制造具有多結和多電極的光伏電池的方法

專利名稱：制造具有多結和多電極的光伏電池的方法
技術領域：
本發明涉及光伏器件領域，尤其涉及包括稱作迭型電池(tandem cells)的多結器件。本發明涉及制造包括帶有多電極的電池的光伏器件，在器件中，將沉積在獨立襯底上的多個光伏電池相關聯，以制造多電極光伏模塊，其允許直接接入所有電極并且去除在這些電極之間的短路的危險。
背景技術：
如本身已知的，光伏發生器(PVG)包括串聯和/或并聯連接的多個光伏電池(PV)。光伏電池是設計為吸收光能量并且將其轉換為電功率的半導體二極管(p-n或者p-i-n結)。當光子被半導體吸收時，它們將它們的能量轉移到P-n結的原子，使得這些原子的電子是自由的并且產生自由電子(η-型電荷)和空穴(ρ-型電荷)。然后在結的兩(P型和η型)層之間出現電勢差。可以在電池的正端子和負端子之間測量該電勢差。對于零電流(開路)電池的最大電壓典型是大約0. 6V并且電池可以遞送的最大電流高度依賴于該電池接收的日照水平。表述“迭型結光伏電池”表示多結電池，其由一個在另一個頂部地堆疊以增加電池吸收的太陽光譜的帶寬的兩個簡單結組成。依賴于技術，這兩個結可以直接相互接觸或者經由透明導電氧化物的中間膜而間接接觸。在后者的情況中，在兩個結之間的透明導電氧化物中間體充當中間反射器，用于增加經由多次反射的光的光學路徑長度。圖1示出迭型電池的示意圖，其由沿著入射光的路徑的橫截面直接接觸的非晶硅(a-Si:H)制成的第一結和微晶硅(yc-Si:H)制成的第二結組成。各種膜的相對厚度并沒有在圖1按比例示出。通過PVD (物理汽相沉積)或者PECVD (離子增強化學汽相沉積)在玻璃襯底10上將各種材料沉積為薄膜。連續地沉積以下部分第一透明導電電極11、形成前光伏電池的第一簡單p-i-n結15、形成后光伏電池的第二簡單p-i-n結16、第二透明導電電極12和后反射器20。出于與制造有關的實際原因，無論電池是無機、有機或者混合(無機/有機)的，目前主要以稱作薄膜技術來生產迭型電池架構。在薄膜技術中，通過以適當順序連續地沉積用于收集產生的電流的電極11、12和有源膜15、16而實現光伏電池的物理疊加。迭型電池被視為光伏器件領域的關鍵先進技術，這主要是因為它們的電轉換效率。具體地，迭型架構的產生在于物理疊加(相對入射光的期望方向)具有能量偏移的各自光吸收帶的兩個光伏電池。光學地耦合電池向陣列(即，迭型)提供比單個電池的吸收帶寬更寬的整個吸收帶寬。假如該光吸收可以被轉換為電能并且被提取，則由此增加電轉換效率。圖2是圖示以百分數表達的薄硅膜制成的迭型電池轉換效率的圖。示出疊置電池(前電池“上電池”，后電池“下電池”)的各個吸收帶和電池(疊加)的整個吸收帶。迭型電池技術是增加光伏發生器的能量性能的一種方式。由此最近幾年已經開發了各種迭型電池架構。讀者可以參考例如文獻EP-A-1906457、US-A-2008/0023059或者WO 2004/112161。這些文獻每個針對增加陣列吸收的能量來提供光伏材料的各種組裝。
上文中描述的迭型電池的特征在于雙耦合由于在太陽光譜的各個帶的有源光伏電池的堆疊引起的光學耦合；以及經由兩個結和在迭型的末端存在的兩個電極的直接或者間接接觸的電耦合。迭型電池的電耦合的主要缺點是無論太陽條件如何，形成迭型的光伏電池產生的電流需要匹配。這個理想情形實際上是不可能的，因為每個電池產生的電流有意依賴于其中它們被激活的光譜的區域并且根據太陽條件而變化。這意味著迭型電池固有地受到其最弱元件的限制。對電流這樣的限制大大降低了迭型電池的理論效率。因此已經提出電解耦迭型電池的結。迭型的光伏電池仍然是光耦合的但是被電解耦。每個結與兩個電極相關聯并且由此獲得具有四個電極的迭型光伏電池，兩個迭型結中的每個有兩個電極。在相鄰結的電極之間插入對光是透明的并且電絕緣的材料膜。迭型電池的電極一般通過電流輸出端子的方式經由接線盒(junction box)被電連接到用于將DC電壓轉換為主電網兼容的AC電壓的電子設備。該設備還允許控制光伏電池的陣列或者甚至獨立地控制每個電池。光伏電池的兩個電流輸出端子一般位于兩個接線盒中的光伏電池的相對側或者單個接線盒的電池的中心。文獻US 4 461 922的圖1示出兩個疊加的迭型電池，其形成具有位于模塊的相對側上的電流輸出端子的模塊。因此模塊的控制需要兩個接線盒被放置在模塊的相對面。在模塊的相對側上布置接線盒具有使由模塊和接線盒組成的配件笨重(bulky)的缺點。此外，當兩個相同的光伏電池直接疊加時，電流輸出端子僅僅分開很短的距離，例如等于是對光透明的并且是兩個相鄰光伏電池之間的中間體的絕緣材料的膜厚度。該厚度是大約一毫米或者更小。這些光伏電池的疊加因此隱含了屬于兩個電池的每一個的電接觸帶的疊加以及在形成的4線光伏電池內的短路的危險。此外，使得難于接入電極，這是因為分離位于兩個相鄰光伏電池中的給定極性的電極的小空間。因此難于將它們連接到接線
品.ο因此需要多結和多端子光伏器件，其中，每個電池的電流收集帶之間的短路的危險盡可能地小并且可以經由單個接線盒控制。具體地，需要制造使得將每個光伏電池的電流輸出端子連接到接線盒更容易的多結光伏器件的方法。

發明內容
為了這個目的，本發明提供一種光伏器件，包括-至少兩個光伏電池(160，沈0)的配件，-放置在每個光伏電池之間的層壓夾層(300)，每個光伏電池包括兩個電流輸出端子(185，185，)，至少一個光伏結(150，250)，電流收集總線(180，180’ )，以及從電流收集總線延伸到電流輸出端子的連接帶(190，190’ )，用于電流輸出的所有輸出端子被放置在光伏器件的同一面上。根據一個實施例，該器件是平行六面體形狀并且電流輸出端子被放置在平行六面體的側面之一上并且電流輸出端子彼此相對偏移。 根據另一個實施例，該器件是平行六面體形狀并且電流輸出端子被放置在平行六面體的下表面或者上表面上。電流輸出端子被對齊，優選地靠近器件的側面。根據另一個實施例，電流輸出端子是導線。根據另一個實施例，電流輸出端子是在連接帶(190，190’ )的末端的觸點(500， 500，)。根據另一個實施例，該器件包括η個光伏電池，η是2或者更大，并且包括-前光伏電池，-在η嚴格大于2的情況下，至少一個中間光伏電池(1< i < η)，-后端光伏電池η，每個中間光伏電池i包括用于使來自光伏電池1到(i_l)的延伸段(195，195’ ) 通過的2(i-l)個孔(351，352)以及用于使來自光伏電池i的電流輸出端子通過的可選的兩個孔(350，353)，后端光伏電池η包括用于使來自光伏電池1到(η_1)的延伸段通過的 2(η-1)個孔(371-376)以及使來自光伏電池η的電流輸出端子通過的可選的兩個孔(370， 377)。根據另一個實施例，該器件包括η個光伏電池，η是2或者更大，并且包括-前光伏電池，-在η嚴格大于2的情況下，至少一個中間光伏電池(1< i <η)，-后端光伏電池η，每個中間光伏電池i包括允許光伏電池1到(i-Ι)的觸點安裝到接線盒的插頭的 2(i-l)個孔(351，352)以及允許光伏電池i的觸點安裝到接線盒的插頭的可選的兩個孔 (350,353)，后端光伏電池η包括允許光伏電池1到(η-1)的觸點安裝到接線盒的插頭的 2(η-1)個孔(371-376)以及允許光伏電池η的觸點安裝到接線盒的插頭的可選的兩個附加孔(370，377)。根據另一個實施例，后端光伏電池包括反光材料的膜030)。其作為用于屋頂組件、建筑物的屋頂、或者用于建筑物的非透明墻壁覆層。根據另一個實施例，后端光伏電池不包括反光材料的膜。該器件用作用于建筑物的窗戶組件。根據另一個實施例，從包括以下部分的組中選取光伏結材料微晶硅、多晶硅和非晶硅、與硫化鎘CdS緩沖層相關聯的碲化鎘CdTe ；與硫化鎘CdS或者硫化銦1 緩沖層相關聯的黃銅礦(Chalcopyrite)CiJrvxGEix(Se，S)2，其中χ位于0和1之間；硅和鍺SixGe^ 的氫化非晶質合金；以及基于聚(3-己基噻吩)(polyG-hexylthiophene))和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基([6，6]-phenyl-C61-butyric acid methyl)的有機材料；以及以上的混合物。根據另一個實施例，由透明導電氧化物(TCO)構成的兩個電極呈現在結的每個面上。根據另一個實施例，電流輸出端子在接線盒中被聚集到一起，形成由正電流輸出端子構成的第一組和由負電流輸出端子構成的第二組。根據另一個實施例，電流輸出端子按正電極和負電極構成的對進行分組，每對被放置在接線盒中或者所有的對被放置在單個接線盒中。根據另一個實施例，光伏陣列包括η個接線盒。本發明的另一個目的是光伏陣列，其包括諸如上面描述的器件以及至少一個接線盒。根據另一個實施例，光伏陣列包括單個接線盒。本發明的另一個目的是制造諸如上面描述的光伏器件的方法。該方法包括對光伏電池(160,260)和層壓夾層(300)進行層壓。根據一個實施例，該方法包括對以下部分進行堆疊的步驟-前光伏電池，-帶孔的層壓夾層，該孔面向在其上沉積層壓夾層的前光伏電池的電流輸出端子，-至少一個中間光伏電池i，每個中間光伏電池i包括用于使來自光伏電池1到 (i-1)的延伸段(195，195，)通過的2 (i-Ι)個孔(351，352)以及用于使來自光伏電池i的電流輸出端子通過的可選的兩個孔(350，353)；-帶孔的層壓夾層，該孔面向在其上沉積層壓夾層的光伏電池i的電流輸出端子，-后端光伏電池n，包括用于使來自光伏電池1到(n-1)的延伸段通過的2(n_l)個孔(371-376)以及用于使來自光伏電池η的電流輸出端子通過的可選的兩個孔(370，377)，-使延伸段和電流輸出端子通過孔，-層壓該堆疊，可以在已經沉積了每個電池或者每個夾層之后由順序操作獲得層壓或者可以在已經組裝了電池和夾層之后在單個步驟獲得層壓。根據另一個實施例，該方法包括對以下部分進行堆疊的步驟-前光伏電池，-帶孔的層壓夾層，該孔面向在其上沉積層壓夾層的前光伏電池的電流輸出端子，-至少一個中間光伏電池i，包括允許光伏電池1到(i-Ι)的觸點安裝到接線盒的插頭的2(i-l)個孔(351，352)以及允許光伏電池i的觸點安裝到接線盒的插頭的可選的兩個孔(350，353)，-帶孔的層壓夾層，該孔面向在其上沉積層壓夾層的光伏電池i的電流輸出端子，-后端光伏電池n，包括允許光伏電池1到(n-1)的觸點安裝到接線盒的插頭的 2 (n-1)個孔(371-376)以及允許光伏電池η的觸點安裝到接線盒的插頭的可選的的兩個附加孔(370，377)，-層壓該堆疊，可以在已經沉積了每個電池或者夾層之后由順序操作獲得層壓或者可以在已經組裝了電池和夾層之后在單個步驟獲得層壓。根據另一個實施例，連接帶(190，190’ )在其末端配備有觸點(500，500’)·根據另一個實施例，電流輸出端子是導線并且在光伏電池的外部被保持在器件的側表面之一上。根據另一個實施例，光伏電池具有位于光伏電池的側面上或者位于光伏電池的側面上的凹部(600)開口中的觸點端子(500)。根據另一個實施例，根據本發明的方法包括對以下部分進行堆疊的步驟-包括兩個延伸段的前光伏電池，-不帶孔的層壓夾層，-至少一個中間光伏電池i，每個中間光伏電池i包括相對于光伏電池1到(i-1) 的2 (i-1)個延伸段偏移的2個延伸段；
-不帶孔的層壓夾層；-后端光伏電池n，包括相對于光伏電池1到(n-1)的2(n_l)個延伸段偏移的2 個延伸段；所有延伸段伸出光伏器件的相同面以外；-層壓該堆疊，可以在已經沉積了每個電池或者每個夾層之后由順序操作獲得層壓或者可以在已經組裝了電池和夾層之后在單個步驟獲得層壓。


當閱讀通過示例的方式給出并且參照附圖的本發明的實施例的以下描述時，本發明的其它特征和優點將變得清楚，在附圖中-上面描述的圖1是現有技術的迭型結光伏電池；-上面描述的圖2是現有技術的迭型結光伏電池的能量效率圖；-圖3是根據本發明的迭型結光伏電池的示意圖；-圖4是根據本發明方法的迭型電池的組件的示意圖；-圖5是襯底的面A和B的描述；-圖6是光伏電池的各面的描述面E是光入射面并且面F是光出射面；-圖7是根據本發明的光伏器件的電連線(wiring)的示意圖；-圖8是根據本發明的“背面電極”配置的示意圖；-圖9是根據本發明的連線的工作圖；-圖IOa是根據本發明的組裝之前“邊緣面電極”配置(或者“側面電極”)中的四個2電極電池的示例性堆疊；-圖IOb是根據本發明的組裝之后的的四個2電極電池的示例性堆疊；-圖IOc是根據本發明的組裝之前的四個2電極電池的示例性堆疊的示意圖；-圖IOd是根據本發明的組裝之前的的四個2電極電池的示例性堆疊的示意圖；-圖IOe是根據本發明的組裝之后的的四個2電極電池的示例性堆疊的示意圖；-圖Ila是根據本發明的組裝之前的“背面電極”配置的四個2電極電池的示例性堆疊；-圖lib是根據本發明的組裝之后的“背面電極”配置的四個2電極電池的示例性
堆疊；-圖Ilc是根據本發明的在其中電流輸出端子被相對光伏電池的軸偏離中心的組裝之前的“背面電極”配置的四個2電極電池的示例性堆疊；-圖1 是“背面電極”配置的以下方式其中連接帶的延伸段從布置在堆疊的中間兩電極電池i(l < i <n)通過，使得在多結和多電極電池中面E對應面A并且面S對應面B ；-圖12b是“背面電極”配置的以下方式其中連接帶的延伸段從布置在堆疊中的
“邊緣面電極”配置(或者“側面電極”)中 “邊緣面電極”配置(或者“側面電極”)的 “邊緣面電極”配置(或者“側面電極”)中 “邊緣面電極”配置(或者“側面電極”)中中間兩電極電池i(l < i <n)通過，使得在多結和多電極電池中面E對應面B并且面S對應面A ；-圖13a)和13b)是其電流輸出端子作為連接帶的末端的觸點的光伏電池；該觸點可以是位于光伏電池的邊緣面(或者側面)(圖13a)或者在位于光伏電池的邊緣面(或者側面)上的凹部(housing)中(圖13b)；插頭(400，400，)與觸點(500，500，)配合；-圖14a)和14b)是其電流輸出端子作為連接帶的末端的觸點的光伏電池；該觸點可以是位于光伏電池的背面(圖14b)；在光伏電池的背面的觸點(500，500’，500”， 500”，)與插頭(400，400，，400”，400”，)配合。
具體實施例方式本發明提供一種制造多結和多電極的光伏器件的方法，該光伏器件使得能夠直接接入η個光伏電池的每一個的兩個電極。首先，描述帶有兩個電解耦的迭型結(四個電極)的光伏電池的結構；然而將理解，可以利用本發明的方法來制造包括η個多結光伏電池(n ^ 2)的配件的模塊。圖3示意性圖示帶有用于將電流輸出到接線盒的四個電極的迭型結光伏電池的橫截面圖。圖3順序(從頂部到底部)示出支撐第一光伏電池的第一襯底100，該第一光伏電池包括夾著(flank)第一光伏結150的第一電極110和第二電極120。透明并且電絕緣材料膜300將第一光伏電池與第二電池分離，該第二電池包括夾著第二光伏結250的第一電極210和第二電極220。可以在第二光伏電池之下提供背面反射膜230。最后，圖3示出第二襯底200。將電極110、120、210和220連接到接線盒50。圖4示意性圖示組裝分別制造的兩個光伏電池的步驟。然后在對光透明的樹脂膜 300的任一側上組裝電池160 J60。可以經由例如層壓(lamination)來實現該組裝。圖3示出限于兩個光伏電池的組裝，但是模塊可以包括η個光伏電池，η大于2。 在這樣的情形下，在模塊中區分3種類型的光伏電池-前光伏電池(i= 1)，即光線通過的第一個電池；-中間光伏電池(1< i < η)；-后端光伏電池(i= η)，即接收光線的最后電池。每個襯底包括兩個面(見圖5)-在其上沉積光能量吸收體(結)的面A；-不具有對于太陽輻射的光伏轉換特定的沉積的面B。每個光伏電池包括兩個面(見圖6)-太陽輻射到達通過的入射面E；-在已經通過襯底和各種薄膜的陣列之后太陽輻射從其離開的或者在已經通過襯底和各種薄膜的陣列之后太陽輻射從其反射的出射面S。對于獨立電池的堆疊，本發明描述了這樣的堆疊-對于前兩電極光伏電池(i= 1)，面E對應面B并且面S對應面A ；-對于每個中間兩電極光伏電池(1< i < η)，面E對應面B并且面S對應面A ；-對于后端兩電極光伏電池(i= η)，面E對應面A并且面S對應面B。
然而，在中間兩電極光伏電池的情況下，完全可能的是它們中一些或者全部以其中面E對應面A并且面S對應面B的配置而放置。在獨立的襯底上制備(pr印are)每個光伏電池。前(i = 1)電池和中間(1 < i < η)電池的襯底對于太陽輻射是透明的，以允許太陽輻射到達堆疊的每個光伏電池的吸收材料。這些襯底例如可以完全由玻璃或者諸如聚氨酯或者聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯之類的熱塑性塑料制成。選取這些襯底以具有對于光伏系統的應用有用的一部分光譜的最佳可能透光度。后端光伏電池的襯底不一定是透明的。該襯底可能例如由不銹鋼、玻璃、聚合物、 陶瓷或者數個這些元素的復合物制成。襯底的制備用于生產光伏電池i的襯底是熱穩定、化學穩定并且機械穩定的并且與制造兩電極光伏電池i的方法和過程兼容，還與制造最終多電極電池的方法和過程兼容。所有襯底具有相同尺寸。在襯底上制備光伏電池簡要地描述前兩電極光伏電池、中間兩電極光伏電池、和后兩電極光伏電池的制造，應理解該描述可應用于在組裝所述電池之前根據本發明制造多電極光伏器件的每個電池。可以在與在使用的裝備方面或者在地點方面完全無關的生產線上進行形成最終多電極光伏電池的每個兩電極光伏電池的制造。每個電池可以通過任何現有方法制造，特別是通過在襯底上沉積薄膜。在襯底上沉積第一基于透明導電氧化物的電極。透明導電氧化物膜典型具有大約 0. 05 μ m到10 μ m的厚度并且例如是基于摻氟的錫氧化物SnO2:F，摻鋁的鋅氧化物ZnO:Al， 摻硼的鋅氧化物SiOB或者銦錫氧化物(ITO)。其盡可能地透明并且盡可能多地傳送在對應于形成光伏電池i和之后的光伏電池陣列(從i+Ι到η)的吸收材料的材料的吸收光譜的波長范圍內的太陽輻射，從而不減少最終的多電極光伏模塊的總轉換效率。該透明導電氧化物膜可能例如由陰極濺射、LPVCD(低壓化學汽相沉積)或者MOCVD(金屬有機化學汽相沉積)來沉積。在后端兩電極光伏電池(i = η)的情況下，還能夠利用例如由鋁(Al)、銀(Ag)、鉬 (Mo)、銅(Cu)或者氮化鈦(TiN)制成的后端反射器。該后端反射器在襯底和第一透明導電電極之間沉積。后端反射器可能例如使用陰極濺射技術或者活性(reactive)陰極濺射來沉積。該實施例特別適合于其中將光伏電池模塊放置在住宅或者工廠的屋頂上的應用，這是因為其允許朝外側反射光。然后可以可選擇地例如使用離子蝕刻技術或者經由鹽酸HCl溶液的浸泡化學地來對該透明導電氧化物膜進行紋理化(texture)，從而提高太陽輻射的光學集中(optical confinement)并且由此提高最終的多電極光伏模塊的總轉換效率。接著，在第一透明導電電極的表面上沉積使得能夠對太陽輻射進行光伏轉換的吸收材料。這可以例如是由氫化非晶硅制成的p-i-n結或者n-i-p結的吸收體、氫化多晶硅制成的P-i-n結或者n-i-p結的吸收體，或者氫化微晶硅制成的(T) p-i-n結或者n-i-p結的吸收體；或者諸如迭型結之類的多結類型的薄膜吸收體，其第一 P-i-n結是基于非晶硅并且其第二 p-i-n結是基于微晶硅；或者基于與硫化鎘CdS制成的緩沖層相關聯的碲化鎘 CdTe的吸收體；或者基于諸如例如與硫化鎘CdS或者硫化銦1 制成的緩沖層相關聯的 CudnxGa1J ( ，S) 2合金之類的黃銅礦的吸收體，其中χ位于0和1之間；或者基于硅和鍺的氫化非晶質合金SixGei_x的吸收體；或者例如聚(3-己基噻吩(3-hexylthiophene))和 W，6]_苯基-C61-丁酸甲基(P3HT/PCBM)型的吸收體。優選地，用于制造結的材料具有不同的太陽輻射吸收能力。用于光伏電池i的吸收材料在對應于形成之后的光伏電池(從i+Ι到η)的吸收材料的材料的吸收光譜的波長范圍內是高度透射的，以便不減少最終的多電極光伏模塊的總轉換效率。例如，在四電極電池(n = 2) (S卩，從每個帶有兩個獨立電極的兩個電池制造的)情形中，對于前電池(i = 1) 將可以選取由氫化非晶硅制成的P-i-n或者n-i-p結組成的吸收體，并且對于后端電池(i =2)將可以選取由氫化微晶硅制成的p-i-n或者n-i-p結組成的吸收體。最后，在吸收體的表面上沉積第二透明并且導電的電極。例如基于Sn02:F， &ι0:Α1，Ζη0:Β或者ITO的透明導電氧化物膜盡可能地透明并且對在對應于形成光伏電池i 和全部之后的光伏電池(從i+Ι到η)的吸收材料的材料的吸收光譜的波長范圍中的太陽輻射進行高度地透射，以便不減少最終的多個電極光伏模塊的總轉換效率。如本身已知的，例如通過激光蝕刻、機械蝕刻或者剝離過程(lift offprocess)將各種薄膜分割為電池的步驟以及清洗各個表面的步驟可以在各沉積步驟之間進行，從而形成在同一襯底上串聯連接的光伏電池的網絡。分割各個薄膜的這些連續步驟由此允許在襯底的表面上形成的各個電池在經由單片集成(monolithic integration)的分割步驟期間被串聯地相關聯。清洗各個表面的步驟可以在沉積和分割步驟之間進行。對膜的外圍進行電絕緣的附加步驟可以在襯底的表面A上進行。該絕緣可以例如通過利用激光的方法的方式來進行。最后，在襯底的外圍去除在襯底表面A上沉積的所有膜的帶，從而限定了沒有任何沉積的區。該去除在襯底的外圍的所有膜使得能夠一方面將吸收材料與外部環境中隔離并且另一方面能夠將層壓夾層(lamination interlayer)與在其外圍的襯底直接接觸，從而允許更好地隔離濕度和氧。典型地，從外圍去除的帶具有IOmm和15mm之間的寬度。可以例如通過激光切除或者通過使用利用例如金剛砂粉末(corimdumpowder)的噴沙處理方法或者使用磨輪(abrasive wheel)的機械磨蝕來進行外圍處的膜的磨蝕。光伏電池的連線光伏電池的電連線的架構表征本發明。參考圖7-12。在圖7中，通過串聯單片集成來將電流收集總線(180，180’，181，181’ )橫向放置在電池i的任一末端，從而允許收集該光伏電池生成的電子。收集總線在襯底的側邊緣上延伸。為了放置這些側收集總線，可以使用自動焊接機或者甚至進行手動連接。然后兩個連接帶(190，190’，191，191’)連接到每條收集總線。每個連接帶充當兩條電收集總線和模塊外部的接觸區之間的鏈路。連接帶位于垂直于電流收集總線的方向并且每個被帶到朝向襯底的中心。位于垂直于電流收集總線的方向的連接帶的部分的長度在圖7中示出的圖中的光伏電池中變化。具體地，將注意，在圖7中，固定于光伏電池(i)的連接帶(191，191’ )的部分短于固定于光伏電池(i_l)的連接帶(190，190’ )的部分。該長度變化允許電流輸出端子(185，185’，186和186’)的位置被偏移。該偏移使得可以確保光伏電池的電流輸出端子不與另一個的頂部對齊，而對齊可能使得電流輸出端子到接線盒的順序連接困難并且可能引起這些端子之間的短路。可以延伸電池i_l的連接帶(190， 190’)，使得所述帶通過電池i到電池η的所有電池和密封物(encapsulant)并且從光伏電池的背面伸出。連接帶延伸段以圖7中的標號195和195’給出。圖8示出一旦組裝成的多電極光伏器件。圖9示出對于四個光伏電池的堆疊，垂直于電流收集總線的方向的連接帶的長度從前光伏電池到后端光伏電池變短。對于給定的光伏電池的兩個電極，位于垂直于電流收集總線的方向的連接帶的長度相同。必須電絕緣位于襯底的面A的電極的兩個連接帶。為此，絕緣材料帶放置于面A 和兩個連接帶之間。根據優選實施例，電流輸出端子從襯底伸出并且位于與襯底平行的平面內。這已知為“邊緣面電極”配置(圖IOa和10b)。延伸電池i的電流輸出端子，使得它們從襯底和密封物的邊緣面(或者側面)伸出。由光伏電池堆疊構成的該器件具有平行六面體的形狀，包括上表面、下表面和四個側面。上表面是接收光的面。“邊緣面電極”配置對應于從光伏器件的一個側面出來的電流輸出端子。在組裝了光伏器件的各個元件之后，將注意電流輸出端子(185，186，187，188，185’，186’，187’和188，)彼此相對偏移。表述“偏移的電流輸出端子”被理解為意思是沒有兩個電流輸出端子位于與由光伏器件的上表面形成的平面垂直的給定平面。在其中仍然對光伏器件的邊緣面(或者側面)作出連接的不同實施例中，可以提供與位于連接帶的末端上的觸點(500，500’)配合的插頭G00，400’)(圖13a和13b)。該觸點可以位于光伏電池的邊緣面(或者側面)上或者位于光伏電池的邊緣面(或者側面) 上的凹部(600，600，)中。還可以設想諸如在圖10c、10d和IOe中示出的實施例，其中對于給定光伏電池的兩個電極，位于垂直于電流收集總線的方向的連接帶長度不同。根據另一個優選實施例，電流輸出端子從襯底伸出并且位于垂直于襯底的平面內。這已知為“背面電極”配置(圖IlaUlb和11c)。因此該“背面電極”配置對應于從光伏器件的下表面出來的電流輸出端子。在其中電極位于電池的邊緣面(或者側面)上的多結和多電極光伏電池的生產的情形中，對于襯底不一定要預先鉆孔。在其中電極位于電池的背面的多結和多電極光伏電池的生產的情形中，對于襯底必須要預先制備。這是因為，為了允許帶有兩個獨立電極的每個光伏電池的電極到達模塊的背面，襯底i = 2到η必須被鉆孔，以允許電流輸出端子通過(圖Ila)。電池2包括4 個孔(350，351，352，353)。電池3包括6個孔(360，361，362，363)。后端電池包括8個孔 (370，371，372，373，374，375，376，377)。對于給定電池，可選擇地存在其中每個位于一組孔的末端的2個孔。這是因為，假設連接帶被放置在光伏電池的下表面，可能缺少這兩個孔。 然而，如果連接帶放置在光伏電池的上表面，則它們必須存在。前電池(i = 1)的襯底沒有被鉆孔。這是因為前電池充當最終的多電極光伏電池的蓋。此外，電池i的連接帶的內部末端與密封物i中存在的孔重合(圖Ila)。可以延伸電池i的連接帶，使得連接帶通過所有襯底和密封物并且從多電極光伏電池的背面伸出，如上關于圖7所描述的。
當使用延伸段來延伸連接帶(195，195’ )時，重要的是確保這些延伸段從襯底的面S出去。在該情形下，當在堆疊中放置中間兩電極光伏電池i(l <i<n)使得面E對應于面A并且面S對應面B時，必須確保光伏電池i的連接帶的延伸段通過為了該目的提供的、襯底i中的被鉆的孔(圖12a)。當在堆疊中放置中間兩電極光伏電池i(l < i <n)使得面E對應于面B并且面 S對應于面A時，光伏電池i的連接帶的延伸段不通過襯底i中的孔(圖12b)。當在堆疊中放置中間兩電極光伏電池i (1 < i < η)使得面E對應于面B并且面S 對應于面A時，支撐光伏電池i的襯底i將包括預先在與襯底的一個邊緣平行的線上鉆的 2i個孔。對于這個襯底，2(i-l)個中心孔與在夾層(i-Ι)中被鉆的孔重合。該襯底可以包括在這些孔的任一側的兩個附加孔。當在堆疊中放置中間兩電極光伏電池i(l < i < η)使得面E對應于面A并且面S對應于面B時，支撐光伏電池i的襯底i將包括在與襯底的一個邊緣平行的線上鉆的 2(i-l)個孔。對于這個襯底，2(i-l)個中心孔與在夾層i中鉆的孔重合。后端電池(i = η)的襯底將包括在與襯底的一個邊緣平行的線上鉆的2η個孔。對于這個襯底，2(η-1)個中心孔對應于在夾層(η-1)鉆的孔。該襯底還可能包括在這些孔的任一側的兩個附加孔。為了不減少最終的多電極光伏模塊的總轉換效率，優選將每個電池的收集總線和電流輸出端子定位在相同位置。可能不使用連接帶延伸段。每個光伏電池和接線盒之間的電連接然后可能通過與放置在光伏電池的背面的觸點(500，500’)配合的不同長度的插頭000，400’)來進行(圖 14a 和 14b)。可以手動進行各個收集總線和連接帶的放置和焊接。然而，該操作典型地使用自動系統進行。電收集總線和電流輸出端子可以是金屬帶，諸如覆蓋鎳的銀帶纜(ribbon)、覆蓋銀的鎳帶纜、錫條帶(tin beads)、覆蓋錫的銅帶纜、覆蓋銅的錫帶纜或者允許傳輸光伏電池生成的電流并且可以被焊接到光伏電池的電極的其它金屬。Mffi^ M一旦前光伏電池、中間光伏電池以及后光伏電池的每一個已經被獨立制造，它們經由(密封物)層壓夾層被相互聯結。選擇的用于將兩電極電池聯結成多結和多電極電池的層壓夾層應當-提供機械保護，-充當水蒸氣和氧的屏障，-提供電絕緣，-充當震動吸收體，-不是電池材料的腐蝕源，-具有粘性屬性。該選擇可能例如由彈性體(elastomers)以及熱塑性塑料(thermoplastics) 制造，彈性體諸如例如乙烯/乙酸乙烯酯(ethylene/vinyl acetate) (EVA)、聚氨脂樹脂(polyurethane resins) (PUR)、聚丙烯酸酯樹脂(polyacrylate resins)或者硅酮(silicones)，熱塑性塑料諸如例如聚乙烯醇縮丁醛(polyvinyl butyral) (PVB)、聚氨酯熱塑性塑料(polyurethane thermoplastics) (PUTs)和某些修改的聚烯烴 (certain modified polyolefins) (EPDM，DMP)。其它層壓夾層可以利用EVA或者例如 Tedlar 、Nuvasil 或者Tefzel 型的塑料，或者UV-設置(setting)涂層或者以上的組合來替代后者。層壓夾層是盡可能透明的并且高度透射對應于形成光伏電池i和所有之后光伏電池(從i+Ι到η)的吸收材料的材料的吸收光譜中的波長范圍中的太陽輻射，從而不減少光伏模塊的效率。密封物的制備所有的密封物與襯底的大小相同。當生產其電極位于電池的邊緣面(或者側面)的多結和多電極光伏電池時，不一定預先制備密封物(圖IOa和10b)。當生產其電極位于電池的背面的多結和多電極光伏電池時，對于密封物必須要預先制備。這是因為，為了每個帶有兩個獨立電極的光伏電池的電極到達模塊的背面，密封物 i = 1 到(n-1)被鉆孔(圖 11a、lib、11c)。一般地，位于電池i的襯底和電池(i+Ι)的襯底之間的密封物i將包括在平行于襯底的一個邊緣的線上預先鉆的2i個孔。對于該襯底，2 (i-1)個中心孔與在襯底i上鉆的
孔重合。密封(sealing)或者密封樹脂(sealing resin)也可能被放置在每個襯底之間， 在襯底i的面S的外圍或者在襯底(i+Ι)的面E的外圍上，從而提供特別針對潮濕的襯底i 和(i+Ι)之間的附加密封。該密封或者密封樹脂可以例如是熱熔聚合物，諸如乙烯/乙酸乙烯或者聚異丁烯(polyisobutylene)或者例如基于聚氨酯、多硫化物(polysulfide)或者硅酮的膠泥(mastic)。鑒于提供針對環境的附加保護，則還可以例如用環氧化物覆蓋后襯底的孔中的焊接結點。從獨立兩電極光伏電池和層壓夾層組裝多結和多電極光伏電池相互聯結各兩電極光伏電池。為此，將層壓夾層1放置在光伏電池1的面S的表面上。然后將電池2的面E放置在層壓夾層1上。一般地，為了聯結光伏電池，層壓夾層i 被沉積在光伏電池i的面S的表面上。最后，光伏電池η的面E被放置在層壓夾層(n-1) 的表面上。在聯結各兩電極光伏電池的該步驟期間，當要生產其電極位于電池的背面的多結和多電極光伏電池時，必須在放置層壓夾層i時確保層壓夾層i中提供的孔與i個之前的電池的連接帶的內部末端重合。同樣，當放置電池i時，重要的是確保夾層(i-i)的孔與襯底i的孔重合。當其電極位于電池的背面的多電極電池使用連接帶延伸段時，必須確保i-Ι個之前電池的連接帶的延伸段通過層壓夾層i中的重合孔并且使光伏電池i的連接帶的兩個延伸段通過層壓夾層i中的兩個自由孔。同樣，當放置電池i時，重要的是確保夾層(i-i)的孔與襯底i的孔重合(圖11a)。在其中經由電池的邊緣面(或者側面)對多電極電池制作觸點的情形中，重要的是確保位于襯底i的邊緣面(或者側面)上的光伏電池i的兩個電極的連接帶不恰好被放置在之前(i_l)個光伏電池的電極的連接帶之上(圖10b)。在聯結多結和多電極光伏電池的各個部分的該步驟期間，必須在每個步驟中確保襯底和層壓夾層相互良好對齊。該對齊可以通過操作者手動或者例如使用圖像控制并且使用使得能夠對齊的機器人來執行。包括η個兩電極光伏電池和(η-1)個夾層的堆疊的陣列然后被放置在允許完成多結和多電極光伏電池的聯結的層壓系統中。該最終層壓可以例如在壓熱器(autoclave)中處理之后在真空層壓機(vacuum laminator)或者在輥筒層壓機(roller laminator)中實現。以該方式獲得的光伏電池模塊可以經由全部位于模塊的同一側上或者其邊緣面上的電流輸出端子連接到一個或者多個接線盒。接線盒確保模塊到用戶接口的電連接，該用戶接口一般包括允許DC電壓轉換為與主電網兼容的AC電壓的電子器件。優選地，模塊連接到單個接線盒。優選地，對于具有側面電極的模塊，單個接線盒安裝在用于支撐光伏電池模塊的面板的機架(frame)中，而對于具有背面電極的模塊安裝在后電池的面S上。
權利要求
1.一種光伏器件，包括-至少兩個光伏電池(160J60)的配件，-放置在每個光伏電池之間的層壓夾層(300)，每個光伏電池包括兩個電流輸出端子(185，185’)，至少一個光伏結(150，250)，電流收集總線(180，180’)，以及連接帶(190，190’)，從所述電流收集總線延伸到電流輸出端子，所有用于電流輸出的輸出端子被放置在所述光伏器件的同一面上。
2.如權利要求1所述的器件，其中，該器件是平行六面體形狀，并且所述電流輸出端子被放置在所述平行六面體的側面之一，且所述電流輸出端子彼此相對偏移。
3.如權利要求1所述的器件，其中，該器件是平行六面體形狀并且所述電流輸出端子放置在所述平行六面體的下表面或者上表面上。
4.如權利要求3所述的器件，其中，所述電流輸出端子被對齊，優選地靠近所述器件的側面。
5.如前述權利要求之一所述的器件，其中，所述電流輸出端子是導線。
6.如權利要求1至4之一所述的器件，其中，所述電流輸出端子是在所述連接帶(190，190，)的末端的觸點(500,500')。
7.如權利要求1、3至5之一所述的器件，包括η個光伏電池，η是2或者更大，該器件包括-前光伏電池，-在η嚴格大于2的情況下，至少一個中間光伏電池(1 < i < η)，-后光伏電池η，每個中間光伏電池i包括用于使來自光伏電池1到(i_l)的延伸段(195，195’)穿過的2(i-l)個孔(351，352)以及用于使來自光伏電池i的電流輸出端子穿過的可選的兩個孔(350，353)，后光伏電池η包括用于使來自光伏電池1到(η_1)的延伸段穿過的2 (η_1)個孔(371-376)以及用于使來自光伏電池η的電流輸出端子穿過的可選的兩個孔(370，377)。
8.如權利要求3、4和6所述的器件，包括η個光伏電池，η是2或者更大，該器件包括-前光伏電池，-在η嚴格大于2的情況下，至少一個中間光伏電池(1 < i <η)，-后光伏電池η，每個中間光伏電池i包括允許光伏電池1到(i_l)的觸點安裝到接線盒的插頭的2(i-l)個孔(351，352)以及允許光伏電池i的觸點安裝到接線盒的插頭的可選的兩個孔(350,353)，后光伏電池η包括允許光伏電池1到(η-1)的觸點安裝到接線盒的插頭的2 (η-1)個孔(371-376)以及允許光伏電池η的觸點安裝到接線盒的插頭的可選的兩個附加孔(370，377)。
9.如前述權利要求之一所述的器件，其中，所述后光伏電池包括反光材料的膜030)。
10.如權利要求9所述的器件，作為用于屋頂組件、建筑物的屋頂，或者用于建筑物的非透明墻覆蓋層。
11.如前述權利要求1至8之一所述的器件，其中，所述后光伏電池不包括反光材料的膜。
12.如權利要求11所述的器件，作為用于建筑物的窗戶組件。
13.如權利要求1至12之一所述的器件，其中，從包括以下的組中選取光伏結材料微晶硅；多晶硅；非晶硅、與硫化鎘CdS緩沖層相關聯的碲化鎘CdTe ；與硫化鎘CdS或者硫化銦1 緩沖層相關聯的黃銅礦CuIrvxGiix (Se，S) 2，其中χ位于0和1之間；硅和鍺SixGei_x的氫化非晶質合金；以及基于聚(3-己基噻吩)和W，6]_苯基-C61-丁酸甲基的有機材料；以及以上的混合物。
14.如權利要求1至13之一所述的器件，其中，在結的每個面上存在由透明導電氧化物(TCO)構成的兩個電極。
15.如權利要求1至14之一所述的器件，其中，電流輸出端子在接線盒中被聚集到一起，形成由正電流輸出端子構成的第一組和由負電流輸出端子構成的第二組。
16.如權利要求1至14之一所述的器件，其中，電流輸出端子按由正電極和負電極構成的對進行分組，每一對被放置在接線盒中或者所有的對被放置在單個接線盒中。
17.一種光伏陣列，包括-如權利要求1至16之一所述的器件，-至少一個接線盒。
18.如權利要求17所述的光伏陣列，包括單個接線盒。
19.一種光伏陣列，包括-如權利要求16所述的器件，-η個接線盒。
20.一種用于制造如權利要求1至16之一所述的光伏器件的方法，包括對光伏電池(160,260)和層壓夾層(300)進行層壓。
21.如權利要求20所述的方法，包括對以下部分進行堆疊的步驟-前光伏電池，-帶孔的層壓夾層，所述孔面對在其上沉積層壓夾層的前光伏電池的電流輸出端子，-至少一個中間光伏電池i，每個中間光伏電池i包括用于使來自光伏電池1到(i_l)的延伸段(195，195’)穿過的2(i-l)個孔(351，352)以及用于使來自光伏電池i的電流輸出端子穿過的可選的兩個孔(350，353)；-帶孔的層壓夾層，該孔面對在其上沉積層壓夾層的光伏電池i的電流輸出端子，-后光伏電池n，包括用于使來自光伏電池1到(n-1)的延伸段穿過的2(n-l)個孔(371-376)以及用于使來自光伏電池η的電流輸出端子穿過的可選的兩個孔(370，377)，-使延伸段和電流輸出端子穿過孔，-層壓該堆疊，可以在已經沉積每個電池或者每個夾層之后通過順序操作獲得層壓，或者可以在已經組裝了電池和夾層之后在單個步驟中獲得層壓。
22.如權利要求20所述的方法，包括對以下部分進行堆疊的步驟-前光伏電池，-帶孔的層壓夾層，所述孔面對在其上沉積層壓夾層的前光伏電池的電流輸出端子，-至少一個中間光伏電池i，其包括允許光伏電池1到(i-Ι)的觸點安裝到接線盒的插頭的2(i-l)個孔(351,35 以及允許光伏電池i的觸點安裝到接線盒的插頭的可選的兩個孔(350，353)，-帶孔的層壓夾層，所述孔面對在其上沉積層壓夾層的光伏電池i的電流輸出端子，-后光伏電池n，其包括允許光伏電池1到(n-1)的觸點安裝到接線盒的插頭的2 (n-1)個孔(371-376)以及允許光伏電池η的觸點安裝到接線盒的插頭的可選的的兩個附加孔(370,377)，-層壓該堆疊，可以在已經沉積了每個電池或者夾層之后通過順序操作獲得層壓，或者可以已經組裝了電池和夾層之后在單個步驟中獲得層壓。
23.如權利要求22所述的方法，其中，連接帶(190，190’)在其末端配備有觸點(500，.500，)。
24.如權利要求20所述的方法，其中，電流輸出端子是導線并且在光伏電池的外部被保持在器件的側表面之一上。
25.如權利要求20所述的方法，其中，光伏電池具有位于光伏電池的側面上或者位于光伏電池的側面上的凹部(600)開口中的觸點端子(500)。
26.如權利要求20所述的方法，包括對以下部分進行堆疊的步驟-包括兩個延伸段的前光伏電池，-不帶孔的層壓夾層，-至少一個中間光伏電池i，每個中間光伏電池i包括相對于光伏電池1到(i-Ι)的.2 (i-Ι)個延伸段偏移的2個延伸段；-不帶孔的層壓夾層；-后光伏電池n，其包括相對于光伏電池1到(n-1)的2 (n-1)個延伸段偏移的2個延伸段；所有延伸段伸出光伏器件的相同表面之外；-層壓該堆疊，可以在已經沉積每個電池或者每個夾層之后通過順序操作獲得層壓，或者可以在已經組裝了電池和夾層之后在單個步驟中獲得層壓。
全文摘要
本發明涉及光伏器件，包括至少兩個光伏電池(160，260)的配件；以及在每個光伏電池之間插入的層壓材料(300)，每個光伏電池包括兩個電流輸出端子(185，185’)；至少一個光伏結(150，250)；電流收集總線(180，180’)；以及從電流收集總線延伸到電流輸出端子的連接帶(190，190’)，所有電流輸出端子被放置在光伏器件的單個表面上。
文檔編號H01L31/18GK102576770SQ201080039966
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月7日 優先權日2009年7月8日
發明者L.弗蘭克, M.弗梅爾希 申請人:道達爾股份有限公司