叠层的聚集太阳光的光电器件制造技术

一种太阳能聚集器光电（ＣＰＶ）器件，其中叠层了聚集器元件（光学器件、ＰＶ电池和布线）以形成复合的基本平坦的结构。该聚集光学器件通过限定焦点的固态（例如玻璃）光学元件实施，在该焦点处聚集了由光学元件接收的太阳光。使用真空叠层技术，借助于粘合剂层将印刷电路结构贴附到光学元件的表面上。印刷电路结构包括一个或多个非导电层和设置在非导电层上的导体。ＰＶ电池连接到印刷电路结构，且被设置在光学元件的焦点处。在叠层工序之前也贴附任选的前和／或后保护层。一种ＣＰＶ阵列包括使用串状柔性印刷电路结构形成在光学瓦片上的多个器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到太阳能功率产生器，且更特别地涉及到有成本效益的结构以 及制造太阳能聚集器光电器件的方法。
技术介绍
用于产生电功率的光电太阳能聚集器件一般包括平板聚光器和聚集太阳光的聚光器。平板聚光器一般包括PV电池阵列以及形成在半导体(例如，单晶硅或多晶硅)基板上的相关电子器件，且从平板聚光器输出的电能是阵列面 积的正函数，由此需要大的、昂贵的半导体基板。聚集太阳光的聚光器使用例 如抛物面反射器或聚集光束的透镜，通过聚集光束(即太阳射线)降低了对大半导体基板的需求，从而产生引导到小的PV电池上的更大强度的太阳能光束。由此，聚集太阳能的聚光器优于平板聚光器的有利之处在于其利用实质上更小 量的半导体。聚集太阳光的聚光器优于平板聚光器的另一个优点在于其在产生 电能方面更加有效。常规聚集太阳光的聚光器的问题在于，与平板太阳能聚光器不同，其昂贵 之处在于操作和维护。与叠层为单个坚硬箔片的平板聚光器不同，用在常规聚 集聚光器中以聚焦光束的反射器和/或透镜是单独制造，且必须费力地组装以在被聚焦光束和PV电池之间提供适当的对准。随着时间的过去，反射器和/或透镜会由于热循环或振动而变得不对准，由此需要昂贵的维护代价以调整反 射器/透镜，这对于平板聚光器是不需要的。而且，当常规聚集聚光器的反射 器和/或透镜由于暴露到环境中而变脏时，特别是当用难以清洗的不均匀形状 制造反射器和/或透镜时，以清洗和调整反射器/透镜方式进行的维护变得重 要。相反，由于平板太阳能聚光器表面基本平坦，因此其容易清洗。由此，尽 管平板聚光器的制造由于其需要相对较大量的半导体而较为昂贵，但是维护聚 集太阳光的聚光器的代价实质上更加昂贵。需要一种具有聚集太阳光的聚光器的制造成本优势和平板太阳光聚光器的维护成本优势的聚集光电器件。
技术实现思路
本专利技术针对太阳光聚集光电(CPV)器件，其中将聚集元件(光学器件， PV电池和布线)叠层以形成复合的、基本平坦的结构。该聚集光学器件通过限定焦点的固态(例如玻璃)光学元件来实施，光学元件接收的太阳光被聚集 在该焦点处。为了本专利技术的目的，术语焦点的使用都涉及到通过成像和非成像 元件的聚集。使用真空叠层技术，借助于粘合剂层将印刷电路结构贴附到光学 元件表面上。印刷电路结构包括一个或多个非导电层和设置在非导电层上的导体。PV电池包括电连接到印刷电路结构导体的终端，且被设置在光学元件的焦点上。在施加与真空叠层工序相关的所有加热和加压之前也贴附任选的前和 /或后保护层，这使得各个层熔合到一起。真空叠层工序防止形成聚集湿气并引起故障的中空空间，由此提供了可靠的低成本太阳能聚集组件。获得的CPV器件结构利用实质上较平板太阳能聚光器少的半导体，由此提供了优于平板器 件的明显的制造成本优势。此外，由于聚集元件永久地固定在复合结构内部，且由于复合结构具有基本平坦的前和后表面，因此CPV器件结构提供了与平板太阳能聚光器相类似的维护成本优势。根据本专利技术的实施例，固态光学元件包括卡塞格伦型光学系统，其中所接 收的光在光学元件内的主和次镜面之间反射。固态玻璃或塑料光学结构包括相 对大的凸出(突起)下表面，限定在下表面中的中心腔，和具有相对小的位于 中心的凹进(弯曲)表面(例如凹面)的上部孔表面。卡塞格伦型主和次镜面 分别被设置在凸出上表面上和中心凹面中，以使反射表面朝向光学结构内部。 在一个实施例中，凸出和凹进表面是相关的二次曲线(例如双曲线或抛物线) 表面，其被设置成穿过孔表面传输到主镜面上的任一点上的该部分光被反射到次镜面上的相应点上，其按次序(inturn)重新反射该光，并将该光聚焦到中 心腔中以及PV电池上。透明粘合剂或弹性材料被设置在中心腔中以避免包围 PV电池的中空区域。由于光学结构是固态的(即由于凸出和凹进表面相对彼 此保持固定)，因此主和次镜面保持永久对准且不具有留存(trap)湿气的空 间(void)或中空部分，由此保持最佳光学操作同时最小化维护成本。而且， 由于仅有固态光学材料(例如低铁玻璃)被设置在主和次镜面之间，因此使在气态/固态界面处的光损失最小化。而且，与平板聚光器相似，平坦孔表面易 于清洗。根据本专利技术的另 一个方面，印刷电路结构包括设置在光学元件的中心腔上 方的中心部分，和在凸出表面上方从中心部分延伸的外围部分。在叠层到光学 元件上之前，PV电池被安装到印刷电路结构的中心部分上。在一个实施例中， 印刷电路结构的非导电层包括柔性聚酰亚胺膜，且印刷电路结构的导体是设置在柔性聚酰亚胺膜上的铜或Fe-Ni合金。在一个实施例中，pn结光电池的一 侧，即器件的发射极侧，与用作电导体和散热体的冲压(stamped)金属片接 触。金属冲压件任选地也包括被设计成装配到主镜面中的凹槽中的热芯部分。 电池的另一侧，也就是基极，与弯曲片接触。在一个实施例中，印刷电路结构 的外围部分被切割或者以其他方式被分成从中心支撑区域延伸的多个径向臂， 这利于在组装期间紧密接触固态光学元件的弯曲下表面。在一个实施例中，一 个或多个导体被加厚以用作利于自孔表面散热的散热体。根据本专利技术的实施例，透明护板设置在孔表面和次镜面上方，且与设置在 光学元件和护板之间的第二粘合剂层被叠层到光学元件上。在任选的实施例 中，透明护板包括钢化玻璃、抗反射涂层或用于去掉一个或多个预定波长的辐 射的过滤器。根据本专利技术的方面，在聚集器背部上的塑料叠层的厚度不是均匀的。特别 是，希望从CPV器件背面出来的导热路径具有尽可能短的距离。理想地，覆 盖器件最热部分(主镜面的顶点)的叠层厚度仅是为了确保布线的充分的电绝 缘所需要的厚度。还希望在聚集器阵列的间隙中进行填充以赋予阵列附加的机 械强度。叠层中的该厚度变化是叠层工序期间材料流动的自然结果。实现该结 果的优选方式是具有较低熔点材料诸如EVA粘合剂(例如通过Dupont制造) 的内层，和相对高熔点塑料材料诸如Tedla,或TPT (Tedlar，聚脂，Tedlar) 的外层，Tedlar②是Dupont公司的商标。在叠层机中施加真空和气囊加压 (bladderpressure)期间，EVA的熔化和流动将确保在聚集器阵列的顶点处最 薄。因此叠层操作同时满足几项目的；其将光学的、电的和起保护作用的层保 持在一起，其强化了CPV器件模块，且其平坦化了CPV器件模块以使较不易 拉伸的外部Tedlar保护层能与背表面相一致。根据本专利技术的另一实施例，柔性印刷电路结构包括叠层粘合剂层诸如EVA。在叠层期间，EVA用作粘稠的热熔胶水，因此其流动的程度可以过于受限以至于不能达到弯曲基板周围的所有路径和结合弯曲基板和主镜面之间 的界面。由于镜面是导电材料诸如银，因此本专利技术的另一方面是在弯曲基板和 镜面之间提供绝缘层以防止电短路。根据本专利技术的另一方面，印刷电路结构被排列成如同PV电池的预组装串， 其被组装成为叠层堆栈内的单个层。该预组装的串例如可以在柔性印刷电路基 板即弯曲基板上。在本专利技术的一个实施例中，部分弯曲基板在叠层工序期 间与主镜面的轮廓相一致。这满足从聚集器前面导出热量的热传导的需要。为 了帮助该形状一致化，弯曲基板可以预定形或者是分裂的(slit)。通过真空叠 层机中的空气囊施加的压力可用于帮助该形状一致化。本专利技术的再一方面是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚集光电（ＣＰＶ）器件，包括：　固态透光光学元件，其具有相对的第一和第二表面并限定通过光学元件接收的光被聚集的焦点；　设置焦点上的光电（ＰＶ）电池；和　固定安装到光学元件的第一表面上的后罩板，该后罩板包括印刷电路结构以及设置在印刷电路结构和第一表面之间的第一粘合剂层，　其中印刷电路结构包括一个或多个非导电层以及设置在非导电层上的第一和第二导体，和　其中ＰＶ电池包括分别电连接到印刷电路结构的第一和第二导体的第一和第二终端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-5 11/382,0081. 一种聚集光电(CPV)器件，包括固态透光光学元件，其具有相对的第一和第二表面并限定通过光学元件接收的光被聚集的焦点；设置焦点上的光电(PV)电池；和固定安装到光学元件的第一表面上的后罩板，该后罩板包括印刷电路结构以及设置在印刷电路结构和第一表面之间的第一粘合剂层，其中印刷电路结构包括一个或多个非导电层以及设置在非导电层上的第一和第二导体，和其中PV电池包括分别电连接到印刷电路结构的第一和第二导体的第一和第二终端。2. 根据权利要求1的CPV器件，其中光学元件包括限定中心腔的相对大的凸出表面，和相对的孔表面以及 被限定在孔表面的中心部分内的相对小的弯曲表面，其中光学元件还包括设置在凸出表面和第一粘合剂层之间的主镜面，以及 设置在弯曲表面上的次镜面，和其中主和次镜面被设置成使得通过孔表面进入到光学元件的光在中心腔内部被聚集到所述PV电池上。3. 根据权利要求2的PCV器件，其中印刷电路结构包括设置在光学元件 的中心腔上方的中心部分，和在凸出表面上方从中心部分延伸的一个或多个外 围部分。4. 根据权利要求3的PCV器件，其中与中心腔相邻的第一粘合剂层的第 一厚度小于与凸出表面的外围边缘相邻的第二厚度。5. 根据权利要求3的CPV器件，其中与中心腔相邻的后罩板的第一厚度 小于与凸出表面的外围边缘相邻的第二厚度。6. 根据权利要求3的CPV器件，还包括设置在印刷电路结构的中心部分 和光学元件相邻表面之间的中心腔中的光学透明材料。7. 根据权利要求6的CPV器件，还包括设置在中心腔中且电连接在PV器 件的第一和第二终端中至少一个和印刷电路结构的第一和第二导体中至少一 个之间的热芯。8. 根据权利要求3的CPV器件，其中印刷电路板的一个或多个外围部分 包括从中心部分延伸的多个径向臂，其中每对相邻的径向臂都被相关狭缝分 开。9. 根据权利要求1的CPV器件，其中印刷电路结构的一个或多个非导电层包括柔性聚酰亚胺膜，和 其中印刷电路结构的第一和第二导体包括设置在柔性聚酰亚胺膜上的铜和Fe-Ni合金中的一种。10. 根据权利要求9的CPV器件，其中第二导体设置在第一导体和光学元件之间，和 其中第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维K福克，斯蒂芬J霍恩，
申请(专利权)人：索尔福克斯股份有限公司，施乐公司帕洛阿尔托研究中心股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]