[發(fā)明專利]具有絕緣旁通二極管的太陽能電池接收器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810094606.0
• 申請日: 2008-04-22
• 公開（公告）號: CN101378086A
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方路
• 申請（專利權(quán)）人: 昂科公司
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L25/16
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 孟銳

技術(shù)領(lǐng)域

本揭示內(nèi)容涉及具有絕緣旁通二極管的太陽能電池接收器。

背景技術(shù)

通常，多個太陽能電池設(shè)置在陣列或面板中，且太陽能系統(tǒng)通常包括多個這種面板。每一面板中的太陽能電池常常串聯(lián)連接，且既定系統(tǒng)中的面板也是串聯(lián)連接，以使每一面板具有許多太陽能電池。另一選擇為，每一面板中的太陽能電池可并聯(lián)布置。

歷史上，太陽能電力(在太空與陸地兩者中)主要由硅太陽能電池提供。然而，在過去的幾年中，大批量制造高效率多結(jié)太陽能電池使這種替代性技術(shù)能用于發(fā)電。當(dāng)前的一些多結(jié)電池的能量效率已超過27％，而硅技術(shù)通常卻僅達到約17％的效率。

大體來說，多結(jié)電池是p上n極性且由InGaP/(In)GaAs?III-V化合物組成。III-V化合物半導(dǎo)體多結(jié)太陽能電池層可通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長在鍺襯底上。外延晶片可通過以下步驟加工成完整的裝置：自動機器人光刻、敷金屬、化學(xué)清洗和蝕刻、抗反射(AR)涂覆、切割成片以及測試過程。n-和p-觸點敷金屬通常主要由Ag組成，其具有薄Au頂蓋層以保護Ag免受氧化。所述AR通常是雙層TiO_x/A1₂O₃介電堆疊，其光譜反射率特性經(jīng)設(shè)計以將蓋片玻璃互連電池(CIC)或太陽能電池組合件(SCA)層級處的反射降到最低，以及使電池的壽命終止(EOL)性能達到最高。

在一些多結(jié)電池中，與GaAs電池不同，中間電池是InGaAs電池。對于InGaAs中間電池，銦濃度可在約1.5％的范圍內(nèi)。在一些實施方案中，此一布置呈現(xiàn)增加的效·率。

無論使用的電池類型如何，太陽能系統(tǒng)的一個已知問題是個別太陽能電池可受到損壞或被障礙物的遮蔽。舉例來說，當(dāng)太陽能電池暴露于嚴(yán)酷的環(huán)境條件時，可能會發(fā)生損壞。具有一個或一個以上受損或受遮蔽的太陽能電池的面板的載流容量會下降，且來自與所述面板串聯(lián)的其它面板的輸出會反偏壓所述受損或受遮蔽的電池?？缭剿鍪軗p或受遮蔽的電池的電壓因此會在反極性上增加，直到所述系列中的所有面板的全部輸出電壓施加到所關(guān)注的面板中的所述受損或受遮蔽的電池為止。此致使所述受損或受遮蔽的電池擊穿。

由于典型的太陽能電池系統(tǒng)具有數(shù)千個太陽能電池，因此其電壓輸出一般是在數(shù)百伏范圍內(nèi)，且其電流輸出是在數(shù)十安培范圍內(nèi)。在所述輸出功率電平下，如果太陽能電池端子未受保護，那么往往會發(fā)生火花形式的不可控制放電，且此可致使太陽能電池乃至整個系統(tǒng)的損壞。

第6,020,555號美國專利描述一種由面板構(gòu)成的太陽能電池系統(tǒng)，每一面板包括多個太陽能電池，每一太陽能電池具有連接在其正端子與負端子之間的二極管。二極管(通常為肖特基旁通二極管)的提供的確對保護太陽能電池免受上述不可控制放電的影響有極大幫助。然而，遺憾的是，二極管中的每一者的各端子之間留出的氣隙并不會消除產(chǎn)生火花和短路的風(fēng)險，如果濕氣或外來微粒橋接此二極管的氣隙，那么仍可能發(fā)生上述風(fēng)險。因此，盡管空氣是介電介質(zhì)，但其具有低介電強度，這意味著當(dāng)跨越氣隙的電場達到約3mv/m時，電流可跳過氣隙且以火花的形式放電。這稱為介電介質(zhì)擊穿。

第6,020,555號美國專利中所述的太陽能電池系統(tǒng)的另一個缺陷是不能管理旁通二極管的熱耗散。在太陽能電池遭到“旁通”的既定時刻，相關(guān)聯(lián)的二極管(假設(shè)在600-1000V、10A下操作的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng))將傳導(dǎo)6000-10,000瓦的電功率，其中一些電功率以熱能的形式輻射掉?？紤]到這些二極管的大小較小，如果不能很好地管理熱量，那么將會顯著縮短其操作壽命。當(dāng)太陽能電池系統(tǒng)(舉例來說)與衛(wèi)星結(jié)合使用，且因此不可進行現(xiàn)場修繕時，此缺陷更令人關(guān)注。此外，使用散熱片或類似裝置進行的被動式冷卻增加了重量且在材料和制作/組裝兩個方面成本都是昂貴的。盡管在管理由二極管產(chǎn)生的熱量方面是有效的，但主動式冷卻成本極高又笨重，且耗用太陽能電池系統(tǒng)所產(chǎn)生的大量能量。

已知太陽能電池接收器的另一缺點是，由于需要此類接收器在1000伏下產(chǎn)生10瓦的功率持續(xù)長達或超過20年的延長周期，所以在將太陽能電池系統(tǒng)的一個接收器連接到相鄰接收器的電端子處存在冒火花的危險。

發(fā)明內(nèi)容