本发明专利技术提供了一种单结CIGS/CIS太阳能电池模块。在基板上形成一种高效薄膜光伏模块。该光伏模块包括彼此电连接且横跨宽度一个接一个平行于长度物理设置的多个条状光伏电池。每个电池包括覆盖表面的隔离材料和覆盖隔离材料的第一电极。每个电池进一步包括形成为覆盖第一电极的吸收剂。吸收剂包括特征在于能带隙为约1eV至1.1eV的铜镓铟二硒化物化合物材料。每个电池另外包括覆盖吸收剂的缓冲材料以及双层氧化锌材料，双层氧化锌材料包括覆盖缓冲材料的高电阻率透明层和覆盖高电阻率透明层的低电阻率透明层。这允许CIGS电池用作底部装置，其机械连接于双面顶部装置以形成具有与硅相当的组合光伏电路效率的层压模块，但具有显著更低的成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及一种薄膜光伏模块(薄膜光伏组件，thin-filmphotovoltaic module)以及制造其的方法。更具体地，本专利技术提供了一种用于制造高效薄膜光伏模块的结构和方法。本专利技术提供了大尺寸且具有电路光伏效率(circuit photovoltaic efficiency)为12_15%以上的单结铜铟镓二硒化物(CIGQ电池的高效薄膜光伏面板。
技术介绍
从一开始，人类就已经应对挑战来寻找利用能量的方式。能量来自于以诸如石化产品、水力发电、核能、风能、生物质、太阳能的形式，以及更原始的形式，诸如木材和煤。在过去的一个世纪中，现代文明已依赖于作为重要能量来源的石化能量。石化能量包括天然气和石油，包括更轻的形式，如用于家庭取暖并用作用于烹饪的燃料的丁烷和丙烷。石油包括汽油、柴油和喷气燃料，通常用于运输目的。不幸地，石化燃料的供应基于在行星地球上可获得的量是有限的且基本上是固定的。另外，随着更多的人以增长的量使用石油产品，它快速地变为稀缺资源，这将最终随着时间而变得枯竭。更近地，已经期望环境上清洁且可再生的能量源。清洁能量源的一个实例是水电力(水力发电)。水电力来源于通过水的流动驱动的发电机。清洁且可再生的能量源还包括风能、波能、以及生物质能。清洁能源还有的其他类型包括太阳能。太阳能技术通常将来自太阳的电磁辐射转化成其他有用形式的能量。这些其他形式的能量包括热能和电力。对于电力应用，经常使用太阳能电池。尽管太阳能在环境上是清洁的并且已在某种程度上是成功的，但是，在将其广泛应用于全世界之前，还有待解决一些问题。例如，一种类型的太阳能电池利用来源于半导体材料锭的晶体材料。这些晶体材料能够用来制造包括将电磁辐射转化成电力的光伏和光电二极管装置的光电装置 (optoelectronic device) 0然而，晶体材料经常成本高并且难以大规模制造。另外，由这样的晶体材料制造的装置经常具有较低的能量转换效率。其他类型的太阳能电池利用“薄膜”技术来形成待用于将电磁辐射转化成电力的光敏材料的薄膜。膜可靠性经常较差并且在传统的环境应用中不能长时间使用。经常，薄膜难以彼此机械地结合。
技术实现思路
根据本专利技术的实施方式，提供了用于形成高效薄膜光伏模块的结构和方法。更具体地，本专利技术提供了尺寸为165X65cm以上的高效薄膜光伏面板以及电路光伏效率为 12-15%以上的CIGS单结电池。本专利技术提供了一种高效薄膜光伏模块，该高效薄膜光伏模块形成在具有长度为约 2英尺以上以及宽度为约5英尺以上的表面的基板上。该光伏模块包括彼此电连接且横跨宽度一个接一个地平行于长度设置的多个条状光伏电池。每个电池包括覆盖该表面的隔离材料(阻挡材料，barriermaterial)和覆盖该隔离材料的第一电极。每个电池进一步包括形成为覆盖该第一电极的吸收剂(吸收剂材料，absorber)，该吸收剂包含特征在于能带隙为约IeV至1. IeV的铜镓铟二硒化物化合物材料。另外，每个电池包括覆盖吸收剂的缓冲材料和双层氧化锌(SiO)材料，该双层氧化锌材料包括覆盖该缓冲材料的高电阻率透明层和覆盖该高电阻率透明层的低电阻率透明层。结合高电阻率透明层的缓冲材料形成了用于收集通过光伏吸收剂转化的光电子的光伏窗口材料，而低电阻率透明层形成第二电极。所述光伏模块进一步包括沿长度在基板的每个边缘区域附近在第一电极上分别形成的第一电引线和第二电引线。在一个可替换的实施方式中，本专利技术提供了一种用于制造高效薄膜光伏模块的方法。该方法包括提供约2英尺X5英尺以上的基板。在基板上形成隔离材料并且在其上形成导电材料。另外，该方法包括以基本上相等的间隔穿过导电材料划线(划片，scribe)以形成多个条状电池。每个条状电池中的导电材料形成第一电极。所述方法包括形成覆盖第一电极的前体材料。该前体材料至少包括含钠材料、铜镓合金材料、以及铟材料。该前体材料在至少具有硒物质和硫物质的气态环境中进行处理， 以形成特征在于具有约lev至1. IeV能带隙的ρ-型电特性和约0. 9的Cu/ (In+Ga)比的吸收剂材料。该方法进一步包括形成覆盖具有P-型特性的吸收剂材料的具有η-型特性的缓冲材料，以形成Pn结。此外，该方法包括图案化吸收剂材料和缓冲材料以将每个条状电池与相邻条状电池进行连接。在缓冲材料上形成高电阻率透明材料，接着形成透明导电材料。 此外，该方法包括图案化透明导电材料、缓冲材料、以及吸收剂材料，以形成用于每个条状电池的第二电极。本专利技术利用一种方法用于制造基于具有165X65cm以上形状因子的玻璃基板的薄膜光伏模块。相对于传统薄膜模块的优点包括低成本、简化的薄膜工艺、利用具有最大单片面板尺寸的CIGS单结光伏电池的高效率、以及优化的用于最大化光子接收的细条电池模式。简化的薄膜工艺包括直接在大尺寸钠钙玻璃基板上制备碱性材料，包括隔离材料、金属电极材料、以及一种或多种前体材料。另外，简化的薄膜工艺包括用于制备高效铜铟镓二硒化物(CIGQ光伏吸收剂的两步工艺，包括首先形成前体复合膜，接着实施该前体复合膜的热反应性硒化和硫化处理。一种具体实施方式包括具有特征在于能隙为约l.OeV至 1. IeV的CIGS光伏吸收剂的单结电池。这允许CIGS电池用作底部装置，该底部装置机械地连接于双面顶部装置以形成具有与硅相当的组合光伏电路效率的层压模块，但具有显著更低的成本。其他优点包括使用比其他薄膜光伏材料毒性相对更低的环境友好材料以及高温耐受性透明导电材料用于适应改进的吸收剂热工艺并在之后保持合理的光学透明度。附图说明图1是示出了单结CIGS薄膜光伏电池结构的图示；图2是示出了覆盖背电极形成的薄膜前体材料的图示；图3是示出了被处理用于制造光伏吸收剂材料的薄膜前体材料的图示；图4是示出了光伏吸收剂材料的形成的图示；图5是CIGS薄膜光伏吸收剂和上部电极ZnO层的颗粒结构的SEM图像；图6是示出了样品CIGS光伏模块的效率的IV特性曲线图；图7是示出了根据本专利技术一个实施方式的作为与顶部双面装置连接的底部装置的CIGS光伏电池用于形成串联模块的可选应用的简化图；图8是示出了层压样品CIGS光伏模块的俯视图的示意图；图9是单结CIGS薄膜光伏模块的电池结构的剖视图和对应俯视图的简化图。具体实施例方式提供了一种用于形成高效薄膜光伏模块的电池结构和方法。本专利技术能够实现一种高效CIGS/CIS基薄膜光伏电池，由该薄膜光伏电池可以以12-15%以上的电路效率制造具有165X65cm以上形状因子的工业尺寸面板。通过关于薄膜吸收剂组成化学计量和颗粒结构调整的工作，单结CIGS/CIS光伏吸收剂具有特征在于能带隙在1. 0至1. IeV中的优化光电性能。这使得电池能够被用作底部装置，该底部装置能够与顶部双面装置连接以形成具有增强模块效率的多结模块。本专利技术的实施方式可以用来包括其他类型的半导体薄膜或多层，包含硫化铁、硫化镉、硒化锌等，以及金属氧化物如氧化锌、氧化铁、氧化铜等。图1是示出了根据本专利技术一个实施方式的单结CIGS薄膜光伏电池结构的示意图。如所示的，本专利技术提供了用于形成薄膜光伏装置的基板100。在一个具体实施方式中， 基板100具有165X65cm的工业形状因子并且由选自钠钙玻璃、丙烯酸玻璃、糖玻璃、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·D·维廷，
申请(专利权)人：思阳公司，
类型：发明
国别省市：
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