ＰＶ）セルを提供するステップと、
・前記ＰＶセルを互いに電気的に接続するようなされたプリント回路基板（ＰＣＢ）を提供するステップと、
・前記ＰＶセルを前記ＰＣＢ上に配置するステップと、
・前記ＰＶセルとＰＣＢの前記導電部間に半田ペーストを提供するステップと、
・前記半田ペーストが溶融するのに十分な温度まで前記ＰＶセルとＰＣＢとを加熱して、前記ＰＶセルを前記ＰＣＢに半田付けするステップと
を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造法。
【請求項２】
自動表面実装技術の一部を構成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記配置ステップは、前記ＰＶセルの少なくとも一部を、前記ＰＶセルの端部が前記ＰＣＢ材料を有さない領域を覆うよう構成するステップを含むことを特徴とする請求項１及び２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記ＰＣＢは、互いに隣接した一組の貫通開口部を含むことにより、その間に１つ以上のセル担持部を形成し、更に、前記配置ステップは、前記ＰＶセルの端部が前記開口部上に配置されるよう、前記ＰＶセルの少なくとも１部を前記セル担持部の少なくとも１つに配置するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ＰＣＢにおいてＰＶセルを担持する側の対向側に配置される放熱要素を設け、前記放熱要素を前記貫通開口部を介して前記ＰＶセルと熱接触させるステップを、更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記加熱前に、前記半田付けに伴う前記熱による熱変形を前記ＰＶセルが受けて、これが前記ＰＣＢから離れ易くなる場合、前記ＰＶセルを前記ＰＣＢ上に固定するのに十分な強度を有する接着剤を用いて、前記ＰＶセルを前記ＰＣＢに実装するステップを、更に含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記接着剤は、感圧接着剤であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＰＣＢは、放熱層を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
各前記セルは、第一面、つまり、ＰＣＢと面するセル面上には、下部接触パッドを、更に、前記第一面と対向する第二面上には、上部接触パッドを含み、前記上部及び下部接触パッドは、前記ＰＣＢの導電層と電気的に接続することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記上部接触パッドは、その熱膨張中における前記ＰＶセルとＰＣＢとの機械的接続を保持するよう構成された接続部材を介して、前記ＰＣＢと電気的に接続することを特徴する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記接続部材は、内部に形成された１つ以上のスロットを含む固形の導電性材料から製造されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記接続部材は、少なくとも一部がメッシュとして形成された固形の導電性材料から製造されることを特徴とする請求項１０及び１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記接続部材は、半田ペーストで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の方法
【請求項１４】
前記各前記ＰＶセルは、２つの下部接触パッドを含むことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記下部接触パッドは、互いに１０ｍｍ以内にあることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＰＶセルは、前記モジュールの製造中における前記セルの前記ＰＣＢ上への自動配置を支援するよう構成された複数の基準マーカを含むことを特徴する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
各前記ＰＶセルは、表面積が８ｃｍ２未満であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
各前記ＰＶセルは、長さが２７ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記モジュールは、入射光線を１０倍まで集光するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記モジュールは、集光光学部品を有さないことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＰＣＢは、前記ＰＶセルを完全クロスタイ接続として接続するよう構成されることを特徴する請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記モジュールは、１つ以上のバイパスダイオードを含むことを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記モジュールは、論理回路素子を含むことを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記論理回路素子は、特定用途向け集積回路、及びフィールドプログラマブルゲートアレイからなる群から選択されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記論理回路素子は、以下の機能として、
・リアルタイム状態に応じた前記ＰＶセルの最適接続の支援、並びに、
・単一セル、または、セル群の監視
の１つ以上を実行するよう構成されることを特徴とする請求項２３及び２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記モジュールは、追跡機構を有さないことを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記モジュールは、強制冷却機構を有さないことを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
太陽電池アレイの製造法において、
・それぞれ、請求項１〜２７のいずれか１項に従って複数の太陽電池モジュールを提供するステップと、
・前記モジュールを担持する１つ以上の支持部材を提供するステップであって、前記支持部材は、ＰＣＢより構成され、前記モジュールと電気的に接続するよう構成されるステップと、更に
・前記太陽電池アレイを前記支持部材に機械的に実装し、電気的に接続するステップとを含むことを特徴する太陽電池アレイの製造法。
【請求項２９】
各前記モジュールは、１つ以上のコネクターを含み、各前記支持部材は、前記コネクターを受け入れるよう構成された複数のノッチを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
各前記支持部材は、各前記ノッチに隣接し、前記コネクターへの対応導電部と接触するよう配置された前記支持部材の導電層への接続点を含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
・前記支持部材の２つを間隔を開けて平行配置し、且つ互いに間隙を開けるステップと、
・前記支持部材間にまたぐように前記モジュールを実装するステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
太陽電池モジュールにおいて、１つ以上の太陽電池（ＰＶ）セルを含み、各セルは、入射光線を電気エネルギーに変換するよう構成され、前記ＰＶセルを互いに電気的に接続するよう構成されたプリント回路基板（ＰＣＢ）に半田付けされ、前記ＰＶセルとＰＣＢは、半田付けの実行に十分な温度までの加熱に、モジュールが耐えられるよう、構成及び接続されることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項３３】
前記半田付けは、リフロー半田付けであることを特徴とする請求項３２に記載の太陽電池モジュール、
【請求項３４】
前記ＰＶセルは、その端部が、前記ＰＣＢ材料を有さない領域を覆うよう接続することを特徴とする請求項３２及び３３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３５】
前記ＰＣＢは、互いに隣接した一組の貫通開口部を含むことにより、その間にそれぞれＰＶセルを担持する１つ以上のセル担持部を形成し、前記ＰＶセルの端部は、前記貫通開口部上、または、その内部に配置されることを特徴とする請求項３４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３６】
ＰＣＢにおいてＰＶセルを担持する側の対向側に配置される放熱要素を、更に含み、前記放熱要素は、前記貫通開口部を介して、前記ＰＶセルと接触することを特徴とする請求項３５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３７】
前記半田付けに伴う前記熱による熱変形を前記ＰＶセルが受けて、これが前記ＰＣＢから離れ易くなる場合、前記ＰＶセルを前記ＰＣＢ上に固定するのに十分な強度を有する接着剤を用いて、前記ＰＶセルを前記ＰＣＢに実装することを特徴とする請求項３２〜３６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３８】
前記接着剤は、感圧接着剤であることを特徴とする請求項３７に記載の太陽電池モジュール
【請求項３９】
前記ＰＣＢが、放熱層を含むことを特徴とする前述の請求項３２〜３８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４０】
各前記セルは、第一面、つまり、ＰＣＢと面するセル面上には、下部接触パッドを、更に、前記第一面と対向する第二面上には、上部接触パッドを含み、前記上部及び下部接触パッドは、前記ＰＣＢの導電層と電気的に接続することを特徴とする請求項３２〜３９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４１】
前記上部接触パッドは、その熱膨張中における前記ＰＶセルとＰＣＢの機械的接続を保持するよう構成された接続部材を介して、前記ＰＣＢと電気的に接続することを特徴とする請求項４０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４２】
前記接続部材は、その内部に形成された１つ以上のスロットを含む固形の導電性材料から製造されることを特徴とする請求項４１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４３】
前記接続部材は、少なくとも一部がメッシュとして形成された固形の導電性材料から製造されることを特徴とする請求項４１及び４２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４４】
前記接続部材は、半田ペーストで構成されることを特徴とする請求項４１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４５】
前記ＰＶセルは、２つの下部接触パッドを含むことを特徴とする請求項４０〜４４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４６】
前記下部接触パッドは、互いに１０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項４５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４７】
前記ＰＶセルは、前記モジュールの製造中における前記セルの前記ＰＣＢ上の自動配置を支援するよう構成された複数の基準マーカを含むことを特徴とする請求項３２〜４６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４８】
各前記ＰＶセルは、表面積が８ｃｍ２未満であることを特徴とする請求項３２〜４７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４９】
各前記ＰＶセルは、長さが２７ｍｍ未満であることを特徴とする請求項３２〜４８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５０】
入射光線を１０倍まで集光するよう構成されることを特徴とする請求項３２〜４９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５１】
集光光学部品を有さないことを特徴とする請求項５０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５２】
前記ＰＣＢは、前記ＰＶセルを完全クロスタイ接続として接続するよう構成されることを特徴とする請求項３２〜５１のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５３】
１つ以上のバイパスダイオードを含むことを特徴する請求項３２〜５２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５４】
論理回路素子を含むことを特徴とする請求項３２〜５３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５５】
前記論理回路素子は、特定用途向け集積回路、及びフィールドプログラマブルゲートアレイからなる群から選択されることを特徴とする請求項５４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５６】
前記論理回路素子は、以下の機能として、
・リアルタイム状態に応じたＰＶセルの最適接続の支援、並びに、
・単一セル、または、セル群の監視
の１つ以上を実行するよう構成されることを特徴とする請求項５４及び５５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５７】
追跡機構を有さないことを特徴とする請求項３２〜５６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５８】
強制冷却機構を有さないことを特徴とする請求項３２〜５７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５９】
太陽電池アレイにおいて、請求項３２〜５８のいずれか１項に基づく複数の太陽電池モジュールを含み、１つ以上の支持部材が、前記モジュールを担持し、前記支持部材は、ＰＣＢより構成され、前記モジュールと電気的に接続するよう構成されることを特徴とする太陽電池アレイ。
【請求項６０】
各前記モジュールは、１つ以上のコネクターを含み、各前記モジュールは、前記コネクターを受け入れるよう構成された複数のノッチを含むことを特徴とする請求項５９に記載の太陽電池アレイ。
【請求項６１】
各前記支持部材は、各前記ノッチに隣接し、前記コネクターへの対応導電部と接触するよう配置された前記支持部材の導電層への接続点を含むことを特徴とする請求項６０に記載の太陽電池アレイ。
【請求項６２】
間隙を開け、互いに平行配置された前記支持部材の２つを含み、その間を前記モジュールがまたぐことを特徴とする請求項５９〜６１のいずれか１項に記載の太陽電池アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールに関し、具体的には、複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な方法により、太陽放射を利用して、利用可能エネルギーを生成できることが、よく知られている。１方法では、太陽放射を電気に変換するよう構成された太陽電池セルを使用する。通常、太陽放射収集器を用いて、日光、または、他の放射を収集し、これを太陽電池セルに向けて送る。多くの場合、この放射収集器は、ある領域からこれより極めて狭い太陽電池セルに放射を集中するのに備えられる。
【０００３】
複数の太陽電池を備えて１つのモジュールを形成する場合が多い。これらモジュールの１つ以上を、１つの場所に配置することも可能である。各セルとモジュールは、それぞれが固有の利点を伴う関連するよく知られた種々の接続形態を用いて、互いに接続される。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の１態様によれば、太陽電池モジュールの製造法が提供され、この方法は、
・それぞれが入射光を電気エネルギーに変換するよう構成された１つ以上の太陽電池（ＰＶ）セルを提供するステップと、
・ＰＶセルを互いに電気的に接続するよう構成されたプリント回路基板（ＰＣＢ）を提供するステップと、
・ＰＶセルをＰＣＢ上に配置するステップと、
・ＰＶセルとＰＣＢの導電部間に半田ペーストを塗布するステップと、
・半田ペーストが溶融するのに十分な温度までＰＶセルとＰＣＢを加熱して、ＰＶセルをＰＣＢに半田付けするステップとを含む。
【０００５】
上記方法の配置ステップには、ＰＶセルの少なくとも一部を、セルの端部がＰＣＢ材料を有さない領域を覆うよう構成するステップが含まれる場合もある。ＰＣＢは、互いに隣接した一組の貫通開口部（ＰＣＢ材料を有さない領域を構成する）を含むことで、その間に１つ以上のセル担持部を形成することも可能であり、この場合、上記方法の配置ステップは、ＰＶセルの端部が貫通開口部上で配置されるよう、ＰＶセルの少なくとも１部を少なくとも１つのセル担持部上に配置するステップを含む。
【０００６】
本方法は、ＰＣＢにおいてＰＶセルを担持する側の対向側に配置される放熱要素を設け、この放熱要素を貫通開口部を介してＰＶセルと熱接触させるステップを、更に含んでも良い。
【０００７】
ＰＣＢ上の実装時、一方向でＰＣＢを避けて熱変形を受けるよう、ＰＶセルを構成できる。つまり、ＰＶセルが、半田ペーストを溶融するだけの熱を受ける際、ＰＶセルは、その自由端がＰＣＢを避けて移動するよう屈曲する。
【０００８】
本方法は、加熱前に、半田付けに伴う熱による熱変形をＰＶセルが受けて、これがＰＣＢから離れ易くなる場合、ＰＶセルをＰＣＢ上に固定するのに十分な強度を有する感圧接着剤などの接着剤を用いて、ＰＶセルをＰＣＢに実装するステップも、更に含むことが可能である。
【０００９】
ＰＣＢは、放熱層を有しても良い。
【００１０】
各セルは、第一面、つまり、ＰＣＢに面するセル面上には、下部接触パッドを、更に、第一面と対向する第二面上には、上部接触パッドを有しても良く、これらの接触パッドは、ＰＣＢの導電層と電気的に接続する。
【００１１】
この上部接触パッドは、熱膨張中、ＰＶセルとＰＣＢとの機械的接続を保持するよう構成された接続部材を介して、ＰＣＢと電気的に接続できる。
【００１２】
この接続部材は、内部に形成、及び／または、少なくとも一部がメッシュとして形成された１つ以上のスロットを含む固体の導電性材料から製造できる。或いは、接続部材を半田ペーストで構成することが可能である。
【００１３】
ＰＶセルは、互いに１０ｍｍ以内で形成可能な２つの下部接触パッドを有してもよい。
【００１４】
ＰＶセルは、モジュール製造中におけるセルのＰＣＢ上の自動配置を支援するよう構成された複数の基準マーカを含む。
【００１５】
各ＰＶセルは、表面積が８ｃｍ２未満、及び／または長さが２７ｍｍ未満で良い。
【００１６】
モジュールは、１０倍まで入射光を集光するよう構成可能で、集光光学部品を有さなくても良い。
【００１７】
ＰＶセルを完全クロスタイ接続として接続するよう、ＰＣＢを構成できる。
【００１８】
モジュールには、１つ以上のバイパスダイオードを有しても良い。
【００１９】
モジュールは、特定用途向け集積回路、及びフィールドプログラマブルゲートアレイからなる群から選択可能な論理回路素子を有しても良い。この論理回路素子は、以下の機能の１つ以上を実行するよう構成可能である。
・リアルタイム状態に応じたＰＶセルの最適接続の支援、並びに、
・単一セル、または、セル群の監視。
【００２０】
このモジュールには、追跡機構、及び／または、強制冷却機構が含まれなくても良い。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、太陽電池アレイの製造法が提供されている。この方法は、
・それぞれ前述のように製造される複数の太陽電池モジュールを提供するステップと、
・このモジュールを担持する１つ以上の支持部材を提供するステップであって、この支持部材は、ＰＣＢにより構成され、モジュールに電気的に接続するよう構成されるステップと、
・太陽電池アレイを支持部材に機械的に実装し、電気的に接続するステップとを含む。
【００２２】
各モジュールは、１つ以上のコネクターを有しても良く、各支持部材は、このコネクターを受け入れるよう構成された複数のノッチを含む。
【００２３】
各支持部材は、各ノッチに隣接し、コネクターの対応導電部と接触するよう配置された支持部材の導電層への接続点を有してもよい。
【００２４】
本方法は、
・支持部材の２つを間隔を開け、平行配置し、且つ、互いに間隙を開けるステップと、
・支持部材間をまたぐようにモジュールを実装するステップとを、
更に有してもよい。
【００２５】
本発明の更なる態様によれば、太陽電池モジュールが提供されている。このモジュールは、１つ以上の太陽電池（ＰＶ）セルを含み、各セルは入射光線を電気エネルギーに変換するよう構成され、ＰＶセルを互いに電気的に接続するよう構成されたプリント回路基板（ＰＣＢ）に半田付けされ、モジュールが半田付けを実行するのに十分な温度までの加熱に耐えられるよう、ＰＶセルとＰＣＢは、構成及び接続される。
【００２６】
ＰＶセルは、その端部がＰＣＢ材料を有さない領域を覆うよう接続できる。ＰＣＢは、互いに隣接した一組の貫通開口部を含むことで、その間に、それぞれＰＶセルを担持する１つ以上のセル担持部を形成することができ、ＰＶセルの端部は、貫通開口部上、または、その内部に配置される。ＰＣＢにおいてＰＶセルを担持する側の対向側に配置される放熱要素を更に提供でき、この放熱要素は、貫通開口部を介して、ＰＶセルと接触する。
【００２７】
ＰＣＢ上の実装時、ＰＶセルが一方向でＰＣＢを避けて熱変形を受けるよう、ＰＶセルを構成できる。つまり、ＰＶセルが半田ペーストを溶融するだけの熱を受ける際、その自由端がＰＣＢを避けて移動するよう、ＰＶセルが屈曲する。
【００２８】
半田付けに伴う熱による熱変形を、ＰＶセルが受けて、これがＰＣＢから離れ易くなる場合、ＰＶセルをＰＣＢ上に固定するのに十分な強度を有する感圧接着剤などの接着剤を用いて、ＰＶセルをＰＣＢに接続できる。
【００２９】
ＰＣＢは、放熱層を含むことも可能である。
【００３０】
各セルは、第一面、つまり、ＰＣＢに面するセル面上には、下部接触パッドを有し、更に、第一面と対向する第二面上には、上部接触パッドを有しても良く、これらの接触パッドは、ＰＣＢの導電層と電気的に接続する。
【００３１】
上部接触パッドは、熱膨張中、ＰＶセルとＰＣＢとの機械的接続を保持するよう構成された接続部材を介して、ＰＣＢと電気的に接続できる。
【００３２】
この接続部材は、内部に形成、及び／または、少なくとも一部がメッシュとして形成された１つ以上のスロットを含む固形の導電性材料から製造可能である。或いは、接続部材を半田ペーストで構成できる。
【００３３】
ＰＶセルは、互いに１０ｍｍ以内で形成可能な２つの下部接触パッドを有しても良い。
【００３４】
ＰＶセルは、モジュール製造中におけるセルのＰＣＢ上の自動配置を支援するよう構成された複数の基準マーカを含む。
【００３５】
各ＰＶセルは、表面積が８ｃｍ２未満、及び／または長さが２７ｍｍ未満で良い。
【００３６】
モジュールは、１０倍まで入射光を集光するよう構成可能で、集光光学部品を有さなくても良い。
【００３７】
ＰＶセルを完全クロスタイ接続として接続するよう、ＰＣＢを構成できる。
【００３８】
モジュールには、１つ以上のバイパスダイオードが含まれても良い。
【００３９】
モジュールは、特定用途向け集積回路、及びフィールドプログラマブルゲートアレイからなる群から選択可能な論理回路素子を有しても良い。この論理回路素子は、以下の機能の１つ以上を実行するよう構成可能である。
・リアルタイム状態に応じたＰＶセルの最適接続の支援、並びに、
・単一セル、または、セル群の監視。
【００４０】
前記モジュールには、追跡機構、及び／または強制冷却機構が含まれなくても良い。
【００４１】
本発明のより更なる態様によれば、太陽電池アレイが提供されている。このアレイは、前述の複数の太陽電池モジュール、及びこのモジュールを担持する１つ以上の支持部材であって、ＰＣＢにより構成され、且つ、モジュールと電気的に接続するよう構成された支持部材を含む。
【００４２】
各モジュールは、１つ以上のコネクターを有しても良く、各支持部材は、このコネクターを受け入れるよう構成された複数のノッチを含む。
【００４３】
各支持部材は、各ノッチに隣接し、コネクターの対応導電部と接触するよう配置された支持部材の導電層への接続点を有してもよい。
【００４４】
太陽電池アレイは、互いに間隙を開け、平行配置された支持部材の２つを、更に有しても良く、支持部材間をまたぐようにモジュールが支持部材上に実装される。
【００４５】
本発明を理解し、これが実際どの様に実行されるのかが分かるよう、これから、添付の図面を参照して、限定を避けた例のみを用い、実施例について述べる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による太陽電池モジュールの斜視図である。
【図２ＡＢ】図１に示した太陽電池モジュールの太陽電池セルのそれぞれ上部、及び底部の斜視図である。
【図３Ａ】図１に示した太陽電池モジュールのプリント回路基板の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って取った部分断面図である。
【図４Ａ】図３Ａに示したプリント回路基板上に配置された図２Ａ、２Ｂで述べた太陽電池セルの上面図である。
【図４Ｂ】プリント回路基板上に実装された太陽電池セルの側面図である。
【図５Ａ】本発明によるプリント回路基板の他の例の説明である。
【図５Ｂ】図５Ａに示したプリント回路基板を用いて組み立てた太陽電池モジュールの説明である。
【図６Ａ】セルとプリント回路基板間の接続を、これらを接続する上部接続部材の配置を含めて説明する部分側面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示した上部接続部の種々の例の上面図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示した上部接続部の種々の例の上面図である。
【図６Ｄ】セルとプリント回路基板間の接続の他の例を説明する部分側面図である。
【図７Ａ】本発明に基づく太陽電池アレイの斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａにおいて説明した太陽電池アレイの鉛直支持部材の側面図である。
【図８】太陽電池アレイの一例に関する模式的電気図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１に示すように、全体を符号１で示した太陽電池（ＰＶ）モジュールが提示されている。このＰＶモジュール１は、プリント回路基板（ＰＣＢ）２４上に実装された複数のＰＶセル１０を含む。
【００４８】
ＰＶセル１０は、入射光線を電気エネルギーに変換し、プリント回路基板２４に実装されるよう構成される。ＰＣＢは、その上に実装されたＰＶセル１０同士を電気的に接続するよう構成される。
【００４９】
更に、モジュール１は、１つ以上のセル１０と並列に接続した１つ以上のバイパスダイオード３も含む。この他、このモジュールと他の部品との機械的及び／または電気的接続を支援するよう、コネクター５が、モジュールの各端部の１つ等において備えられる。
【００５０】
図２Ａ、２Ｂに示すように、ＰＶセル１０は、上面１２及び底面１４を含む。上面１２は、入射光線が当たるよう構成され、底面１４は、ＰＣＢに実装されるよう構成される。
【００５１】
セル１０は、サイズが比較的小さく、例えば、表面積が約８ｃｍ２未満で、任意選択で長さが約２７ｍｍ未満である（即ち、矩形のセルの場合では、長さと幅の長い方が約２７ｍｍ未満であるが、対角線の長さは、約２７ｍｍよりも長くなる場合もある）。このサイズは、セル１０を自動表面実装技術（ＳＭＴ）、とりわけ、テープリールリボルバーシステムを使用する技術で使用するのに適している。当然のことながら、これらの寸法は、現在利用できるＳＭＴ装置との適合性に基づいており、それ故、他の全てのＳＭＴ装置の要件に従って、必要に応じ変更できる。
【００５２】
真空ノズルを用いて、ＰＣＢ上にセル１０を配置するためのトレーからセルを取り出す場合、各セルのサイズが大きくなることがある。しかし、この様なシステムは、テープリールリボルバーシステムが許容する速度での製造には対応できない。
【００５３】
セル１０のサイズは、表面積が約８ｃｍ２よりも小さくなるよう制限できるが、当然、この制限内で、且つ設計における他の検討事項を考慮に入れつつ、セル縁部の長さとセルの表面積との比を可能な限り小さくする必要がある。このため、セル１０は、不必要に小さくなるよう設計されない。
【００５４】
セル１０の使用中、セル１０がＰＣＢの設計耐用温度を超えて加熱されることを防止するよう、高集光光学部品を設けない。具体的には、集光光学部品を設けないか、或いは、約１０倍まで集光するよう構成された低集光光学部品を設けるかのいずれかの方式とする。
【００５５】
ＰＶセル１０の上面１２は、１つ以上のＰＣ活性領域１６で形成され、各領域は、光を電気エネルギーに変換するＰＶ材料を含む。ＰＶ材料は、この目的に有用であると知られるシリコン（単結晶、多結晶、または、非晶質でも良い）、テルル化カドミウム、またはセレン化／硫化銅インジウムを含むが、これに限定されない任意の材料で良い。
【００５６】
更に、上部表面は、上部接触パッド１８を含み、その目的を以下で説明する。図２Ａを参照して述べるセルは、「前方接触型セル」であり、放射面上にセルの電気接触部の１つを含むことを認識されたい。セル１０を「後方接触型セル」としても提供可能であり、この場合、上部接触パット１８は含まれなくなる。
【００５７】
ＰＶセル１０の底面１４は、１つ以上の低部接触パッド２０を含む。これらの接触パッド２０が、とりわけ、セル１０をＰＣＢと物理的に接続するよう機能する場合、セルが「前方接触型セル」、または「後方接触型セル」として構成されるかどうかに関係無く、実装された後に、セル１０の安定性を確保するよう、複数の接触パット２０を備えることが可能である。この場合、加熱と冷却中のセル１０とＰＣＢ間の種々の熱膨張率の影響を緩和するため、下部接触パッド２０が互いに十分緊密となるよう、セル１０を設計する。例えば、下部接触パッド２０同士の距離は、約１０ｍｍ未満で良い。しかし、従来技術で知られるように、この距離は、セル１０とＰＣＢの材料、半田付け中の使用温度等に応じて、延長したり短縮することも理解されたい。
【００５８】
ＳＭＴ半田付け法を用いて、セル１０を他のセル、及びＰＣＢへと組み立てる際、精確な半田付けを可能とするのに十分な大きさとなるよう、上部接触パッド１８及び下部接触パッド２０を設計する。
【００５９】
更に、セルをＰＣＢに対して適切に位置決めできるよう、ＰＶセルの底面１４は、ＳＭＴ装置が使用する複数の基準マーカ２２を備える。ここで説明した基準マーカ２２は、円型であるが、適切な任意の形状も使用できることも理解されたい。更に、当然、図に示す基準マーカ２２の位置は、図示のみを目的としており、実際、設計者は、基準マーカを任意の適切な場所に配置できる。
【００６０】
また、下部接触パッド２０は、それ自体、或いは、セル１０の底面１４上に形成された他の基準マーカと統合することのいずれかによって、基準マーカとして機能できる。ＰＶをセル１０を大きなウェーハが切断するダイシング加工によるアーチファクトとして、不要な基準マーカ、または、その一部（図示せず）が、セル上に表れることがある。
【００６１】
更に、セル１０は、ＰＶ活性領域１６、並びに上部接触パッド１８及び下部接触パッド２０の双方と電気接触し、ＰＶ活性領域から発電する電気を接触パッドに送り、そこから、発電した電気を、その使用のためにセルから送るよう構成された１つ以上の金属層を含む。
【００６２】
図３Ａに示すように、全体を符号２４で示したＰＣＢを提示している。このＰＣＢは、ＰＣＢに実装されたＰＶセル１０同士を電気的に接触し、更に、自動ＳＭＴ法によりモジュールを形成するためのＰＣＢの実装を支援する任意の適切な設計に基づいて構成される。従って、図３Ｂに示すように、ＰＣＢ２４は、回路接続形態を画定し、ＰＶセル１０から発電する電気を送るよう構成され、且つ、上部非伝導層２８と底部非伝導層３０の間に挟入された導電層２６を有してもよい。上部非伝導層２８は、セル１０が導電層に接続するための手段を提供する開口部３２（図３Ａに図示）含む。
【００６３】
任意選択で、ＰＣＢは、放熱用の追加層（図示せず）を含む金属‐コアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ）として形成される場合もある。この追加層は、アルミニウムの様な任意の適切な材料から作ることが可能で、伝導層２６からは電気的に絶縁されている。
【００６４】
導電層２６は、並列、直列、完全クロスタイ（ＴＣＴ）等を含む任意の望ましい接続形態でセル１０を接続するよう備えられる。このため、ＰＣＢ２４を、そこに実装されたＰＶセル１０同士を接続するために使用することで、複雑な接続形態に準ずる場合であっても、多数のＰＶセル１０同士を自動的に接続することが可能となる。
【００６５】
更に、ＰＣＢは、組構成された貫通開口部３４を含み、その間に画定されたセル担持ブリッジ３６を形成できる。このセル担持ブリッジは、セル１０の下部接触パッド２０と接合するよう構成され、このため、下部接触パッドの数と等しく、且つ、このパッドに準じて構成された複数の点３８を含む。図示していないが、追加の貫通開口部を、各セル担持ブリッジ３６と関連付けることもできる。
【００６６】
図４Ａに示すように、製造中にセル１０が屈曲できるよう（仮想線として図示）、貫通開口部３４、及びセル担持ブリッジ３６が、統合的に設計される。従って、これらのそれぞれが、これを覆うセル１０の一部のサイズよりも僅かに大きくなり、これにより、図４Ｂに示すように、セルが屈曲すると、例えば、セル担持ブリッジ上のセルの変位の誤差範囲、つまり、屈曲等によるセルの何らかの横運動を許容するよう、セルは僅かな隙間を通ることが可能である。
【００６７】
リフロー半田付けのようなセル１０のＰＣＢ２４への半田付け中、セルは、極めて高温となり、屈曲を受ける。セルの自由部、例えば、セルの端部１０ａが、ＰＣＢとの接触、及び／または、ＰＣＢの支持により、セルの下部接触パッド２０間の接合を破壊しやすくする力の発生を防止するため、セルの端部が、屈曲中に貫通開口部３４を通るよう、セルを配置する。この様にすると、セル１０は、とりわけ、セルとＰＣＢ２４との接合を破壊する恐れのあるセルへの余計な力を発生させずに、自然に屈曲できる。
【００６８】
貫通開口部３４を提供する代替法として、半田付けの前に、感圧接着剤の様な接着剤を用いて、セル１０をＰＣＢに仮実装することもある。使用する接着剤、及びその量は、前述の熱誘起屈曲をセル１０が受ける際、接着剤は、ＰＣＢ上でセルの端部１０ａを支持することにより生じる力を克服するのに十分な強度とする。半田付けを完了したら、接着剤は必要となくなるが、これが残ったままでも良い。
【００６９】
組み立て中に貫通開口部３４を利用する以外にも、この開口部により、セル１０の裏側に熱のりを塗布でき、これによって、セルからの熱をＰＣＢの任意の追加放熱層に備えられている場合一層効果的に送ることができる。
【００７０】
図５Ａに示すように、ＰＣＢ２４は、互いに直列接続されたセル担持ブリッジ３６を含むことで、第一方向に延びる鎖状ブリッジを形成できる。図５Ｂで示されるように、セル１０は、この様なＰＣＢ上に実装されて、第一方向と垂直な第二方向を覆うよう、モジュール１を形成する。この様な構成は、ＰＣＢのサイズを低減し、これによるＰＣＢのコストが抑えられる。
【００７１】
図３Ａから５Ｂまでを参照して述べた構成に全てに従って、セルの自由端１０ａが、ＰＣＢ材料を有さない領域を覆うよう、つまり、セルの端部が、ＰＣＢと接触することなく、ＰＣＢへ向かって屈曲できるようにセル１０をＰＣＢに実装できるよう、ＰＣＢ２４を設計する。
【００７２】
セル１０をＰＣＢ２４に半田付けする前に、セルをＰＣＢに少なくとも仮添付するよう、接着剤を塗布できる。この接着剤は、半田付け中に達する温度範囲内で、セル１０とＰＣＢ２４間の熱膨張の差を補正するのに十分な弾性を保持するよう、選択するものとする。接着剤は、半田付けが実施された後、必要でなくなるが、これを残したままでも良い。
【００７３】
前述のＰＣＢ２４の任意の設計によれば、「前方接触型セル」が、ＰＶセル１０を構成する場合、図６Ａに示すように、上部接触パッド１８をＰＣＢ、具体的には、ＰＣＢの導電層２６の適切な箇所に電気的に接続するよう、上部接続部材４０を設けられる。
【００７４】
上部接続部材４０は、屈曲した金属片、または、大量の半田ペースト、若しくは、他の任意の適切な材料等の伝導性のある材料から作られる。図６Ｂ，６Ｃに示すように、上部接続部材４０が、金属の様な固形材料で作られる場合、この接続部材は、その任意の複数のセル１０、及びＰＣＢ２４間の熱膨張の差の影響を緩和するよう形成できる。例えば、図６Ｂで示すように、上部接続部材は、その中にスロット４２を任意の構成で設けて形成できる（当然、添付の図面に示すスロットは、図示のみを目的としており、実際は、この発明の範囲を逸脱せずに、変更すべき点は変更して、設計者の裁量により、任意の方向、または、２方向以上で形成することができる）。或いは、図６Ｃに示されるように、上部接続部材４０は、メッシュ材料として形成されるか、または、メッシュ材料として形成される部分を含むことで、要求される柔軟性を提供できる。
【００７５】
図６Ｄに示すように、前述のＰＣＢ２４の任意の構造によれば、「後方接触型セル」が、ＰＶセル１０を構成する場合、下部接触パッド２０は、ＰＣＢの導電層２６の適切な箇所に直接半田付けされる。
【００７６】
図７Ａに示すように、全体を符号５０で示した３次元太陽電池アレイを、上記に構成した複数のモジュールを用いて構築できる。このアレイ５０は、略並行で、互いに間隔を開けて配置され、前述の複数のモジュール１を支持し、且つ、モジュール間を略垂直をまたぐ２つの鉛直支持部材５２を含む。
【００７７】
各鉛直支持部材５２は、ＰＣＢにより構成され、図７Ｂに示すように、内部に形成された複数のノッチ５４を含み、各ノッチは、モジュール１のコネクターの１つを受け入れるよう構成される。更に、鉛直支持部材５２の導電層は、各ノッチ５４と隣接し、コネクター５の対応導電部と接触するよう配置された接続点を有する。この様にして、鉛直支持部材５２を用い、複数のモジュール１を、１つの機械電気装置として機能するアレイ５０に組み立てることができる。
【００７８】
例えば、鉛直支持部材５２を用いて、図８で模式的に説明するように、モジュール１をＴＣＴ構成として接続できる。当然のこととして、鉛直支持部材５２には、選択した回路接続形態に対応できるよう、ダイオード５６の様な適切な回路が含まれても良い。図８で更に示されるように、モジュール１の少なくとも一部を、その極性が交番するよう、鉛直支持部材５２に接続できる。
【００７９】
上記の他、プログラム式、または、事前にプログラムされたロジックを、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路素子形式として提供できる。この様なロジックによって、一個のセル、または、セル群などを監視して、リアルタイム条件に応じた１０の最適接続が支援される。
【００８０】
本発明が関連する当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに、変更すべき点は変更することで、種々の変更、変形、及び改良を施せることを容易に理解していることであろう。
【図１】
2013507762.tif 000003
【図２Ａ】
2013507762.tif 000004
【図２Ｂ】
2013507762.tif 000005
【図３Ａ】
2013507762.tif 000006
【図３Ｂ】
2013507762.tif 000007
【図４Ａ】
2013507762.tif 000008
【図４Ｂ】
2013507762.tif 000009
【図５Ａ】
2013507762.tif 000010
【図５Ｂ】
2013507762.tif 000011
【図６Ａ】
2013507762.tif 000012
【図６Ｂ】
2013507762.tif 000013
【図６Ｃ】
2013507762.tif 000014
【図６Ｄ】
2013507762.tif 000015
【図７Ａ】
2013507762.tif 000016
【図７Ｂ】
2013507762.tif 000017
【図８】
2013507762.tif 000018
【国際調査報告】
2013507762.tif 000019
2013507762.tif 000020
2013507762.tif 000021