Полупроводниковый фотопреобразователь и модуль солнечной батареи

 

Использование: в устройствах преобразования солнечной энергии. Сущность изобретения: в новом цельном фотопреобразователе (ФП) контакты содержат известные фрагменты: токосъемные полосы, проходящие с определенным шагом параллельно поперечной /горизонтальной/ оси; две токосборные полосы, пересекающие токосъемные под углом 90^o и расположенные симметрично относительно продольной /вертикальной/ оси и замкнутую полосу по периметру. Новым в конструкции ФП является то, что контакты разделены на четыре отдельные симметричные системы, каждая из которых имеет все необходимые фрагменты. Для этого поперечная и продольная оси свободны от контактов, а сами контакты с лицевой и тыльной стороны дополнительно содержат несколько пар площадок /уширений/ размером, соизмеримым с шагом, которые расположены на токосборных полосах, а также на краях, примыкающих к полосе по периметру и в центре /только с тыла/ по обе стороны от указанных осей на расстоянии, соизмеримом с шагом и симметрично напротив друг друга; две узкие полосы, проходящие от одного края к другому параллельно продольной оси, расположенные по обе стороны от нее на расстоянии, соизмеримом с шагом; две пары полос шириной, равной ширине площадок, расположенные на краях тыльной стороны, к которым примыкают токосборные полосы по обе стороны от продольной оси перпендикулярно ей, и на расстоянии от нее, соизмеримом с шагом. Новая конструкция контактов позволяет разделять цельный ФП на любые виды половинок и четвертинки без ухудшения их удельных электрических характеристик и в последующем осуществлять параллельное соединение их между собой в блок-элементы любых необходимых видов, фотоактивная площадь и электрические характеристики которых идентичны цельному ФП. Возможны блок-элементы, воспроизводящие конфигурацию цельного ФП. Кроме того, при необходимости возможно удалять с ФП и его заготовок участки поверхности, содержащие недопустимые дефекты /слом, скол, трещина, царапины, пятна и т.д./, и снизить материальные затраты в производстве ФП. Непрямоугольные ФП с новой конструкцией контактов и созданные из их половинок и четвертинок блок-элементы используются в новой конструкции прямоугольного модуля солнечной батареи (СБ). Цельные ФП плотно размещены в середине модуля, а нефотоактивные проемы на горизонтальных и вертикальных краях полностью заполнены соответствующими половинками /четвертинками/ цельного ФП. При этом в краевых горизонтальных рядах расположены его поперечные половинки, а в краевых вертикальных рядах -продольные половинки. В результате периметр модуля приобретает вид прямоугольника, в пределах которого ФП и блок-элементы размещены с наибольшей возможной плотностью, обеспечивая максимальную электрическую энергию с единицы площади панели, на которой он закреплен. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к конструкциям контактов на полупроводниковом фотопреобразователе прямоугольной и непрямоугольной конфигурации и конструкциям модуля солнечной батареи с прямоугольной фотоактивной площадью на основе непрямоугольных фотопреобразователей. В прямоугольном модуле солнечной батареи непрямоугольные фотопреобразователи размещены согласно изобретению с максимальной возможной плотностью, обеспечивая получение наибольшей электрической энергии с единицы площади панели, на которой он закреплен.

Использование фотопреобразователей непрямоугольной конфигурации, например шестиугольной, круглой, эллипсной и т.д. экономически целесообразно, так как приводит к меньшему расходу дорогостоящего полупроводникового материала, поставляемого в виде цилиндрических слитков, например, из кремния.

Полупроводниковый фотопреобразователь представляет собой тонкую пластину, например, из кремния, которая с лицевой (освещаемой) стороны на глубине в доли микрона содержит дырочно-электронный или p-n-переход, плоскость которого параллельна поверхности пластины, и контактную сетку из металлизированных полос разной ширины. С тыльной стороны контакт может быть в виде сплошного металлического покрытия или повторять в плане контактную сетку, аналогичную лицевой.

На p-n-переходе образуется потенциальный барьер, который разделяет пластину на отрицательную и положительную области. Фотоэффект заключается в том, что созданные светом свободные носители заряда снижают потенциальный барьер на p-n-переходе, отчего между лицевым и тыльным контактом возникает электрическое напряжение, а через сниженный потенциальный барьер свободные носители заряда имеют возможность циркулировать во внешнюю электрическую цепь, совершая полезную работу в нагрузке.

Благодаря контактной сетке уменьшается внутреннее последовательное сопротивление фотопреобразователя и, следовательно, потери энергии, отчего повышается эффективность преобразования световой энергии в электрическую. Напряжение фотопреобразователя определяется высотой потенциального барьера на p-n-переходе, а ток от концентрации генерированных носителей заряда, проходящих через p-n-переход. Ток пропорционален освещаемой площади p-n перехода.

Известна конструкция контактов на крупном прямоугольном фотопреобразователе (например, размером 97х97 мм)[1] (аналог 1), где контакты содержат полосу по периметру, узкие токосъемные полосы, проходящие без разрыва от одного края фотопреобразователя к другому с определенным шагом друг от друга, при этом на лицевой стороне они параллельны поперечной (например, горизонтальной) оси, а на тыльной стороне имеют вид решетки из пересекающихся под углом 90^o полос, две укороченные ажурные токосборные полосы длиной примерно 67% от размера фотопреобразователя, расположенные по обе стороны от продольной (например, вертикальной) оси на одинаковом расстоянии от нее по середине, крайние узкие полосы которых и четыре узких дополнительных полос, отходящих под углом 45^o от каждого конца токосборных полос, продолжены до полосы по периметру, при этом ажурные токосборные полосы на тыльной стороне вместе с указанными дополнительными полосами повернуты на 90^o относительно лицевых токосборных полос.

Недостатками указанной конструкции являются невозможность раскраивать фотопреобразователь на поперечные и продольные половинки и четвертинки, ее сложность и частный характер применения.

Известна конструкция контактов фотопреобразователя, имеющего конфигурацию круглого диска, на основе которого собран мощный солнечный модуль /2/ (аналог 2). Контактная сетка на лицевой стороне фотопреобразователя состоит из узких токосъемных полос, проходящих без разрыва параллельно поперечной (горизонтальной) оси с определенным шагом друг от друга и пересекаемых под углом 90^o двумя более широкими токосборными полосами, которые располагаются симметрично по обе стороны от продольной (вертикальной) оси и проходят от одного края диска к другому. Тыльный контакт представляет собой сплошное металлическое покрытие.

Недостатком контактов в аналоге [2] является невозможность разделения фотопреобразователя на половинки и четвертинки и последующего параллельного их соединения между собой в блок-элементы нужного вида.

Известна конструкция фотопреобразователя с конфигурацией шестиугольника и его трапецеидальных поперечных половинок, соединенных между собой параллельно в блок-элемент вида песочных часов, на основе которых собрана унифицированная солнечная энергетическая прямоугольная панель, описанная в патенте США /3/ (прототип). Здесь контакты шестиугольного фотопреобразователя с лицевой стороны, кроме известных токосъемных и токосборных полос, описанных в аналоге /2/, дополнительно содержат: а) уширения на токосборных полосах на концах и в средней их части, причем длина уширения в середине вдвое больше чем на концах и концевые уширения доходят до самого края фотопреобразователя, к которому примыкает p-n- переход, б) узкую замкнутую полосу по периметру, проходящую на расстоянии, соизмеримом с шагом, от краев фотопреобразователя, к которой с внутренней стороны примыкают концы токосъемных и токосборных полос, а шаг равен расстоянию между токосъемными полосами. Тыльный контакт состоит из сплошного металлического покрытия. Размеры краевых уширений на токосборных полосах у цельного фотопреобразователя и его поперечных половинках одинаковые. Они предназначены для присоединения проволочных шинок, как при соединении перевернутых половинок в блок-элемент вида песочных часов, так и при последовательном соединении цельных фотопреобразователей и блок-элементов в модуль солнечной батареи.

Недостаткоми конструкции контактов на цельном шестиугольном фотопреобразователе прототипа /3/ является, во-первых, то, что поперечная (горизонтальная) осевая линия, по которой производится разрезание на трапецеидальные половинки, несвободна от контактов. С тыльной стороны на ней содержится сплошное металлическое покрытие, а с лицевой стороны два уширения на токосборных полосах и два участка узкой линии вблизи периметра. Во-вторых, фотопреобразователь не приспособлен для разрезания вдоль продольной (вертикальной) осевой линии на продольные половинки с конфигурацией домика. Продольная осевая линия пересекается множеством токосъемных полос, что затрудняет разрезание. Кроме того, недостатком прототипа является то, что на боковой поверхности краев, к которым примыкают уширения токосборных полос, увеличивается вероятность закорачивания или шунтирования p-n-перехода частичками металла, вызывая уменьшение выхода годных фотопреобразователей в массовом производстве.

Задачей изобретения новой конструкции контактов фотопреобразователя является экономия полупроводникового материала, например цилиндрических слитков кремния, за счет возможности изготовления и эффективного использования в модуле солнечной батареи не только цельного фотопреобразователя непрямоугольной конфигурации, но и его поперечных и продольных половинок и четвертинок.

Задача решается тем, что в цельном фотопреобразователе контакты разделены на четыре отдельные симметричные друг другу системы, каждая из которых содержит все необходимые фрагменты. Для этого взаимно перпендикулярные поперечная и продольная осевые линии свободны от контактов, а сами контакты с лицевой и тыльной сторон дополнительно содержит пары площадок (уширений) размером, соизмеримым с шагом, которые расположены на токосборных полосах, а также на краях, примыкая к полосе по периметру, и в центре (только с тыльной стороны) по обе стороны от указанных осей на расстоянии, от них соизмеримом с шагом, и симметрично напротив друг друга; две узкие полосы, проходящие от одного края к другому, параллельного продольной оси, расположенные по обе стороны от нее на расстоянии, соизмеримом с шагом, к которым примыкают пары площадок и токосъемные полосы; две пары полос шириной, равной ширине дополнительных площадок, расположенные на краях тыльной стороны, к которым примыкают токосборные полосы по обе стороны от продольной оси, перпендикулярно ей и на расстоянии от нее, соизмеримом с шагом.

Предлагаемая конструкция контактов позволяет или разделять цельный фотопреобразователь на любые виды половинок и четвертинки или (при необходимости) удалять с фотопреобразователя и его заготовок участки поверхности, содержащие недопустимые дефекты (слом, скол, трещина, царапины, пятна, отслоения контактов и т.п.). Новая конструкция контактов позволяет производить в последующем параллельное соединение между собой половинок и четвертинок в блок-элементы любых необходимых видов, фотоактивная площадь и электрические характеристики которых идентичны цельному фотопреобразователю.

Преимущество, получаемое от использования новой конструкции контактов, особенно ощутимо в случае изготовления и применения фотопреобразователей больших размеров, например порядка 100 мм.

Детальное описание изобретения дано в примере фотопреобразователя, имеющего конфигурацию правильного шестиугольника.

На фиг. 1 показаны варианты контактов на цельном шестиугольном фотопреобразователе, его половинках и на четвертинке; на фиг.2 с лицевой и тыльной стороны варианты цельных фотопреобразователей с конфигурацией правильного шестиугольника и круглого диска, содержащего базовый срез с присоединенными к ним плоскими металлическими шинками; на фиг.3 - блок-элементы разных видов на основе половинок шестиугольного фотопреобразователя, расположение блок-элементов соответствует их нахождению в модуле солнечной батареи.

Конструкция контактов на лицевой и тыльной сторонах цельного фотопреобразователя, например, больших размеров (фиг.1, позиции 1а, 1б и 1в) состоит из следующих известных фрагментов.

Большое количество чередующихся с определенным шагом токосъемных полос 6 на лице или (6') на тыле, которые параллельны поперечной оси 8, например горизонтальной, и пересекаются под углом 90^o двумя широкими токосборными полосами 7 на лице или (7') на тыле. Токосборные полосы проходят симметрично по обе стороны от продольной оси 9, например вертикальной, и параллельны ей. На токосборных полосах 7 или 7' содержатся площадки (уширения) типа 11,12 на лице и 11' на тыле для присоединения к ним металлических шинок.

Замкнутая узкая полоса 10 на лице или 10' на тыле, которая проходит по периметру на расстоянии, например, полшага от краев и с внутренней стороны которой примыкают токосъемные и токосборные полосы. Полоса 10 или 10' не обязательна, могут быть варианты контактов, где эта полоса или незамкнутая, или отсутствует. Полосу по периметру наносят для большей надежности контактной сетки на случай разрывов на обязательных контактных полосах, что увеличивает выход годных фотопреобразователей в массовом производстве.

Тыльный контакт выполнен в виде металлизированной сетки, аналогичной лицевой и совмещенной в плане (фиг.1, позиции 1б и 5б, или в виде сплошного металлического покрытия 19''фиг. 1, позиция 1в). Такое покрытие может быть выполнено, например, методом трафаретной печати проводящими пастами, когда участки, предназначенные для присоединения шинок, имеют иную металлизацию нежели остальное покрытие.

В то же время согласно изобретению контакты содержат новые конструктивные фрагменты.

Взаимно перпендикулярные осевые линии 8 и 9, по которым разрезают фотопреобразователь, выполнены или полностью свободными от контактов (фиг.1, позиции 5а и 5б и позиция 1в), или они пересекаются лишь несколькими узкими полосами, не препятствующими разрезанию (фиг.1, позиции 1а и 1б). Это позволяет разрезать цельные фотопреобразователи на поперечные и продольные половинки и четвертинки без ухудшения их электрических характеристик, хотя получение половинок и четвертинок за счет такого разрезания не обязательно. Они могут быть изготовлены сами по себе из полупроводниковых пластин соответствующих меньших размеров.

Дополнительные пары металлизированных площадок: 13, 14 на лице и 13', 17', 18' или 13'', 17'', 18'' на тыле, которые располагаются на расстоянии, например, полшага по обе стороны от осевых линий на сопрягаемых краях соседних половинок или четвертинок, симметрично напротив друг друга и с помощью которых возможно осуществлять параллельное соединение половинок и четвертинок в блок-элементы любых необходимых видов.

Пара полос 15 на лице или 15' на тыле (фиг. 1, позиции 1а и 1б), располагаемые по обе стороны от продольной оси 9 на расстоянии, например, полшага от нее, которые обуславливают наличие замкнутой полосы по периметру у половинок и четвертинок. Полосы 15 с лица соединяют площадки 14 со всеми токосъемными полосами и между собой, от чего увеличивается надежность контактов.

Пара полос 16' или 16'' на тыльной стороне (фиг.1, позиции 1а и 1б), примыкающие к замкнутой полосе по периметру и располагаемые у краев, к которым примыкают две токосборные полосы 7' по обе стороны от продольной оси 9 и на расстоянии, например, полшага от нее; ширина полос соизмерима с шириной площадок, а их роль описана ниже.

Таким образом, у цельного фотопреобразователя любой конфигурации все контактные фрагменты располагаются в пределах площади, ограниченной замкнутой полосой по периметру, и к самому краю не подходят, чем исключается возможность замыкания p-n-перехода шинками при сборке модуля солнечной батареи.

В случае контактов варианта 3(фиг.1, позиции 5а и 5б), контакты разделены на четыре отдельные симметричные системы, каждая из которых содержит все необходимые фрагменты: токосборную полосу 22 на лице и 22' на тыле; замкнутую полосу по периметру, состоящую из трех полос 6, 20, 21, на лице и 6', 20', 21' на тыле; площадки 13 и 14 на лице и 13', 17', 18' на тыле; широкую полосу на тыле 16'.

К токосборным полосам цельных фотопреобразователей присоединяются накладные шинки 25 с лица и 26 с тыла (фиг.2), с помощью которых удобно измерять электрические характеристики крупных фотопреобразователей, а впоследствии осуществлять последовательное соединение их в модуль солнечной батареи. Для варианта контактов, показанных на фиг.1, позиции 5а и 5б, накладные шинки 25 и 26 соединяют верхнюю и нижнюю контактные системы слева и справа от оси 9. В варианте фотопреобразователей больших размеров наличие накладных шинок на токосборных полосах уменьшает потери электроэнергии за счет снижения сопротивления при прохождении вдоль них электрического тока.

По всей длине пары полос 16' или 16'' присоединяется общая поперечная шинка 27 (фиг.2, позиции 23б и 24б), которая надежно соединяет параллельно между собой как тыльные токосборные полосы с шинками 26 своего фотопреобразователя, так и лицевые токосборные полосы с шинками 25 соседнего фотопреобразователя при последовательном соединении их в модуль солнечной батареи. Тем самым увеличивается фотоактивная площадь лицевой стороны и, следовательно, ток фотопреобразователя, и компенсируется наличие на ней дополнительных полос и площадок.

Принципы, заложенные в предлагаемую конструкцию контактов, являются общими для любых конфигураций фотопреобразователей, включая и прямоугольную. Новые контакты позволяют без ухудшения удельных электрических характеристик раскраивать цельный фотопреобразователь на две конфигурации половинок и четвертинки или изготавливать половинки и четвертинки отдельно из полупроводниковых пластин меньших размеров, например из обрезков пластин, предназначенных для изготовления цельных фотопреобразователей, уменьшая материальные затраты на производстве. При этом как цельный фотопреобразователь, так и его половинки и четвертинки содержат все контактные фрагменты: токосъемные и токосборные полосы, замкнутую полосу по периметру, широкие полосы на двух краях с тыльной стороны и несколько пар площадок. Контакты позволяют осуществлять параллельное соединение половинок и четвертинок в блок-элементы с фотоактивной площадью и электрическими характеристиками, идентичными цельному фотопреобразователю, а затем блок-элементы соединять между собой и цельными фотопреобразователями в модуль солнечной батареи.

Половинки и четвертинки цельного фотопреобразователя соединяются в блок-элементы необходимых видов с помощью шинок, присоединяемых к соответствующим контактным площадкам и токосборным полосам. Например, поперечная трапецеидальная половинка 2 и продольная половинка 3 с конфигурацией домика соединяются между собой параллельно в блок-элемент углового вида 28 (фиг.3) с помощью внешней шинки 34 и тыльной соединительной шинки 35. Здесь шинка 34 соединяет выступающий конец лицевой накладной шинки 25 продольной половинки 3 с выступающими концами лицевых укороченных накладных шинок 25б поперечной половинки 2. Соединительная шинка 35 является продолжением тыльной поперечной шинки 27 поперечной половинки 2 и соединяется с тыльной накладной шинкой 26 продольной половинки 3. Для надежности с тыльной стороны площадка 18'' половинки 2 соединяется с полосой 16'' половинки 3 соединительной шинкой 33, а лицевая площадка 14 половинки 3 шинкой 33 дополнительно соединена с шинкой 34, элемент 29 первого рядного вида (фиг.3)-с помощью присоединяемых к токосборным полосам удлиненной накладной шинки 25а с лица и удлиненной накладной шинки 26а с тыла, а также дополнительно с помощью короткой соединительной шинки 33, присоединяемой к лицевым контактным площадкам 14 соседних половинок 3.

С помощью тех же шинок четыре четвертинки 4 могут быть соединены параллельно в блок-элемент 30 второго рядного вида (фиг.3). Этот вариант можно также рассматривать как параллельное соединение двух половинок блок-элементов вида песочных часов, описанных в прототипе /3/. Шинка 33 может соединять половинки или четвертинки между собой, находясь или на лицевой или, на тыльной стороне.

В блок-элементах рядного вида присоединять к широким полосам 16' или 16'' поперечные шинки 27 нет необходимости, поскольку продольные половинки 3 содержат только одну токосборную полосу.

Изобретение позволяет осуществлять параллельное соединение продольных и поперечных половинок или четвертинок между собой в блок-элемент цельного вида, который не только по фотоактивной площади и электрическим характеристикам, но и по конфигурации идентичен цельному фотопреобразователю. В частности, соединение двух продольных половинок 3 с блок-элемент 31 цельного вида (фиг.3) осуществляется с лицевой стороны с помощью двух коротких соединительных шинок 33, которые присоединяются к контактным площадкам 14 смежных половинок 3, а с тыла двумя поперечными шинками 27, которые присоединяются на смежных половинках к полосам 16' или 16'', и двумя шинками 33, присоединяемые к площадкам 17' или 17''.

Соединение поперечных половинок 2 в блок-элемент цельного вида (не показано) осуществляется двумя накладными шинками 25 с лица, а с тыла -двумя накладными шинками 26 и четырьмя короткими соединительными шинками 33. При этом шинки 25 и 26 присоединяются к токосборным полосам, а шинки 33 -к площадкам 17' или 17'' и 18' или 18'', располагаясь параллельно продольной оси.

Соединение четвертинок в блок-элемент 32 цельного вида показано на фиг.3 и особого пояснения не требует.

Таким образом, во-первых, возможен раскрой цельного фотопреобразователя на любые конфигурации половинок и на четвертинки без ухудшения их удельных электрических характеристик. Во-вторых, из половинок и четвертинок цельного фотопреобразователя возможно создавать блок-элементы четырех видов, фотоактивная площадь и электрические характеристики которых идентичны цельному фотопреобразователю, а три новых вида блок-элементов имеют конфигурацию, отличающуюся от конфигурации цельного фотопреобразователя.

Согласно изобретению новые конструкции непрямоугольных фотопреобразователей и созданные из их половинок и четвертинок блок-элементы находят применение в новой конструкции прямоугольного модуля солнечной батареи, собранного на их основе, в котором решается вторая задача изобретения, получение максимальной электрической энергии с единицы площади панели, на которой укреплен модуль. Тем самым оказывается реализованным единый замысел изобретения в целом.

Известна конструкция модуля солнечной батареи [4] (аналог 1), в которой на прямоугольной панели плотно в шахматном порядке размещены фотопреобразователи, имеющие конфигурацию правильного шестиугольника. Недостатком модуля [4] является наличие зигзагообразных и пилообразных краев, ограничивающих фотоактивную площадь на поверхности панели, что снижает электрическую энергию с единицы ее площади.

Известна конструкция модуля солнечной батареи [5] (аналог 2), в которой соединены между собой 10 фотопреобразователей с конфигурацией круглых дисков, плотно упакованных в шахматном порядке в унифицированный модуль, а солнечный генератор собран из множества таких модулей.

Известна конструкция мощного солнечного модуля [2] (аналог 3), на прямоугольной поверхности панели которого в шахматном порядке размещены ряды последовательно соединенных между собой дисковых фотопреобразователей.

Общий недостаток модулей в аналогах [2 и 5] состоит в том, что фотоактивная поверхность модуля на своих краях содержит нефотоактивные проемы. Края фотоактивной площадки модулей солнечных батарей а аналогах [2 и 5] имеют волнообразный вид. По этой причине уменьшена полезно используемая площадь прямоугольной панели, на которой размещен модуль и, следовательно, электрическая энергия с единицы площади панели.

Известна конструкция унифицированной солнечной энергетической прямоугольной панели [3] (прототип), в которой, с целью более полного использования площади панели, кремниевые фотопреобразователи двух геометрических конфигураций размещаются чередующими рядами. Обе конфигурации имеют одинаковую фотоактивную площадь и электрические характеристики. Фотопреобразователь первого типа имеет конфигурацию правильного шестиугольника, а второго типа конфигурацию песочных часов. Фотопреобразователь конфигурации песочных часов представляет собой блок-элемент, состоящий из двух параллельно соединенных перевернутых трапецеидальных половинок, вырезаемых из шестиугольного фотопреобразователя вдоль его поперечной осевой линии.

Недостатком модуля солнечной батареи прототипа [3] является то, что его фотоактивная площадь не полностью прямоугольна. Прямыми линиями являются только его горизонтальные края, а вертикальные края имеют вид пилообразной линии. Это приводит к заниженному полезному использованию прямоугольной поверхности панели, на которой размещен модуль прототипа и, следовательно, уменьшение электрической энергии, получаемой с единицы площади панели.

Как уже отмечалось, второй задачей изобретения является именно увеличение электрической энергии, получаемой с единицы площади прямоугольной панели, на которой укреплен модуль солнечной батареи из непрямоугольных фотопреобразователей.

Задача решается тем, что модуль солнечной батареи собирается из цельных фотопреобразователей и из описанных ранее блок-элементов нужных видов, состоящих из двух конфигураций половинок или четвертинок цельного фотопреобразователя. Цельные фотопреобразователи или блок-элементы с конфигурацией цельного плотно размещены в середине панели, а нефотоактивные проемы на горизонтальных и вертикальных рядах полностью заполнены половинками (четвертинками). При этом в краевых горизонтальных рядах размещены поперечные половинки цельного фотопреобразователя, а в краевых вертикальных рядах расположены его продольные половинки. В результате периметр модуля солнечной батареи приобретает вид прямоугольника, обеспечивая наибольший коэффициент полезного использования площади панели, на которой он закреплен и, следовательно, максимальную электрическую энергию с единицы ее площади. При этом конструкция самой прямоугольной панели может быть любой, ранее известной.

Детальное описание второй части изобретения дано на примере модуля солнечной батареи, собранного на основе цельных шестиугольных фотопреобразователей и блок-элементов из его половинок и четвертинок. Это описание не ограничивает изобретение, а приведено с целью иллюстрации его общих принципов, изложенных в формуле. Описание второй части понятно из следующих фигур, где схематично в утрированном виде изображены отдельные фрагменты изобретения.

На фиг.4 показан вариант модуля солнечной батареи с лицевой стороны, собранного из фотопреобразователей с конфигурацией правильного шестиугольника и его поперечных и продольных половинок с конфигурацией трапеции и домика соответственно. Особенность модуля наличие на его четырех углах блок-элементов углового вида.

На фиг.5 показан вид в плане того же модуля солнечной батареи, что и на фиг. 4, собранного из варианта фотопреобразователей со сплошным тыльным контактом (видно последовательное соединение между собой фотопреобразователей и блок-элементов); на фиг.6 поперечные сечения модуля: А-А из фиг. 4 и Б-Б из фиг.5; на фиг.7 вариант модуля солнечной батареи с тыльной стороны, аналогичный модулю на фиг.5, собранный из круглых фотопреобразователей с базовым срезом и блок-элементов из его продольных и поперечных половинок, и показан вариант контактов на лицевой и тыльной стороне круглого фотопреобразователя; на фиг. 8 варианты модулей солнечной батареи из фотопреобразователей шестиугольной и эллипсной конфигурации, содержащие чередующиеся ряды цельных фотопреобразователей и блок-элементов вида песочных часов (особенность модулей отсутствие блок-элементов углового вида).

На фиг. 4 и 5 цельные фотопреобразователи и компактные блок-элементы необходимых видов размещают относительно друг друга наиболее оптимальным образом и электрически последовательно соединяют между собой в унифицированный модуль солнечной батареи прямоугольной конфигурации, который закрепляют на прямоугольной панели.

Пример. Прямоугольная панель (фиг.4 и 5) представляет собой пластину из прозрачного упрочненного стекла 37. Крепление собранного модуля к поверхности стекла выполнено, например, методом термовакуумного прессования с помощью прозрачной адгезивной органической пленки 38, которая покрывает всю поверхность панели с тыльной стороны и обволакивает фотопреобразователи и соединительные шинки со всех сторон. Наружу выходят только выводные шинки 39 и 40 (фиг. 5 и 6а). К поверхности стекла обращена лицевая сторона фотопреобразователей. В окончательном виде или одна панель 37 или несколько таких панелей укрепляются в единой раме из прессованного алюминия сложного профиля (не показано).

В модуле солнечной батареи (фиг. 4 и 5) фотопреобразователи, включая блок-элементы, пронумерованы в порядке их последовательного соединения. На прямоугольной панели 37 размещаются фотопреобразователи трех конфигураций: цельные шестиугольные (IV X) и (XIV XVI), поперечные половинки цельных фотопреобразователей, имеющие конфигурацию трапеции, размещенные в краевых горизонтальных рядах (Iг IIIг) и (XIг XIIIг) и продольные половинки цельных фотопреобразователей с конфигурацией домика, размещенные в краевых вертикальных рядах (Iв IIIв) и (XIв XIIIв).

Цельные фотопреобразователи размещены в шахматном порядке в средней части панели (37), а по краям располагаются компактные блок-элементы. Четыре блок-элемента углового вида: (Iг/Iв), (IIIг/IIIв), (XIг/XIв) и (XIIIг/XIIIв) и два блок-элемента первого рядного вида: (IIв/IIв) и (XIIв/XIIв).

Последовательное соединение цельных фотопреобразователей и блок-элементов в средней части модуля осуществляется тыльной накладной шинкой 26 и 26а, выступающий конец которых в зазоре между соседними фотопреобразователями переходит на лицевую сторону следующего элемента и присоединяется к концу его накладной шинки 25 или 25А (фиг.4 и 5). Подобным образом последовательно соединены между собой угловой блок-элемент (IIIв/IIIг) с фотопреобразователем (IV) и угловой блок-элемент (XIIIв/XIIIг) с фотопреобразователем (XIV).

Последовательное соединение фотопреобразователей (VI) и (VII), примыкающих к верхнему горизонтальному краю модуля (фиг.5) осуществляется тыльной шинкой (42), которая соединяет поперечную шинку (27) фотопреобразователя (VI) с внешней шинкой (41), а шинка (41) в свою очередь соединяет между собой накладные лицевые шинки (25) фотопреобразователя (VII). При этом тыльная шинка (42) по всей длине, кроме концов, содержит изоляционное покрытие или под ней на тыльной поверхности фотопреобразователя (VII) приклеивается липкая изоляционная пленка (вариант не показан). Это необходимо, чтобы избежать нежелательного электрического замыкания между соседними фотопреобразователями (VI) и (VII).

Последовательное соединение углового блок-элемента (XIв/XIг) с фотопреобразователем (X), примыкающих к нижнему горизонтальному ряду модуля (фиг.4 и 5), осуществляется внешней шинкой (41), которая соединяет между собой тыльные накладные шинки (26) фотопреобразователя (X), и в свою очередь шинка (41) соединяется с внешней шинкой (34) углового блок-элемента (XIв/XIг). В заключении к электрическим концам последовательной цепочки присоединяются выводные шинки: к угловому блок-элементу (Iв/Iг) выводная шинка (39), а к цельному фотопреобразователю (XVI) выводная шинка 40 (фиг.5).

Возможен вариант модуля, где цельные фотопреобразователи полностью или частично заменены на блок-элементы 31, 32 с конфигурацией цельного (фиг.3).

По тем же принципам и аналогичным образом собирается модуль солнечной батареи на основе фотопреобразователей других конфигураций, например с конфигурацией круглого диска (с базовым срезом или без него) и его половинок (фиг. 7). На фиг.7а показан вариант модуля солнечной батареи, собранный из круглых фотопреобразователей 24а и 24б с присоединенными накладными шинками 25 и 26 (фиг.2). Вариант конструкции контактов на круглом фотопреобразователе без шинок показан на фиг.7б. Все цифровые обозначения, относящиеся к фрагментам модуля из шестиугольных фотопреобразователей, могут быть распространены и на модуль из круглых фотопреобразователей. При этом в случае использования в модуле круглых фотопреобразователей с базовым срезом (фиг.7) фотоактивная площадь угловых блок-элементов и цельного фотопреобразователя отличаются на величину, равную половине площади сегмента базового среза. В варианте модуля солнечной батареи (фиг.7) фотоактивная площадь верхних угловых блок-элементов меньше, а нижних угловых блок-элементов больше чем у цельного фотопреобразователя. Если, например, высота стрелки сегмента составит 3% от диаметра круга, то отличие указанных площадей не превысит 2,75% и легко может быть скомпенсировано подбором электрических характеристик соответствующих половинок в угловых блок-элементах.

Возможен вариант модуля из круглых фотопреобразователей, где указанное обстоятельство отсутствует: использовать фотопреобразователи или без базового среза или с двумя диаметрально расположенными срезами, один из которых является базовым.

Возможен вариант модуля солнечной батареи из фотопреобразователей любых конфигураций без угловых блок-элементов (фиг.8) и собран из фотопреобразователей шестиугольной и эллипсной конфигурации. Модуль (фиг.8), как и в прототипе /3/, содержит блок-элементы вида песочных часов, ряды которых в вертикальном направлении чередуются с рядами цельных фотопреобразователей. Новым в изобретении является наличие блок-элементов рядного вида на краевых вертикальных рядах, что делает модуль полностью прямоугольным.

Преимущество модуля (фиг.4,5 и 7) перед модулем (фиг.8) состоит в меньшем количестве половинок относительно числа цельных фотопеобразователей, что уменьшает трудоемкость изготовления. Преимущество модуля (фиг.8) перед модулем (фиг. 4,5 и 7) состоит в больших возможностях по наращиванию модуля в горизонтальном направлении. Это наращивание можно осуществить введением любого вида внутреннего вертикального ряда, как это показано на фиг.8б слева и справа. Наращивание же модуля (фиг.4,5 и 7) в горизонтальном направлении может быть осуществлено только целым блоком, который показан на этих фигурах. Наращивание модуля в вертикальном направлении для обоих вариантов конструкции модуля осуществляется одинаковым образом: кратно блок-элементу рядного вида в краевом вертикальном ряду.

Таким образом, в конструкции модуля солнечной батареи согласно изобретению конфигурация половинок в блок-эленментах со всех четырех сторон полностью заполняет проемы, образованные краями рядов цельных фотопреобразователей, так что его периметр оказывается прямоугольным, ограниченным прямыми линиями параллельными краям прямоугольной панели. Таким путем достигается максимально возможное полезное использование площади панели. При освещении модуля солнечным излучением благодаря тому, что электрические характеристики блок-элементов идентичны цельным фотопреобразователям, может быть получена наибольшая электрическая энергия с единицы поверхности панели.

Формула изобретения

1. Полупроводниковый фотопреобразователь разной конфигурации, имеющий p n-переход на лицевой стороне и контакты на лицевой и тыльной сторонах, выполненный в виде цельного фотопреобразователя или фотопреобразователя, состоящего из параллельно соединенных нескольких частей цельного так, что по фотоактивной площади и электрическим характеристикам он идентичен цельному фотопреобразователю, при этом контакты фотопреобразователя содержат токосъемные полосы, проходящие параллельно его поперечной оси на расстоянии шага друг от друга, токосборные полосы с уширенными площадками на концах и в средней части, проходящие параллельно продольной оси на одинаковом расстоянии по обе стороны от нее, полосу, проходящую по периметру фотопреобразователя, к которой примыкают токосъемные и токосборные полосы, причем контактные полосы на лицевой и тыльной сторонах совмещены в плане, или тыльный контакт на тыльной стороне выполнен в виде металлического покрытия, отличающийся тем, что на обеих сторонах цельного фотопреобразователя поперечная и продольная оси свободны от токосъемных полос, или на тыльной стороне эти оси свободны от металлического покрытия, а сами контакты на обеих сторонах выполнены разделенными на отдельные симметричные системы так, что каждая часть фотопреобразователя содержит все необходимые контактные фрагменты - токосъемные полосы, одну или несколько токосборных полос, полосу по периметру и уширенные площадки для параллельной коммутации частей цельного фотопреобразователя между собой.

2. Фотопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что части цельного фотопреобразователя выполнены в виде двух продольных половинок, или двух поперечных половинок, или четырех четвертинок, при этом контакты на обеих сторонах цельного фотопреобразователя дополнительно содержат две центральные полосы, совмещенные в плане, проходящие по середине параллельно продольной оси по обе стороны от нее на расстоянии шага друг от друга, которые концами примыкают к полосе, проходящей по периметру и к каждой из которых с одной стороны примыкают токосъемные полосы, а также несколько пар уширенных площадок на лицевой стороне две пары уширенных площадок, расположенных по обе стороны от продольной оси, которые примыкают к центральным полосам и касаются полосы по периметру, а на тыльной стороне четыре пары уширенных площадок и две пары уширенных полос, причем уширенные площадки располагаются по обе стороны от поперечной оси на расстоянии друг от друга в каждой паре, равном шагу, две их них касаются полосы по периметру, а две другие пары примыкают к центральным полосам, пары уширенных полос расположены на краях или вблизи от них параллельно поперечной оси по обе стороны от продольной оси, примыкая торцами к центральным полосам и касаясь полосы по периметру и к которым примыкают концы токосборных полос, или на тыльной стороне выполнены одинаковые симметричные участки металлического покрытия, примыкающие к полосе по периметру.

3. Модуль солнечной батареи, размещенный на прямоугольной панели, состоящий из цельных фотопреобразователей непрямоугольной конфигурации и блок-элементов непрямоугольной конфигурации, состоящих из нескольких параллельно соединенных частей цельного фотопреобразователя, при этом цельные фотопреобразователи и блок-элементы имеют одинаковую фотоактивную площадь и электрические характеристики и соединены между собой последовательно, отличающийся тем, что конфигурация модуля выполнена прямоугольной, при этом цельные фотопреобразователи размещены с наибольшей плотностью на середине панели, а проемы на всех краях модуля заполнены блок-элементами, конфигурация которых соответствует конфигурации проемов.

4. Модуль по п.3, отличающийся тем, что блок-элементы состоят из различного сочетания между собой продольных половинок, поперечных половинок и четвертинок цельного фотопреобразователя.

5. Модуль по пп.3 и 4, отличающийся тем, что размещение цельных фотопреобразователей выполнено в шахматном порядке, при этом на его углах расположены блок-элементы угловой конфигурации, состоящие из одной продольной половинки и одной поперечной половинки, смещенных относительно друг друга в поперечном направлении, а на двух его продольных краях расположены блок-элементы рядной конфигурации, состоящие из двух продольных половинок, смещенных относительно друг друга в продольном направлении.

6. Модуль по пп.3 и 4, отличающийся тем, что он выполнен из чередующихся рядов, состоящих из ряда цельных фотопреобразователей и ряда блок-элементов конфигурации песочных часов, состоящих из двух поперечных половинок, одна из которых повернута относительно другой на 180^o, при этом на двух продольных краях модуля располагаются блок-элементы рядной конфигурации.

7. Модуль по пп. 5 и 6, отличающийся тем, что половинки выполнены из параллельно соединенных двух четвертинок, при этом конфигурация, фотоактивная площадь и электрические характеристики соединенных четвертинок идентичны соответствующим половинкам.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 05.06.2010

Дата публикации: 10.12.2011

---