使用小尺寸的光学器件，小的光伏电池具有热分布表面，可实现非常高的集中及随后半导体的高度利用。离散光电二极管可被形成为具有高性能特性、精确尺寸及低成本的球形及其它几何形状的电池。本发明专利技术通过使用离散光伏电池的几何形状定位它们、将它们弹性电安装、耦合到耐火和／或反射光学器件的小集光器系统，及形成到那些光电二极管的电网络连接，可靠地对热膨胀进行调节，及以低成本形成可靠的电功率阵列。电连接器和网络可形成反射光学器件及除热系统的一部分。电互连系统还可形成自校正及容忍点故障的可靠网络。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与球形光伏电池弹性连接的微型集中器
技术实现思路
在晴朗的晴天，太阳在每平方米行星表面大约照射1000瓦特的 能量。太阳能转换为电能将可能是对地球上日益增加的能量需要的理 想能源解决方案。太阳能的主要限制是系统成本高。目前，最好的光伏电池系统已实现大约$2/瓦特，然而，为与传统能源竞争，必须使成本降低4倍，即成本为$0.5/瓦特。几乎太阳阵列的全部成本均是由于在当前太阳电池装置中使用大量昂贵的半导体。目前的太阳电池技术使阵列昂贵、效率低，有时 还不可靠。本专利技术的创新在于大规模生产具有弹性接触件的电池阵列的方法，其还集中光以更好地利用昂贵的半导体，同时没有过热、不 降低效率，用小的离散光伏电池即可实现有效的热量排除。因此，可 减少系统的半导体成本元件。如果每单位面积集中光学器件的成本远 低于半导体的成本，则光伏电池的每单位面积的总成本、产生电能的 成本得以降低。专利技术人已估算，由于微型光集中系统的成本远低于半导体的成本，相比目前的光伏电池，可实现材料成本降低四倍到几百 倍。产生数千个离散光电二极管的光伏阵列的实践层面已导致在一 温度范围可靠且有效地电及热连接到数千个离散半导体的难题。专利技术 人已发现，试图产生通过应力和裂化安装在塑料衬垫上的长串硅酮光 电二极管由于组件中不同的装配热膨胀而失败。在本专利中，弹性电 及热接触件用于将半导体保持在合适位置、使组装好的系统能弯曲、 及经历宽的温度变化范围但在温度系数范围内不同材料之间不会出 现接触分开或机械分解的情况。定期改变衬底上的电接触件和电路的 方向的几何结构也可用于避免由于系统的不同热膨胀或挠曲而在电 接触件中累积产生应力，从而保持电接触件处于弹性状态。电接触件 可被焊接在一起同时仍然保持弹性压縮在焊料或焊接点上以防止电接触件由于热膨胀和机械振动而在焊接点中产生应力。弹性接触件使 在组装阵列时构建各个组成部分时公差可以较大。微型集中、有效及散热概念来自简单的观察，即较小的光学器件 如叶上的雨滴可将数百倍的阳光集中在小点内而不会在热量上使叶 子燃烧。通过集中阳光，太阳电池可更有效及更节省成本地运行，使 用昂贵的半导体材料将它们变换为实际的光伏阵列，其可制造为多个 离散的电池、电连接并与微型集中反射镜和透镜配合(美国专利5,482,568)。专利技术人已建立几个集中器系统测试前述概念。相比于没 有集中光学器件的光伏电池，使用2cm直径的圆柱形玻璃棒、薄片 铝后向反射器、及2mm宽结晶光伏电池的太阳集中器系统的能量输 出增加7倍。在光伏电池中由于光集中而有可以忽略的有害温度上 升。在另一实验中，专利技术人己观察到，显微镜物镜在硅酮光伏电池上 的18微米的聚焦点实现34000sun的光集中，而温度仅升高2度。由 于更高的光集中在光伏电池上的单一点内光伏电池的性能仅降低 3%。因此，使用小尺寸的光学器件、小光伏电池及热分布表面，可 实现非常高的集中进而实现半导体的高度利用。本专利技术致力于以低成 本可靠地形成极大数量的光集中器及各个电池从而形成实际的能量 系统的实践层面。与先前的美国专利5,482,568 —样，电连接器可形 成反射光学器件的一部分。该电互连系统还可形成可靠的网络，其容 许局部点失效。附图说明图l为电介质材料中的槽1- 电介质材料2- 槽4-圆形侧图2为成形接触槽或孔的截面图 10-外表面上的电子导体12- 平坦侧上的第一电子导体涂层13- 槽14- 槽的圆形侧上的第二电子导体15- 材料的外平部分上的电子导体16- 成形孔的底部17- 弹性衬底薄膜图3为保持球形光电二极管的成形接触槽或孔的截面图20- 第一外电导体21- 电介质衬底22- 槽中的第一电导体23- 球的内掺杂区上的接触件24- 外掺杂层25- 球的掺杂内部26- 球上的外掺杂区上的电接触件27- 槽的外弯曲段上的电接触件28- 电介质衬底外表面上的电接触件29- 球形半导体的抗反射涂层30- 槽粘合剂或硅酮涂层底部31- 槽或孔32- 小球的平坦侧33- 槽的平坦侧图4为保持球形光电二极管的具有平坦侧的半球形成形孔35- 导体涂层36- 孔的平坦处上的导体涂层37- 电介质衬底中的孔38- 电断开部分39- 外表面上的电导体40- 孔的球形侧上的电连接导体13图5为玻璃模制透镜/反射镜光学器件系统的例子49- 透明电介质密封剂50- 透明透镜/反射镜光学器件2D或3D51- 反射镜位置上的电导体52- 半导体53- 半导体上的第二接触件54- 电导体及外串联阵列接触件55- 相对侧电接触件上方的电导体56- 保护性背板57- 电介质密封剂58- 抗反射涂层和玻璃防护剂59- 电介质密封剂图6为阵列的后向反射器电池连接60- 折射材料61- 上透镜62- 下反射镜63- 光电二极管杯64- 外电导体65- 半导体66- 电介质衬底67- 背板或涂层，可以是反射器或散射器68- 背面涂覆反射器或散射器69- 成形槽 85-硅酮橡胶密封剂 图7为球形光学器件70- 上透镜截面71- 电导体和反射镜的截面72- 透明材料截面73- 与半导体球接触的电接触件1474- 半导体球75- 与球接触的圆形侧电接触件76- 与球接触的几个电接触件的截面77- 电接触件涂层78- 具有PN结和电接触件的半导体球79- 电断开部分80- 第二电接触件81- 电池之间的六边形分隔。该电池也可是正方形包装。 图8为当球组合在薄膜阵列内时的电接线90- 模制电介质衬底91- 导电薄膜92- 平坦侧上的电接触件及内材料93- 内掺杂半导体94- 外掺杂层95- 外掺杂表面上的接触件96- 圆形侧接触件97- 接触件电极98- 将不与孔上的锐利方形侧配合的翻转的半导体99- 外表面掺杂层100- 内掺杂层101- 平坦侧电接触件102- 平坦侧接触件103- 具有平坦侧孔电介质的模制半球也可以是闪烁体104- 圆形侧电接触件105- 静电传导薄膜106- 外表面变黑的后向反射器或散射器107- 变黑的外表面108- 模制槽或孔图9为夹在透镜/反射镜之间的折叠薄片15110- 成形透明透镜和反射镜111- 电连接小片112- 导电、凃层113- 电介质衬底114- 背面金属板115- 半导体球116- 电输出连接117- 抗反射涂层或Ti02和/或抗刮擦或耐磨损或其它最佳集中方 案或紫外光滤光器118- 电子电路或电池119- 热相变化材料120- 绝缘容器或盒121- 风扇电机或执行机构122- 气流123- 风扇或阀124- 热管或热循环系统125- 变黑的背表面126- 光耦合及密封材料图IOA为透镜及后向集中平面系统 109-气隙127- 电介质衬底层128- 弹性层129- 与透镜表面成低角度的光线130- 透镜131- 光线132- 光电二极管133- 光电二极管衬底表面及电极134- 电断开部分图IOB为菲涅耳透镜和后向集中平面系统125-第二电极和光反射器136- 光线137- 菲涅耳透镜138- 光电二极管139- 电介质衬底140- 第一电接触件和反射器图IOC为单一抛物线及前表面集中平面系统141- 透明电介质窗口142- 光电二极管143- 光线144- 电接触件145- 抛物线反射器 162-空气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种设备，包括：直接或间接光子转换器或发生器；电连接装置，该装置包括重复成形的粒状半导体主体、重复形成的用于保持所述半导体主体的槽或孔、到所述半导体主体的光导管、及作为所述槽或孔的一部分的至少两个电极，所述槽或孔与每一半导体主体弹性压缩接触。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：RG霍克德，
申请(专利权)人：能量设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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