(57)【要約】      （修正有）【課題】改善された多接合ソーラーセルを提供すること。別の目的は、ソーラーセルを非平面支持体に適合する薄い可撓性の膜として提供する。【解決手段】非平面形状の支持体の上に取付けられた薄膜ＩＩＩ−Ｖ族化合物多接合型半導体ソーラーセルを利用して太陽放射から電力を生成するためのシステム。３つのサブセルＡ、Ｂ及びＣを含んだ多接合ソーラーセルから構成される。セルＡは、＋エミッタ層１０７はＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐから構成され、ベース層１０８はＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐから構成される。セルＢの窓層１１１の上に、エミッタ層１１２及びｐ型ベース層１１３が堆積される。メタモルフィックバッファ層１１６の上にはＩｎ0.78ＧａＰから構成される窓層１１７があり、続いてｎ＋エミッタ層１１８及びｐ型ベース層１１９を有するサブセルＣがある。【選択図】図１
2015023280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のソーラーセルを取付けるための非平面支持体と、
前記非平面支持体の上に取付けられた複数のソーラーセルと、
を含む宇宙飛行体及びソーラーセル組立体であって、
前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、前記非平面支持体の非平面表面に適合するように成形されており、前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
前記第１のサブセルの上に配置され、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、前記本体内で前記第２のサブセルの上に配置され、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層と、
前記本体内で前記中間層の上にあり、前記第２のサブセルと格子不整合であり、前記第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、
を有し、
前記複数のソーラーセルが取り付けられた前記非平面支持体は、宇宙飛行体に取り付けられることを特徴とする宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項２】
前記宇宙飛行体は、人工衛星であることを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項３】
前記勾配緩和中間層は、実質的に一定のバンドギャップを有することを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項４】
前記勾配緩和中間層の前記実質的に一定のバンドギャップは、１．５ｅＶであることを特徴とする、請求項３に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項５】
前記勾配緩和中間層は、単調に変化する格子定数を有することを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項６】
前記勾配緩和中間層は、単調に変化する格子定数を有する、組成が段階的に傾斜したＩｎＧａＡｌＡｓの一連の層であることを特徴とする、請求項５に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項７】
前記第１のソーラーサブセルは、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐエミッタ領域及びＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐベース領域を含み、前記第２のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＰエミッタ層及びＩｎＧａＡｓベース層を含み、前記第３のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＡｓから構成されるエミッタ層及びベース層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項８】
前記ＩｎＧａＡｓベース層は、Ｉｎ0.015ＧａＡｓ又はＩｎ0.30ＧａＡｓから構成されることを特徴とする、請求項７に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項９】
前記非平面支持体は、湾曲表面を含むことを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項１０】
複数のソーラーセルを宇宙飛行体に取付ける方法であって、
複数のソーラーセルを取付けるための非平面支持体を準備するステップと、
前記非平面支持体の上に前記複数のソーラーセルを取付けるステップと、
を含み、前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、前記非平面支持体の非平面表面に適合するように成形されており、前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
前記第１のサブセルの上に配置され、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、前記本体内で前記第２のサブセルの上に配置され、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層と、
前記本体内で前記中間層の上にあり、前記第２のサブセルと格子不整合であり、前記第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、
を有し、
前記方法は、前記複数のソーラーセルが取付けられた前記非平面支持体を宇宙飛行体に取付けるステップをさらに含み、ここで、前記非平面支持体は、前記宇宙飛行体の湾曲表面に取り付けられるように適合されていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、太陽光を電気エネルギーに変換するための太陽発電システムに関し、より具体的には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ソーラーセルの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上用太陽発電用途のための市販のシリコンソーラーセルは、８％から１５％までの範囲の効率を有する。ＩＩＩ−Ｖ族化合物に基づく化合物半導体ソーラーセルは、通常動作条件では２８％の効率を有し、集光下では３２．６％の効率を有する。さらに、光起電力セルに太陽エネルギーを集中させるとセルの効率が高まることは周知である。
【０００３】
地上用太陽発電システムには、現在、低コストであること及び広く入手可能であることからシリコンソーラーセルが使用されている。化合物半導体ソーラーセルは、そうした装置の選択においてワット当たりのコストに関する考慮事項よりも出力対重量効率が重要である人工衛星用途においては広く使用されているが、そうしたソーラーセルは、未だ地上用システムに合わせて設計及び構成されておらず、地上用太陽発電システムもまた、化合物半導体ソーラーセルを使用するように構成及び最適化されていない。
【０００４】
シリコン（Ｓｉ）基板を用いて構築される従来のソーラーセルでは、１つの電気コンタクトが通常、ソーラーセルの光吸収面、即ち前面に配置され、第２のコンタクトがセルの裏面に配置される。光活性半導体は、基板の光吸収面の上に配置され、１つ又はそれ以上のｐ−ｎ接合を有しており、これが、光がセル内に吸収されると電子流を生成する。
【０００５】
セルの光入射面上のコンタクトは、一般にグリッドパターンの形態で前側の表面の上に拡がっており、一般に金属などの良導電体で構成される。グリッド材料は良導電体ではあるが一般に光に対して透明ではないので、グリッドパターンはセルの面全体を覆うわけではない。
【０００６】
セルの面上のグリッドパターンは、一般に、光がソーラーセルに入射できるように広い間隔を空けて配置されるが、しかし、電気コンタクト層がセル内の電子流によって生成される電流を集めることが困難になるほど広い間隔を空けずに配置される。裏面の電気コンタクトはそのような正反対の相反する制約を有しない。裏面コンタクトは、単に電気コンタクトとして機能するので、従って、通常、セルの裏面全体を覆う。裏面コンタクトは非常に良い導電体であることが必要とされるので、ほとんどすべての場合において金属層で作られる。
【０００７】
アノードコンタクト及びカソードコンタクトの両方をセルの裏面に配置することで、セルが直列に電気接続される水平アレイ内での個々のソーラーセルの相互接続が簡単になる。そのような裏面コンタクト設計は、Ｇｅｅ他によるシリコンセルに関する特許文献１、及び、引用により本明細書に組み入れられる本発明の譲渡人による化合物半導体ソーラーセルに関する２００５年４月１９日出願の米国特許出願第１１／１０９，０１６号から公知である。
【０００８】
地上用太陽発電システムの別の態様は、入射太陽光線をソーラーセル又はソーラーセル・アレイに合焦するための集光器（例えば、レンズ及びミラー）の使用である。そのようなシステムの幾何学的設計には太陽追尾機構も必要とされ、これは、日中、太陽が空を横切るにつれてソーラーセルの平面が常に太陽に面するようにさせることにより、セルに当たる太陽光の量を最適にすることを可能にする。
【０００９】
集光器をベースとする太陽発電セル構成の設計のさらに別の態様は、半導体本体の表面に当たる強い光によって生成される付随する熱を放散するための熱放散構造体又は冷媒技術の設計である。例えば、２００２年１０月１０日公開の特許文献２に記載されているような従来技術の設計には、（シリコン）光起電力セルと熱的に接触する複雑な冷媒流路が使用されている。
【００１０】
ソーラーセルシステムのさらに別の態様は、ソーラーセルを構成する半導体材料の物理的構造である。ソーラーセルは、多くの場合、垂直の多接合構造体として作成され、個々のソーラーセルが互いに電気的直列に接続されて、水平アレイに配置されることが多い。アレイの形状及び構造並びにアレイに含まれるセルの数は、ある程度は、所望の出力電圧及び電流によって決定される。本発明による設計において有用な多接合構造の一型式は、引用により本明細書に組み入れられる特許文献３（Ｉｌｅｓ他）、非特許文献１、及び特許文献４（Ｃｏｒｎｆｅｌｄ他）に記載されているような反転型メタモルフィックソーラーセル構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００５／０７６９６０  Ａ２号
【特許文献２】国際公開第０２／０８０２８６  Ａ１号
【特許文献３】米国特許第６，９５１，８１９号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／０２７７８７３  Ａ１号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｍ．Ｗ．Ｗａｎｌｅｓｓ他、「Ｌａｔｔｉｃｅ  Ｍｉｓｍａｔｃｈｅｄ  Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、ＩＩＩ−Ｖ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ」、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ３１st  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２００５年１月３−７日、、ＩＥＥＥ出版、２００５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、改善された多接合ソーラーセルを提供することである。
本発明の別の目的は、ソーラーセルを非平面支持体に適合する薄い可撓性の膜として提供することである。
幾つかの実施手法又は実施形態は、前述の目的の全てではなくそれより少数の目的を達成するものとすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
簡単に一般論として言えば、本発明は、複数のソーラーセルを取付けるための非平面支持体と、その非平面支持体の上に取付けられた複数のソーラーセルとを含む宇宙飛行体を提供するものであり、ここで、複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、非平面支持体の非平面表面に適合するように曲がることが可能であり、かつ、複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、第１のサブセルの上に配置され、第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、本体内で第２のサブセルの上に配置され、第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層（ｇｒａｄｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ）と、本体内で中間層の上にあり、第２のサブセルに対して格子不整合であり、第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルとを有し、ここで、複数のソーラーセルが取り付けられた非平面支持体は、宇宙飛行体に取り付けられる。幾つかの実施形態において、宇宙飛行体は人工衛星である。
【００１５】
別の態様において、本発明は、複数のソーラーセルを取付けるための非平面支持体と、その非平面支持体の上に取付けられた複数のソーラーセルとを含むソーラーセル組立体を提供するものであり、ここで、複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、非平面支持体の非平面表面に適合するように曲がることが可能であり、かつ、複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、第１のサブセルの上に配置され、第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、本体内で第２のサブセルの上に配置され、第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層と、本体内で中間層の上にあり、第２のサブセルに対して格子不整合であり、第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルとを有し、ここで、ソーラーセル組立体は、宇宙飛行体に取り付けられる。幾つかの実施形態において、非平面支持体は、湾曲表面を含む。
【００１６】
別の態様において、本発明は、複数のソーラーセルを宇宙飛行体の上に取付ける方法を提供するものであり、本方法は、複数のソーラーセルを取付けるための非平面支持体を準備するステップと、複数のソーラーセルを非平面支持体の上に取付けるステップとを含み、ここで、複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、非平面支持体の非平面表面に適合するように曲がることが可能であり、かつ、複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、第１のサブセルの上に配置され、第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、本体内で第２のサブセルの上に配置され、第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層と、本体内で中間層の上にあり、第２のサブセルに対して格子不整合であり、第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルとを有し、本方法はさらに、複数のソーラーセルが取付けられた非平面支持体を宇宙飛行体の上に取付けるステップを含む。幾つかの実施形態において、非平面支持体は、宇宙飛行体の湾曲表面に取付けられるように適合される。
【００１７】
本発明の幾つかの実施手法又は実施形態は、前述の態様のうちの幾つかだけを組み入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明において使用することができる反転型メタモルフィックソーラーセルの断面図を示す。
【図２】図１に示すソーラーセルと同様であって付加的なプロセスステップ後のソーラーセル５００とソーラーセル６００との間に電気的相互接続部を有する実施形態の略断面図を示す。
【図３】図２に示すソーラーセル組立体が非平面表面を有する支持体に取付けられ、この支持体が次に宇宙飛行体又は人工衛星に取り付けられる、実施形態を示す。
【図４】図２に示すソーラーセル組立体が非平面表面を有する支持体に取付けられ、この支持体が次に宇宙飛行体又は人工衛星に取り付けられる、実施形態を示す。
【図５】可撓性支持体がマンドレルの回りに巻き付けられた収納位置にある、ソーラーセル・アレイの斜視図である。
【図６】可撓性支持体が展開位置にあるソーラーセル・アレイを有する宇宙飛行体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の付加的な目的、利点、及び新規な特徴は、以下の詳細な説明を含む本開示、並びに本発明の実施によって、当業者には明白となる。本発明は、以下で例証的な実施形態を参照して説明されるが、本発明はそれらに限定されないことを理解されたい。本明細書の教示を利用できる当業者であれば、本明細書で開示され特許請求される本発明の範囲内に入り、かつ本発明が実用性を有し得る他の分野における、付加的な用途、修正、及び実施形態を認識するであろう。
【００２０】
次に、本発明の例示的な態様及び実施形態を含む詳細を説明する。図面及び以下の説明を参照すると、同様の参照符号は、同様又は機能的に類似の要素を識別するために用いられ、例示的な実施形態の主要な特徴を、高度に簡略化された図式化された形式で示すことが意図されている。さらに、図面は、実際の実施形態のあらゆる特徴を示すことを意図したものでもなく、また図示した要素の相対的寸法を示すことを意図したものでもなく、一定の縮尺で描かれてはいない
【００２１】
本発明は、一般に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ソーラーセルを用いて太陽光を電気エネルギーに変換するための太陽発電システムに関する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態において用いることができる、３つのサブセルＡ、Ｂ及びＣを含んだ多接合反転型メタモルフィックソーラーセルを示す。より具体的には、このソーラーセルは、特許文献４（Ｃｏｒｎｆｅｌｄ他）のプロセスを用いて形成される。図に示すように、ソーラーセルの上面は、コンタクト層１０５の上に直接堆積されたグリッドライン５０１を含む。反射防止（ＡＲＣ）誘電体相１３０がソーラーセルの表面全体の上に堆積される。カバーガラスを固定するために、接着剤がＡＲＣ層の上に堆積される。ソーラーセル構造体は、コンタクト層１０５に隣接した窓層１０６を含む。ｎ＋エミッタ層１０７及びｐ型ベース層１０８から成るサブセルＡが、次に窓層１０６の上に形成される。
【００２３】
一実施形態において、ｎ＋エミッタ層１０７はＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐから構成され、ベース層１０８はＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐから構成される。
【００２４】
ベース層１０８に隣接して、再結合損失を減らすために用いられる裏面電界（ＢＳＦ）層１０９が堆積される。ＢＳＦ層１０９は、ベース／ＢＳＦ界面近傍の領域から少数キャリアを追い払って再結合損失の影響を最小にする。
【００２５】
ＢＳＦ層１０９の上に、一連の高濃度にドープされたｐ型層及びｎ型層１１０が堆積され、これがトンネルダイオード、即ちセルＡをセルＢに電気接続するように機能する回路素子を形成する。
【００２６】
トンネルダイオード層１１０の上に窓層１１１が堆積される。サブセルＢ内で用いられる窓層１１１もまた、再結合損失を減らすように作用する。窓層１１１はまた、下層にある接合のセル表面の不動態化を向上させる。本発明の範囲から逸脱せずに、セル構造体に付加的な層を追加すること又は削除することができることが、当業者には明白であろう。
【００２７】
セルＢの窓層１１１の上に、エミッタ層１１２及びｐ型ベース層１１３が堆積される。これらの層は、一実施形態において、それぞれＩｎＧａＰ及びＩｎ0.015ＧａＡｓから構成されることが好ましいが、格子定数及びバンドギャップ要件と矛盾しない任意の他の適切な材料を同様に用いることができる。
【００２８】
セルＢの上に、ＢＳＦ層１０９と同じ機能で働くＢＳＦ層１１４が堆積される。層１１０と同様のｐ＋＋／ｎ＋＋トンネルダイオード１１５がＢＳＦ層１１４の上に堆積され、この場合もやはり、ここではセルＢをセルＣに電気接続するように機能する回路素子を形成する。バッファ層１１５ａ、好ましくはＩｎＧａＡｓが、トンネルダイオード１１５の上に堆積され、これは約１．０ミクロンの厚さを有する。バッファ層１１５ａの上にメタモルフィックバッファ層１１６が堆積されるが、これは、セルＢからサブセルＣまでの格子定数の遷移を実現するように単調変化する格子定数を有する、組成が段階的に傾斜したＩｎＧａＡｌＡｓの一連の層であることが好ましい。層１１６のバンドギャップは、ミドルセルＢのバンドギャップより僅かに大きい一定値１．５ｅＶである。
【００２９】
一実施形態において、Ｗａｎｌｅｓｓ他による非特許文献１において示唆されるように、段階的傾斜は、各々の段階層が０．２５ミクロンの厚さを有する９段の組成傾斜段階を含む。一実施形態において、中間層は、バンドギャップが１．５０ｅＶで一定に留まるように単調変化する格子定数を有するＩｎＧａＡｌＡｓから構成される。
【００３０】
メタモルフィックバッファ層１１６の上にはＩｎ0.78ＧａＰから構成される窓層１１７があり、続いてｎ＋エミッタ層１１８及びｐ型ベース層１１９を有するサブセルＣがある。これらの層は、一実施形態においてＩｎ0.30ＧａＡｓから構成されることが好ましい。
【００３１】
ＢＳＦ層１２０がベース層１１９の上に堆積される。ＢＳＦ層１２０は、セルＣに対してＢＳＦ層１１４及び１０９と同じ機能で働く。
【００３２】
ｐ＋コンタクト層１２１がＢＳＦ層１２０の上に堆積され、金属コンタクト層１２２、好ましくは一連のＴｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕ層が層１２１の上に施される。
【００３３】
最も一般的に言えば、ソーラーセル組立体は、幾つかの実施形態において、第１及び第２の電気コンタクトを裏面に有する多接合ソーラーセルを含んだ薄膜半導体本体である。このモジュールは、ソーラーセルを取付けるための、第１及び第２のコンタクトと電気的に接触する支持体を含む。
【００３４】
図２は、図１に示すソーラーセルと同様であって付加的なプロセスステップ後のソーラーセル５００とソーラーセル６００との間に電気的相互接続部を有する一実施形態の断面図である。図２は、図１に示すソーラーセルの幾つかの上部層及び下部層だけを示す簡略化された図である。ソーラーセル５００において、グリッド金属層５０１へのコンタクトパッド５２０が接着剤層５１３及びカバーガラス５１４に近接して描かれている。接着剤層６１３及びカバーガラス６１４は、ソーラーセル６００内にも描かれている。カバーガラス５１４及び６１４は、それぞれ、接着剤５１３及び６１３によってソーラーセル５００及び６００の上に固定されている。カバーガラス５１４及び６１４は、典型的には約４ミル厚である。カバーガラスの使用は多くの環境条件及び用途にとって望ましいものであるが、必ずしも全ての実施手法に対して必要であるとは限らず、ソーラーセルに対する付加的な支持又は環境的保護を与えるために付加的な層又は構造体を利用することもできる。
【００３５】
金属膜１２５及び６２５が、それぞれ、ソーラーセル５００及び６００に対して接合層１２４及び６２４を用いて、金属コンタクト層１２２及び６２２に接合される。本開示の一実施形態において、接合層１２４及び６２４は、ポリイミド（例えば、炭素添加ポリイミド）又はエポキシ（例えば、Ｂステージ・エポキシ）などの接着剤である。本開示の別の実施形態において、接合層１２４及び６２４は、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＰｂＳｎ又はＳｎＡｇＣｕなどの、はんだである。はんだは、共晶はんだとすることができる。
【００３６】
幾つかの実施形態において、金属膜１２５及び６２５は、固体金属箔である。幾つかの実施形態において、金属膜１２５及び６２５は、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）（商標）などのポリイミド材料の隣接層を有する固体金属箔である。より一般的には、この材料は、ニッケルコバルト鉄合金材料又はニッケル鉄合金材料とすることができる。幾つかの実施手法において、金属膜１２５及び６２５はモリブデン層を含む。
【００３７】
幾つかの実装において、金属膜１２５及び６２５は、各々、約５０ミクロン、より一般的には０．００１インチと０．０１インチとの間の厚さを有する。代替的な基板の実施手法は、０．００２インチのカプトン膜＋０．００１５インチの接着剤／０．００２インチのＭｏ箔／０．００２インチのカプトン膜＋０．００１５インチの接着剤で全厚０．００９インチとなる。しかし、カプトン膜は、０．００１インチほどに薄くすることもでき、また０．０１インチほどに厚くすることもできる。接着剤は、０．０００５インチほどに薄くすることもでき、また０．００５インチほどに厚くすることもできる。Ｍｏ箔は、０．００１インチほどに薄くすることもでき、また０．００５インチほどに厚くすることもできる。
【００３８】
図２は、本開示の一実施形態におけるセル間電気的相互接続部５５０の取付けの図である。電気的相互接続部５５０は、概ね蛇行形状を有する。第１の末端部分は、典型的にはコンタクト５２０に溶接されるが、他の接合技術を同様に使用することもできる。電気的相互接続部５５０は、さらに、第１の部分に接続されてセルの上面及び縁部５１０の上に延びる第２のＵ型部分５５２と、第２の部分に接続されてソーラーセルの縁部に平行に垂直に延びてセルの側縁部を下がり、セルの底面の下の曲がったコンタクト末端部分５５４で終端する第３の直線部分５５３とを含み、ここでコンタクト末端部分５５４は第３の部分５５３に対して直角に延びている。コンタクト末端部分５５４は、隣接する第２のソーラーセル６００の第１の極性の底部コンタクト又は端子に直接接続するように適合される。
【００３９】
相互接続部５５０は、モリブデン、コバール（Ｋｏｂａｒ）（商標）のようなニッケルコバルト鉄合金材料、又はインバー（Ｉｎｖａｒ）（商標）のようなニッケル鉄合金材料で構成することができ、厚さが０．０００７インチと０．００１３インチとの間の実質的に矩形の形状とすることができる。
【００４０】
図３に示す本発明の一態様は、ソーラーセル組立体が、電気的相互接続部４５０、５５０、６５０、及び７５０によって相互接続された複数の可撓性薄膜ソーラーセル４００、５００、６００、７００、及び８００を含む態様である。ソーラーセル組立体は、非平面形状を有する支持体１００２の表面に適合するように成形することができる。支持体１００２は、接着剤１００１を用いて宇宙飛行体又は人工衛星の表面に取付けることができる。
【００４１】
図４は、支持体に取り付けられたソーラーセルによって形成された湾曲面をより明瞭に示す図３のソーラーセル組立体のより広範囲の図であり、この支持体が次に宇宙飛行体又は人工衛星に取り付けられる。
【００４２】
図５は、可撓性支持体２００１がマンドレル２００２の回りに巻き付けられた収納位置にあるソーラーセル・アレイを組み込んだ、宇宙飛行体２０００の斜視図である。アレイ／支持体２００１は、電力パネルの要件を満たすのに必要な適切な幅にすることができる。既存の宇宙飛行体上の種々の標準的な剛性パネルは、一辺が１フィート未満から一辺が１５フィートを超えるサイズにわたる。
【００４３】
図６は、ソーラーセル２００４が入射太陽光によって照射されるように可撓性支持体２００１が宇宙飛行体２０００から外方に延びた展開位置にあるソーラーセル・アレイを有する宇宙飛行体の斜視図である。
【００４４】
本発明を特定の具体的な実施形態において説明したが、多くの付加的な修正及びバリエーションが当業者には明白となるであろう。従って、本発明は、全ての点で例証的であり限定的ではないものと考えられる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示されており、その均等の意味及び範囲に入る全ての変更はその中に包含されることが意図されている。
【００４５】
上述の要素の各々、又は２つ若しくはそれ以上の要素が一緒になって、上述の型式とは異なる他の型式の構造における有用な用途を見出すこともできることが理解されよう。
【００４６】
本発明を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽発電システムにおいて具体化されるように図示し説明したが、本発明の趣旨から多少なりとも逸脱することなく、種々の修正及び構造の変更を行うことができるので、図示した詳細に限定されることは意図されていない。
【００４７】
前述の説明は、さらなる分析なしで、本発明の要点を十分に明らかにしているので、当業者は、現在の知識を適用することにより、本発明を、従来技術の観点から見て本発明の一般的又は具体的な態様の本質的な特性を適切に構成する特徴を省略することなく種々の用途に容易に適合させることができ、従って、そのような適合は、以下の特許請求の範囲の均等の意味及び範囲内に包含されるべきであり、及び、包含されることが意図されている。
【符号の説明】
【００４８】
１０５、６０５：コンタクト層
１０６、１１１、１１７、６０６：窓層
１０７、１１２、１１８：ｎ＋エミッタ層
１０８、１１３、１１９：ｐ型ベース層
１０９、１１４、１２０：裏面電界（ＢＳＦ）層
１１０、１１５：トンネルダイオード層
１１５ａ：バッファ層
１１６：メタモルフィックバッファ層
１２１：ｐ＋コンタクト層
１２２、６２２：金属コンタクト層
１２４、６２４：接合層
１２５、６２５：金属膜
１３０、６３０：反射防止（ＡＲＣ）誘電体層
４００、５００、６００、７００、８００、２００４：ソーラーセル
４５０、５５０、６５０、７５０：セル間電気的相互接続部
５０１、３０１：グリッド金属層（グリッドライン）
５１３、６１３：接着剤層
５１４、６１４：カバーガラス
５２０：コンタクトパッド
１００１：接着剤
１００２：支持体
２０００：宇宙飛行体
２００１：可撓性支持体
２００２：マンドレル
【図１】
2015023280.tif 000003
【図２】
2015023280.tif 000004
【図３】
2015023280.tif 000005
【図４】
2015023280.tif 000006
【図５】
2015023280.tif 000007
【図６】
2015023280.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月6日(2014.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のソーラーセルを取付けるための非平面支持体と、
前記非平面支持体の上に取付けられた複数のソーラーセルと、
を含む宇宙飛行体及びソーラーセル組立体であって、
前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、前記非平面支持体の非平面表面に適合するように成形されており、
前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
前記第１のサブセルの上に配置され、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、前記本体内で前記第２のサブセルの上に配置され、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層と、
前記本体内で前記中間層の上にあり、前記第２のサブセルと格子不整合であり、前記第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、
を有し、
前記複数のソーラーセルが取り付けられた前記非平面支持体は、宇宙飛行体に取り付けられることを特徴とする宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項２】
前記宇宙飛行体は、人工衛星であることを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項３】
前記勾配緩和中間層は、実質的に一定のバンドギャップを有することを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項４】
前記勾配緩和中間層の前記実質的に一定のバンドギャップは、１．５ｅＶであることを特徴とする、請求項３に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項５】
前記勾配緩和中間層は、単調に変化する格子定数を有することを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項６】
前記勾配緩和中間層は、単調に変化する格子定数を有する、組成が段階的に傾斜したＩｎＧａＡｌＡｓの一連の層であることを特徴とする、請求項５に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項７】
前記第１のソーラーサブセルは、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐエミッタ領域及びＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐベース領域を含むことを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項８】
前記第２のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＰエミッタ層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項９】
前記第２のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＡｓベース層をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項１０】
前記ＩｎＧａＡｓベース層は、Ｉｎ0.015ＧａＡｓから構成されることを特徴とする、請求項９に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項１１】
前記第３のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＡｓから構成されるエミッタ層及びベース層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項１２】
前記第３のソーラーサブセルのＩｎＧａＡｓベース層は、Ｉｎ0.30ＧａＡｓから構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の宇宙飛行体及びソーラーセル組立体。
【請求項１３】
複数のソーラーセルを取付けるための非平面支持体と、
前記非平面支持体の上に取付けられた複数のソーラーセルと、
を含むソーラーセル組立体であって、
前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、前記非平面支持体の非平面表面に適合するように成形されており、
前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
前記第１のサブセルの上に配置され、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、前記本体内で前記第２のサブセルの上に配置され、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層と、
前記本体内で前記中間層の上にあり、前記第２のサブセルと格子不整合であり、前記第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、
を有し、
前記ソーラーセル組立体は、宇宙飛行体に取り付けられることを特徴とするソーラーセル組立体。
【請求項１４】
前記非平面支持体は、湾曲表面を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のソーラーセル組立体。
【請求項１５】
前記宇宙飛行体は、人工衛星であることを特徴とする、請求項１３に記載のソーラーセル組立体。
【請求項１６】
前記勾配緩和中間層は、１．５ｅＶの実質的に一定のバンドギャップを有することを特徴とする、請求項１３に記載のソーラーセル組立体。
【請求項１７】
前記勾配緩和中間層は、一方の側で前記第２のサブセルに整合し、他方の側で前記第３のサブセルに整合する格子に対して、組成が段階的に傾斜していることを特徴とする、請求項１３に記載のソーラーセル組立体。
【請求項１８】
複数のソーラーセルを宇宙飛行体に取付ける方法であって、
複数のソーラーセルを取付けるための非平面支持体を準備するステップと、
前記非平面支持体の上に前記複数のソーラーセルを取付けるステップと、
を含み、
前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、前記非平面支持体の非平面表面に適合するように成形されており、
前記複数のソーラーセルの各々のソーラーセルは、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
前記第１のサブセルの上に配置され、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、前記本体内で前記第２のサブセルの上に配置され、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層と、
前記本体内で前記中間層の上にあり、前記第２のサブセルと格子不整合であり、前記第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、
を有し、
前記方法は、前記複数のソーラーセルが取付けられた前記非平面支持体を宇宙飛行体に取付けるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記非平面支持体は、前記宇宙飛行体の湾曲表面に取り付けられるように適合されていることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記宇宙飛行体は、人工衛星であることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月8日(2014.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のソーラーセル（２００４）を取付けるための支持体（２００１）と、
前記支持体（２００１）の上に取付けられた複数のソーラーセル（２００４）と、
を含み、
前記複数のソーラーセル（２００４）を取付けた前記支持体（２００１）が、宇宙飛行体（２０００）に取り付けられた、
宇宙飛行体とソーラーセルとの組立体であって、
前記複数のソーラーセル（２００４）の各々のソーラーセルは、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
前記第１のサブセルの上に配置され、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、前記本体内で前記第２のサブセルの上に配置され、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層と、
前記本体内で前記中間層の上にあり、前記第２のサブセルと格子不整合であり、前記第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、
を有し、
前記組立体にはマンドレル（２００２）が設けられ、
前記支持体（２００１）は、可撓性支持体であり、該支持体が前記マンドレル（２００２）に巻き付けられた収納位置と、前記宇宙飛行体（２０００）から外方に延びて該ソーラーセル（２００４）が入射太陽光によって照射されるようになる展開位置との間で移動可能である
ことを特徴とする宇宙飛行体とソーラーセルとの組立体。
【請求項２】
前記宇宙飛行体（２０００）は、人工衛星であることを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記勾配緩和中間層は、実質的に一定のバンドギャップを有することを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
【請求項４】
前記勾配緩和中間層の前記実質的に一定のバンドギャップは、１．５ｅＶであることを特徴とする、請求項３に記載の組立体。
【請求項５】
前記勾配緩和中間層は、単調に変化する格子定数を有することを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
【請求項６】
前記勾配緩和中間層は、単調に変化する格子定数を有する、組成が段階的に傾斜したＩｎＧａＡｌＡｓの一連の層であることを特徴とする、請求項５に記載の組立体。
【請求項７】
前記第１のソーラーサブセルは、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐエミッタ領域とＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐベース領域とを含み、前記第２のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＰエミッタ層とＩｎＧａＡｓベース層とをさらに含み、前記第３のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＡｓから構成されるエミッタ層及びベース層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
前記ＩｎＧａＡｓの前記ベース層は、Ｉｎ0.015ＧａＡｓ又はＩｎ0.30ＧａＡｓから構成されることを特徴とする、請求項７に記載の組立体。
【請求項９】
複数のソーラーセルを宇宙飛行体に取付ける方法であって、
複数のソーラーセル（２００４）を取付けるための支持体（２００１）を準備するステップと、
前記支持体（２００１）の上に複数のソーラーセル（２００４）を取付けるステップと、
を含み、
前記複数のソーラーセル（２００４）の各々のソーラーセルは、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された可撓性の薄膜半導体本体を含み、
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
前記第１のサブセルの上に配置され、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
ＩｎＧａＡｌＡｓから構成され、前記本体内で前記第２のサブセルの上に配置され、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有する勾配緩和中間層と、
前記本体内で前記中間層の上にあり、前記第２のサブセルと格子不整合であり、前記第３のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、
を有し、
前記方法は、前記複数のソーラーセルが取付けられた前記支持体を宇宙飛行体に取付けるステップをさらに含み、
前記支持体（２００１）は、可撓性支持体であり、該支持体が前記マンドレル（２００２）に巻き付けられた収納位置と、前記宇宙飛行体（２０００）から外方に延びて該ソーラーセル（２００４）が入射太陽光によって照射されるようになる展開位置との間で移動可能であるように配置される
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記支持体（２００１）は、マンドレル（２００２）の周りに巻き付けられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記宇宙飛行体は、人工衛星であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。