(57)【要約】  太陽電池アセンブリ及び方法が開示される。太陽電池アセンブリは、前面及び背面を有する基板を備え、この基板は、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合を有し、且つバイパスダイオードとして機能する。太陽電池アセンブリは、更に、複数の太陽電池層を有する多接合太陽電池を備え、この多接合太陽電池は、第１表面及び第２表面を有し、第１表面は基板の前面に取り付けられる。太陽電池アセンブリは、更に、基板の前面、及び多接合太陽電池の第１表面に隣接して配置される電気接続素子と、基板の背面に接続される第１コンタクトと、多接合太陽電池の第２表面の一部に接続される少なくとも一つの第２コンタクトとを備える。
2012522377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面及び背面を有する基板であって、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合を有し、且つバイパスダイオードとして機能する基板と、
複数の太陽電池層を有する多接合太陽電池であって、第１表面及び第２表面を有し、基板の前面に取り付けられている多接合太陽電池と、
一部が基板の前面及び多接合太陽電池の第１表面に隣接して配置されている電気接続素子と、
基板の背面に接続される第１コンタクトと、
多接合太陽電池の第２表面の一部に接続される少なくとも一つの第２コンタクトと
を備える太陽電池アセンブリ。
【請求項２】
基板が、シリコン、シリコンオンサファイア、アモルファスシリコン、アルミニウム、及びゲルマニウムから成るグループから選択される材料により構成されるハンドル基板である、請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
【請求項３】
ｐｎ接合が、単純な拡散ｐｎ接合である、請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
【請求項４】
多接合太陽電池が逆積み格子不整合型太陽電池である、請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
【請求項５】
電気接続素子が導電金属を含んでいる、請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
【請求項６】
第１コンタクトが、第１極性を有する金属コンタクトであり、少なくとも一つの第２コンタクトが、第２極性を有する金属コンタクトである、請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
【請求項７】
更に、太陽電池アセンブリを第２太陽電池アセンブリに取り付ける相互接続素子を備えており、この相互接続素子が、少なくとも一つの第２コンタクトに取り付けられる上側部分と、第１コンタクトに取り付けられる下側部分と、第２太陽電池アセンブリの電気接続素子に取り付けられる中央部分とを有している、請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
【請求項８】
衛星、宇宙船、太陽エネルギー駆動航空機、高高度無人航空機、航空機、携帯電源装置、及び飛行船において使用される、請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
【請求項９】
前面及び背面を有するシリコンハンドル基板であって、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合を有し、且つバイパスダイオードとして機能するシリコンハンドル基板と、
複数の太陽電池層を有する逆積み格子不整合型太陽電池であって、第１表面及び第２表面を有し、第１表面が基板の前面に取り付けられる、逆積み格子不整合型太陽電池と、
一部が基板の前面、及び逆積み格子不整合型太陽電池の第１表面に隣接して配置される電気接続素子であって、導電金属を含む電気接続素子と、
第１極性を有し、且つ基板の背面に接続される第１金属コンタクトと、
第２極性を有し、且つ逆積み格子不整合型太陽電池の第２表面の一部に接続される少なくとも一つの第２金属コンタクトと
を備える逆積み格子不整合型太陽電池アセンブリ。
【請求項１０】
更に、太陽電池アセンブリを第２太陽電池アセンブリに取り付ける相互接続素子を備えており、この相互接続素子が、少なくとも一つの第２金属コンタクトに取り付けられる上側部分と、第１金属コンタクトに取り付けられる下側部分と、第２太陽電池アセンブリの電気接続素子に取り付けられる中央部分とを有している、請求項９に記載の太陽電池アセンブリ。
【請求項１１】
衛星、宇宙船、太陽エネルギー駆動航空機、高高度無人航空機、航空機、携帯電源装置、及び飛行船において使用される、請求項９に記載の太陽電池アセンブリ。
【請求項１２】
太陽電池アセンブリの性能を向上させる方法であって、
第１基板の上に、複数の太陽電池層を有する多接合太陽電池であって、第１表面及び第２表面を有する多接合太陽電池を形成することと、
前面及び背面を有する第２基板であって、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合を有し、バイパスダイオードとして機能する第２基板を設けることと、
電気接続素子を第２基板の前面に接続することと、
多接合太陽電池の第１表面を第２基板の前面に取り付けることにより、電気接続素子が第２基板の前面及び多接合太陽電池の第１表面に隣接して配置されることと、
第１基板を多接合太陽電池から取り外すことと、
第１コンタクトを第２基板の背面に接続することと、
少なくとも一つの第２コンタクトを、多接合太陽電池の第２表面の一部に接続することと
を含む方法。
【請求項１３】
第１基板が、ゲルマニウム、砒化ガリウム、及びシリコンから成るグループから選択される材料により構成される成長用基板である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第２基板が、シリコン、シリコンオンサファイア、アモルファスシリコン、アルミニウム、及びゲルマニウムから成るグループから選択される材料により構成されるハンドル基板である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
多接合太陽電池が逆積み格子不整合型太陽電池である、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して太陽電池に関し、特に逆積み格子不整合型太陽電池及び薄膜多接合太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池又は光起電力セルは、利用可能な光を電気エネルギーに変換するように設計されたデバイスである。このようなセルのアセンブリを使用して、太陽電池パネル、太陽電池モジュール、又は太陽電池アレイを作製することができ、次いでこれらのデバイスを使用して、電力を、衛星、宇宙船、及び他の宇宙関連用途、太陽エネルギー駆動航空機、高高度無人航空機、及び他の航空機用途、及び他の適切な用途のような多種多様な用途に供給することができる。このような用途においては、サイズ、重量、及びコストが、考慮されるべき要素であり、例えば衛星電力システムのサイズ、重量、及びコストは、使用される太陽電池のエネルギー及び電力変換効率に依存する。
【０００３】
太陽電池は、シリコン、砒化ガリウム、ゲルマニウム、又は別の適切な材料のようなｐ型又はｎ型の結晶半導体材料により形成される平板状の太陽電池ウェハを含むことができ、このウェハの内部に、又はこのウェハの上に、反対導電型の薄い表面層を形成することができる。表面層とウェハの主領域との界面が半導体接合を画定する。太陽電池は、ダイオードとしてモデル化することができ、これらのダイオードは、照射を受けると、順バイアスになり、或る電圧をセルに生じることにより応答する。更に、ＩＩＩ族〜Ｖ族材料を組み合わせることにより形成され、且つ最新型「ＩＩＩ−Ｖ」セルと広く表記される多接合太陽電池は、かなり大きい順方向電圧を発生させることができる。
【０００４】
太陽電池を組み付けて太陽電池アレイとすることができ、これらの太陽電池アレイを直列ストリング状に一括接続して所望の電圧を供給するか、並列に一括接続して所望の電流を供給するか、又は直並列に一括して接続する。アレイ状のこれらの太陽電池の全てが照射されると、これらの太陽電池は順バイアスされ、これらの太陽電池の各々が、これらの太陽電池それぞれの電圧又は電流出力を生成し、これらの出力が合算されて所望の全体出力を保持する。しかしながら、これらの太陽電池のうちの一つ以上の太陽電池が日陰になるか、又は照射されない場合、これらのセルは、日陰になっているセルによって発生する電圧に起因して、逆バイアスになる可能性がある。例えば、宇宙船のアンテナがアレイに影を落とす可能性がある。直列ストリング状になっている太陽電池に影を落とすことによる影響は、太陽電池の特定の特性に依存する。太陽電池に非常に小さい逆方向電流しか流れない場合、セルを逆バイアスすると、ストリング出力を効果的且つ強制的にゼロにすることができる。セルが比較的低い逆方向電圧で電気的にブレークダウンする場合、太陽電池に影を落とすことによってストリング出力に生じる影響は小さくなる。セルを逆バイアスすると、セル性能に永久的な劣化又はダメージが生じ得るか、又はセルが完全に故障してしまうことさえある。
【０００５】
通常、シリコンにより形成されるバイパスダイオードを使用して、出力損失を最小にし、セルが日陰になるときにセルを逆バイアスから保護することができる。バイパスダイオードは、単体セルに跨って、セルストリングに跨って、又は複数の並列接続セル列に跨って接続することができる。非常に小さい逆方向電流しか流れないバイパスダイオードは、太陽電池に流れる電流が通常動作中に小さくなって、電力変換効率を下げてしまう現象を回避することができる。セルが日陰になると、セルを流れる電流が制限されて、セルが逆バイアスになる。これにより、バイパスダイオードを順バイアスにすることができる。電流のほとんどは、日陰になっているセルではなく、バイパスダイオードを流れることができるので、電流はアレイを通って流れ続けることができる。バイパスダイオードは、セルに生じる逆バイアス電圧を制限することができるので、日陰になっているセルを保護することができる。
【０００６】
公知の方法を使用して、逆積み格子不整合型（ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ：ＩＭＭ）太陽電池を含み、且つバイパスダイオードによる保護を行なう太陽電池を提供することができる。一つの公知の方法では、個別シリコンフラットダイオードの形態のバイパスダイオードを使用する。このような公知のバイパスダイオードは、通常、太陽電池の背面に個別に取り付けられる。バイパスダイオードは、太陽電池の背面から突出してしまうので、接着が一層難しくなる。太陽電池に割れが生じると、太陽電池の複数部分が、バイパスダイオードによって保護されないことがある。更に、バイパスダイオードは、太陽電池の隅に取り付けられるので、自動ハンドリングが極めて困難になる。このような公知の方法では、セル製造業者ではなく、アレイの組み付け者が隣接セルを接続して形成する必要があり、コスト増をもたらすため、組み付けが複雑になり、且つ非効率になる。
【０００７】
別の公知の方法では、太陽電池のエピタキシャル（ＥＰＩ）構造に組み込むことができるモノリシックダイオードの形態のバイパスダイオードを使用する。この場合、エピタキシャル構造は、この用途のために、結晶膜が結晶基板の上に成長するにつれて画定され、膜及び構造が同じ構造方位を有する。逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池又は他の薄膜多接合セルは、ハンドリングを容易にするためにハンドル基板を必要とする。このような公知のバイパスダイオードのハンドル基板又は母体基板は、通常、別体の部品であり、この部品は太陽電池構造又はＩＭＭ太陽電池構造に接着する。ハンドル基板を使用して、薄膜太陽電池構造の機械的支持体とする。通常、ハンドル基板は、ゲルマニウムにより形成することができる。しかしながら、ゲルマニウムは、高密度材料であり、且つ高価であり、重く、脆い。重量が増えると、宇宙船又は他の特定の大電力用途において必要とされる軽量性という使命に影響してしまい、ハンドル基板は、ゲルマニウムの脆さに起因して堅牢性に劣っている。更に、公知のモノリシックダイオードは、太陽電池構造、ＩＭＭ太陽電池構造、又は他のセル構造に組み込むのが難しく、且つ高温動作用途において不安定になる可能性がある。
【０００８】
更に、ハンドル基板を、太陽電池構造、又は薄膜ＩＭＭ太陽電池構造に取り付ける方法が知られている。このような公知の方法では、直接接着又は半田付けを行なうことができる。しかしながら、このような公知の方法は、電気性能の劣化、破損、接着均一性の低下、未知の熱サイクル耐性、及び費用増大を伴い、且つこのような公知の方法では、生産性の低い接着設備を使用する必要がある。
【０００９】
したがって、公知の太陽電池及び方法を上回る利点をもたらす薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法が必要になる。
【発明の概要】
【００１０】
公知のセル及び方法を上回る利点をもたらす薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法に対するこの必要性が満たされる。公知の太陽電池及び方法とは異なり、本開示の太陽電池及び方法の実施形態は、以下の複数の利点のうちの一つ以上の利点を提供することができる：複合ハンドル基板／バイパスダイオードを有する薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法を、ハンドル基板が、バイパス保護及び逆バイアス保護を可能にするｐｎ接合を有するように提供する；質量及びコストを低減し、ハンドリングを向上させ、組み付けを簡易化した薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法を提供する；同等のハンドル厚みのゲルマニウムよりも約４５％だけ質量を軽くすることができる質量のハンドル基板を有する薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法を提供する；衛星、宇宙船、及び他の宇宙関連用途、太陽エネルギー駆動航空機、高高度無人航空機、及び他の適切な航空機用途、極めて大きい電力を必要とする用途、携帯電源用途、及び他の適切な用途において使用することができる薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法を提供する；電気性能劣化、破損、接着均一性低下、及び未知の熱サイクル耐性、及び低生産性接着設備の使用を最小限に抑えた又は無くした薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法を提供する；複合基板／バイパスダイオードを、セル製造業者がセル自体の一体化部分として製造して、バイパスダイオードに関する責任をアレイ組み付け者から取り除くことができるような薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法を提供する；太陽光エネルギーの３０〜３３％を電気エネルギーに変換する能力を持つ高変換効率セルを有する薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法を提供する；コンタクトがバイパスダイオード全体に跨っていることで、セル割れが発生する場合のバイパス保護を向上させることができ、且つ割れが生じたセルの各部分に対するバイパス保護を行なう複合ハンドル基板／バイパスダイオードを有する薄膜多接合太陽電池、又は逆積み格子不整合型（ＩＭＭ）太陽電池、及び方法を提供する。
【００１１】
本開示の一実施形態では、太陽電池アセンブリが開示される。太陽電池アセンブリは、前面及び背面を有する基板を備える。基板は、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合を有し、基板はバイパスダイオードとして機能する。太陽電池アセンブリは更に、複数の太陽電池層を有する多接合太陽電池を備える。多接合太陽電池は、第１表面及び第２表面を有し、第１表面は基板の前面に取り付けられる。太陽電池アセンブリは更に、電気接続素子を備え、電気接続素子の一部は、基板の前面及び多接合太陽電池の第１表面に隣接して配置される。太陽電池アセンブリは更に、基板の背面に接続される第１コンタクトと、多接合太陽電池の第２表面の一部に接続される少なくとも一つの第２コンタクトとを備える。
【００１２】
本開示の別の実施形態では、逆積み格子不整合型太陽電池アセンブリが開示される。逆積み格子不整合型太陽電池アセンブリは、前面及び背面を有するシリコンハンドル基板を備え、基板は、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合を有し、基板はバイパスダイオードとして機能する。太陽電池アセンブリは更に、複数の太陽電池層を有する逆積み格子不整合型太陽電池を備え、逆積み格子不整合型太陽電池は、第１表面及び第２表面を有し、第１表面は、基板の前面に取り付けられる。太陽電池アセンブリは更に、電気接続素子を備え、電気接続素子の一部は、基板の前面、及び逆積み格子不整合型太陽電池の第１表面に隣接して配置され、電気接続素子は導電金属を含む。太陽電池アセンブリは更に、第１極性を有し、且つ基板の背面に接続される第１金属コンタクトと、第２極性を有し、且つ逆積み格子不整合型太陽電池の第２表面の一部に接続される少なくとも一つの第２金属コンタクトとを備える。
【００１３】
本開示の別の実施形態では、太陽電池アセンブリの性能を向上させる方法が開示される。方法は、第１基板の上に、複数の太陽電池層を有する多接合太陽電池であって、第１表面及び第２表面を有する多接合太陽電池を形成することを含む。方法は更に、前面及び背面を有する第２基板であって、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合を有し、バイパスダイオードとして機能する第２基板を設けることを含む。方法は更に、電気接続素子を第２基板の前面の一部に接続することを含む。方法は更に、多接合太陽電池の第１表面を第２基板の前面に取り付けることで、電気接続素子が第２基板の前面及び多接合太陽電池の第１表面に隣接して配置されることを含む。方法は更に、第１基板を多接合太陽電池から取り外すことと、第１コンタクトを第２基板の背面に接続することと、少なくとも一つの第２コンタクトを、多接合太陽電池の第２表面の一部に接続することとを含む。
【００１４】
本開示の別の実施形態では、逆積み格子不整合型太陽電池アセンブリの性能を向上させる方法が開示される。方法は、複数の太陽電池層を有する逆積み格子不整合型太陽電池であって、第１表面及び第２表面を有する逆積み格子不整合型太陽電池を、ゲルマニウム成長用基板の上に形成することを含む。方法は更に、前面及び背面を有するシリコンハンドル基板であって、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合を有し、バイパスダイオードとして機能するシリコンハンドル基板を設けることを含む。方法は更に、導電金属を含む電気接続素子を、シリコンハンドル基板の前面の一部に接続することを含む。方法は更に、逆積み格子不整合型太陽電池の第１表面をシリコンハンドル基板の前面に取り付けることで、電気接続素子がシリコンハンドル基板の前面及び逆積み格子不整合型太陽電池の第１表面に隣接して配置されることを含む。方法は更に、ゲルマニウム成長用基板を逆積み格子不整合型太陽電池の第２表面から取り外すことを含む。方法は更に、第１極性を有する第１金属コンタクトをシリコンハンドル基板の背面に接続することと、第２極性を有する少なくとも一つの第２金属コンタクトを、逆積み格子不整合型太陽電池の第２表面の一部に接続することと、逆積み格子不整合型太陽電池アセンブリを第２逆積み格子不整合型太陽電池アセンブリに取り付ける相互接続素子を設けることとを含み、相互接続素子は、少なくとも一つの第２金属コンタクトに取り付けられる上側部分と、第１金属コンタクトに取り付けられる下側部分と、第２逆積み格子不整合型太陽電池アセンブリの電気接続素子に取り付けられる中央部分とを有する。
【００１５】
上述の特徴、機能、及び利点は、本開示の種々の実施形態において個別に達成することができる、又は更に他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態に関する更なる詳細は、以下の記述及び図面を参照しながら理解することができる。
【００１６】
本開示は、以下の詳細な記述を添付の図面と併せて参照することにより一層深く理解することができ、これらの図面は、好適且つ例示的な実施形態を示しているが、必ずしも寸法通りには描かれてはいない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本開示の太陽電池アセンブリの有利な実施形態の断面図である。
【図２】図２は、本開示の太陽電池アセンブリの有利な実施形態のセル間取り付け部の断面図である。
【図３】図３は、本開示の方法の有利な実施形態のフロー図である。
【図４】図４は、本開示の方法の有利な実施形態の方法の工程において形成される太陽電池の断面図である。
【図５】図５は、本開示の方法の有利な実施形態の別の方法の工程における、電気接続素子を有する第２基板に取り付けられる太陽電池の断面図である。
【図６】図６は、本開示の方法の有利な実施形態の別の方法の工程における、電気接続素子を有する第２基板に取り付けられて、第１基板を取り外した状態の太陽電池の断面図である。
【図７】図７は、本開示の方法の有利な実施形態の方法の工程が完了した後の、複合ハンドル基板／バイパスダイオードを有する太陽電池の有利な実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、開示する実施形態について、添付の図面を参照しながら以下に更に詳細に説明することとし、これらの図面には、開示する実施形態の全てではなく一部が示されている。実際、幾つかの異なる実施形態を提供することができ、これらの実施形態は、本明細書に示す実施形態に限定されない。そうではなく、これらの実施形態は、本開示が全てを網羅し、且つ完全であり、本開示の範囲がこの技術分野の当業者に全て伝えられるように提供される。
【００１９】
本開示は、太陽電池アセンブリ及び方法を提供し、これらの太陽電池アセンブリ及び方法は、衛星、宇宙船、及び他の宇宙関連の用途、太陽エネルギー駆動航空機、高高度無人航空機、及び他の適切な航空機の用途、特定の大電力を必要とする用途、携帯電源用途、及び他の適切な用途において使用することができる。したがって、この技術分野の当業者であれば、太陽電池アセンブリ及び方法は、多岐にわたるあらゆる用途において使用することができ、これらの用途に、衛星、宇宙船、及び他の宇宙関連の用途、太陽エネルギー駆動航空機、高高度無人航空機、及び他の適切な航空機の用途、特定の大電力を必要とする用途、携帯電源用途、及び他の適切な用途が含まれることを認識し、理解できるであろう。
【実施例】
【００２０】
更に具体的にこれらの図面を参照すると、図１は、太陽電池アセンブリ１０の有利な実施形態の断面を示している。太陽電池アセンブリ１０は、前面１４及び背面１６を有する基板１２を備える。基板１２はハンドル基板であることが好ましく、このハンドル基板は、シリコン、シリコンオンサファイア、アモルファスシリコン、アルミニウム、ゲルマニウムのような材料、又は別の適切な材料を含む。好適には、材料はシリコンである。基板１２は、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合１８を有する。ｐｎ接合１８は、簡単な拡散ｐｎ接合、又は別の適切なｐｎ接合を含むことができる。ｐｎ接合は、ｐ型半導体材料及びｎ型半導体材料を密着して合わせることにより形成される接合である。基板１２は、バイパスダイオードとして機能するので、基板及びバイパスダイオードを合体して一体化することにより、別々に取り付けられる素子とは異なり、組み付けを簡単にすることができる。コンタクトが、個別のダイオードではなく、合体させた基板１２及びバイパスダイオードの全体に跨っているので、多接合太陽電池に対するバイパス保護を高めることができる。開示する太陽電池アセンブリ１０では、セルに割れが生じる場合でも、セルは逆バイアス劣化に対して依然として保護される。シリコン、又は他の適切な基板のうちの一つは、シリコンがゲルマニウムの密度及び質量の約半分であるため、ゲルマニウムのような基板よりも好ましい。シリコンは、質量が小さいので、太陽電池アセンブリ全体の質量を小さくすることができる。これは、質量が考慮されるべき事項である宇宙用太陽電池アレイにとって有利となり得る。これはまた、高高度長時間滞空型（ＨＡＬＥ）無人機のような太陽エネルギー駆動航空機にとって有利であり、この場合、逆積み格子不整合型太陽電池のような太陽電池によって可能になる太陽エネルギー変換効率は、質量に左右される。更に、軍事用の携帯電源用途のような特定の大電力を使用する可能性のある他の用途は、開示する太陽電池の利点を享受することができる。更に、シリコンハンドル基板は、ゲルマニウムハンドル基板よりもコストが安く付く。シリコンオンサファイアを含む基板も、質量の影響をかなり受ける状態で使用される可能性がある。アモルファスシリコンを含む基板を使用することにより、ｐｎ接合を設けて適切な逆バイアス保護を行なうこともでき、アモルファスシリコンを含む基板は、大きな逆方向リークを呈することがなく、許容可能な質量及びハンドリング性を有する。基板１２は、約０．００１インチ〜約０．００２インチの範囲の厚さを有することができる。
【００２１】
太陽電池アセンブリ１０は更に、複数の太陽電池層２２、２４、２６、２８を有する多接合太陽電池２０を備える。例えば、太陽電池層２２は、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）又は別の適切な材料を含むことができる。例えば、太陽電池層２４は、透明バッファ材料又は別の適切な材料を含むことができる。例えば、太陽電池層２６は、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）又は別の適切な材料を含むことができる。例えば、太陽電池層２８は、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）又は別の適切な材料を含むことができる。多接合太陽電池２０構造は、格子定数及びバンドギャップ制御のために参照される周期律表に列挙されるＩＩＩ族〜Ｖ族元素のいずれかの適切な組み合わせにより形成することができ、この場合、ＩＩＩ族元素は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びタリウム（Ｔ）を含み、ＩＶ族元素は、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及び錫（Ｓｎ）を含み、Ｖ族元素は、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、及びビスマス（Ｂｉ）を含む。四つの太陽電池層を示しているが、四つよりも多くの太陽電池層、又は一つ、二つ、或いは三つの太陽電池層を使用してもよい。層２２、２４、２６、２８はそれぞれ、約０．５ミクロン〜約３．５ミクロンの範囲の厚さを有することができる。多接合太陽電池２０は、垂直多接合構造に形成することができ、水平アレイ状に配置することができ、この場合、個々の太陽電池層は直列に一括して接続される。アレイの形状及び構造だけでなく、アレイに含まれるセルの数は、所望の出力電圧及び電流によって部分的に決定される。多接合太陽電池全体は、約０．５ミル（０．０００５インチ）厚の厚さを有するか、又は約０．４ミル（０．０００４インチ）〜約０．６ミル（０．０００６インチ）の範囲の厚さを有することができる。
【００２２】
図１に示すように、多接合太陽電池２０は第１表面３０及び第２表面３２を有する。第１表面３０は基板１２の前面１４に取り付けられる。多接合太陽電池２０の第１表面３０は、基板１２に対向し、且つ通常、基板１２に接触し、多接合太陽電池２０の反対側第２表面３２の反対側に位置する。導電接着材３４を使用して、基板１２の前面１４を多接合太陽電池２０の第１表面３０に接着することができる。導電接着材３４は、シリコン、エポキシ、半田、蝋部材、又は別の適切な導電接着材を含むことができる。シリコン導電接着材を使用して、多接合太陽電池２０を基板１２に接着することができる。その理由は、電流がシリコンを逆バイアス中に流れて、基板１２接着プロセスが、公知の直接接着法又は半田付け法よりも簡単になるからである。多接合太陽電池２０を基板１２に取り付ける他の取り付け方法を使用してもよい。多接合太陽電池２０は、逆積み格子不整合型太陽電池７６（図４参照）、薄膜多接合太陽電池、薄膜、又は他の適切な太陽電池を含むことができる。多接合太陽電池２０は、少なくとも一つの接合３５を、多接合太陽電池２０の第２表面３２の下方に含むことができる。
【００２３】
太陽電池アセンブリ１０は、更に、電気接続素子３６を備える。内側部分のような電気接続素子３６の部分３８は、基板１２の前面１４、及び多接合太陽電池２０の第１表面３０に隣接して配置される。電気接続素子３６の外側部分４０は、太陽電池アセンブリ１０の外側に突出することができる。電気接続素子３６の部分３８は、基板１２の前面１４に、導電接着材で接着することにより、又は別の適切な接着プロセスにより接続するか、又は取り付けることができる。電気接続素子３６は、電気接触タブ８４（図５〜７参照）の構造とするか、又は別の適切な構造とすることができる。電気接続素子３６は、導電金属又は別の適切な材料を含むことができる。電気接続素子３６は約０．０００５インチ〜約０．００２インチの範囲の厚さを有することができる。電気接続素子３６は、太陽電池アセンブリ１０への迂回接続を可能にする。太陽電池アセンブリ１０は、基板１２の背面１６に接続される前面４４を有する第１コンタクト４２を更に備える。第１コンタクト４２は、第１極性を有する金属コンタクトであることが好ましい。第１コンタクト４２は、基板１２の背面１６の上に設けられる金属層の形態とすることができる。第１コンタクト４２は、約５ミクロン〜約７ミクロンの範囲の厚さを有することができる。太陽電池アセンブリ１０は、多接合太陽電池２０の第２表面３２の部分５０に接続される背面４８を有する少なくとも一つの第２コンタクト４６を更に備える。第２コンタクト４６は、第２極性を有する金属コンタクトであることが好ましい。第２コンタクト４６は、多接合太陽電池２０の第２表面３２の上に設けられる金属薄片の形態とすることができる。第２コンタクト４６は約５ミクロン〜約７ミクロンの範囲の厚さを有することができる。第１コンタクト４２及び第２コンタクト４６は、電流担体が多接合太陽電池層２２、２６、２８によって発生することにより生じる多接合太陽電池２０電流を収集することができる。
【００２４】
図２に示すように、太陽電池アセンブリ１０は、太陽電池アセンブリ１０を第２太陽電池アセンブリ１０ａに取り付ける相互接続素子５２を更に備えることができる。相互接続素子５２は、少なくとも一つの第２コンタクト４６に取り付けられる上側部分５６と、第１コンタクト４２に取り付けられる下側部分５８と、第２太陽電池アセンブリ１０ａの電気接続素子３６に取り付けられる中央部分６０とを有することができる。太陽電池アセンブリ１０は、衛星、宇宙船、太陽エネルギー駆動航空機、高高度無人航空機、航空機、及び携帯電源装置、飛行船、又は他の適切な輸送手段又はデバイスにおいて使用することができる。図２は、本開示の太陽電池アセンブリ１０及び第２太陽電池アセンブリ１０ａのセル間取り付け部６２の断面を示している。太陽電池アセンブリ１０及び第２太陽電池アセンブリ１０ａは、共に、基板１２と、ｐｎ接合１８と、層２２、２４、２６、２８を有する多接合太陽電池２０と、電気接続素子３６と、第１コンタクト４２と、第２コンタクト４６とを含む。これらの太陽電池アセンブリは、直列に電気接続することにより、及び／又は並列アレイ状に電気接続することにより、互いに電気的に接続して、太陽電池アセンブリの必要な電圧及び電流出力を生成することができる。
【００２５】
図３は、本開示の方法７０の有利な実施形態の工程のブロックフロー図を示している。本開示のこの実施形態では、太陽電池アセンブリ１０（図１参照）の性能を向上させる方法７０が提供される。方法７０は、第１基板７４（図４参照）の上に、複数の太陽電池層２２、２４、２６、２８を有する多接合太陽電池２０を形成する工程７２を含む。多接合太陽電池２０は、第１表面３０及び第２表面３２を有する。多接合太陽電池２０は、逆積み格子不整合型太陽電池７６であることが好ましい。第１基板７４は、ゲルマニウム、砒化ガリウム、シリコン、又は他の適合性半導体材料のような材料により構成される成長用基板又は成長用シード基板とすることができる。多接合太陽電池２０は、第１基板７４の上に成長させることができる。図４は、方法の工程７２において第１基板７４の上に形成される多接合太陽電池２０の、好ましくは、逆積み格子不整合型太陽電池７６の断面を示している。これらの太陽電池層は、エピタキシャルプロセス又は別の適切なプロセスにより形成するか、又は成長させることができる。
【００２６】
本方法は、更に、前面１４及び背面１６を有する第２基板８０を設ける工程７８を含む。第２基板８０は、シリコン、シリコンオンサファイア、アモルファスシリコン、アルミニウム、ゲルマニウムのような材料、又は別の適切な材料により構成されるハンドル基板とすることができる。好適には、第２基板８０は、図５に示すようなシリコンハンドル基板である。第２基板８０は、逆バイアス保護を行なうｐｎ接合１８を有する。ｐｎ接合１８は、簡単な拡散ｐｎ接合、又は別の適切なｐｎ接合を含むことができる。第２基板８０は、バイパスダイオードとして機能するので、基板及びバイパスダイオードを合体させて一体化することにより、素子を個別に取り付けるのとは異なり、組み付けを簡易化することができる。方法は更に、電気接触タブ８４の形態の電気接続素子３６を、第２基板８０の前面１４の部分８６に接続する工程８２を含む。電気接続素子３６は、第２基板８０に、導電接着材で接着することにより、又は別の適切な接着プロセスにより接続するか、又は取り付けることができる。電気接続素子３６は、導電金属又は別の適切な材料により構成することができる。
【００２７】
本方法は、更に、多接合太陽電池２０の第１表面３０を第２基板８０の前面１４に取り付ける工程８８を含む。電気接触タブ８４は、第２基板８０の前面１４及び多接合太陽電池２０の第１表面３０に隣接して配置される。導電接着材３４を使用して、第２基板８０の前面１４を多接合太陽電池２０の第１表面３０に接着することができる。導電接着材３４は、シリコン、エポキシ、半田、蝋部材を含むことができるか、又は別の適切な導電接着材を使用してもよい。図５は、第１基板７４の上に形成され、且つ電気接触タブ８４を有する第２基板８０に方法の工程８８において取り付けられる多接合太陽電池２０、好ましくは逆積み格子不整合型太陽電池７６の断面を示している。
【００２８】
本方法は、更に、第１基板７４を多接合太陽電池２０から取り外す工程９０を含む。図６は、電気接触タブ８４を有する第２基板８０に取り付けられ、第１基板７４を方法の工程９０において取り外した状態の多接合太陽電池２０、好ましくは逆積み格子不整合型太陽電池７６の断面を示している。第１基板７４は、エッチング又は別の適切な取り外しプロセスによって取り外すことができる。
【００２９】
方法は、更に、第１コンタクト４２を第２基板８０の背面１６に接続する工程９２を含む。第１コンタクト４２は、金属コンタクトであることが好ましく、第２基板８０の背面１６に真空堆積又は別の適切なプロセスにより接続するか、又は取り付けることができる。方法は、更に、少なくとも一つの第２コンタクト４６を多接合太陽電池２０の第２表面３２の部分５０に接続する工程９４を含む。第２コンタクト４６は、金属コンタクトであることが好ましく、多接合太陽電池２０の第２表面３２の部分５０に、真空堆積又は別の適切なプロセスにより接続するか、又は取り付けることができる。図７は、電気コンタクト８４を有する第２基板８０に取り付けられ、且つ第１コンタクト４２及び第２コンタクト４６を方法の工程９２、９４が完了した後に取り付けた状態の多接合太陽電池２０、好ましくは逆積み格子不整合型太陽電池７６の断面を示している。
【００３０】
一実施形態の方法は、任意で、相互接続素子５２を設けて太陽電池アセンブリ１０を第２太陽電池アセンブリ１０ａ（図２参照）に取り付ける工程９６を更に含むことができ、この場合、相互接続素子５２は、少なくとも一つの第２コンタクト４６に取り付けられる上側部分５６と、第１コンタクト４２に取り付けられる下側部分５８と、第２太陽電池アセンブリ１０ａの電気接続素子３６に取り付けられる中央部分６０とを有する。本方法を使用して、衛星、宇宙船、太陽エネルギー駆動航空機、高高度無人航空機、航空機、携帯電源装置、及び他の適切な用途において使用される太陽電池アセンブリの性能を向上させることができる。
【００３１】
開示する太陽電池アセンブリ１０に、好ましくはシリコンハンドル基板８０の形態の基板１２、及び逆バイアス保護用バイパスダイオードを組み合せることができる。その後の組み付けは、開示する太陽電池アセンブリ１０により、簡単に行うことができる。設計において、開示する太陽電池アセンブリ１０にシリコンハンドル基板８０を装着する場合、代表的な衛星の質量を、約５０キログラム削減することができ、コストを大幅に低減することができる。ＨＡＬＥ（高高度長時間滞空型無人機）に電力を２５０ｋｗ（キロワット）に抑えるという使命がある場合、輸送手段当たり２５０ｋｇ（キログラム）という輸送手段の質量の極めて大きな部分を削減することができる。本開示の太陽電池アセンブリ１０は、軽量化、重量削減、及びコスト低減を可能にする設計及び方法を、宇宙船、航空機、及び他の適切な用途に関して実現する。
【００３２】
本開示の多くの変形、及び他の実施形態は、本開示に関連し、且つこれまでの記述及び関連する図面に提供される示唆の恩恵を享受するこの技術分野の当業者であれば想到することができると思われる。本明細書において記載される実施形態は、例示であり、且つ限定するためのものではない。特定の用語を本明細書において用いているが、これらの用語は、一般的且つ記述的な意味でのみ使用され、限定するために使用されるのではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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