非平面太阳能电池的单片集成电路制造技术

本发明专利技术涉及非平面太阳能电池的单片集成电路。提供了一种太阳能电池单元，其有具有第一端及第二端的衬底，其中所述衬底的至少一部分为刚性且非平面的。该太阳能电池具有线性设置在所述衬底上的多个光伏电池，包括第一光伏电池及第二光伏电池。所述多个光伏电池中的各个光伏电池包括：环周设置在所述衬底上的后电极；环周设置在所述后电极上的半导体结层；以及环周设置在所述半导体结上的透明导电层。所述多个光伏电池中的所述第一光伏电池的所述透明导电层与所述多个光伏电池中的所述第二光伏电池的所述后电极串联电连接。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及用于将太阳能转换为电能的太阳能电池组件，具体涉及改进的太阳能电池组件。
技术介绍
太阳能电池通常被制造为具有4-6cm2量级或更大聚光表面积的分离物理实体。为此，用于发电应用领域中的通常作法是将扁平阵列的电池安装在支撑衬底或面板上，使得其聚光表面提供类似于单一大聚光表面的聚光表面。此外，因为每个电池自身仅产生少量电力，故通过将电池阵列以串联及/或并联矩阵互连来实现所需的电压及/或电流。图1中示出了常规现有技术的太阳能电池结构。因为不同层的厚度的较大范围，仅示意性地将其示出。此外，图1为高度示意性，由此其表示“厚膜”太阳能电池及“薄膜”太阳能电池两者的特征。一般而言，因为需要吸收器层的厚膜来吸收足够量的光，故使用间接能带隙材料来吸收光的太阳能电池通常被设置为“厚膜”太阳能电池。因为仅需要直接能带隙材料的薄层来吸收足够·量的光，故使用直接能带隙材料来吸收光的太阳能电池通常被设置为“薄膜”太阳能电池。在图1的顶部的箭头示出了电池上直接太阳照明源。层102是衬底。玻璃或金属是常见衬底。在薄膜太阳能电池中，衬底102可以是聚合物基材、金属或玻璃。在一些情况下，存在附涂衬底102的包裹层(未示出)。层104是用于太阳能电池的后方电端子。层106是半导体吸收器层。后方电端子104与吸收器层106欧姆接触。在很多但并非全部情况下，吸收器层106是P型半导体。吸收器层106足够厚以吸收光。层108是半导体结匹配器(junction partner),其与半导体吸收器层106—起,形成p-η结。p_n结是在太阳能电池中常见类型的结。在p-n结基太阳能电池中，当半导体吸收器层106是P型掺杂材料时，结匹配器108就是η型掺杂材料。相反地，当半导体吸收器层106是η型掺杂材料时，结匹配器108是P型掺杂材料。通常，结匹配器108比吸收器层106薄得多。例如，在一些情况下，结匹配器108具有约0.05微米的厚度。结匹配器108对太阳辐射高度透明。因为其使光向下穿过到达吸收器层106,故结匹配器108也被称为窗层(window layer)。在常规厚膜太阳能电池中，吸收器层106及窗层108可由相同半导体材料制成，但具有不同载体类型(掺杂)及/或载体浓度，以使得两层具有不同的P型及η型特性。在其中铜铟镓硒(CIGS)是吸收器层106的薄膜太阳能电池中，使用CdS来形成结匹配器108已经制成高效电池。可用于结匹配器108的其它材料包括但不限于Sn02、Zn0、Zr02以及掺杂 ZnO0层110是对电极，其完成功能电池。通常使用对电极110将电流从结引离，因为结匹配器108通常阻抗过大而难以实现该功能。因此，对电极110应当导电性高并对光透明。对电极110实际上可以是在层108上印刷的金属梳状结构，而非形成独立的层。对电极110通常是透明导电氧化物(TCO)，诸如掺杂氧化锌(例如，铝掺杂氧化锌)、铟锡氧化物(ITO)、氧化锡(SnO2)、或者铟锌氧化物。但是，即使当存在TCO层时，在常规太阳能电池中通常需要母线网络114来引离电流，因为TCO阻抗过大而难以在较大的太阳能电池中有效地实现该功能。缩短了距离电荷载体的网络114必须在TCO层内移动以到达金属端子，由此减小阻抗损耗。金属母线(也被称为栅极线)可由任何合适的导电金属(例如银、钢或铝)制成。在网络114的设计中，在导电性更高但会阻挡更多光线的厚栅极线与导电性较差但阻挡更少光线的薄栅极线之间实现设计平衡。金属母线优选地被设置为梳状设置以允许光线通过层110。母线网络114与层110组合作为单冶金单元发挥作用，与第一欧姆端子功能性交互以形成集电电路。在授权给Sverdrup等人的美国专利号6，548，751 (通过引用将其完整结合在本说明书中)中，组合的银母线网络与铟锡氧化物层起单一透明ITO/Ag层的作用。 层112是允许大量额外的光进入电池的增透涂层。如图1所示，取决于电池的用途，可将其直接沉积在顶部导体上。可替代地或额外地，可使增透涂层112沉积在遮掩顶电极110的独立盖玻璃上。理想地，增透涂层在发生光电吸收的光谱范围上将电池的反射减小至极为接近零，并且同时增大在其它光谱范围中的反射以减少热量。授权给Aguilera等人的美国专利号6，107，564(通过引用将其完整结合在本说明书中)描述了本领域公知的代表性的增透涂层。太阳能电池通常仅产生低电压。例如，硅基太阳能电池产生约0.6伏特(V)的电压。因此，太阳能电池串联或并联互连以实现更大电压。当串联连接时，在电流保持相同的同时，各个电池的电压相加在一起。因此，相较于并联设置的类似的太阳能电池，串联设置的太阳能电池减小了通过电池的电流量，由此提高了效率。如图1所示，利用互连构件116来实现串联的太阳能电池设置。通常而言，互连构件116使一个太阳能电池的第一电极与相邻的太阳能电池的对电极电连通。如上所述以及如图1所示，常规太阳能电池通常为板状结构。尽管当其较小时这些电池的效能高，但因为较难使在这些电池中形成结的半导体膜一致，较大的平板太阳能电池的效能降低。此外，在较大的平板太阳能电池中，发生针孔以及类似瑕疵的几率增大。这些特征会导致结上的分流(shunt)。因此，本领域需要改进的太阳能电池设计。在这里对参考文献的讨论或引用并不构成对上述参考文献是本申请的现有技术的承认。
技术实现思路
本申请的一个方面提供了太阳能电池单元，其包括衬底及多个光伏电池。衬底具有第一端及第二端。线性设置在所述衬底上的多个光伏电池包括第一光伏电池及第二光伏电池。多个光伏电池中的各个光伏电池包括:(i)环周设置在所述衬底上的后电极；(ii)环周设置在所述后电极上的半导体结层；以及(iii)环周设置在所述半导体结上的透明导电层。多个光伏电池中的第一光伏电池的透明导电层与多个光伏电池中的第二光伏电池的后电极串联电连接。在一些实施方案中，衬底为⑴管状或(ii)刚性实心棒状。在一些实施方案中，多个光伏电池包括:(i)位于衬底第一端的第一端光伏电池；(ii)位于衬底第二端的第二端光伏电池；以及(iii)位于第一端光伏电池与第二端光伏电池之间的至少一个中间光伏电池。在至少一个中间光伏电池中的各中间光伏电池的透明导电层与多个光伏电池中相邻光伏电池的后电极串联电连接。在一些实施方案中，相邻光伏电池是第一端光伏电池或第二端光伏电池。在一些实施方案中，相邻光伏电池是另一中间光伏电池。在一些实施方案中，多个光伏电池包括三个或更多光伏电池、十个或更多光伏电池、五十个或更多光伏电池、或一百个或更多光伏电池。在一些实施方案中，由塑料或玻璃制成的透明管状壳体环周设置在多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的透明导电层上。在一些实施方案中，透明管状壳体包括铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融二氧化硅、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟玻璃、火石玻璃或者cereated玻璃。在一些实施方案中，透明管状壳体包括聚氨脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、硅树脂、硅胶、环氧化物、聚酰胺、或聚烯烃。在一些实施方案中，透明管状壳体包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯-醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基氟碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳能电池单元，包括：阳极；阴极；和光伏器件，该光伏器件包括：（A）具有第一端及第二端的刚性衬底，其中该刚性衬底具有纵向表面，其中所述纵向表面的剖面限定了所述刚性衬底的外部剖面形状；和（B）直接地线性设置在所述纵向表面上且处在所述纵向表面外部的多个光伏电池，所述多个光伏电池包括第一光伏电池及第二光伏电池，其中所述阳极和所述阴极之间的电流仅在所述纵向表面的外部传输，并且其中所述多个光伏电池中的所述第一光伏电池与所述多个光伏电池中的所述第二光伏电池串联电连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：本雅明·布勒，马库斯·E·贝克，
申请(专利权)人：索林塔有限公司，
类型：发明
国别省市：