具有內部間隔的非平面式太陽能單元的組件的制作方法

專利名稱：具有內部間隔的非平面式太陽能單元的組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能單元的裝配。具體而言，本發明涉及將非平面式太陽 能單元空間排列在太陽能電池板或太陽能電池陣列內以優化太陽能轉化為電 能的系統和方法。
2.
背景技術：
公用事業公司當前所需要面對的一個問題是電網上總電能需量在一天 當中的高峰時段與非高峰時段之間的巨大變化。這是電力工業特別需要考慮 的問題。所謂的高峰需求時段或負載流渴(shedding)時間間隔是指在發電設備 上需求量非常高的時段，需要負載流瀉以維持電網的正常服務。這會發生在， 例如，夏季高溫天氣時廣泛地同時使用電空調裝置時。典型地，負載流瀉時 間間隔可能持續很長時間，通常發生在一天中最熱的時段，例如正午12點至 下午6點之間。高峰時^t也可能發生在冬天最冷的幾個月內對電f^暖設備大 量使用的地區。事實上，獨立需求的變化可能不僅僅是由于電能消費者為了 實現其預期目的而對電能需求有所變化，也可能由于與電能價格有關的環境 調節和市場壓力。過去，為了適應非常高的峰值需量，電力工業被迫花費巨款用于投資額外的發電能力和設備，或者從其它已經進行了這種投資的公用 事業部門購買所述的"高峰"電能。
為了滿足上下波動的電能需量，電力生產企業可以單獨調節他們生產和 輸出的電能，和/或與另一電力生產企業合作以共同調節他們的輸出電能。減 輕公用事業公司基礎建設需求的 一 個方法是使用可替代電力產生源，例如太 陽能電池。然而，太陽能電池的發電量取決于太陽能電池暴露于太陽輻射的 時間長短。本領域現有的太陽能電池在中午前后(即進入的太陽輻射具有較小 入射角時)能夠達到最高容量。通常，太陽能電池系統的最高效率發生在高峰 用電量之前。如圖1B和1C所示， 一天當中高峰用電量相對于地理位置和季
節的改變而變化。例如，如圖1C所示，在一年中的12月份加利福尼亞的電 力需求高峰出現在傍晚6點至傍晚7點左右。在2006年3月28日的加拿大 安大略省，電力需求高峰幾乎出現了兩次， 一次是在上午9點左右，而另一 次是在晚間9點左右。圖1B示出了 1998年加利福尼亞的電力需求的大比例 變化。大體上，1998年加利福尼亞的電力需求高峰出現在下午4點左右。圖 1B還示出了從高峰時刻到傍晚時分的變化主要是由于居住用電力使用。因此， 高壓輸電線路網管理者例如獨立電力系統經營者(正SO)和阿爾伯達電力系統 經營者(AESO)開發了復雜的系統以跟蹤作為時間函數的電力需求和使用。可 以從獨立電力系統經營者(IESO)、阿爾伯達電力系統經營者(AESO)的主頁上、 以及AC Propulsion公司處獲得有關作為時間函數的高壓輸電線路網要求的其 它信息。
太陽能電池通常被制造成具有4一6平面厘米或更大的聚光表面的單獨物 理實體。因此，用來發電標準做法是在支撐襯底或板上將電池安裝成平層陣 列，從而它們的聚光表面形成一個大致單個的大聚光表面。此外，由于每個太陽能電池本身只能產生很少的電量，可以通過串聯和/或并聯矩陣形式陣列 的電池來實現所需的電壓和/或電流。
圖1A示出了現有技術的傳統太陽能電池結構。由于不同層之間具有很寬 的厚度，因此它們均被示意性地描述。另外，圖1是高度示意性的，從而其 代表"厚膜"太陽能電池和"薄膜"太陽能電池的特性。通常，使用間接帶隙材料 以吸收光的太陽能電池被構造為"厚膜"太陽能電池，因為為了吸收足夠的光量 需要厚膜的吸收層。使用直接帶隙材料以吸收光的太陽能電池通常被構造為 "薄膜"太陽能電池，因為僅直接帶隙材料薄層需要吸收足量的光。
在圖1A頂部的箭頭示出了電池上的直接太陽能照射源。層102是襯底。
玻璃或金屬是常用襯底材料。在薄膜太陽能電池中，襯底102可以是基于聚 合物的隔板、金屬或玻璃。在一些情況下，還有封裝層(未示出)包覆襯底102。 層104是與太陽能電池接觸的背電極。
層106是半導體吸收體層。背電接觸點104與吸收體層106之間歐姆接 觸。在許多但并非所有的情況下，吸收體層106是p型半導體。吸收體層106 足夠厚以吸收光。層108是半導體結接合配件(junction partner),其與半導體 吸收體層106 —同完成p-n結的形成。p-n結是太陽能電池中常用結的類型。 在基于p-n結的太陽能電池中，當半導體吸收體層106是p型摻雜材料時，接 合配件108是n型摻雜材料。反過來，當半導體吸收體層106是n型摻雜材 料時，接合配件108是p型摻雜材料。 一般地，接合配件108比吸收體層106 薄很多。例如，在一些情形下，接合配件108的厚度是大約0.05微米。接合 配件108對于太陽輻射是高度透明的。接合配件108也稱為窗口層，因為它 讓光線穿過而射向吸收體層106。在典型的厚膜太陽能電池中，吸收體層106和窗口層108可以由相同的
半導體材料制成，但卻具有不同的載體類型(摻雜物)和/或載體濃度，以便給
予這兩層它們獨特的p型和n型特性。在其中在吸收體層106是銅-銦-鎵-二 硒化物的薄膜太陽能電池中，用CdS形成接合配件108可以獲得高效電池。 可用于接合配件108的其它材料包括但不限于，Sn02、 ZnO、 Zr02和摻雜的 ZnO。
層110是對電極(counter electrode)，其使太陽能電池最后能發揮功能。對 電極110被用于引導電流流出該結，因為接合配件108通常電阻太大以致不 能提供這個功能。同樣地，對電極110應該高度導電并對光透明。對電極110 事實上可以是印在層108上類似梳子結構的金屬，而不是形成單獨的層。對 電極110通常是透明導電氧化物(TCO)，例如摻雜的氧化鋅(例如，摻雜了鋁 的氧化鋅)、氧化銦錫(ITO)、氧化錫(Sn02)、或氧化銦鋅。然而，即使存在TCO 層，傳統的太陽能電池通常也需要匯流式網絡114，以引導電流流出，因為 TCO的電阻太大，以致不能在更大的太陽能電池中有效地實現這一功能。網 絡114縮短了 TCO層中電荷載體為到達金屬接觸點所必須移動的距離，從而 降低電阻損耗。金屬母線，也被稱為柵極線，可以由例如銀、鋼鐵或鋁的任 何適當導電金屬制得。在網絡114的設計中，存在一種在導電性能較強卻阻 礙較多光線的厚柵極線與導電性能較弱卻阻礙較少光線的薄柵極線之間的交 替設計。該金屬母線優選地以類似梳子的形式構造以允許光線穿過層110。匯 流式網絡層114和層110結合在一起作為單一冶煉單元，功能性地與第一歐 姆接觸點相接觸以形成電流收集電路。在Sverdrup等的專利號為6,548,751的 美國專利(在此結合其全部內容作為參考)中，相互結合的銀母線網絡和氧化銦 錫層作為單一的、透明的ITO/Ag層。層112是增透涂層，其可以允許大量的額外光線進入電池。依據太陽能 電池的預定使用，增透涂層可以直接沉積在上導體上，如圖1A所示。可選地，
增透涂層112可以沉積在與上電極110相交疊的單獨防護玻璃罩上。理想地， 增透涂層將電池的反射在發生光電吸收的光譜區內減少到幾乎接近零，并同 時提高其在其它光譜區內的反射以減少發熱。在Aguilera等的專利號為 6,107,564的美國專利(在此結合其全部內容作為參考)中描述了本領域公知的 典型增透涂層。在一些情況下，增透涂層112由TiOx沉積制得，例如通過化 學沉積。在一些情況下，增透涂層112由SiNx沉積制得，例如通過加強等離 子的化學蒸氣沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition)。在一些實施方 案中，存在一層以上的增透涂層。例如，可以應用具有X/4設計、從空氣到半 導體接合層的成長指數的雙層涂層。 一個這樣的設計使用了蒸發的SZn和 MgF2。
太陽能電池通常只產生小的電壓。例如，基于硅的太陽能電池產生大約 0.6伏特(V)的電壓。因而，將太陽能電池串聯或并聯地內連，以獲得更大的電 壓。當串聯連接時，單個電池的電壓相加而電流保持相同。因此，與相似的 并聯裝配的太陽能電池相比，串聯裝配的太陽能電池降低了流過這些電池的 電流量，從而提高了效率。如圖1A所示，使用內連116來實現太陽能電池的 串聯裝配。 一般的，內連116將一個太陽能電池的第一電極與鄰接的太陽能 電池的對電極電連才妄。
如上所述，和如圖1A所示，傳統的太陽能電池通常形成板結構。雖然這 樣的電池在其較小時非常高效，但是較大的平面太陽能電池效率降低，因為 很難制造形成這種太陽能電池板的結的半導體膜。此外，在較大的平面太陽 能電池中出現針孔和類似裂紋的情況大大增加了。這些特點可能導致結上的分流。圓柱形太陽能電池消除了平面的太陽能電池的一些缺點。圓柱形太陽 能電池的構造技術能夠降例如低針孔和類似裂紋出現的幾率。圓柱形太陽能
電池的例子例如可以在以下文獻中找到Asia等的專利號6,762，359B2的美國 專利；Mlavsky的專利號3,976,508的美國專利；Weinstein和Lee的專利號 3,990,914的美國專利；以及ToppanPrinting公司的申請號為S59-125670的日
本專利申請。
現有技術中的太陽能電池有很大用處。它們可以用作解決公用事業公司 面對的一些問題。此外，他們提供了潔凈的可替代能源，可以減少煤電、水
電、核電資源負載。實際上，太陽能電池可以被應用在廣闊的領域，并以這 種方式有助于現有電網。另外，太陽能電池可以被單個家庭和建筑使用，以 降低傳統用電成本。然而，既便是現有技術中的圓柱形太陽能電池也存在缺 點，不能完全解決公用事業公司和能源消費者所要面對的問題。首先，在太 陽輻射收集過程中，圓柱形的太陽能電池被加熱到很高溫度，這就需要冷卻。 其次，當排列成平面陣列時，圓柱形太陽能電池經常在鄰接電池上投射陰影，
被人們所知的遮蔽效應。第三，通常需要為這樣的太陽能電池裝備精細的跟 蹤機構，以確保太陽能電池全天都面向太陽。這就是公知的跟蹤需求。
參照圖1D詳細描述遮蔽效應。圓柱形的太陽能電池1彼此相鄰被放置成 在襯底4上。在清晨或傍晚時分，進入的太陽輻射5以小的入射角度照射太 陽能電池表面。結果，太陽能電池在鄰接電池上4殳射大的陰影。如圖1D所示， 在相鄰的太陽能電池直接的遮蔽區域3存在陰影，缺少直接太陽輻射。遮蔽 效應解釋了已知太陽能系統的午后容量峰值。然而許多社區的電力需量高峰 都出現在傍晚時分，即當人們返回家中并需要烹調食物、加熱或冷卻他們的房間，和當建筑的屋頂在白天長時間暴露開始加熱建筑物從而增加空調的負 載。太陽能高峰容量和電力需量高峰之間的差異阻礙了對傳統的圓柱形太陽 能電池的使用。因此，本領域需要減低或消除來自相鄰太陽能電池或者來自 太陽能電池安裝環境中的其它物體的遮蔽效應。
許多傳統的圓柱形太陽能電池系統連接的跟蹤裝置是不利的。在本領域 中使用跟蹤裝置以加強太陽能電池系統的效率。隨時間移動，跟蹤裝置移動 太陽能電池以跟蹤太陽。為了跟蹤太陽的移動，太陽能電池系統的光軸被連 續性或周期性地機械調節，以便全天候直對太陽。在一些實施方案中，跟蹤 裝置在不止一個軸移動。傳統的跟蹤裝置加強了太陽能電池的電力輸出。然 而，跟蹤裝置的周期性機械調節需要較復雜、精細、且通常是昂貴的結構。 此外，也需要電力來調節跟蹤裝置，從而降低系統的總體效率。
以上每一 個缺點都對圓柱形太陽能電池的性能和/或制造圓柱形太陽能電 池的成本有不利影響。具有遮蔽缺點的示例性太陽能電池包括圓柱形或非圓
柱形太陽能電池，例如在以下文獻中所公開的Asia等的專利號6,762,359 B2 的美國專利；Mlavsky的專利號3,976,508的美國專利；Weinstein和Lee的專 利號3,990,914的美國專利；以及Toppan Printing公司的申請號為S59-125670
的曰本專利申請。
冷卻太陽能電池的方法(例如讓冷卻劑穿過太陽能電池中的管或將太陽能 電池放置在能自身冷卻的襯底上)已經被現有技術中公開。例如，參見Asia等 的專利號為6,762,359 B2的美國專利，和于1995年5月24日公開的Twin Solar-Technik Entwichlungs-GmbH的德國未審查專利申請DE4339547A1(以下 稱為"成對太陽能(TwinSolar)")。然而，在這些參考文獻中所公開的系統并不 令人滿意，因為它們太過昂貴。
27根據上述背景，本領域所需的是具有成本效率方法和系統，以用于冷卻 圓柱形太陽能電池和降低相鄰圓柱形太陽能電池在彼此上的遮蔽效應，特別 是在電力需量高峰時刻。優選地，這樣的系統和方法具有最小的跟蹤需求。
在此討論和引入的參考文獻將不會被認為是承認這樣的參考文獻為本發 明的現有技術。
3.

發明內容
本發明的一個方面提供了一種太陽能電池裝配件，其包括第一太陽能電 池組件，該第 一太陽能電池組件具有在共用平面內彼此平行或大致平行排列 而形成第一組多個相鄰的非平面式太陽能單元對的第一組多個非平面式太陽 能單元。如在此所使用的，術語"太陽能電池對"僅僅用于表示兩個太陽能單元， 它們在太陽能電池裝配件中彼此相鄰。太陽能單元，例如，可以是一個太陽 能電池、包括多個太陽能電池的整體集成的太陽能電池模塊、或者包括多個 太陽能電池的非整體集成的太陽能電池模塊。第一組多個非平面式太陽能單 元中的多個相鄰的非平面式太陽能單元對中的第一和第二非平面式太陽能單 元彼此間隔一分離器距離，從而允許直射的太陽光穿過非平面式太陽能單元
裝表面相隔至少一分隔距離。在一些實施方案中，該分隔距離大于分離器距 離。在其它實施方案中，該分隔距離小于分離器距離。
在一些實施方案中，該太陽能電池裝配件還包括第二太陽能電池組件，
二組多個相鄰的非平面式太陽能單元對的第二組多個非平面式太陽能單元。 在第二組多個非平面式太陽能單元中的多個相鄰的非平面式太陽能單元對中
28的第一和第二非平面式太陽能單元彼此間隔一分離器距離，從而允許直射的
太陽光穿過非平面式太陽能單元之間。在第二組多個非平面式太陽能單元中 的每個非平面式太陽能單元與安裝表面相隔至少一分隔距離。此外，該第一
太陽能單元組件和第二太陽能單元組件彼此間隔 一通道距離。在一 些實施方 案中，該分隔距離大于該通道距離。
在一些實施方案中，太陽能電池裝配件具有20個或更多、IOO個或更多、 500個或更多個非平面式太陽能單元。在一些實施方案中，多個非平面式太陽 能單元中的一個非平面式太陽能單元的直徑為2厘米一6厘米之間、5厘米或 更大、或者10厘米或更大。在一些實施方案中，分離器距離為0.1厘米或更 大、1厘米或更大、5厘米或更大、或者小于10厘米。在一些實施方案中， 分離器距離至少等于或大于第一組多個非平面式太陽能單元中的一個非平面 式太陽能單元的直徑。在一些實施方案中，分離器距離至少等于或大于第一 組多個非平面式太陽能單元中的一個非平面式太陽能單元的直徑的兩倍。在
一些實施方案中，第一組多個非平面式太陽能單元中的第一相鄰非平面式太 陽能單元對中的第一和第二太陽能單元之間的分離器距離不同于第一組多個 非平面式太陽能單元中的第二相鄰非平面式太陽能單元對中的第一和第二非 平面式太陽能單元之間的分離器距離。在一些實施方案中，在第一組多個非
非平面式太陽能單元之間的分離器距離相同。
在一些實施方案中，安裝表面與反照表面相交疊。在一些實施方案中， 這個反照表面具有至少60%的反照率。在一些實施方案中，反照表面是朗伯 (Lambertian)表面或漫反射表面。在一些實施方案中，反照表面與自清潔(self-cleaning)表面相交疊。在一些實施方案中，分隔距離為25厘米或更大、 或者2米或更大。
在一些實施方案中，第一組多個非平面式太陽能單元中的非平面式太陽 能單元包括(i)管狀或者(ii)剛性固體桿狀的襯底、環繞設置在襯底上的背電極、 環繞設置在背電極上的半導體結層，和環繞設置在半導體結上的透明導電層。 在一些實施方案中，太陽能電池裝配件還包括環繞密封在非平面式太陽能電 池上的透明管形套。在一些情況下，該透明管形套由塑料或玻璃制成。在一 些情況下，襯底包括塑料、玻璃、金屬或金屬合金。在一些情況下，襯底為 管狀并且流體穿過該襯底。在一些情況下，半導體結包括吸收體層和結匹配 層，從而使結匹配層環繞設置在吸收體層上。在這樣一些實施方案中，吸收 體層為銅-銦-鎵-二硒化物，而結匹配層為In2Se3、 In2S3、 ZnS、 ZnSe、 CdlnS、 CdZnS、 ZnIn2Se4、 Zni.xMgxO、 CdS、 Sn02、 ZnO、 Zr02、或者摻雜的ZnO。
本發明的其它實施方案中還提供了多個內反射器。多個內反射器中的每 個內反射器被構建在多個非平面式太陽能單元中相應的第一和第二非平面式 太陽能單元之間，從而從各個內反射器反射的太陽光的 一部分^皮反射在相應 的第一非平面式太陽能單元上。在一些實施方案中，多個內反射器中的一個
內反射器具有中空孔。在一些實施方案中，多個內反射器中的一個內反射器 包括塑料套，該塑料套具有沉積在其上的反射材料層。在一些實施方案中， 該層反射材料為拋光鋁、鋁合金、銀、鎳或鋼。在一些實施方案中，多個內 反射器中的一個內反射器為由反射材料(例如，拋光鋁、鋁合金、銀、鎳或鋼) 制出的單片。在一些實施方案中，在多個內反射器中的一個內反射器包括塑 料套，在其上涂附有一層金屬箔膠帶(例如，鋁箔膠帶)。本發明的另 一 方面還提供了 一種太陽能電池裝配件，其包括太陽能電池
多個相鄰的非平面式太陽能單元對的多個非平面式太陽能單元。該太陽能電 池裝配件還包括盒狀套，該盒狀套具有一個底部和多個透明側面板。該盒狀 套包覆太陽能電池組件。在第一組多個非平面式太陽能單元中的多個相鄰非 平面式太陽能單元對中的第 一 和第二非平面式太陽能單元彼此間隔 一 分離器 距離，從而允許直射的太陽光穿過非平面式太陽能單元之間并照射在盒狀套 的底部上。多個非平面式太陽能單元中的每個非平面式太陽能單元與該底部 相隔至少一分隔距離。此外，在一些實施方案中，該分隔距離大于分離器距 離。在其它實施方案中，該分隔距離小于分離器距離。在一些實施方案中， 盒狀套還包括上層，該上層密封盒狀套并遮蔽所述多個非平面式太陽能單元 以免受直接的太陽輻射。在一些實施方案中，上層的第一側涂覆有增透涂層， 而上層的第二側涂覆有反射涂層，從而使該第一側從盒狀套面向外，而該第 二側從盒狀套向內面向多個非平面式太陽能單元。在一些實施方案中，多個 透明側面板包括透明塑料或玻璃。在一些實施方案中，多個透明側面板包括 鋁矽酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、雙色玻璃、鍺/半導體玻璃、玻璃陶瓷、硅酸 鹽/熔融石英玻璃、堿石灰玻璃、石英玻璃、硫屬化物/疏化物玻璃、氟化玻璃、
含鉛玻璃或者cereated玻璃。在一些實施方案中，多個透明側面板包括氨基甲 酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、聚酰胺、聚烯烴、聚甲基丙烯酸 甲酯(PMMA)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基碳 氟化合物(PFA)、尼龍/聚酰胺、交聯聚乙烯(PEX)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲 酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、熱塑性共聚物、聚亞安酯/聚氨酯、 透明聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、或者上述材料的任意組合。4.


圖1A示出了現有技術的內連式(interconnected)太陽能電池； 圖IB示出了利用現有技術的情況下1998年加利福尼亞的電力需求的大 比例變4匕；
圖1C示出了利用現有技術的情況下在一年中的12月份加利福尼亞的傍
晚6點至傍晚7點左右時的電力需求高峰；
圖1D示出了與現有技術的太陽能電池相關的遮蔽效應；
圖2A示出了根據本說明書中的一個實施方案的非平面式太陽能電池的
橫截面視圖2B示出了根據本說明書中的一個實施方案的太陽能電池模塊的立體 圖和對黃截面視圖3A示出了根據本說明書中的一個實施方案的太陽能電池組件的立體
圖3B示出了根據本說明書中的一個實施方案的太陽能電池組件的橫截 面視圖3C示出了根據本說明書中的一個實施方案的太陽能電池組件的頂視
圖3D示出了根據本說明書中的一個實施方案的太陽能電池組件的局部 橫截面視圖3E示出了根據本說明書中的一個實施方案的太陽能電池組件的局部橫 截面視圖3F示出了根據本說明書中的 一個實施方案的太陽能電池組件的局部橫截面視圖4A示出了根據本說明書中的一個實施方案的封裝起來的太陽能電池
組件的立體圖4B示出了根據本說明書中的一個實施方案的封裝起來的太陽能電池 組件的;f黃截面一見圖4C示出了根據本說明書中的一個實施方案封裝起來的的太陽能電池 組件的頂^L圖4D示出了根據本說明書中的一個實施方案的封裝起來的太陽能電池 組件的局部橫截面視圖4E示出了根據本說明書中的一個實施方案的具有背反射器的封裝起來 的太陽能電池組件的橫截面視圖4F示出了根據本說明書中的一個實施方案的具有內反射器的封裝起來 的太陽能電池組件的局部橫截面視圖4G示出了根據本說明書中的一個實施方案的對靜態聚光器的使用；
圖5A示出了根據本說明書中的一個實施方案的傾斜的太陽能電池組件 的立體圖5B示出了根據本說明書中的一個實施方案的太陽能電池組件的頂視
圖5C示出了根據本說明書中的一個實施方案的太陽能電池組件的側視
圖6示出了根據本說明書中的一個實施方案的封裝起來的太陽能電池組 件的側視圖7A-7D示出了在本說明書的實施方案中的各種太陽能單元中所用的半
33導體結；
圖8A-8C示出了根據本說明書的實施方案的示例性太陽能電池裝配件； 圖9A-9C示出了根據本說明書的某些實施方案的太陽輻射的性能； 圖IO示出了根據本發明的一個實施方案的太陽能電池組件的太陽能吸收 圖解；
圖11A-11D示出了根據本發明實施方案的太陽能電池組件的太陽能收集 圖解；
圖12A-12C在現有技術實施方案與根據本說明書的實施方案之間比較了 全年電能吸收。
在各個附圖中，相似的附圖標記表示相應的部分。各附圖中的尺寸并不 是按比例繪制的。
5.
具體實施例方式
陽能單元構成一些實施方案的新型太陽能電池裝配件的一部分。在某些實施 方案中，非平面式太陽能單元可以是下面結合圖2A所描述的太陽能電池，或 者是下面結合圖2B所描述的太陽能電池模塊。在某些實施方案中，太陽能電 池裝配件包括單個太陽能電池板。在某些實施方案中，太陽能電池裝配件包 括多個太陽能電池板。
5.1.基本結構
圖2A示出了太陽能電池200的非平面式太陽能單元的示例性實施方案的 橫截面視圖。在某些實施方案中，非平面的襯底是(i)管狀的，或(ii)剛性固體。 在某些實施方案中，非平面的襯底是柔性管、剛性管、剛性固體或柔性固體。如圖2A所示，太陽能電池200包括襯底102、背電極104、半導體結206、 可選的本征層215、透明導電層110、可選的電極帶220、可選的填充層230， 和可選的透明管形套210。在一些實施方案中，非平面式太陽能單元200也包 括可選的熒光粉涂層和/或反反射涂層，以進一步加強對太陽輻射的吸收。
#乎面4^^4川2。非平面式襯底102作為太陽能電池200的襯底。在一 些實施方案中，襯底102的全部或部分是非平面閉合形狀。例如，在一些實 施方案中，襯底102的全部或部分是剛性管或剛性固體桿。在一些實施方案 中，襯底102的全部或部分是任何固體或中空的圓柱形。在一些實施方案中， 襯底102是由塑料金屬或玻璃制出的剛性管。在一些實施方案中，太陽能單 元200的整體外形與襯底102的形狀相同。在一些實施方案中，太陽能單元 200的整體外形與襯底102的形狀不同。在一些實施方案中，襯底102是非纖 維的。
在一些實施方案中，襯底102是剛性的。可利用各種不同計量，包括但 不限于楊氏模數來度量材料的剛性。在固體力學中，楊氏模數(E)(也稱為楊氏 模量、彈力模數、彈性模數或張力模數)是對給定材料的硬度的度量。對于小 的應變，其被定義為應力的變化率對應變的比率。可通過試驗根據在材料樣 本上進行張力測試過程中產生的應力-應變曲線的斜率來獲得楊氏模數。在下 表中給出各種材料的楊氏模數。
楊氏模量(E) GPa
楊氏模量(E) 1 bf/in2(psi)
橡膠(小應變)
低密度聚乙蜂
聚丙烯
聚對苯二甲酸乙二醇酯
聚苯乙烯
尼龍
鋁合金
0.01-0.1
1,500-15,000 30,000
217,000-290,000 290,000-360,000 435,000-505,000 290,000-580,000 10,000,000
35玻璃(所有類型)
黃銅和青銅
鈦(Ti)
碳纖維增強塑料 (非直接的，沿顆粒) 熟鐵和鋼 鎢
金剛砂(SiC)
碳化鵠(WC)
石炭納米管(nanotube)
鉆石(C)
72
103-124 105-120 150
1卯-210 400-410 450
450-650
1,000+
1,050-1,200
10,400,000 17,000,000
15,000,000-17,500,000 21,800,000
30,000,000
58,000,000-59,500,000 65,000,000
65,000,000-94,000,000 145,000,000
150,000,000-175,000,000
在本發明的一些實施方案中，當材料(例如，襯底102)由楊氏模量為20GPa 或更大、30GPa或更大、40GPa或更大、50GPa或更大、60GPa或更大、或 者70GPa或更大的材料來制備時，其被認為是剛性的。在本發明的一些實施 方案中，當材料的楊氏模量在應變范圍上恒定不變時，該材料(例如，襯底102) 被認為是剛性的。這樣的材料被稱為是線性的，并遵循胡克定律(Hooke's Law)。在一些實施方案中，襯底102由遵循胡克定律的線性材料制出。線性 材料的例子包括但不限于鋼、碳化纖維和玻璃。橡膠和土壤(除非處于非常低 的應變下)是非線性材料。
本發明不限于具有剛性圓柱形或者是固體桿的襯底。襯底102的全部或 一部分可由圖2A中所示的圓形之外的若干形狀中的任意一種限定形成的橫 截面來表征。該限定形狀可以是圓形、卵形或由一個或更多平滑曲面表征的 任何形狀、平滑曲面的任何接合中的任意一種。該限定形狀可以具有n角， 其中n是3、 5或大于5。該限定形狀也可以本質上為線性的，包括三角形、 矩形、五角形、六角形、或具有任意數量的線性分段表面的形狀。或者，該 橫截面可以由線性表面、弓形表面、或者曲面的任意組合來限定形成。如在 此所述，僅為了便于討論，示出多面圓形橫截面來表示光電裝置的非平面實施方案。但是，應當注意，任意橫截面幾何形狀都可被用于在實際中非平面 的光電裝置10。
在一些實施方案中，襯底102的第一部分的特征在于第一橫截面形狀， 襯底102的第二部分特征在于第二橫截面形狀，其中第一和第二橫截面形狀
是相同或不同的。在一些實施方案中，襯底102長度的至少10%、至少20%、 至少30%、至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80。/。、至少 90%或者全部的特征在于第一橫截面形狀。在一些實施方案中，第一橫截面 形狀是平面的(例如，沒有弓形側)，而第二橫截面形狀具有至少一個弓形側。
在一些實施方案中，非平面式襯底102為(i)管狀或者(ii)剛性固體。在一 些實施方案中，非平面式襯底102是柔性管、剛性管、剛性固體或柔性固體。 例如，在一些實施方案中，非平面式襯底102是空的柔性纖維。在一些實施 方案中，非平面式襯底102是由塑料金屬或玻璃制出的剛性管。在一些實施 方案中，非平面式襯底102由塑料、金屬、金屬合金或玻璃制得。在一些實 施方案中，襯底102由氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、聚 苯并咪唑、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰胺一酰亞胺、基于玻璃基 酚、聚苯乙烯、交聯聚苯乙烯、聚酯、聚石岌酸酯、聚乙烯、丙烯腈一丁二烯 一苯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸酯、尼龍66、乙酸丁酸纖維素、醋酸 纖維素、剛性乙歸樹脂、塑性乙烯樹脂或者聚丙烯制得。在一些實施方案中， 襯底102由4呂砂酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、雙色玻璃、鍺/半導體玻璃、玻璃 陶瓷、硅酸鹽/熔融石英玻璃、堿石灰玻璃、石英玻璃、疏屬化物/疏化物玻璃、 氟化玻璃、玻璃基酚(glass-based phenolic)、含鉛玻璃或者cereated玻璃制得。
在一些實施方案中，非平面式襯底102由例如聚苯并咪唑(例如， Celazole ,可從德克薩斯Shiner的Boedeker Plastics公司獲得)的材料制得。在一些實施方案中，非平面式襯底102由聚酰胺(例如，特拉華Wilmington的 DuPontTM、 Vespel 、或者DupontTMKaptoi^)制得。在一些實施方案中，非平 面式襯底102由聚四氟乙烯(PTFE)或者聚醚醚酮(PEEK)(它們每一個都可以從 Boedeker Plastics公司獲得)制得。在一些實施方案中，非平面式襯底102由聚 酰胺一酰亞胺(例如，喬治亞Alpharetta的Torlon PAI, Solvay Advanced Polymers)制得。
在一些實施方案中，襯底102由基于玻璃基酚制得。通過對浸滿合成熱 固性樹脂的紙、帆布、亞麻布或玻璃布料層施加熱量及壓力來制成酚疊層。 當熱量及壓力施加在層上時，化學反應(聚合)將分離的層轉換為具有不會再次 軟化的"固定"形狀的單一層疊材料。因此，這些材料被稱為"熱固性"。可以使 用各種樹脂類型及布材料來制造具有 一 定范圍機械、熱及電特性的熱固性疊 層。在一些實施方案中，襯底102是具有NEMA級G-3、 G-5、 G-7、 G-9、 G-10或G-11的酚疊層。示例酚疊層可從Boedeker Plastics, Inc.購得。
在一些實施方案中，襯底102由聚苯乙烯制得。聚苯乙烯的例子包括常 用聚苯乙烯和耐沖性聚苯乙烯，如McGraw-Hill公司在1987年出版的《Marks， Standard Handbook for Mechanical Engineers》第九版第6-174頁所述的耐沖性 聚苯乙蹄，在此引入其全部內容作為參考。在其它實施方案中，襯底102由 交聯聚苯乙烯制得。交聯聚苯乙烯的一個例子是Rexolite (從加利福尼亞 National City的San Diego Plastics公司獲得)。Rexolite是通過交聯聚苯乙歸與 二乙烯基苯制成的熱固性的，特別是剛性且透明的塑料。
在其它實施方案中，襯底102由聚碳酸酯制得。這樣的聚碳酸酯可以包 含各種量的玻璃纖維(例如，10%、 20%、 30%或40%)，以調節材料的拉伸
38強度、硬度、壓縮強度和熱膨脹系數。聚碳酸酯的例子是Zelux^M和ZeliD^ W ，它們可以從Boedeker Plastics公司獲得。
在一些實施方案中，襯底102由聚乙蜂制得。在一些實施方案中，襯底 102由低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或超高分子量聚乙烯 (UHMW PE)制得。HDPE的化學特性在McGraw-Hill公司1987年出版的Marks 的Standard Handbook for Mechanical Engineers第九版第6-173頁中進行了描 述，在此引入其全部內容作為參考。在一些實施方案中，襯底102由丙烯腈 一丁二烯一苯乙烯、聚四氟乙烯(Teflon)、聚甲基丙烯酸酯(透明合成樹脂或樹 脂玻璃)、尼龍66、醋酸丁酸纖維素、醋酸纖維素、剛性乙烯樹脂、塑性乙烯 樹脂或聚丙烯制得。這些材料的化學特性在McGraw-Hill公司1987年出版的 Marks的Standard Handbook for Mechanical Engineers第九版第6-172至6-175 頁中有描述，在此引入其全部內容作為參考。
可用于形成襯底102的其它示例性材料在以下文件中找到McGraw-Hill 7>司出Modern Plastics Encyclopedia》；Butterworth出；f反的《Fibres, Plastics and Rubbers》中的"reinhold plastics applications series ， Reinhold Roff ，； McGraw-Hill 乂>司出W反的Lee禾口 Neville的Epoxy Resins; Interscience出W反的 Bilmetyer的Textbook of polymer science; McGraw-Hill出版的Schmidt和 Marlies的principles of high polymer theory and practice; Beadle編，Plastics, Morgan-Grampiand, Ltd., Vol. 2, 1970; Tobolsky和Mark(編),Polyner Science and Materials, Wiley 1971; Glanville, The Plastics's Engineer's Data Book, Industrial Press, 1971; Mohr(編輯和資深作家)、Oleesky、 Shook和Meyers, SPI
Handbook of Technology and Engineering of Reinforced Plastics Composites, Van NostrandReinhold, 1973;在此結合其全部內容作為參考。在一些實施方案中，襯底102的橫截面是圓周，并且包含3 mm-100mm、 4 mm-75 mm、 5 mm漏50 mm、 10 mm-40 mm或14 mm-17 mm的夕卜^圣。在一些 實施方案中，襯底102的橫截面是圓周，并且具有1 mm-1000mm的外徑。
在一些實施方案中，襯底102是具有中空內部的管。在這樣的實施方案 中，襯底102的橫截面的特征在于限定形成中空內部的內半徑和外半徑。內 半徑和外半徑之間的差值是襯底102的厚度。在一些實施方案中，襯底102 的厚度在0.1 mm-20 mm、 0.3 mm-10 mm、 0.5 mm-5 mm或1 mm-2 mm之間。 在一些實施方案中,內半徑在1 mm-100 mm、 3 mm-50 mm或5 mm-10 mm之 間。
參照圖2B,在一些實施方案中，襯底102的長度/在5mm-10,000mm、 50mm-5000mm、 100 mm-3000 mm或500 mm-1500 mm之間。在一個實施方 案中，襯底102是具有15 mm外徑、1.2 mm厚度和1040 mm長度的中空管。
^^炎川4。背電極104環繞設置在襯底102上。背電極104用作第一電 極。通常，背電極104由能夠支持由非平面式太陽能電池200產生的光電電 流并具有可忽略電阻損耗的任何材料制成。在一些實施方案中，背電極104 由任何導電材料制成，例如鋁、鉬、鎢、釩、銠、鈮、鉻、鉭、鈦、鋼、鎳、 鉑、銀、金，上述金屬的合金，或其任意組合。在一些實施方案中，背電極 104由任何導電材料制成，例如氧化銦錫、氮化鈦、氧化錫、摻氟氧化錫、摻 雜氧化鋅、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、摻硼氧化鋅、氧化銦鋅、金屬-碳黑填 充氧化物、石磨-碳黑填充氧化物、碳黑-碳黑填充氧化物、超導碳黑填充氧化 物、環氧化物、導電玻璃或導電塑料。如在此所定義的，導電塑料是通過化 合技術包含導電填充物，從而將它們的導電特性傳遞給該塑料的材料。在一 些實施方案中，導電塑料被用于形成包含填充物的背電極104，該填充物在塑料基質中形成足量的導電電流輸送路徑以支持非平面式太陽能電池200所產 生的光電電流并具有可忽略的阻抗損耗。導電塑料的塑料基質通常是絕緣的， 但產生的合成物顯示出填充體的導電特性。
羊,沐潛206。半導體結206圍繞背電極104形成。半導體結206是具有 吸收體層106的任意光電同質結、異質結、異質面結、掩埋同質結、p-i-n結 或串聯結，該吸收體層106是直接的帶-隙吸收體(例如，結晶硅)或間接的帶誦 隙吸收體(例如，無定型硅)。這些結的描述可見以下文獻Imperial College Press(倫敦)1998年出版的Bube的Photovoltaic Materials第一章，和英格蘭 West Sussex的John Wiley & Sons有P艮乂A司于2003年發4亍的Lugue牙口 Hegedus 的Handbook of Photovoltaic Science and Engineearing ，在此引入其全部內容作 為參考。
在一些實施方案中，半導體結包括吸收體層106和結匹配層108，其中 結匹配層108環繞設置在吸收體層106上。在一些實施方案中，吸收體層106 是銅-銦-鎵-二硒化物(CIGS),結匹配層108是ln2Se3、Iii2S3、ZnS、ZnSe、CdlnS、 CdZnS、 ZnIn2Se4、 ZriLxMgxO、 CdS、 Sn02、 ZnO、 Zr02或摻雜ZnO。在一些 實施方案中，吸收體層108的厚度為0.5 (im。在一些實施方案中，吸
收體層108中Cu/(In+Ga)的構成比為0.7-0.95。在一些實施方案中，吸收體層 108中Ga/(In+Ga)的構成比為0.2-0.4。在一些實施方案中，吸收體層108包括 具有<110>結晶方向、<112>結晶方向的CIGS或隨機定向的CIGS。
在以下第5.4節詳細描述了半導體結206的示例性類型。除了在以下第 5.4節中公開的示例性結，結206可以是多結，其中光線橫穿結206的核而穿 過多個結，該多個結優選地具有更小的帶間隙。
f遂^^:在^Z 5。可選地，具有薄本征層(i-層)215，其環繞設置在半導
41體結206上。該i-層215可以使用任意非摻雜透明氧化物制成，該非摻雜透明 氧化物包括但不限于氧化鋅、金屬氧化物或高度絕緣的任意透明材料。在一 些實施方案中，i-層215是高純度的氧化鋅。
邊效爭^^770。透明導電層110環繞設置在半導體結層206上，從而使 太陽能電池200的電路完整。如上所示，在一些實施方案中，薄i-層215環繞 設置在半導體結206上。在這樣的實施方案中，透明導電層110環繞設置在 該i-層215上。在一些實施方案中，透明導電層110由以下材料制成碳納米 管、氧化錫SnOx(含氟摻雜或不含氟摻雜)、氧化銦錫(ITO)、摻雜氧化鋅(例如， 摻鋁氧化鋅)、氧化銦鋅、摻雜氧化鋅、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、摻硼氧化 鋅、或其任意組合。碳納米管是商業可得的，例如，來自Eikos(馬薩諸塞州， 富蘭克林)并且在美國專利號6,988,925中所描述的，在此結合其全部內容作為 參考。在一些實施方案中，透明導電層110是p-摻雜或是n-摻雜的。例如， 在結206的外部半導體層是p-摻雜的實施方案中，透明導電層110可以是p-摻雜。同樣地，在結206的外部半導體層是n-摻雜的實施方案中，透明導電 層110可以是n-摻雜。 一般地，透明導電層110優選由具有非常低的阻抗、 合適的光學傳播特性(例如，大于90%)和不會破壞半導體結206和/或光學i-層215下層的沉積溫度的材料制得。在一些實施方案中，透明導電層110是 導電的聚合物材料，例如導電的聚噻吩(polytiophene)、導電的聚苯胺、導電的 聚吡咯、摻PSS的PEDOT(例如，Bayrton)，或者上述任何材料的衍生物。在 一些實施方案中，透明導電層110不止一層，包括第一層和第二層，其中第 一層包含氧化錫SnOx(含氟摻雜或不含氟摻雜)、氧化銦錫(ITO)、銦-氧化鋅、 摻雜氧化鋅(例如，摻鋁氧化鋅)或其任意組合，而第二層包含導電的聚噻吩、 導電的聚苯胺、導電的聚吡咯、摻PSS的PEDOT(例如，Bayrton)，或者上述任何材料的衍生物。可用于形成透明導電層110的其它合適的材料在Pichler 的美國專利公開2004/0187917Al中被披露，在此結合其全部內容作為參考。
^遂^g炎夢"0。在一些實施方案中，對電極帶或導線220被設置在透 明導電層110上，以便于電流流動。在一些實施方案中，對電極帶220是導 電材料的薄帶，其沿細長的太陽能電池的長軸縱向延伸。在一些實施方案中， 可選的電極帶間隔設置在透明導電層110的表面上。例如，在圖2A中，對電 極帶220彼此平行地延伸并且沿太陽能電池的長軸間隔開90度的間隔。在一 些實施方案中，對電極帶220在透明導電層110的表面上隔開5度、10度、 15度、20度、30度、40度、50度、60度、90度或180度的間隔。在一些實 施方案中，在透明導電層110的表面上只有單個對電極帶220。在一些實施方 案中，在透明導電層110的表面上沒有對電極帶220。在一些實施方案中，在 透明導電層110的表面上存在2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9 個、10個、11個、12個、15個或更多、30個或更多的對電極帶220，它們 都沿太陽能電池的長軸彼此平行或大致平行地延伸。在一些實施方案中，對 電極帶220圍繞透明導電層110的圓周等間隔設置，例如，如圖2A所示。在 可選實施方案中，對電極帶220圍繞透明導電層110的圓周非等間隔設置。 在一些實施方案中，對電極帶220只在非平面式太陽能電池200的一個面上。 在一些實施方案中，圖2A的元件102、 104、 206、 215(可選的)和110共同包 括太陽能電池200。在一些實施方案中，對電極帶220由導電環氧化物、導電 墨水、銅及其合金、鋁及其合金、鎳及其合金、銀及其合金、金及其合金、 導電膠水、或者導電塑料制得。
在一些實施方案中，存在沿非平面式太陽能電池200的長軸延伸的對電 極帶。這些對電極帶通過柵極線彼此互相連接。這些柵極線可以比電極帶更厚、更薄、或具有相同寬度。這些柵極線可以由與對電極帶220的相同或不 同的電學材料制得。
^遂好裙尤^230。在一些實施方案中，如圖2A所示，例如乙烯醋酸乙 烯(EVA)、硅、硅膠、環氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、 RTV硅橡膠、聚 乙烯丁縮醛(PVB)、熱塑性聚亞安酯(TPU)、聚^碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物 和/或聚氨酯的密封劑制成的填充層230環繞設置在透明導電層110上以密封 阻隔空氣。
在一些實施方案中，填充層230是Q型硅、硅倍半氧烷、D型硅或M型 硅。然而，在一些實施方案中，當同時有一個或多個電極帶220時，甚至可 以不需要可選的填充層230。用于可選填充層的其它合適材料在2006年3月 18日^是交的、名稱為"Elongated Photovoltaic Solar Cells in Tubular Casings"、 代理機構案號為11653-008-999的共同未決的美國專利申請號11/378,847中被 描述，在此結合其全部內容作為參考。
在一些實施方案中，可選填充層230是疊層，例如公開于在2007年3月 13日"l是交的、名牙爾為"A Photovoltaic Apparatus Having a Laminate Layer and Method for Making the Same"、代理機構案號為11653-032-888的申請號待定的 美國臨時專利申請中的任何疊層，在此結合其全部內容進行參考。在一些實 施方案中，填充層230具有小于lxl06cP的祐度。在一些實施方案中，填充 層230具有大于500xl0—6/°C或大于1000xlO_6/°C的熱膨脹系數。在一些實施 方案中，填充層230包括聚二甲基硅氧烷聚合物。在一些實施方案中，填充 層230按比重包括小于50%的絕緣膠或形成絕緣膠的組分；和至少30%的 透明硅油，該透明硅油的開始粘度不超過絕緣膠或形成絕緣膠的組分的開始 粘度的一半。在一些實施方案中，填充層230具有大于500xlO，C的熱膨脹
44系數，并且按比重包括小于50%的絕緣膠或形成絕緣膠的組分；和至少30 %的透明硅油。在一些實施方案中，填充層230由硅油與絕緣膠混合形成。 在一些實施方案中，硅油是聚二甲基硅氧烷聚合物流體，并且絕緣膠是第一 有機硅彈性體和第二有機硅彈性體的混合物。在一些實施方案中，填充層230 按比重由X乂的聚二甲基硅氧烷聚合物流體、YG/o的第一有機硅彈性體和ZQ乂 的第二有機硅彈性體形成，其中X、 Y和Z的和為IOO。在一些實施方案中， 聚二甲基硅氧烷聚合物流體具有化學式(CH3)3SiO[SiO(CH3)2]nSi(CH3)3 ，其中 n是被選的整數范圍，其使聚合物流體的平均體積粘度為50厘斯托克 (centistokes)-100厘斯托克范圍內。在一些實施方案中，第一有機硅彈性體按 比重包括至少60%的二甲基乙烯一封端的二甲基硅氧烷，和3%-7%的硅酸鹽。 在一些實施方案中，第二有機硅彈性體按比重包括(i)至少60%的二甲基乙 烯 一 封端的二甲基硅氧烷；(ii) 10 % — 30 %的氫 一 封端的二甲基硅氧烷；和(iii)3 % — 7。％的三甲基硅石。在一些實施方案中，X為30 — 90; Y為2 —20;而Z 為2 — 20。
^T遂^邊效^乎面4^艱套Z^。在一些不具有可選的填充層230的實施 方案中，透明非平面式管形套210環繞設置在透明導電層110上。在一些不 具有可選的填充層230的實施方案中，透明非平面式管形套210由塑料或玻 璃制得。在一些實施方案中，太陽能電池200被密封在透明非平面式管形套 210中。在一些實施方案中，如圖2A所示，透明非平面式管形套210形成太 陽能電池200的最外層。可以用加熱收縮、噴射模制或真空負荷等方法構建 透明非平面式管形套210，從而將氧氣和水排出系統，并且為太陽能電池200 的下層提供互補配合。
在一些實施方案中，可選的透明非平面式管形套210由鋁矽酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、雙色3皮璃、鍺/半導體玻璃、玻璃陶覺、珪酸鹽/熔融石英玻璃、
堿石灰玻璃、石英玻璃、硫屬化物/疏化物玻璃、氟化玻璃、含鉛玻璃或cereated 玻璃制得。在一些實施方案中，透明非平面式管形套210由氨基甲酸脂聚合 物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、硅、硅膠、環氧化合物、聚酰胺或聚烯烴 制得。
在一些實施方案中，可選的透明非平面式管形套210由以下材料制得 氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、含氟聚合物、 硅、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅膠、環氧化物、乙烯醋酸乙烯(EVA)、全氟 烷氧基^5友氟化合物(PFA)、尼龍/聚酰胺、交聯聚乙烯(PEX)、聚烯烴、聚丙烯 (PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、熱塑性共聚物(例 如，ETFE ,其從乙烯和四氟乙烯的聚合獲得TEFLON⑧單體)、聚亞安酯/ 聚氨酯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、 Tygon 、乙烯樹脂、Viton 或者上述材料的任意組合或其變體。用于可選的透明非平面式管形套210的 其它合適材料公開于在2006年3月18日提交的、名稱為"Elongated Photovoltaic Solar Cells in Tubular Casings"、代理機構案號為11653-008-999的 共同未決的美國專利申請號11/378,847中，在此結合其全部內容作為參考。
在一些實施方案中，透明非平面式管形套210包括多個透明非平面式管 形套層。在一些實施方案中，每個透明非平面式管形套層由不同的材料組成。 例如，在一些實施方案中，透明非平面式管形套210包括第一透明非平面式 管形套層和第二透明非平面式管形套層。依據太陽能電池的精確構造，第一 透明非平面式管形套層置于透明導電層110、可選的填充層230或防水(water resistant)層上。第二透明非平面式管形套層置于第 一透明非平面式管形套層 上。在一些實施方案中，每個透明非平面式管形套層具有不同的特性。在一 個實施方案中，外部透明非平面式管形套層具有UV屏蔽性，而內部透明非 平面式管形套層具有防水性。此外，使用多個透明非平面式管形套層可以降 低成本和/或改善透明非平面式管形套210的整體特性。例如， 一層透明管形
套層可以由具有理想的物理特性的昂貴材料制得。通過使用一層或多層其它 透明非平面式管形套層，可減少昂貴的透明非平面式管形套層的厚度，從而
節省材料成本。在另一實施方案中， 一層透明非平面式管形套層可以具有優 異的光學特性(例如，折射率等)但卻太重。通過使用一層或多層其它透明非平 面式管形套層，可以減少重的透明非平面式管形套層的厚度，從而降低透明
非平面式管形套210的整體重量。
^T逸W銀;^^。在一些實施方案中， 一層或多層防水層被涂覆在太陽能 電池200上。在一些實施方案中，在沉積可選的填充層230和可選地將太陽 能電池200包覆在透明非平面式管形套310中之前，將這樣的防水層置于透 明導電層no之上。在一些實施方案中，在可選地將太陽能電池200包覆在 透明管形套210中之前，將這樣的防水層置于可選的填充層230上。在一些 實施方案中，這樣的防水層被置于透明非平面式管形套210自身上，從而形 成太陽能電池200。在一些實施方案中，提供防水層來密封太陽能電池的內層 以阻隔水，應當注意，防水層的光學特性不應干擾太陽能電池200對入射太 陽輻射的吸收。在一些實施方案中，防水層由純凈硅制得。例如，在一些實 施方案中，防水層由Q型硅、硅倍半氧烷、D型硅或M型硅制得。在一些實 施方案中，防水層由純凈硅、SiN、 SiOxNy、 SiOx或八1203制得，其中x和y 是整數。
^"遂^潛邊凌i。在一些實施方案中，太陽能電池包括一個或多個增透涂層，以使太陽能電池的效率最大化。在一些實施方案中，存在防水層和增 透涂層。在一些實施方案中，只具有一個層，起到防水層和增透涂層的雙重 功能。在一些實施方案中，增透涂層由MgF2、硝酸硅、硝酸鈦、 一氧化硅或
氮氧化硅(silicone oxide nitrite)制成。在一些實施方案中，存在不止一層的增透 涂層。在一些實施方案中，存在不止一層的增透涂層，并且每層由相同材料 制得。在一些實施方案中，存在不止一層的增透涂層，并且每一層由不同的 材料制得。在一些實施方案中，增透涂層置于層110、層230和/或層210之上。
y遂^^^/^祭。在一些實施方案中，熒光材料(例如，發光材料、磷光 材料)被涂覆在一層太陽能電池200的表面上。在一些實施方案中，太陽能電 池200包括透明非平面式管形套210，并且熒光材料涂覆在透明非平面式管形 套210的發光表面和/或外部表面上。在一些實施方案中，熒光材料涂覆在透 明導電層的外側表面上。在一些實施方案中，太陽能電池200包括透明非平 面式管形套210和可選的填充層230，并且熒光材料涂覆在可選的填充層上。 在一些實施方案中，太陽能電池200包括防水層，并且熒光材料涂覆在防水 層上。在一些實施方案中，太陽能電池200的不止一個表面被涂覆了可選的 熒光材料。在一些實施方案中，熒光材料吸收藍色和/或紫外線光， 一些半導 體結206不用這些光來轉換成電，并且熒光材料發出可見光和/或紅外線光， 在一些示例性太陽能電池200中用于發電。
熒光的、發光的或磷光的材料可以吸收藍色的或UV范圍的光并發出可 見光。磷光材料，或磷，通常包括合適的主材料和活化劑材料。該主材料典 型地是鋅、鎘、錳、鋁、硅或不同的稀土金屬的氧化物、硫化物、硒化物、 卣化物或硅酸鹽。加入所述活化劑以延長發光時間。在一些實施方案中，磷光材料被用于提高太陽能電池200的光吸收。在 一些實施方案中，磷光材料被直接加入用于制造可選透明管形套210的材料 中。在一些實施方案中，磷光材料與粘結劑混合，作為透明涂料來涂覆每個
太陽能電池200的不同外層或內層，如上所述。
示例性磷包括但不限于，活性銅疏化鋅(ZnS :Cu)和活性銀疏化鋅 (ZnS:Ag)。其它示例性磷光材料包括但不限于，疏化鋅和硫化鎘(ZnS:CdS)， 由銪活化的鍶鋁酸鹽(SrA103:Eu),由鐠和鋁活化的鈦酸鍶(SrTi03:Pr， Al)，具 有含鉍的疏化鍶的疏化釣((Ca, Sr)S:Bi),活性銅和鎂疏化鋅(ZnS:Cu, Mg)，或 其任意組合。
本領域已知生產磷的方法。例如，制造ZnS:Cu或其它有關磷光材料的方 法描述于Butler等的美國專利號2,807,587 、 Morrison等的美國專利 No.3，031，415 、 Morrison等的美國專利號3,031,416 、 Strock的美國專利 No.3,152,995、Payne的美國專利號3,154,712、Lagos等的美國專利號3,222,214、 Poss的美國專利No.3,657,142、 Reilly等的美國專利號4,859,361和Karam等 的美國專利號5,269,966，在此結合其每個的全部內容作為參考。制造ZnS:Ag 或有關磷光材料的方法描述于Park等的美國專利號6,200,497、Ihara等的美國 專利號6,025,675、 Takahara等的美國專利號4,804,882和Matsuda等的美國專 利號4,512,912，在此結合其每個的全部內容作為參考。通常，磷的持續性隨 波長的減小而增大。在一些實施方案中，量子點(quantum dot)的CdSe或類似 磷光材料可被用于獲得相同效果。參見Dabbousi等，1995, "Electroluminescence
from CdSe quantum-dot/polymer composites", Applied Physics Letters 66(11): 1316-1318; Dabbousi等，1997, "(CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis
and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites", J. Phys. Chem. B， 101: 9463-9475; Ebenstein等，2002, "Fluorescence quantum yield
49of CdSe:ZnS nanocrystals investigated by correclated atomic-force and single-particle fluorescence microscopy", Applied Physics Letters 80: 4033-4035;
和Peng等，2000, "Shape control of CdSe nanocrystals", Nature 404: 59-61;在此
結合其全部內容作為參考。
在一些實施方案中，焚光增白劑可被用于可選的熒光層。熒光增白劑(也 已知為光學增白劑、熒光增白劑、熒光發白劑)是染料，其吸收電磁光譜的紫 外線和紫色區域中的光并再發出藍色區域的光。這樣的混合物包括二苯乙烯 (例如，反-l，2-二苯乙烯或(E)-l,2-二苯乙烯)。另一可用于可選的熒光層的示例 性熒光增白劑是傘形酮(7-羥基香豆素)，其也吸收光譜UV部分的能量。該能 量之后被再發出在可見光譜的藍色部分。關于熒光增白劑的更多信息參見 Dean ， 1963 ， "Naturally Occurring Oxygen Ring Compounds" ， Butterworths, 倫敦；Joule和Mills，2000/'Heterocyclic Chemistry",第4版，Blackwell Science, 英國牛津大學；和Barton, 1999， Comprehensive Natural Products Chemistry 2:677， Nakanishi and Meth-Cohn編，Elsevier,英國牛津大學，在此結合其全 部內容作為參考。
豕茲沒I。在本發明中，多層材料被相繼環繞設置在非平面式襯底之上， 以形成太陽能電池。如在此所使用的，術語"環繞設置"并非表示每一層這樣的 材料必須沉積在下層之上或者光電池的形狀是圓柱形。實際上，本發明提供 了方法，通過該方法一些這樣的層可以被模制到或用其它方式形成在下層上。 此外，如上結合討論襯底102而進行的討論，在襯底和下層可能具有任意幾 個不同的非平面形狀。然而，術語"環繞設置"意味著上層被設置在下層上，從 而使得上層與下層之間沒有空隙(例如，非環形空隙)。另外，如在此所使用的， 術語"環繞設置"意思是上層被設置在下層的至少50%周長之上。還有，如在此所使用的，術語"環繞設置"意思是上層沿下層長度的 一半以上設置。
豕茲麥封。如在此使用的，術語"環繞密封"并非指上層或結構必須被沉積 在下層或結構之上。事實上，這樣的層或結構(例如，透明管形套210)可以被 模制到或以其它方式形成在下層或結構之上。然而，術i吾"環繞密封"意味著上 層或結構被設置在下層或結構之上，從而使得上層或結構與下層或結構之間 沒有環形空隙。另外，如在此所使用的，術語"環繞密封"是指上層被設置在下 層的全部周長上。在典型實施方案中， 一層或結構環繞密封下層或結構，此 時其沿圓周地環繞下層或結構的全部周長并在給定太陽能電池中沿下層或結 構的全部長度設置。然而，設計一些實施方案，其中環繞密封的層或結構并 不沿給定太陽能電池的下層或結構的全部長度延伸。
在一些實施方案中，太陽能單元是太陽能電池模塊。如在此所使用的， 術語"太陽能電池模塊"是指在非平面式襯底上彼此電連接的多個太陽能電池。 該多個太陽能電池可以是單片集成的或非單片集成的。
參見圖2B,在一些實施方案中，太陽能單元是單片集成的太陽能電池模 塊270，其包括以單片集成的方式在非平面式襯底102上線性或非線性排列的 多個太陽能電池200。參見圖2B，太陽能電池模塊270包括與多個非平面式 光電池200共用的襯底102。襯底102具有第一端和第二端。多個非平面式太 陽能電池200如圖2B所示線性地或非線性地排列在襯底102上。多個太陽能 電池包括第一和第二非平面式太陽能電池200。多個非平面式太陽能電池200 中的每個非平面式太陽能電池200包括環繞設置在共用非平面式襯底102上 的背電極104和環繞設置在背電極104上的半導體結206。在圖2B的例子中， 半導體結206包括吸收器106和窗口層108。多個非平面式太陽能電池200中 的每個非平面式太陽能電池200還包括環繞設置在半導體結206上的透明導電層IIO。在圖2B的例子中，在多個太陽能電池中，第一非平面式太陽能電
池200的透明導電層110與第二光電池的背電極通過通路280串聯電連接。 這樣，第一和第二非平面式太陽能電池200串聯連接。在一些實施方案中， 每個通路280延伸環繞太陽能電池的全部圓周。在一些實施方案中，每個通 路280不延伸環繞太陽能電池的全部圓周。事實上，在一些實施方案中，每 個通路只延伸環繞太陽能電池的一小部分圓周。在一些實施方案中，每個非 平面式太陽能電池200可以包括一個、二個、三個、四個或多個、十個或多 個、或者一百個或多個通路280，該通路280將非平面式太陽能電池200的透 明導電層110與相鄰非平面式光電池199的背電極104串聯連接。圖2B只示 出了一個太陽能電池模塊270的結構。其它太陽能電池模塊結構270公開于 美國專利申請號11/378,835中，在此結合其全部內容作為參考。
5.2.具有空間間隔的太陽能電池系統
為了最優化太陽輻射的吸收，用非平面式太陽能單元來形成太陽能電池 組件。也為了進一步改善該組件的太陽輻射吸收性能，在此公開的太陽能電
方案中，非平面式太陽能單元是如圖2B所述的單片集成的太陽能電池模塊 270。在一些實施方案中，太陽能單元是非單片集成的。在這樣的實施方案中， 太陽能單元具有如圖2A所描述的沿太陽能單元長軸的全部長度和部分長度 的結構。應當理解，太陽能單元可以是如圖2A描述的太陽能電池200，其中 襯底上只有單個太陽能電池，或者，事實上，太陽能單元可以是太陽能電池 模塊270，其中沿襯底的長軸的長度有多個太陽能電池，太陽能電池模塊中的 每個這樣的太陽能電池具有多層如圖2A所描述的太陽能電池200。在一 些組件中，太陽能電池200(非單片集成)和太陽能電池模塊270(單片集成)混合。為 了標識以下附圖中的太陽能單元，太陽能單元被標記成"太陽能單元1000"。 本領域技術人員應當理解，這樣的太陽能單元100可以是太陽能電池模塊 270(例如，如圖2B中的單片集成的或其它單片集成的結構)或是單個太陽能電 池200(如圖2A中的非單片集成的或其它非單片集成的結構)，或者是一些其 它形式的非平面式太陽能電池模塊。
5.2.1.未被包覆的由分離器間隔的太陽能組件
在一些實施方案中，非平面式太陽能單元IOOO被排列成使相鄰的平行太 陽能單元IOOO彼此空間間隔開。在一些實施方案中，每個非平面式太陽能單 元IOOO包括在第5.1節所述的任意結構。非平面式太陽能單元1000被設置成 可以以多種結構安裝的組件。
圖3A示出了依據一個實施方案的太陽能電池組件300。每個太陽能電池 組件300包括非平面式(例如，圓柱形)太陽能單元1000，該太陽能單元IOOO 以共面的形式彼此平行排列。在相鄰的 一對太陽能單元之間存在電池分離器 距離306。太陽能組件300被可選的通道距離312彼此間隔開。安裝太陽能組 件300使其以分隔距離314位于反照表面316的上方。在給定的太陽能電池 裝配件中， 一個太陽能電池組件的分隔距離314可以與另一個太陽能電池組 件的分隔距離314相同或不同。
對可以用于形成太陽能電池組件300的非平面式太陽能單元1000的數量 沒有限制。在一些實施方案中，太陽能組件300包括5個或更多個、IO個或 更多個、20個或更多個、50個或更多個、IOO個或更多個、200個或更多個、 或者500個或更多個非平面式太陽能單元1000。
535.2.1.1.太陽能單元的特性
在一些實施方案中，太陽能電池組件300包括太陽能電池面板和/或支持
該太陽能電池面板并保持太陽能電池效率的外圍設備和系統。
乂/^處吃滋犬,。參照圖3A-3C，在一些實施方案中，每個非平面式太 陽能單元1000是具有橫截面直徑302的圓柱形(無論太陽能單元1000是如圖 2A所示的非單片集成的太陽能電池200 ，或是如圖2B所示的單片集成的太陽 能電池模塊270)或者一些其它結構。在一些實施方案中，太陽能單元200是 圓柱形的，并且尺寸302是圓柱形太陽能單元200的直徑。例如，在一些實 施方案中，尺寸302是非平面式太陽能單元1000的外半徑(例如，圖2B所示 的ro)的值的兩倍。在一些實施方案中，非平面式太陽能單元1000的尺寸302 為2厘米至6厘米。然而，對非平面式太陽能單元1000的尺寸沒有限制。在 一些實施方案中，尺寸302是0.5厘米或更大、l厘米或更大、2厘米或更大、 5厘米或更大、或者10厘米或更大。
^蓐器/f,306。相鄰的平行非平面式太陽能單元1000由分離器距離306 間隔開。從非平面式太陽能單元的一邊至相鄰的非平面式太陽能單元1000的 距離是距離304。在一些實施方案中，距離304是太陽能單元1000尺寸302 和分離器距離306的總和，如圖3B所示。類似地，對分離器距離306也沒有 限制。在一些實施方案中，分離器距離306是O.l厘米或更大、0.5厘米或更 大、1厘米或更大、2厘米或更大、5厘米或更大、10厘米或更大、或者20 厘米或更大。在一些實施方案中，分離器距離306至少等于或大于非平面式 太陽能單元1000的尺寸302。在一些實施方案中，分離器距離306為lx、1.5x、 2x、 2.5x非平面式太陽能單元1000的尺寸302。在一些實施方案中，每對相 鄰的太陽能單元1000之間的分離器距離306相同。在一些實施方案中，組件300中的一對或多對相鄰的太陽能單元1000之間的分離器距離306不同。在 一些實施方案中，每對相鄰的太陽能單元1000之間的分離器距離306在制造 閾值范圍內。例如，在一些實施方案中，在組件300中的每對相鄰的太陽能 單元1000之間的分離器距離306為固定值的10%、 5°/0、 1%或0.5%之內。
5.2丄2.太陽能單元組件的其它特性
安#^面^0。參照圖3A，其上安裝有太陽能電池組件300的表面380 可被分為兩個類型表面覆蓋區域和表面非覆蓋區域。表面覆蓋區域處于非 平面式太陽能單元1000的陰影中，從而避開了直接太陽輻射。表面覆蓋區域 與非平面式太陽能單元1000的尺寸302成正比，而與分離器距離306的長度 成反比。表面非覆蓋區域暴露在直接太陽輻射下。到達表面380的表面非覆 蓋區域的太陽輻射的量代表沒有直接接觸非平面式太陽能單元1000表面的能 量。加強太陽能電池組件300的太陽能吸收的一個方法是改變太陽輻射的方 向，使太陽輻射從非覆蓋區域再照射到非平面式太陽能單元1000。參見圖3C， 在太陽能電池組件300的邊界內，覆蓋區域和非覆蓋區域的概念可以由以下 例子表示。假設非平面式太陽能單元1000的長度為/，分離器距離306(《)和 電池尺寸302(化)的總和為c,，其中c/=a,+4，并且太陽能電池組件300中有 n個太陽能單元。當n充分大并且當太陽光直接照射在太陽能電池組件300上 時，作i定4不變，表面380上覆蓋區域的能量為/x化x"的乘積，非覆蓋區域 的能量為/x^x"的乘積。表面380 ^t覆蓋的比例可以通過改變a/和《的值來 調整。
遞道3W。相鄰的太陽能電池組件300通過通道312彼此間隔開。如圖3 所示，兩個太陽能電池組件300被安裝在安裝表面380的上方。太陽能電池組件300共面或接近共面。由太陽能電池組件300限定的平面或大致平面平
行于由表面380所限定的平面。在它們的共面結構中，如圖3C所示，相鄰的 太陽能電池組件300被排列成彼此相鄰，從而使太陽能單元的長軸彼此平行。 在一些實施方案中，兩個相鄰太陽能電池組件300的太陽能單元1000的末端 成直線(例如，圖3C中的305)。將相鄰的并排的太陽能電池組件300間隔開 的空間為通道312，如圖3B和3C所示。通道312的尺寸也有助于太陽能電 池組件300的效率。在一些實施方案中，與分離器距離306類似，通道312 的存在提高了太陽能電池組件300的效率。在一些實施方案中，通道312等 于或小于圖3B的距離314。
^,銜^3M。在一些實施方案中，將高反照率材料(例如，白色涂料)沉積 在其上安裝有太陽能電池組件300的表面380上，從而形成反照層316。在一 些實施方案中，如圖3A-3C所示，反照層316平行于由太陽能電池組件300 限定的平面。反照率是表面或主體的反射率的測量值，其是反射的電磁輻射 (EM輻射)與入射在其上的量的比率。該比例通常被表示為從0%到100%的百 分比。設置反照層316的目的是改變照射到表面非覆蓋區域的太陽輻射的方 向，使之從非覆蓋區域再照射到組件300的非平面式太陽能單元1000上。
在一些實施方案中，通過在相鄰太陽能電池組件的表面涂覆反射的白色， 使之具有高反照率。在一些實施方案中，也可以使用具有高反照率的其它材 料。例如，環繞這樣的太陽能單元的一些材料的反照率接近或超過70%、 80 %或90%。例如，參見Boer， 1977， Solar Energy, 19， 525，在此引入全部 內容作為參考。然而，也可以是具有任何反照率的表面(例如，50%或更大、 60%或更大、70%或更大)。在一個實施方案中，太陽能電池組件成排設置在 砂礫(gravel)表面上方，其中該砂礫被涂覆成白色以提高其反射性能。通常，任意朗伯表面或漫反射表面可被用于提供高反照表面。可使用的反照表面的
更多描述公開于美國專利申請號11/315,523中，在此引入全部內容作為參考。 在一些實施方案中，在反照表面316涂覆自清潔層。這種自清潔層的更多描 述公開于美國專利申請號11/315,523中，在此引入全部內容作為參考。
^凝/f蓐5"。參考圖3A-3C，在一些實施方案中，太陽能單元1000安 裝在安裝表面380上方至少一段分隔距離314處。這意味著，組件中的任意 太陽能單元1000的任何部分與安裝表面之間的最接近的點間隔至少 一 些有限 的分隔距離314。分隔距離314大于0。在一些實施方案中，太陽能單元IOOO 以一個相對于安裝表面的角度安裝。在這樣的實施方案中，每個太陽能單元 1000的大部分與安裝表面380間隔開一段距離，該距離遠大于最小的分隔距 離314。然而，在這樣的實施方案中，每個太陽能單元1000的所有部分都與 安裝表面380間隔開一段等于或大于分隔距離314的距離。在一些實施方案 中，太陽能電池組件中的一些太陽能單元1000的全部或部分小于最小分隔距 離314。然而，這樣的實施方案并非最優選的。
在一些實施方案中，安裝表面380上沉積有高反照率材料(例如，白色涂 料)，從而形成高反照表面316。在一些實施方案中，分隔距離314大于分離 器距離306的長度。在一些實施方案中，分隔距離314大于通道312的寬度。 在一些實施方案中，分隔距離314大于分離器距離306的長度且分隔距離314 大于通道312的寬度。在一些實施方案中，太陽能電池組件300所限定的平 面或近似平面與高反照表面316和/或安裝表面380分開25厘米或更大(例如， 距離314為25厘米或更大)。在一些實施方案中，例如，太陽能電池組件300 所限定的平面與表面316分開2米或更大。在一些實施方案中，太陽能電池 組件300所限定的表面相對于安裝表面380成一定角度。在一些實施方案中，高反照表面316為多層建筑的頂、大規模建筑的頂或娛樂設施的頂。在一些
實施方案中，在高反照表面316與太陽能電池組件300所限定的平面之間有 導管或其它物體。在這樣的實施方案中，這樣的障礙物本身涂覆有反照率材 料，以便在太陽能電池組件300所限定的平面下方形成反照率環境。
太陽能電池組件還可能存在其它特征。例如，參見Durisch等，1997， "Characterization of a large area photovoltaic laminate" ， Bulletin SEV/VSE 10:35-38; Durisch等,2000, "Characterization of photovoltaic generators", Applied Energy 65:273-284; Durisch等，1996， "Characterization of Solar Cells and Modules under Actual Operating Conditions" , Proceedings of the World Renewable Energy Congress 1:359-366;在此結合其全部內容作為參考。
5.2.2.被包覆的分離器間隔開的太陽能電池組件
套4W。參考圖4A，在一些實施方案中，太陽能單元1000被例如盒狀套 402包覆以形成太陽能電池組件400。參考圖4A-4C，套402包括可選的頂層 404、底部406和多個透明側面板408。雖然未被示出，但套402可以具有斜 面拐角和外殼，并且實際上可以具有任意三維形狀。在一些實施方案中，頂 面404是透明層，其將太陽能單元1000密封在太陽能電池組件中。在一些實 施方案中，頂面404上沒有透明層，并且非平面式太陽能單元1000暴露在直 接的太陽輻射下。
在一些實施方案中，當被包覆的太陽能電池組件400具有可選的頂面404 時，頂面404可以調整成有利于通過非平面式太陽能單元1000吸收太陽能。 在一些實施方案中，頂面404是玻璃層，優選地由低離子玻璃(low ion glass) 制成，以減少太陽輻射的吸收。在一些實施方案中，頂面404是有織紋的玻
58璃表面。在玻璃表面生成圖案以減輕耀眼效應。在一些實施方案中，頂面404 由聚合物材料制得，優選使用在UV輻射中穩定的材料。在一些實施方案中，
其它合適的透明材料也可以用于形成頂面404。在一些實施方案中，頂面404 在其 一側涂覆有增透涂層。
類似于頂面404，在一些實施方案中，側面板408是透明的，并且可以由 例如塑料或玻璃制得，以減小或消除非平面式太陽能單元1000的遮蔽效應。 在一些實施方案中，可選的頂蓋層404也可以由透明塑料或玻璃材料制得。 在這樣的實施方案中，透明蓋層404和透明側面板408密封非平面式太陽能 單元1000以阻隔外部環境。有利地，具有密封頂面404的被包覆的太陽能電 池組件400更易清潔、維護和運輸。側面板408可以用任何用來制造頂面404 的材料制成。另外，側面板408可以涂覆有增透涂層。
透明頂蓋層404和透明側面板408可以由用于制造透明管形套210的相 同材料制成。在一些實施方案中，透明頂蓋層404和透明側面板408由鋁矽 酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、雙色玻璃、鍺/半導體玻璃、玻璃陶瓷、硅酸鹽/
》容融石英3E皮璃、》咸石灰^皮璃、石英^皮璃、辟l屬化物/辟l化物3皮璃、氟化3皮璃、 含鉛玻璃或者cereated玻璃制得。在一些實施方案中，透明頂蓋層404和/或 側面板408由氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、硅、硅膠、 環氧化物、聚酰胺或聚烯烴制得。
在一些實施方案中，透明頂蓋層404和/或透明側面板408由以下材料制 得氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、含氟聚 合物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基碳氟化合 物(PFA)、尼龍/聚酰胺、交聯聚乙烯(PEX)、聚烯烴、聚丙烯(PP)、聚對苯二 甲酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、熱塑性共聚物(例如，ETFE ,其
59從乙烯和四氟乙烯的聚合獲得TEFLON⑧單體)、聚亞安酯/聚氨酯、透明聚 氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、 Tygon 、乙烯樹脂、Viton⑧或者上述材 料的任意組合或變體。
在一些實施方案中，透明頂蓋層404和/或透明側面板408包括多個透明 涂層。例如，在 一 些實施方案中，透明頂蓋層404和/或透明側面板408涂覆 有增透涂層和/或防水層。在一些實施方案中，透明頂蓋層404和/或透明側面 板408具有優異的UV屏蔽特性。此外，使用多個透明頂蓋層404和/或透明 側面板408可以降低成本以及/或者改善透明頂蓋層404和/或透明側面板408 的整體性能。例如， 一層頂蓋層404和/或透明側面板408可以由具有理想的 物理特性的昂貴材料制得。通過使用更多一個或多個其它層，昂貴層的厚度 可被減小，從而節省材料成本。在另一個實施方案中， 一層透明頂蓋層404 和/或透明側面板408具有理想的光學特性(例如，折射率等)但卻太致密。通 過使用一層或多層其它透明層，致密層的厚度可被減小，從而降低透明頂蓋 層404和/或透明側面板408的整體重量。用于制造透明頂蓋層404和/或透明 側面板408的其它參考在美國專利申請號11/378,847中描述，在此結合其全 部內容作為參考。
然而，頂蓋層404的存在也可阻止太陽輻射產生的熱量從被包覆的太陽 能電池組件400中釋放出去。在一些實施方案中，在透明側面板408、底部 406或甚至是頂面404中形成開口 ，以加強太陽能電池組件400和外部環境之 間的空氣循環。在一些實施方案中，開口可以是具有l毫米或更大、2毫米或 更大、5毫米或更大的直徑的小孔。在一些實施方案中，開口可以是或不是圓 形的，總開口面積在O.l平方毫米-10,000平方毫米。在一些實施方案中，這 些孔可被網絲覆蓋以避免碎片進入組件400。在一些實施方案中，這樣的網絲由透明塑料制得。
在太陽能電池組件400中，非平面式太陽能單元1000也由尺寸302限定， 并由分離器距離306彼此間隔開。在太陽能電池組件300的一些實施方案中， 距離304被定義為分離器距離306和尺寸302的總和。可選的頂蓋層404、透 明側面板408和底部406 —起影響非平面式太陽能單元1000周圍的空氣循環。 在一些實施方案中，太陽能電池組件400中不存在可選的頂蓋層404。在這樣 的實施方案中，太陽輻射產生的熱量被更有效地從太陽能電池組件400中釋 放。在一些實施方案中，特別當不存在可選的頂蓋層404時，排水系統(例如， 底部406中的 一個或多個孔)可用在太陽能電池組件400中以排流降水。
在每個被包覆的太陽能電池組件中，非平面式太陽能單元1000與底部406 分隔距離314。參見圖4D，非平面式太陽能單元IOOO被分離器距離306間隔， 以減小或消除由相鄰非平面式太陽能單元1000引起的遮蔽效應。
在一些實施方案中，直射的太陽光穿過分離器距離306，并且照射在底部 406和/或層316。底部406不同于透明側面板408或可選的頂面404，因為不 需要底部406是透明的。相反，底部406在一些實施方案中是高反射性的。 在一些實施方案中，底部406能夠將太陽輻射反射(相比由非平面式太陽能單 元1000吸收的太陽能)回非平面式太陽能單元1000上，以提高圓柱形太陽能 單元對太陽輻射的吸收。在一些實施方案中，底部406是定向反射的面，其 將太陽輻射反射到非平面式太陽能單元1000上，以提高太陽輻射的吸收。在 一些實施方案中，高反照層316沉積在底部406上，以將太陽輻射反射到太 陽能單元1000上。 一些實施方案的底部406和安裝表面380的反射特性的其 它信息可以在下文5.2.3節找到。在一些實施方案中，反照表面316平行于太 陽能電池組件400中的非平面式太陽能單元1000所限定的平面。反照表面316和非平面式太陽能單元1000所限定的平面以距離314彼此間隔開。此外，在
一些實施方案中，被包覆的太陽能電池組件400以通道312彼此間隔開。
在一些實施方案中，如圖4F所示，太陽能電池組件480平行于底部406 安裝。在這種平行構造中，在非平面式太陽能單元1000之間可以收集降水。 在一些實施方案中，非平面式太陽能單元1000安裝成使該單元的長軸相對于 底部308成一定角度，如圖5A和6A所示，以有利于太陽能電池組件480的 排水。在一些實施方案中，最終的太陽能電池組件中沒有套402。例如，非平 面式太陽能單元1000和漸開線的內反射器420直接裝配在連接裝置310中。
5.2.3.聚光器和反射器
在一些實施方案中，底部406(圖4)和/或安裝表面380被設計成使太陽輻 射更有效地反射到非平面式太陽能單元1000上。在一些實施方案中，聚光器 (例如，圖4E中的聚光器410)和/或反射表面可以被設計在底部406和/或安裝 表面380中，以改變太陽輻射的方向使之照射到太陽能單元1000上并改善太 陽能電池組件的性能。圖4E中示出了在一個示例性實施方案中使用靜態聚光 器，其中靜態聚光器410被置于底部表面406上以提高太陽能電池組件的效 率。靜態聚光器410可以與太陽能電池組件300(例如，如圖3所示)、被包覆 的太陽能電池組件400(例如，如圖4所示)、或任意其它實施方案一同使用。 當反射裝置例如靜態聚光器410與太陽能電池組件(例如，圖3中的太陽能電 池組件300)—同使用又不存在盒狀套時，靜態聚光器410可以被置于安裝表 面380上。
靜態聚光器410可以由任意本領域已知的靜態聚光器材料形成，例如， 由簡單適度彎曲或模制的鋁片，或聚亞安酯上的反射器膜形成。反射器410的形狀被設計成將太陽輻射反射到非平面式太陽能單元1000上。在一些實施
方案中，反射器是拋物線槽狀反射器，如圖4E所示。在一些實施方案中，聚 光器410是低集中度、非成像、復合拋物線聚光器(CPC)型收集器。即，任意 (CPC)類型的收集器均可以與太陽能電池組件一同使用。關于(CPC)類型收集 器的更多信息，參見Pereira和Gordon, 1989, "Journal of Solar Energy Engineering, 111"，第111-116頁，在此結合其全部內容作為參考。
在一些實施方案中，使用如圖4G所示的靜態聚光器410。此外，靜態聚 光器410可以與太陽能電池組件300(例如，如圖3所示)、被包覆的太陽能電 池組件400(例如，如圖4所示)，或任意其它在此公開的實施方案一同使用。 圖4G中的靜態聚光器410包括亞毫米V-溝道，其被設計成捕獲并反射入射 到太陽能單元1000的光線。這種聚光器的更多細節可在以下文獻中找到 Uematsu等，2001年，"Solar Energy Materials & Solar Cell 67, 425-434";和 Uematsu等,2001年，"Solar Energy Materials & Solar Cell 67, 441-448";在此 結合其全部內容作為參考。
在一些實施方案中，聚光器是任意類型的聚光器，例如那些在2003年由 Luque and Hegedus(編輯)在英格蘭西蘇塞克斯的Wiley & Sons出版的 《Handbook of Photovoltaic Science and Engineearing》中所討論的聚光器，在 此引入其全部內容作為參考。這樣的聚光器包括但不限于拋物線聚光器、 復合的拋物線聚光器、V-槽聚光器、反射透鏡，具有次級光學元件(例如，V-槽、折射CPC、折射井(silo)等)的聚光器、靜態聚光器(例如，依靠總的內反 射的絕緣棱鏡)、RXI聚光器、絕緣的單鏡二階(D-SMTS)槽聚光器，等等。其 它光器可見于Luque ， "Solar Cells and Optics for Photovoltaic Concentration", Adam Hilger，布里斯托爾，費城(1989)，在此結合其全部內容作為參考。在一些實施方案中，使用簡單的反射表面。
其它可被使用的聚光器公開于Uematsu等，1999年，"Proceedings of the 11th International Photovoltaic Science and Engineering Conference"， 日本禮愰, 第957 — 958頁；Uematsu等，1998年，"Proceedings of the Second World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion", 奧地利維也纟內，第1570 —1573頁；Warabisako等，1998年，"Proceedings of the Second World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion"，奧地利維也納，第1226 — 1231頁； Eames等，1998年，"Proceedings of the Second World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion"，奧地利維也納，第2206 — 2209頁；Bowden等，1993 年，"Proceedings of the 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference"， 第1068 —1072頁；和Parada等，1991年，"Proceedings of the 10th EC Photovoltaic Solar Energy Conference",第975 — 978頁；在此結合其全部內容作為參考。
在一些實施方案中，內反射器被添加在太陽能單元1000之間，以提高太 陽輻射的吸收。如在此所使用的，術語"內反射器"是指任意類型的反射裝置， 其位于太陽能單元1000之間，并通常與太陽能單元組件中的太陽能單元1000 位于同一平面。內反射器具有增加相鄰太陽能單元iooo在太陽輻射中的暴露 的一般特性。然而，內反射器在某種程度上消除了所公開的裝置的一個主要 優點，即遮蔽效應減小。因此，在一些實施方案中，不使用內反射器。在一 些實施方案中，雖然使用內反射器，但將其設計成使遮蔽最小化。
例如，參見圖4F ，漸開線內反射器420被附著到非平面式太陽能單元1000 的每一側，以改變太陽輻射的方向使之照向太陽能單元。每個漸開線的反射 器的形狀與對應的非平面式太陽能單元1000的形狀互補。在相鄰的非平面式 太陽能單元1000上的漸開線內反射器420以分離器距離306間隔開。在一些實施方案中，如圖4F所示，非平面式太陽能單元1000和漸開線反射器(例如， 圖4F中的太陽能電池組件480)的組合陣列與表面406和/或安裝表面380分 隔距離314。在一些實施方案中，高反照層316沉積在表面406和/或安裝表 面380上。在一些實施方案中，底部406和/或安裝表面380由反照率材料制 得。在這樣的實施方案中，不需要反照層316。
反射材料可以通過使用例如真空沉積技術沉積在反射表面380、 406、 410 和/或420上。在一些實施方案中，開發出滾式涂覆方法以在具有保護性氧化 鋁涂層的反射表面380、 406、 410和/或420上涂覆第一反射涂層(例如，表面 銀鏡)。在一些實施方案中，通過真空蒸發方法，將反射層涂覆在沉積在襯底 表面(例如，在反射表面380、 406、 410和/或420上)的金屬層上。在一些實 施方案中，通過離子柱輔助沉積方法沉積保護性氧化鋁涂層。
在一些實施方案中，反射表面380、 406、 410和/或420上的反射涂層大 于0.5微米、1微米或更大、2微米或更大、或者5微米或更大。在一些實施 方案中，高于90%的鏡面反射可以在反射表面380、 406、 410和/或420上維 持至少10年。
5.2.4.太陽能電池組件的安裝
具有涂層或沒有涂層的太陽能電池組件(例如，圖3和5中的太陽能電池 組件300或者圖5和6中的太陽能電池組件400)可以與安裝表面380和/或底 部406平行安裝，或者與安裝表面380和/或底部406成傾斜角度安裝。例如， 參照圖5A ，太陽能電池組件300可以以一傾斜角度(例如，圖5A中的e或506) 安裝。傾斜角506是由太陽能電池組件300的太陽能單元的長軸形成的平面 與其上安裝太陽能電池組件的表面之間的夾角。在一些實施方案中，如圖5C
65所示，傾斜角是太陽能電池組件300的平面和反照涂覆表面316之間的夾角。
可以調整傾斜角506以使長的太陽能單元1000在太陽輻射中的暴露最大化。 在一些實施方案中，傾斜角506相對于太陽能電池組件的地理位置而改變。 例如，如果太陽能電池組件接近赤道安裝，則太陽能電池組件300的傾斜角 506可以接近于零度，而安裝在加利福尼亞州薩克拉曼多的太陽能電池組件 300的傾斜角506可能要遠遠大于零度。在一些實施方案中，傾斜角506可以 是0-2度、2-5度、2度或更大、10度或更大、20度或更大、30度或更大、 或者50度或更大。
太陽輻射的入射角度每天都在改變。可以利用太陽輻射的季節變化使太 陽能電池組件(例如，太陽能電池組件300或400)的太陽輻射吸收最大化。在 一些實施方案中，安裝太陽能電池組件的傾斜角506可隨季節改變。
可以通過使用支撐件508(例如，如圖5A所示的框狀支撐件)來以傾斜角 506安裝太陽能電池組件300。在一些實施方案中，框狀支撐件可以具有簡單 的內部機構，以允許太陽能電池組件(例如，圖5中的太陽能電池組件300或 圖6中的太陽能電池組件400)以多個傾斜角被安裝。例如，框狀支撐件508 可包含一個或多個與太陽能電池連接裝置310連接的設置(例如，多個內部溝 道的一個)。
在一些實施方案中，如圖5C所示，太陽能電池組件300和反照表面316 之間的分隔距離314是太陽能單元1000的任意部分和反照表面316之間的最 小距離。
在一些實施方案中，被包覆的太陽能電池組件400也可以以一傾斜角安 裝。太陽能組件的傾斜不同于傾斜角504(在圖5中示出)。太陽能電池組件400 的傾斜角是太陽能電池組件400的平面和安裝表面380之間的夾角。在被包
66覆的太陽能電池組件400的一些實施方案中，高反照層316沉積在套402的 底部406上。在這些實施方案中，太陽能單元和底部反照層316之間的距離 大致等于每個非平面式太陽能單元1000的長軸。因此，太陽能電池組件400 的傾斜角不會影響太陽輻射反射到太陽能單元1000。然而，太陽能電池組件 400的傾斜角影響所吸收太陽輻射產生的熱量從太陽能電池組件400釋放。一 般而言，較大的太陽能電池組件400傾斜角能更有效地促進熱量從太陽能電 池組件400釋放。當太陽能電池組件400被安裝在屋頂的頂部時，由太陽能 單元吸收的太陽輻射經常產生大量熱量，而使屋頂頂部顯著升溫。例如，當 太陽能電池組件400以傾斜角604安裝時，如圖6所示，太陽能電池組件400 和支撐框架508之間的空間使得空氣循環可以流動，從而有效地使非平面式 太陽能電池200降溫。在較低溫度，非平面式太陽能單元1000向屋頂頂部輻 射較少熱量。
圖5B示出了兩個太陽能電池組件300的相對位置，這兩個太陽能電池組 件300以前后結構排列。這種前后結構與圖4C中的并排結構不同。如圖5A-5C 所示，前后結構的相鄰太陽能電池組件排列在一條線上。前后結構的相鄰太 陽能電池組件以距離504彼此間隔開。距離504隨傾斜角506改變。當傾斜 角506變為零度時(即，太陽能電池組件300平行于安裝表面380和高反照表 面316)，相鄰的非平面式太陽能單元1000可被排列成首尾相連(例如，504為 0)，以獲得安裝表面380的最大覆蓋。也可以通過減小分離器距離306至零來 獲得安裝表面380的最大覆蓋，即彼此相鄰地排列非平面式太陽能單元。
5.3.太陽能電池組件的優點
有利地，空間間隔的太陽能單元1000所形成的太陽能電池組件300和400能更加有效地吸收射入的太陽輻射，更能抵御不利天氣條件，并且對其周圍 產生更小的負面影響(例如，加熱安裝表面例如建筑屋頂)。
遞《處V、必遮嚴放^而炎專炎桌放蘋。相鄰非平面式太陽能單元iooo的 遮蔽效應取決于太陽輻射觸及表面的位置。例如，當太陽輻射以理想垂直角
度(例如，在圖3D中所示的當入射角為0度)照射非平面式太陽能單元的頂部 時，相鄰太陽能電池不會產生遮蔽效應。實際上，在這個太陽輻射位置，每 個非平面式太陽能單元1000的半個表面暴露在直射的太陽光中。然而，這樣 的直接的太陽輻射在一天當中僅僅出現非常有限的 一 段時間，例如正午前后。 在一天中的大部分時間里，太陽輻射都是以不垂直于非平面式太陽能單元 1000頂部的角度照射到非平面式太陽能單元1000上的。在這些情況下，對于 給定的非平面式太陽能單元1000而言，當相鄰單元1000彼此非常接近時， 射入的太陽輻射的一部分將被鄰接非平面式太陽能單元100阻隔。在由鄰接 太陽能單元1000產生的陰影中的光電表面有效地避開了直接的太陽輻射。因
此，太陽輻射吸收被削弱。
有利地，分離器距離306的存在允許非平面式太陽能單元1000最大范圍 地暴露在太陽輻射中，并因此通過提高太陽能吸收而提高其效率。參見圖3E， 兩個非平面式太陽能單元1000以分離器距離306隔開。以任意給定的射入太 陽輻射的角度，遮蔽效應由分離器距離306確定。當入射角相對于太陽能單 元1000限定的平面變大時，相鄰的非平面式太陽能單元1000在鄰接的太陽 能單元1000上投射更大的陰影區域。通過隔開非平面式太陽能單元1000，如 圖3E所示，陰影區域減小。在一些實施方案中，調節分離器距離306，使得 來自相鄰非平面式太陽能單元IOOO的遮蔽效應在一天中的大部分時間被最小 化。同樣有利地，分離器距離306的存在允許太陽能單元1000暴露在太陽輻 射中的時間更長，從而在此公開的太陽能電池組件保持高效率直到下午4或5 點或甚至是傍晚。為了完全利用太陽電能，光電高峰效率需要對抗高峰電性 負荷。高峰電性負荷決定于地理^立置、地方工業和人口分布。例如，在亞利
桑那州，在炎熱的夏季里，高峰電性負荷可能出現在大多數人在家中或單位 打開他們的空調時。在一些情況下，高峰電性負荷出現在當大多數人回到家 中的傍晚。然而，晚上沒有太陽光。對于最傳統的太陽能電池系統而言，光 電效率高峰出現在正午前后，此時最大量的太陽輻射直接投射在太陽能單元 1000上。因此傍晚的高峰電性負荷需要依賴天然氣或其它資源發電。收集效 率可以4吏用Durisch等，"Efficiency of Selected Photovoltaic Modules and Annual Yield at a Sunny Site in Jordan", Proceedings of the World Renewable Energy Congress VIII (WREC 2004): 1 -10中提及的方法計算，在此引入其全部內容作 為參考。
遞^舉瓶#乎面4義/^^#^^發'趟《炎/^炎桌放率。當太陽能電池組 件(例如，圖3和5中的太陽能電池組件300或者圖5和6中的太陽能電池組 件400)中的太陽能單元1000吸收太陽輻射時，它們的溫度升高。多數太陽能 單元1000的電能轉換效率受到太陽能電池面板溫度升高的不利影響。在多數 太陽能電池系統中觀測到與高溫有關的效率降低，例如，具有基于CIGS和結 晶硅的半導體系統的太陽能電池系統的效率隨著太陽能電池組件的溫度每升 高一度而下降0.5%。關于太陽能電池性能和效率的其它信息可以在以下文獻 中找到Burgess和Pritchard, 1978 ， "Performance of a One Kilowatt Concentrator Photovoltaic Array Utilizing Active Cooling" ， IEEE photovoltaic specialists conference,華盛頓，DCCONF-780619-5;和Yoshida等，1981 ， "High Efficiencylarge area AlGaAs/GaAs Concentrator solar cells", Photovoltaic Solar Energy
Conference, Proceedings of the Third International Conference A82-24101 10-44:970-974 ，在此結合其全部內容作為參考。
有利地，分離器距離306、通道312和高度314的存在促進了太陽能電池
組件300內的空氣循環。在一些實施方案中，當高度314至少大于分離器距
離306或通道312時，將有效冷卻太陽能單元1000。圖3F示出了分離器距離
分離器距離306、通道312和分隔距離314,非平面式太陽能單元1000周圍
的空氣與環境空氣流動連通。來自非平面式太陽能單元1000的熱量以許多氣
流的形式被釋放，例如，如圖3F所示的氣流320、 330和340。此外，自然對
流例如風也進一步促進熱量從熱的非平面式太陽能單元1000中釋放。涉及自
然對流和傳熱的通用參考文獻包括Lin和Churchill ， 1978， "Turbulent Free
Convection From a Vertical Isothermal Plate" ， Numerical Heat Transfer ， 1:
129-145; Siebers等,1985 ， "Experimental, Variable Properties Natural Convection
From a Large, Vertical, Flat Surface" ， ASME J. Heat Transfer ， 107: 124-132;
以及Warner和Arpaci ， 1968 ， "An Experimenal Investigation of Turbulent Natural
Convection in Air along a Vertical Heated Flat Plate", Intl. J. Heat & Mass
Transfer, 11: 397-406;在此引入其全部內容作為參考。更多的涉及太陽能電
池系統的指定參考文獻包括M. J. O'Neill, "Silicon Low-Concentration,
Line-Focus, Terrestrial Modules", Solar Cells and their Applications的第10章,
John Wiley & Sons, New York, 1995;以及Sandberg和Moshfegh， 2002，
"Buoyancy-Induced Air Flow in Photovoltaic Facades-Effect of Geometry of the Air Gap and Location of Solar Cell Modules", Building and Environment, 37:
211-218(8);在此結合其全部內容作為參考。
70差f舉/應^ , 4'參詢^袞佳潛溝^:fY4。太陽能電池面板的結構完整性
對于裝置的使用壽命而言是很重要的。強風雖然對于降低太陽能單元iooo的
溫度很有幫助，但是它通常會引起太陽能電池面板的結構損壞。有利地，在
此公開的太陽能電池組件(例如，太陽能電池組件300)由空間上間隔開的太陽
能單元1000形成。因此，它們更能抵御不利天氣條件，例如帶有強風的暴風
雨雪天氣。如圖3F所示，由于有分離器距離306、高度314和通道312，能
夠有效地降低太陽能電池組件300的整體風負載。關于風負載和光電模塊性
能的其它參考文獻可見，例如Munzer等，1999 ， "Thin Monociystalline silicon
Solar Cells" ， IEEE Transactions on Electron Devices 46(10》2055-2061; Himsawa
等，1994, "Design and drawing support system for photovoltaic array structure"，
Photovoltaic Energy Conversion, Conference Record of the Twenty Fourth IEEE Photovoltaic Specialists Conference 1: 1127-1130; Dhere等，"Investigation of
Degradation Aspects of Field Deployed Photovoltaic Modules", NCPV and Solar
Programm Review Meeting 2003 NREL/CD-520-33586: 958; Wohlgemuth, 1994,
"Reliability Testing of PV Modules" ， IEEE First World Conference on
Photovoltaic Energy Conversion 1: 889-892;以及Wohlgemuth等，2000，
"Reliability and performance testing of photovoltaic modules" , Photovoltaic
Specialists Conference, Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE: 1483-1486;在此結合其全部內容作為參考。
乂^席厲豕裙^,面多喻減V、。由于吸收進入的太陽輻射，太陽能電池模
塊被加熱到很高的溫度。這樣的高溫可能對太陽能電池模塊的周圍環境產生
不利影響。例如，高溫太陽能電池模塊使得建筑物屋頂的溫度過熱，并且有
的時候引起火災。如圖3F所示，分離器距離306、通道312和高度314有助
于降低太陽能電池模塊的溫度，從而也使得屋頂的加熱效應更低。在一些實施方案中，通過在太陽能電池組件300中實施其它特征而進一步減小這樣的 降低對周圍環境的負面影響。例如，加入反射的反照層和/或通過在支撐框架
508上安裝太陽能電池組件而抬高太陽能電池組件遠離安裝表面380。
艱 。所公開的裝置還4是供了自跟蹤的其它好處。即，不需要使用跟蹤 裝置來安置太陽能單元1000的組件而使它們面對太陽光。如上所述，跟蹤裝
置在本領域#:用于加強太陽能電池的效率。跟蹤裝置跟隨太陽的移動而隨時
間移動。而且，由于太陽能單元1000之間的間隔以及太陽能單元1000限定 的平面與安裝表面380和/或底部406之間的間隔，太陽能單元1000將在一天 中的主要時段將相同大小的光電表面積直接面對太陽光。
5.4示例性的半導體結
參照圖7A，在一個實施方案中，半導體結206是異質結，位于設置在背 電極104上的吸收體層106和設置在吸收體層106上的結匹配層108之間。 層106和108由具有不同帶隙和電子親合性的不同半導體組成，從而使結匹 配層106的帶隙比吸收體層108的帶隙更大。在一些實施方案中，吸收體層 106是p —摻雜的而結匹配層108是n—摻雜的。在這樣的實施方案中，透明 導電層110(未示出)是n+—摻雜的。在可選實施方案中，吸收體層106是n— 摻雜的而透明導電層110是p —摻雜的。在這樣的實施方案中，透明導電層 110是p+ —摻雜的。在一些實施方案中，被列舉在Pandey， "Handbook of Semiconductor Electrodeposition" ， Marcel Dekker Inc., 1996,卩付j牛5(在ji匕纟吉合 其全部內容作為參考)上的半導體被用于形成半導體結206。
5.4.1基于銅銦二硒化物和其它類型I-III-VI材料的薄膜半導體結 繼續參考圖7A，在一些實施方案中，吸收體層106是I-III-Vl2化合物，例如銅銦二硒化物(CuInSe2;也稱為CIS)。在一些實施方案中，吸收體層106 是I-III-Vl2三重化合物，選自p-型或者n-型的以下物質(當這種化合物已知存 在時)CdGeAs2、 ZnSnAs2、 CuInTe2、 AgInTe2、 CuInSe2、 CuGaTe2、 ZnGeAs2、 CdSnP2、 AgInSe2、 AgGaTe2、 CuInS2、 CdSiAs2、 ZnSnP2、 CdGeP2、 ZnSnAs2、 CuGaSe2、 AgGaSe2、 AgInS2、 ZnGeP2、 ZnSiAs2、 ZnSiP2、 CdSiP2或CuGaS2。 在一些實施方案中，結匹配層108是CdS、 ZnS、 ZnSe或CdZnS。在一 個實施方案中，吸收體層106是p-型CIS而結匹配層108是n-型CdS、 ZnS、 ZnSe或CdZnS。這樣的半導體結406在Bube， Photovoltaic Materials, 1998， Imperial College Press, London的第六章中有描述，在此結合其全部內容作為 參考。
在一些實施方案中，吸收體層106是銅-銦-鎵-二硒化物(CIGS)。這樣的 層已知為Cu(InGa)Se2。在一些實施方案中，吸收體層106是銅-銦-鎵-二硒化 物(CIGS),而結匹配層108是CdS、 ZnS、 ZnSe或CdZnS。在一些實施方案 中，吸收體層106是p-型CIGS，而結匹配層108是n-型CdS、 ZnS、 ZnSe或 CdZnS。這才羊的半導^本結406在Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, 2003, Luque and Hegedus編,Wiley & Sons, West Sussex, England 第12章的第十三節中有描述，在此結合其全部內容作為參考。在一些實施方 案中，層106厚度為0.5 pm。在一些實施方案中，層502中Cu/(In+Ga)
的構成比為0.7-0.95。在一些實施方案中，層106中Ga/(In+Ga)的構成比為 0.2-0.4。在一些實施方案中，CIGS吸收體具有<110>結晶方向。在一些實施 方案中，CIGS吸收體具有<112>結晶方向。在一些實施方案中，CIGS吸收體 為隨意定向。
735.4.2基于無定形硅或多晶硅的半導體結
在一些實施方案中，參考圖7B，半導體結206包括無定形硅。在一些實 施方案中，這是n/n型異質結。例如，在一些實施方案中，層714包括Sn02(Sb)， 層712包括非摻雜無定形硅，而層710包括n+摻雜無定形硅。
在一些實施方案中，半導體結206是p-i-n型結。例如，在一些實施方案 中，層714是p+摻雜無定形硅，層712是非摻雜無定形硅，而層710是n+無 定形硅。這樣的半導體結206在Bube, Photovoltaic Materials, 1998， Imperial College Press, London的第三章中有描述，在此結合其全部內容作為參考。
在一些實施方案中，半導體結406基于薄膜多晶硅。參考圖7B，在依據
這樣實施方案的一個實施例中，層710是p-摻雜多晶硅，層712是耗盡型多
晶硅，而層714是n-摻雜多晶硅。這樣的半導體結在Green, Silicon Solar Cells:
Advanced Principles & Practice, Centre for Photovoltaic Devices and Systems, University of New South Wales, Sydney 1995和Bube, Photovoltaic Materials,
1998， Imperial College Press, London,第57-66頁中有描述，在此結合其全部內
容作為參考。
在一些實施方案中，使用在無定形Si:H太陽能電池中使用的基于p-型微 晶Si:H和微晶Si:C:H的半導體結406。這樣的半導體結在Bube， Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London,第66-67頁中描述，在此結合 其全部內容作為參考。
在一些實施方案中，半導體結206是串聯結(tandem junction)。串聯結描 述在例如Kim等，1989 ， "Lightweight (AlGaAs)GaAs/CuInSe2 Tandem junction solar cells for space applications" ， Aerospace and Electronic Systems Magazine, IEEE Vol. 4, 1989年11月11日，第23-32頁；Deng ， 2005 ， "Optimization of a-SiGebased triple, tandem and single-junction solar cells", Photovoltaic Specialists Conference, 2005 Conference Record of the Thirty-first IEEE 3-7 ， 2005年1月， 第1365-1370頁；Arya等，2000， "Amorphous Silicon based tandem junction thin-film technology: a manufacturing perspective" ， Photovoltaic Specialists Conference, 2000, Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE 15-22， 2000年 9月，第1433-1436頁；Hart， 1988， "High altitude current-voltage measurement of GaAs/Ge Solar Cells", Photovoltaic Specialists Gonference, 1988, Conference Record of the Twentieth IEEE 26-30， 1988年9月，第764-765頁，vol. 1; Kim， 1988, "High efficiency GaAs/CuInSe2 Tandem junction solar cells", Photovoltaic Specialists Conference, 1988, Conference Record of the Twentieth IEEE 26-30， 1988年9月，第457-461頁，vol. 1; Mitchell, 1988， "Single and tandem junction CuInSe2 cell and module technology", Photovoltaic Specialists Conference, 1988， Conference Record ofthe Twentieth IEEE 26-30, 1988年9月，第1384-1389頁， vol. 2;以及Kim ， 1989， "High specific power (AlGaAs)GaAs/CuInSe2 tandem junction solar cells for space applications" ， Energy Conversion Engineering Conference, 1989, IECEC-89, Proceedings ofthe 24th Intersociety 6-11 ， 1989年8 月，第779-784頁，vol.2;在此結合其全部內容作為參考。
5.4.3.基于砷化鎵和其它類型III-V材料的半導體結 在一些實施方案中，半導體結206基于砷化鎵(GaAs)和其它III-V材料， 例如InP、 AlSb和CdTe。 GaAs是具有1.43eV帶隙的直接帶隙材料，并在大 約2微米厚時能吸收的97%的AMI輻射。可作為半導體結的合適類型III-V 結在Bube， Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London的第四
75章中有描述，在此結合其全部內容作為參考。
另外，在一些實施方案中，半導體結206是混和的多結太陽能電池，例 如GaAs/Si機械堆疊的多結(在Gee和Virshup， 1988， 20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, IEEE Publishing, New York,第754頁中有描述，在此結 合其全部內容作為參考)，由GaAs薄膜頂電池和ZnCdS/CuInSe2薄膜底電池 組成的GaAs/CuInSe2 MSMJ四端裝置(Stanbery等，19th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, IEEE Publishing, New York,第280頁和Kim等，20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, IEEE Publishing, New York,第1487頁 中有描述，在此結合其全部內容作為參考)。其它的混和多結太陽能電池在 Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London,第131-132 頁中有描述，在此結合其全部內容作為參考。
5.4.4基于碲化鎘和其它類型II-VI材料的半導體結
在一些實施方案中，半導體結206基于II-VI化合物，其能以n-型或者p-型形式制備。因此，在一些實施方案中，參照圖7C，半導體結206是p-n異 質結，其中，層720和740是在下表中列出的任意組合或者它們的合金。
層720層740
n陽CdSep-CdTe
n-ZnCdSp-CdTe
n-ZnSSep-CdTe
p-ZnTen-CdSe
n-CdSp-CdTe
n-CdSp-ZnTe
p-ZnTen-CdTe
n-ZnSep-CdTe
n-ZnScp-ZnTe
n-ZnSp-CdTe
n-ZnSp-ZnTe
制造半導體結206的方法基于II-VI化合物，其在Bube, PhotovoltaicMaterials, 1998, Imperial College Press, London的第四章中有描述，在此結合其 全部內容作為參考。
5.4.5基于結晶硅的半導體結
盡管優選由薄膜半導體膜制得的半導體結206，但也可以使用其它結。例 如，在一些實施方案中，半導體結206基于結晶硅。例如，參考圖7D，在一 些實施方案中，半導體結206包括一層p-型結晶硅740和一層n-型結晶硅750。 制造結晶娃半導體結206的方法在Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London第二章中有描述，在此結合其全部內容作為參考。
5.5示例性尺寸
如圖2B所示，太陽能電池模塊270具有大于其橫截面寬度w的長度/。 在一些實施方案中，太陽能電池模塊270的長度/為10毫米-100,000毫米， 而寬度w為3毫米-10,000毫米。在一些實施方案中，太陽能電池模塊的長度 /為10毫米-5,000毫米，而寬度J為10毫米-1,000毫米。在一些實施方案中， 太陽能電池模塊270的長度/為40毫米-15000毫米，而寬度d為10毫米-50 毫米。
在一些實施方案中，太陽能電池模塊270可以如圖2B所示被拉長。如圖 2B所示，拉長的太陽能電池模塊270用縱向尺寸/和寬度尺寸w表征。在拉 長的太陽能電池模塊270的一些實施方案中，縱向尺寸/超出了寬度尺寸w 乘以至少一個系數4、至少一個系數5或至少一個系數6。在一些實施方案中， 太陽能電池模塊270的縱向尺寸/是10厘米或更大、20厘米或更大，或者100 厘米或更大。在一些實施方案中，太陽能電池模塊270的寬度w(例如，在太 陽能電池為圓柱形的實例中的直徑)是5毫米或更大、10毫米或更大、50毫米或更大、100毫米或更大、500毫米或更大、IOOO毫米或更大，或者2000毫
米或更大。
6.實施例
不具有空間間隔。用計算機模擬分析比較太陽能單元1000的不同空間排列下
太陽輻射的吸收程度。這樣的建模是可能的，因為已知與太陽能電池有關的
光學原理。即，對于非平面式太陽能單元1000的任意給定幾何排列，可以精
確計算來自鏡面、散射面和反照面的太陽能吸收、反射、衍射和背反射。此 外，太陽輻射的特征已經被很好地研究。在任何給定時間，太陽在天空中的 位置可以由綿度和方位角精確確定。此外，太陽能電池組件的特點可被很好 定義(例如，太陽能電池尺寸、太陽能電池組件和安裝表面之間的分離器距離 和分隔距離的尺寸)。因此，可以計算輻射的程度、入射角和任何太陽能組件 收集的太陽能能量。在這一節給出計算機模擬數據，以說明具有太陽能單元
分離器距離306和分隔距離314的太陽能單元1000的組件比具有很小或沒有 沒有電池分離器距離306且位于襯底上因而沒有分隔距離314的緊密封裝太 陽能電池組件更有效地收集太陽輻射。
6.1.太陽能電池組件中的空間間隔
在圖8A-8C中示出了非平面式太陽能單元1000的不同空間排列。計算由 具有這些不同排列的非平面式太陽能單元1000收集的太陽能，并相互比較。 在圖8A中，非平面式太陽能單元1000被排列成長軸沿北-南方向對齊。非平 面式太陽能單元1000的尺寸是W，而圓柱形太陽能單元和相鄰的圓柱形太陽 能單元之間的距離為cl。因為包括這兩個太陽能單元1000之間的分離器
78距離306，安裝表面的覆蓋率可以大體表述為W對"的比率，例如W/c7。
對于給定類型的太陽能電池裝配件，太陽能電池組件的太陽能單元1000覆蓋 率W/c7與材料成本按比例關聯。當太陽能單元之間的分離器距離基本變為0 時，太陽能單元覆蓋率"7/c7達到1。太陽能單元覆蓋率al/cl為0.5，表示太 陽能單元與等于太陽能單元1000寬度的分離器距離306間隔開。
在圖8B中，非平面式太陽能單元1000被排列成每個太陽能單元1000的 長軸沿東-西方向對齊，垂直于圖8A中的太陽能單元1000的方向。類似于圖 8A的情況，圖8B中安裝表面的覆蓋率也可以大體表示為W對c/的比率， 例如W/c/。在圖8A和8B中，非平面式太陽能單元1000與相鄰太陽能單元 1000間隔開距離(分離器距離306)地安裝。這樣的排列也被稱為水平格網布 置。
在圖8C中，非平面式太陽能單元1000相互抵靠而被緊密封裝，從而使 得相鄰非平面式太陽單元1000之間的分離器距離306最小。圖8C表示太陽 能單元1000的標準現有技術結構。實質上，非平面式太陽能單元1000形成 雙面板。在圖8C中，因為分離器距離306是可以忽略的，因此建模研究引入 新的覆蓋率定義以獲得圖8A和8B中所示結構所定義的百分比覆蓋率概念。 如圖8C所示，太陽能電池組件的大小可以由其寬度"2和長度/定義。太陽 能電池組件的安裝面積可以由面板間隔和電池長度/定義。因此，如圖8C 所示的雙面板的管覆蓋率也可估算為a2/c2。
根據為圖8中顯示的雙面板實施方案限定的安裝面積的這些定義，相對 于不同的傾斜角度(如圖8C所示)來分析收集的太陽能能量。更具體地，對這 三個結構(圖8A、 8B和8C)的每一個分析兩個不同傾斜角度(38.3度和10度) 收集的太陽能。對使用不同太陽能電池裝配件而收集的模擬年度太陽能進行
796.2 .空間上間隔的太陽能單元能更有效地收集太陽能
實施計算機模擬實驗來估算在上一節描述的由每個太陽能電池裝配件收 集的年度太陽能。圖IO總結并比較了模擬研究的結果。每個太陽能電池裝配 件收集的總的年度太陽能被繪制為每類太陽能電池裝配件的管覆蓋率值的函
數。圖10顯示如圖8A和8B所示的空間間隔的太陽能電池裝配件比如圖8C 所示的面板形現有技術太陽能電池裝配件在收集太陽能方面更加有效。圖10 也說明，如果太陽能電池組件的空間間隔相同，太陽能電池組件的方向不會 影響太陽能的能量收集。南-北方向管的能量收集曲線與東-西方向管的能量收 集曲線幾乎相同(例如，如圖10中曲線I和II所示)。圖10也說明，由非平面
布圖。例如，在圖8C中示出的太陽能電池面板沒有示出當傾斜38.3度或10 度時收集的太陽能有很大不同(例如，如圖10中曲線m和iv所示)。
6.3.年度太陽輻射的變化和組成
在圖9A-9C中，分析了太陽輻射的自然變化。如圖9A-9C所示，太陽能 電池收集的總太陽輻射被分為兩個部分直射和散射。總的輻射指由太陽能 電池組件吸收的太陽輻射的總量。直射是以直接入射光的形式吸收的總能量 的部分。散射表示來自由大氣中的灰塵和其它小顆粒散開太陽光的能量，假 設地面的反射率為0。
圖9A示出了煒度38,3度處正午的每年日曬變化。如能量曲線所示，來 自總的輻射、直射和散射的能量，都在大約第175天(即在北半球當太陽能電 池暴露在太陽輻射下的夏至前后)達到高峰。毫不奇怪，所有三種形式的能量
80在冬至前后達到最小。
類似地，在一天中太陽輻射也可以相對于不同時段而變化。例如，如圖
9B所示，只有在綿度38.3度的第150天，所有三種形式能量峰值出現在正午 前后。在圖9B中，x軸上的時間被定義為接收到的太陽輻射的入射角的太陽 時間。例如，當太陽在地平線上，入射角為90度，即1/2冗或1.57。正午，入 射角為0，太陽時為O;r或O。圖9B因此示出從日出到日落的太陽輻射的變化。 圖9C示出了由太陽能電池組件收集的總能量的相對組成。來自直接太陽 輻射的能量為能量的主要形式，而來自散射的能量為能量的非主要形式。
6.4.由不同排列吸收的能量的組成
除了直射和散射，加入反照層還引入一種新形式的能量，其也由太陽能 單元1000吸收，即反照下形式(sub-form)的能量。當地面或其它表面反射太陽 輻射到太陽能單元1000時，將出現反照下形式的能量。在模擬研究中，80%
的反照率值被用于計算反照反射中收集的能量。
在圖11A-11D中，圖10中示出的四個總的能量吸收曲線—皮進一步分為3 個子形式直射、散射和反照。如圖11A-11D所示，來自直接的太陽輻射的 能量仍然是所有四種不同布置中太陽能單元1000吸收的能量的主要形式。在 所有類型的布置中，能量吸收隨管覆蓋率的提高而按比例提高。
有趣的是，可以確定反照層對吸收能量的總量做出顯著貢獻。在所有四 種不同的排列下，當有顯著量的安裝表面暴露時(安裝表面被高反照率材料覆 蓋)，由于高反照層而吸收的能量要比由于散射而吸收的能量要高。例如，在 0.3的覆蓋率下，即只有三分之一的安裝表面被覆蓋時，由于高反照層而吸收 的能量要比由于散射而吸收的能量要高。當管覆蓋率提高時，由于反照而吸收的能量將降低。即使反照的能量仍然是由太陽能單元1000所吸收的總能量 的一小部分，但是當考慮到太陽能單元1000的成本時必須要考慮到反照的因
素。當管覆蓋率提高超過0.6時，生產太陽能單元1000變得非常昂貴，這就 使得具有這樣高的管覆蓋率的排列變得根本不現實。
圖12A和12B比奪i在兩個不同的地理^立置Newark和Churchill收集的 模擬能量。Newark和Churchill均位于北半球，其緯度分別是40.7和58.4。 除了在以上第6.1節中描述的太陽能電池裝配件外，將由普通單面(generic monofacial)太陽能面板所收集的能量作為在模擬研究中的對照。在兩個位置 中，模擬每個太陽能電池裝配件的太陽輻射吸收。對于每種排列，在四個不 同的管覆蓋率水平(0.2、 0.3、 0.4和0.5)進行模擬。不同太陽能電池裝配件的 研究包括具有反照層的水平格網排列(例如，圖12A和12B中的1202)，沒有 反照層的水平格網排列(例如，圖12A和12B中的1204),具有20度傾斜角度 的單面和雙面平面式面板^非列(例如，圖12A中的1206和1208)，具有40度 傾斜角度的單面和雙面平面式面板排列(例如，圖12B中的1212和1214)，以 及沒有反照的水平放置的平面式排列(例如，圖12A和12B中1210)。
在圖12C中，通過計算機模擬分析每個太陽能電池裝配件收集散射太陽 輻射的能力。圖12C證明水平格網太陽能電池裝配件的高效率主要是由于它 們在收集散射太陽輻射中的效率。以上模擬數據證明，在不同的位置，具有 反照率的水平格網排列對于收集太陽輻射是最高效的排列形式。這樣的高效 不取決于管覆蓋率。
6.5.結論
在一個平面^能單元1000與相鄰太陽能單元1000具有明顯分離器距離306的非平面式太 陽能單元1000的陣列在收集太陽能方面非常高效。由非平面式太陽能單元 1000形成的太陽能電池組件對于該組件與安裝表面之間的傾斜角度不敏感。 當非平面式太陽能單元1000被排列成太陽能單元之間具有空間間隔時，它們 相對于其中所有的太陽能單元1000相互抵靠而緊密封裝的排列能更有效地收
集太陽能。
7.參考文獻
為此，在此引入的全部參考文件在此結合其全部內容作為參考，并且在 相同程度上，如同每個單獨的出版物或專利或專利申請被明確和單獨指出以 結合其全部內容作為參考。
對于所屬領域的技術人員而言，4艮顯然，在不脫離本發明的精神和范圍 的情況下，可以產生所公開的裝置和方法的許多變型和變化。在此描述的特 定實施方案僅僅是通過示例性方式提供，并且本發明將僅通過所附權利要求 書、連同被授權的這些權利要求的等同物的全部范圍來限定。
8權利要求
1、一種太陽能電池裝配件，其包括第一太陽能電池組件，其包括在共用平面內彼此平行或大致平行排列的第一組多個非平面式太陽能單元，其中在所述第一組多個非平面式太陽能單元中的每個非平面式太陽能單元與安裝表面相隔至少一分隔距離；并且在所述第一組多個非平面式太陽能單元中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元彼此間隔一分離器距離，從而允許直射的太陽光穿過所述第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元之間而照射到所述安裝表面上。
2、 如權利要求l所述的太陽能電池裝配件，其還包括第二太陽能電池第二組多個非平面式太陽能單元，其中在所述第二組多個非平面式太陽能單元中的第三非平面式太陽能單元和 第四非平面式太陽能單元彼此間隔所述分離器距離，從而允許直射的太陽光 穿過所述第三非平面式太陽能單元和第四非平面式太陽能單元之間；并且所述第二組多個非平面式太陽能單元中的每個非平面式太陽能單元與安 裝表面相隔至少所述分隔距離；并且其中所述第一太陽能電池組件和所述第二太陽能電池組件彼此間隔一通道距離。
3、 如權利要求2所述的太陽能電池裝配件，其中所述分隔距離大于所述通道距離。
4、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個非平面 式太陽能單元包括20個或更多的非平面式太陽能單元。
5、 如權利要求l所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個非平面 式太陽能單元包括100個或更多的非平面式太陽能單元。
6、 如權利要求l所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個非平面 式太陽能單元包括500個或更多的非平面式太陽能單元。
7、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個非平面 式太陽能單元中的非平面式太陽能單元的橫截面是圓形，并且具有1毫米 -1000毫米的外直徑。
8、 如權利要求l所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個非平面 式太陽能單元中的非平面式太陽能單元的橫截面是圓形，并且具有14毫米-17 毫米的外直徑。
9、 如權利要求l所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個非平面 更大的外直徑。
10、如權利要求l所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離為0.1 厘米或更大。
11、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離為1 厘米或更大。
12、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離為5 厘米或更大。
13、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離小于 10厘米。
14、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離至少 等于或大于所述第一組多個非平面式太陽能單元中的非平面式太陽能單元的 直徑。
15、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離至少 等于或大于所述第一組多個非平面式太陽能單元中的非平面式太陽能單元的 直徑的兩倍。
16、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中在所述第一組多個非 平面式太陽能單元中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元 之間的分離器距離與在所述第一組多個非平面式太陽能單元中的第三非平面 式太陽能單元和第四非平面式太陽能單元之間的分離器距離不相同。
17、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個非平 面式太陽能單元中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元之間的分離器距離與所述第一組多個非平面式太陽能單元中的第三非平面式太 陽能單元和第四非平面式太陽能單元之間的分離器距離相同。
18、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述安裝表面反照表 面相交疊。
19、 如權利要求18所述的太陽能電池裝配件，其中所述反照表面具有至 少60%的反照率。
20、 如權利要求18所述的太陽能電池裝配件，其中所述反照表面是朗伯 表面或漫反射表面。
21、 如權利要求18所述的太陽能電池裝配件，其中所述反照表面與自清 潔層相交疊。
22、 如權利要求l所述的太陽能電池裝配件，其中所述分隔距離為25厘米或更大o
23、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述分隔距離為2米 或更大。
24、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個非平 面式太陽能單元中的非平面式太陽能單元包括襯底，其中所述襯底的至少 一部分是剛性的和非平面式的； 背電極，其環繞設置在所述襯底上；半導體結層，其環繞設置在所述背電極上；以及 透明導電層，其環繞設置在所述半導體結上。
25、 如權利要求24所述的太陽能電池裝配件，其中所述非平面式太陽能單元還包括透明非平面式套，該透明非平面式套環繞密封在所述非平面式太 陽能單元上。
26、 如權利要求25所述的太陽能電池裝配件，其中所述透明非平面式套 由塑料或玻璃制得。
27、 如權利要求24所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底包括塑料、 玻璃、金屬或金屬合金。
28、 如權利要求24所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底為管狀，而 流體穿過所述^j"底。
29、 如權利要求24所述的太陽能電池裝配件，其中所述半導體結包括吸 收體層和結匹配層，并且其中所述結匹配層環繞設置在所述吸收體層上。
30、 如權利要求29所述的太陽能電池裝配件，其中所述吸收體層為銅-銦-鎵-二硒化物，而所述結匹配層為In2Se3、 In2S3、 ZnS、 ZnSe、 CdlnS、 CdZnS、 ZnIn2Se4、 Zn.xMgxO、 CdS、 Sn02、 ZnO、 Zr02或者摻雜的ZnO。
31、 如權利要求24所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底具有20GPa 或更大的楊氏模量。
32、 如權利要求24所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底具有40GPa或更大的楊氏模量。
33、 如權利要求24所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底具有70GPa或更大的楊氏模量。
34、 如權利要求24所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底由線性材料制得。
35、 如權利要求24所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底的全部或部 分是剛性管或剛性固體桿。
36、 如權利要求l所示的太陽能電池裝配件，其還包括 多個內反射器，其中所述多個內反射器中的每個單獨的內反射器被構建在所述多個非平面式太陽能單元中對應的第一非平面式太陽能單元和第二非 平面式太陽能單元之間，從而使從各個內反射器反射的太陽光的 一部分^皮反 射到所述對應的第一非平面式太陽能單元上。
37、 如權利要求36所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個內反射器中 的一個內反射器具有中空孔。
38、 如權利要求36所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個內反射器中 的一個內反射器包括塑料套，該塑料套具有沉積在其上的反射材料層。
39、 如權利要求38所述的太陽能電池裝配件，其中所述反射材料層為拋光鋁、鋁合金、銀、^^或鋼。
40、 如權利要求36所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個內反射器中 的一個內反射器為反射材料制成的單片。
41、 如權利要求40所述的太陽能電池裝配件，其中所述反射材料為拋光 鋁、鋁合金、銀、4泉或鋼。
42、 如權利要求36所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個內反射器中 的一個內反射器包括塑料套，在該塑料套上涂附有一層金屬箔膠帶。
43、 如權利要求42所述的太陽能電池裝配件，其中所述金屬箔膠帶為鋁 箔膠帶。
44、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能單元 中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元串聯電連接。
45、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所迷第一組多個太陽 能單元中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元并聯電連 接。
46、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個太陽 能單元中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元彼此電絕緣。
47、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述分隔距離大于所 述分離器距離。
48、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中所述分隔距離小于所述分離器距離。
49、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中在所述第一組多個太 陽能單元中的非平面式太陽能單元包括(A) 非平面式襯底，其具有第一端和第二端；和(B) 線性排列在所述襯底上的多個太陽能電池，該多個太陽能電池包括第 一太陽能電池和第二太陽能電池，在所述多個太陽能電池中的每個太陽能電 池包括背電極，其環繞設置在所述襯底上； 半導體結層，其環繞設置在所述背電極上；以及 透明導電層，其環繞設置在所述半導體結上；其中 所述多個太陽能電池中的第一太陽能電池的透明導電層與所述多個太陽 能電池中的第二太陽能電池的背電極串聯電連接。
50、 如權利要求49所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能電池 包括位于所述非平面式襯底的第一端的第一終端太陽能電池； 位于所述非平面式襯底的第二端的第二終端太陽能電池；和 位于所述第一終端太陽能電池和所述第二太陽能電池之間的至少一個中間太陽能電池，其中所述至少 一 個中間太陽能電池中的每個中間太陽能電池 的透明導電層與所述多個太陽能電池中的相鄰太陽能電池的背電極串聯電連接。
51、 如權利要求50所述的太陽能電池裝配件，其中所述相鄰太陽能電池 是所述第一終端太陽能電池或所述第二終端太陽能電池。
52、 如權利要求50所述的太陽能電池裝配件，其中所述相鄰太陽能電池是另一中間太陽能電池。
53、 如權利要求49所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能電池 包括3個或更多太陽能電池。
54、 如權利要求49所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能電池 包括10個或更多太陽能電池。
55、 如權利要求49所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能電池 包括50個或更多太陽能電池。
56、 如權利要求49所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能電池 包括100個或更多太陽能電池。
57、 如權利要求49所述的太陽能電池裝配件，其還包括透明非平面式套， 該透明非平面式套環繞密封在所述多個太陽能電池中的全部或部分太陽能電 池的透明導電層上。
58、 如權利要求57所述的太陽能電池裝配件，其中所述透明非平面式套由塑料或玻璃制得。
59、 如權利要求57所述的太陽能電池裝配件，其中所述透明非平面式套 包括鋁矽酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、雙色玻璃、鍺/半導4本玻璃、玻璃陶瓷、 珪酸鹽/纟容融石英3皮璃、i咸石灰玻璃、石英3皮璃、；琉屬化物/好l化物3皮璃、氟化 玻璃、含鉛玻璃或者cereated玻璃。
60、 如權利要求57所述的太陽能電池裝配件，其中所述透明非平面式套 包括含氟聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙 烯醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基碳氟化合物(PFA)、尼龍、交聯聚乙烯(PEX)、 聚丙歸(PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙歸 (PVC)或聚偏二氟乙烯(P VDF)。
61、 如權利要求49所述的太陽能電池裝配件，其中所述非平面式襯底包 括塑料、金屬或玻璃。
62、 如權利要求49所述的太陽能電池裝配件，其中所述非平面式襯底包 括氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、聚苯并咪唑、聚酰胺、 聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰胺一酰亞胺、基于玻璃基酚、聚苯乙烯、交聯 聚苯乙烯、聚酯、聚-友酸酯、聚乙烯、聚乙烯、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯、 聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸酯、尼龍66、乙酸丁酸纖維素、醋酸纖維素、剛 性乙烯樹脂、塑性乙烯樹脂或者聚丙烯。
63、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中聚光器或反射器覆蓋 所述安裝表面。
64、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中復合拋物面聚光器覆蓋所述安裝表面。
65、 如權利要求1所述的太陽能電池裝配件，其中v-溝道反射器覆蓋所 述安裝表面。
66、 一種太陽能電池裝配件，其包括太陽能電池組件，其包括在共用平面內彼此平行或大致平行排列的多個 非平面式太陽能單元；和套，其包括底部和多個透明側面板，其中所述套包覆所述太陽能電池組 件，并且其中在所述第一組多個非平面式太陽能單元中的第一非平面式太陽能單元和 第二非平面式太陽能單元彼此間隔一分離器距離，從而允許直射的太陽光穿過所述第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元之間而照射到所 述所述盒狀套的所述底部上；以及所述多個非平面式太陽能單元中的每個非平面式太陽能單元與所述套的 底部相隔至少一分隔距離。
67、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述分隔距離大于所 述分離器距離。
68、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述套包括頂層，該 頂層密封所述套并遮蔽所述多個非平面式太陽能單元以免受直接的太陽輻射。
69、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述頂層的第一側涂 覆有增透涂層，其中所述第一側從所述套朝外。
70、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個透明側面板 包括透明塑料或玻璃。
71、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個透明側面板 包括鋁矽酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、雙色玻璃、鍺/半導體玻璃、玻璃陶瓷、 硅酸鹽/熔融石英玻璃、；威石灰玻璃、石英玻璃、疏屬化物/;克化物玻璃、氟化 玻璃、含鉛玻璃或者cereated玻璃。
72、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個透明側面板 包括氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、聚酰胺、聚烯烴、聚 甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯醋酸乙烯(EVA)、全 氟烷氧基碳氟化合物(PFA)、尼龍/聚酰胺、交聯聚乙烯(PEX)、聚丙烯(PP)、 聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙歸(PTFE)、熱塑性共聚物、聚亞安 酯/聚氨酯、透明聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、或者其任意組合。
73、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個非平面式太陽能單元包括20個或更多非平面式太陽能單元。
74、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個非平面式太 陽能單元包括500個或更多非平面式太陽能單元。
75、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個非平面式太 陽能單元中的非平面式太陽能單元的直徑為1毫米至6厘米。
76、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個非平面式太 陽能單元中的非平面式太陽能單元的直徑為5毫米或更大。
77、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離為0.1 厘米或更大。
78、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離為1 厘米或更大。
79、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離小于 IO厘米。
80、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述分離器距離至少 等于或大于其中所述第一組多個非平面式太陽能單元中的非平面式太陽能單 元的直徑。
81、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個非平面式太陽能單元中的第一太陽能單元和第二太陽能單元之間的分離器距離與所述多 個非平面式太陽能單元中的第三非平面式太陽能單元和第四非平面式太陽能 單元之間的分離器距離不相同。
82、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個非平面式太 陽能單元中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元之間的分 離器距離與所述多個非平面式太陽能單元中的第三非平面式太陽能單元和第 四非平面式太陽能單元之間的分離器距離不相同。
83、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述底部與反照表面 相交疊。
84、 如權利要求83所述的太陽能電池裝配件，其中所述反照表面具有至 少60%的反照率。
85、 如權利要求83所述的太陽能電池裝配件，其中所述反照表面是朗伯 表面或漫反射表面。
86、 如權利要求83所述的太陽能電池裝配件，其中所述反照表面與自清 潔層相交疊。
87、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述底部包括反照面。
88、 如權利要求87所述的太陽能電池裝配件，其中所述反照面具有至少 60%的反照率。
89、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述分隔距離為25厘米或更大o
90、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述分隔距離為2米 或更大。
91、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述第一組多個非平 面式太陽能單元中的非平面式太陽能單元包括村底，其中所述襯底的至少一部分是剛性的和非平面式的； 背電極，其環繞設置在所述襯底上； 半導體結層，其環繞設置在所述背電極上；以及 透明導電層，其環繞設置在所述半導體結上。
92、 如權利要求91所述的太陽能電池裝配件，其中所述非平面式太陽能 單元還包括透明非平面式套，該透明非平面式套環繞密封在所述非平面式太 陽能單元上。
93、 如權利要求92所述的太陽能電池裝配件，其中所述透明非平面式套 由塑料或玻璃制得。
94、 如權利要求91所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底包括塑料、 玻璃、金屬或金屬合金。
95、 如權利要求91所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底為管狀，且流體穿過所述襯底。
96、 如權利要求91所述的太陽能電池裝配件，其中所述半導體結包括吸 收體層和結匹配層，并且所述接合合配件層環繞設置在所述吸收體層上。
97、 如權利要求96所述的太陽能電池裝配件，其中所述吸收體層為銅-銦-鎵-二硒化物，而所述結匹配層為In2Se3、 In2S3、 ZnS、 ZnSe、 CdlnS、 CdZnS、 ZnIn2Se4、 ZiiLxMgxO、 CdS、 Sn02、 ZnO、 Zr02或者摻雜的ZnO。
98、 如權利要求91所迷的太陽能電池裝配件，其中所述襯底具有20GPa或更大的楊氏模量。
99、 如權利要求91所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底具有40GPa或更大的楊氏模量。
100、 如權利要求99所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底具有70 GPa 或更大的楊氏模量。
101、 如權利要求99所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底由線性材 料制得。
102、 如杈利要求99所述的太陽能電池裝配件，其中所述襯底的全部或 部分是剛性管或剛性固體桿。
103、 如權利要求66所示的太陽能電池裝配件，還包括多個內反射器，其中所述多個內反射器中的每個單獨的內反射器被構建 在所述多個非平面式太陽能單元中相應的第一非平面式太陽能單元和第二非 平面式太陽能單元之間，從而使從各個內反射器反射的太陽光的 一部分被反 射到相應的第一非平面式太陽能單元上。
104、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能單 元中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元串聯電連接。
105、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能單 元中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元并聯電連接。
106、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能單 元中的第一非平面式太陽能單元和第二非平面式太陽能單元彼此電絕緣。
107、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述分隔距離小于 所述分離器距離。
108、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能單 元中的非平面式太陽能單元包括(A) 非平面式襯底，其具有第一端和第二端；和(B) 線性排列在所述襯底上的多個太陽能電池，該多個太陽能電池包括第 一太陽能電池和第二太陽能電池，所述多個太陽能電池中的每個太陽能電池 包括背電極，其環繞設置在所述襯底上；半導體結層，其環繞設置在所述背電極上；以及透明導電層，其環繞設置在所述半導體結上；其中 所述多個太陽能電池中的第一太陽能電池的透明導電層與所述多個太陽 能電池中的第二太陽能電池的背電極串聯電連接。
109、 如權利要求108所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能電 池包括位于所述非平面式襯底的所述第一端的第一終端太陽能電池； 位于所述非平面式襯底的所述第二端的第二終端太陽能電池；和 位于所述第一終端太陽能電池和所述第二太陽能電池之間的至少一個中 間太陽能電池，其中所述至少 一 個中間太陽能電池中的每個中間太陽能電池 的透明導電層與在所述多個太陽能電池中的相鄰太陽能電池的背電極串聯電 連接。
110、 如權利要求109所述的太陽能電池裝配件，其中所述相鄰太陽能電 池是所述第一終端太陽能電池或所述第二終端太陽能電池。
111、 如權利要求109所述的太陽能電池裝配件，其中所述相鄰太陽能電 池是另 一中間太陽能電池。
112、 如權利要求108所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能電 池包括3個或更多太陽能電池。
113、 如權利要求108所述的太陽能電池裝配件，其中所述多個太陽能電池包括10個或更多太陽能電池。
114、 如權利要求108所述的太陽能電池裝配件，其還包括透明非平面式 套，該透明非平面式套環繞密封在所述多個太陽能電池中的全部或部分太陽 能電池的透明導電層上。
115、 如權利要求114所述的太陽能電池裝配件，其中所述透明非平面式套由塑料或玻璃制得。
116、 如權利要求66所述的太陽能電池裝配件，其中靜態聚光器覆蓋所 述底部。
117、 如權利要求116所述的太陽能電池裝配件，其中所述靜態聚光器是 復合拋物面聚光器。
118、 如權利要求107所述的太陽能電池裝配件，其中所述靜態聚光器是 v-溝道反射器。
全文摘要
本發明提供了一種太陽能電池裝配件，其包括太陽能電池組件，該組件具有在一個共用平面內彼此平行或大致平行排列的非平面式太陽能單元。在多個太陽能單元中的第一和第二非平面式太陽能單元通過間隔件而彼此間隔一定距離，從而允許直射太陽光在該非平面式太陽能單元之間通過。多個太陽能單元中的每個非平面式太陽能單元與安裝表面之間至少間隔一段分隔距離。
文檔編號H01L31/0352GK101454904SQ200780020057
公開日2009年6月10日 申請日期2007年3月30日 優先權日2006年3月30日
發明者克里斯汀·M·葛羅內特, 本雅明·布勒, 詹姆士·K·杜魯門 申請人:索林塔有限公司