專利名稱：全密封的非平面太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的全密封太陽能電池。

背景技術(shù)：
太陽能電池通常被制造為具有4-6cm2量級或更大聚光表面積的分離物理實體。為此，用于發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域中的通常作法是將扁平陣列的電池安裝在支撐襯底或面板上，使得其聚光表面提供類似于單一大聚光表面的聚光表面。此外，因為每個電池自身僅產(chǎn)生少量電力，故通過將電池陣列以串聯(lián)及/或并聯(lián)矩陣互連來實現(xiàn)所需的電壓及/或電流。
圖1中示出了常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)的太陽能電池結(jié)構(gòu)。因為不同層的厚度的較大范圍，僅示意性地將其示出。此外，圖1為高度示意性的，由此圖1表示了“厚膜”太陽能電池及“薄膜”太陽能電池兩者的特征。一般而言，因為需要吸收器層的厚膜來吸收足夠量的光，故使用間接能帶隙材料來吸收光的太陽能電池通常被設(shè)置為“厚膜”太陽能電池。因為僅需要直接能帶隙材料的薄層來吸收足夠量的光，故使用直接能帶隙材料來吸收光的太陽能電池通常被設(shè)置為“薄膜”太陽能電池。
在圖1的頂部的箭頭示出了電池上直接太陽照明源。層102是襯底。玻璃或金屬是常見襯底。在薄膜太陽能電池中，襯底102可以是聚合物基材、金屬或玻璃。在一些情況下，存在附涂襯底102的包裹層(未示出)。層104是用于太陽能電池的后方電觸點(diǎn)。
層106是半導(dǎo)體吸收器層。后方電觸點(diǎn)104與吸收器層106歐姆接觸。在很多但并非全部情況下，吸收器層106是p型半導(dǎo)體。吸收器層106足夠厚以吸收光。層108是半導(dǎo)體結(jié)匹配器(junction partner)，其與半導(dǎo)體吸收器層106一起，形成p-n結(jié)。p-n結(jié)是在太陽能電池中常見類型的結(jié)。在p-n結(jié)基太陽能電池中，當(dāng)半導(dǎo)體吸收器層106是p型摻雜材料時，結(jié)匹配器108就是n型摻雜材料。相反地，當(dāng)半導(dǎo)體吸收器層106是n型摻雜材料時，結(jié)匹配器108是p型摻雜材料。通常，結(jié)匹配器108比吸收器層106薄得多。例如，在一些情況下，結(jié)匹配器108具有約0.05微米的厚度。結(jié)匹配器108對太陽輻射高度透明。因為其使光向下穿過到達(dá)吸收器層106，故結(jié)匹配器108也被稱為窗層(window layer)。
在常規(guī)厚膜太陽能電池中，吸收器層106及窗層108可由相同半導(dǎo)體材料制成，但具有不同載體類型(摻雜)及/或載體濃度，以使得兩層具有不同的p型及n型特性。在其中銅銦鎵聯(lián)硒化合物(CIGS)是吸收器層106的薄膜太陽能電池中，使用CdS來形成結(jié)匹配器108已經(jīng)制成高效電池?？捎糜诮Y(jié)匹配器108的其它材料包括但不限于In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-xMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2以及摻雜ZnO。
層110是對電極，其完成功能電池。通常使用對電極110將電流從結(jié)引離，因為結(jié)匹配器108通常阻抗過大而難以實現(xiàn)該功能。因此，對電極110應(yīng)當(dāng)導(dǎo)電性高并對光透明。對電極110實際上可以是在層108上印刷的金屬梳狀結(jié)構(gòu)，而非形成獨(dú)立的層。對電極110通常是透明導(dǎo)電氧化物(TCO)，諸如摻雜氧化鋅(例如，鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅)、銦錫氧化物(ITO)、氧化錫(SnO2)、或者銦鋅氧化物。但是，即使當(dāng)存在TCO層時，在常規(guī)太陽能電池中通常需要母線網(wǎng)絡(luò)114來引離電流，因為TCO阻抗過大而難以在較大的太陽能電池中有效地實現(xiàn)該功能?？s短了距離電荷載體的網(wǎng)絡(luò)114必須在TCO層內(nèi)移動以到達(dá)金屬端子，由此減小阻抗損耗。金屬母線(也被稱為柵極線)可由任何合適的導(dǎo)電金屬(例如銀、鋼或鋁)制成。在網(wǎng)絡(luò)114的設(shè)計中，在導(dǎo)電性更高但會阻擋更多光線的厚柵極線與導(dǎo)電性較差但阻擋更少光線的薄柵極線之間實現(xiàn)設(shè)計平衡。金屬母線優(yōu)選地被設(shè)置為梳狀設(shè)置以允許光線通過TCO層110。母線網(wǎng)絡(luò)層114與TCO層110組合作為單冶金單元發(fā)揮作用，與第一歐姆端子功能性交互以形成集電電路。在授權(quán)給Sverdrup等人的美國專利號6,548,751(通過引用將其完整結(jié)合在本說明書中)中，組合的銀母線網(wǎng)絡(luò)與銦錫氧化物層起單一透明ITO/Ag層的作用。
層112是允許大量額外的光進(jìn)入電池的增透涂層。如圖1所示，取決于電池的用途，可將其直接沉積在頂部導(dǎo)體上。可替代地或額外地，可使增透涂層112沉積在遮掩頂電極110的獨(dú)立蓋玻璃上。理想地，增透涂層在發(fā)生光電吸收的光譜范圍上將電池的反射減小至極為接近零，并且同時增大在其它光譜范圍中的反射以減少熱量。授權(quán)給Aguilera等人的美國專利號6,107,564(通過引用將其完整結(jié)合在本說明書中)描述了本領(lǐng)域公知的代表性的增透涂層。
太陽能電池通常僅產(chǎn)生低電壓。例如，硅基太陽能電池產(chǎn)生約0.6伏特(V)的電壓。因此，太陽能電池串聯(lián)或并聯(lián)互連以實現(xiàn)更大電壓。當(dāng)串聯(lián)連接時，在電流保持相同的同時，各個電池的電壓相加在一起。因此，相較于并聯(lián)設(shè)置的類似的太陽能電池，串聯(lián)設(shè)置的太陽能電池減小了通過電池的電流量，由此提高了效率。如圖1所示，利用互連構(gòu)件116來實現(xiàn)串聯(lián)的太陽能電池設(shè)置。通常而言，互連構(gòu)件116使一個太陽能電池的第一電極與相鄰的太陽能電池的對電極電連通。
許多太陽能電池結(jié)對濕氣敏感。經(jīng)過一段時間后，濕氣滲透到太陽能電池中，并造成太陽能電池結(jié)腐蝕。為了防止這些濕氣進(jìn)入太陽能電池，通常用玻璃嵌板封裝太陽能電池。因此，如圖1所示，玻璃嵌板可以加到頂電極110和增透涂層112之間或加到增透涂層之上。通常，用有機(jī)硅層或EVA層將玻璃嵌板密封到太陽能電池上。因此，在該玻璃嵌板和襯底102之間可以防止太陽能電池受潮。這種設(shè)計的弱點(diǎn)在于太陽能電池邊緣。太陽能電池邊緣的一個實例是如圖1所示的太陽能電池的側(cè)邊160。在本領(lǐng)域中，這些邊緣已用有機(jī)聚合物涂覆，從而避免濕氣腐蝕太陽能電池結(jié)。不過，盡管這些有機(jī)聚合物耐水，但是它們并非對水密封，經(jīng)過一段時間，滲透到太陽能電池中的水引起太陽能電池腐蝕。因此，本領(lǐng)域需要用于太陽能電池邊緣的真正防水的密封。
在這里對參考文獻(xiàn)的討論或引用并不構(gòu)成對上述參考文獻(xiàn)是本申請的現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。


發(fā)明內(nèi)容
一方面，本申請?zhí)峁┝颂柲茈姵貑卧?，其包括非平面太陽能電池。該非平面太陽能電池具有第一端及第二端，并包括如管狀或剛性實心棒狀的襯底、周向沉積在所述襯底上的后電極、周向沉積在所述后電極上的半導(dǎo)體結(jié)層和周向沉積在所述半導(dǎo)體結(jié)上的透明導(dǎo)電層。透明管狀殼體周向沉積在非平面太陽能電池上。第一密封劑封蓋全密封到非平面太陽能電池的第一端。
在一些實施方案中，太陽能電池單元進(jìn)一步包括全密封到非平面太陽能電池第二端由此使得所述太陽能電池單元防水的第二密封劑封蓋。在一些實施方案中，第一密封劑封蓋由金屬、合金或玻璃制成。在一些實施方案中，第一密封劑封蓋全密封到透明管狀殼體的內(nèi)表面或外表面。在一些實施方案中，透明管狀殼體由硼硅酸鹽玻璃制成，第一密封劑封蓋由Kovar合金制成。在一些實施方案中，透明管狀殼體由鈉鈣玻璃制成，第一密封劑封蓋由低膨脹的不銹鋼合金制成。
在一些實施方案中，第一密封劑封蓋由鋁、鉬、鎢、釩、銠、鈮、鉻、鉭、鈦、鋼、鎳、鉑、銀、金、其合金、或者其任意組合制成。在一些實施方案中，第一密封劑封蓋由銦錫氧化物、氮化鈦、氧化錫、氟摻雜氧化錫、摻雜氧化鋅、鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅或銦-氧化鋅制成。在一些實施方案中，第一密封劑封蓋由鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、二色性玻璃、鍺/半導(dǎo)體玻璃、玻璃陶瓷、硅酸鹽/熔融石英玻璃、鈉鈣玻璃、石英玻璃、硫?qū)倩?硫化物玻璃、氟化物玻璃、pyrex玻璃、玻璃基酚、cereated玻璃或火石玻璃制成。
在一些實施方案中，第一密封劑封蓋用連續(xù)的密封劑帶密封到太陽能電池單元上。例如，連續(xù)的密封劑帶可以在第一密封劑封蓋的內(nèi)邊緣上、在第一密封劑封蓋的外邊緣上、在透明管狀殼體的外邊緣上、或在透明管狀殼體的內(nèi)邊緣上。在一些實施方案中，連續(xù)的密封劑帶由玻璃粉、溶膠-凝膠或陶瓷結(jié)合劑形成。
在一些實施方案中，第一密封劑封蓋和所述后電極電接觸，且第一密封劑封蓋作為該后電極的電極。在一些實施方案中，第一密封劑封蓋和透明導(dǎo)電層電接觸，且第一密封劑封蓋作為所述透明導(dǎo)電層的電極。
在一些實施方案中，太陽能電池單元進(jìn)一步包括全密封到非平面太陽能電池由此使得太陽能電池單元能夠防水的第二密封劑封蓋。第一密封劑封蓋和第二密封劑封蓋分別由導(dǎo)電金屬制成。在這些實施方案中，第一密封劑封蓋和后電極電接觸，且第一密封劑封蓋作為后電極的電極。而且，在這些實施方案中，第二密封劑封蓋和透明導(dǎo)電層電接觸，且第二密封劑封蓋作為透明導(dǎo)電層的電極。



圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的相互連接的太陽能電池。
圖2A示出了根據(jù)實施方案的具有管狀殼體的光電元件。
圖2B示出了根據(jù)實施方案的在透明管狀殼體中的加長太陽能電池的剖視圖。
圖3A-3K示出了根據(jù)實施方案用于形成單片集成太陽能電池單元的操作步驟。
圖3L示出了根據(jù)實施方案將可選的填充層周向沉積到太陽能電池單元上。
圖3M示出了根據(jù)實施方案將透明管狀殼體周向放置到太陽能電池單元上。
圖3N-3O示出了根據(jù)實施方案與太陽能電池單元的透明管狀殼體的外邊緣形成防水密封的密封劑封蓋。
圖3P-3Q示出了根據(jù)實施方案與太陽能電池單元的透明管狀殼體的內(nèi)邊緣形成防水密封的密封劑封蓋。
圖3R-3S示出了根據(jù)實施方案與太陽能電池單元的透明管狀殼體的內(nèi)邊緣的某些部分和外邊緣的某些部分一起形成防水密封的密封劑封蓋。
圖3T-3U示出了根據(jù)實施方案與太陽能電池單元的襯底的外邊緣和透明管狀殼體的內(nèi)邊緣一起形成防水密封的密封劑封蓋。
圖4A-4D示出了示例性半導(dǎo)體結(jié)。
圖5A-5B示出了根據(jù)實施方案將密封劑封蓋用作電極。
圖6示出了根據(jù)實施方案的密封劑封蓋的另一形狀。
在各個附圖中，類似的標(biāo)號表示相應(yīng)的部件。尺寸非依比例繪制。

具體實施例方式 本申請公開了用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池組件，更具體地，公開了改進(jìn)的防水太陽能電池。本發(fā)明的太陽能電池具有加長的非平面的形狀。
5.1 基本結(jié)構(gòu) 示例性的透視圖2A和剖視圖2B示出了單獨(dú)周向覆蓋的非平面的太陽能電池單元300。在太陽能電池單元300中，加長的非平面太陽能電池402被透明管狀殼體310周向覆蓋。太陽能電池單元300包括被透明非平面殼體310涂覆的太陽能電池402。在某些實施方案中，加長太陽能電池402只有一端被透明非平面殼體310暴露，以便與相鄰的太陽能電池402或其它電路形成電連接。在某些實施方案中，加長太陽能電池402的兩端都被透明非平面殼體310暴露，以便與相鄰的太陽能電池402或其它電路形成電連接。
這里所說的非平面物體是這樣的物體，其中該物體的全部或一部分是剛性圓柱形、實心棒狀、和/或其特征為由除圖2所示的圓形外不同的任意一種形狀界定的剖面。界定剖面的形狀可以是，例如，圓形、卵形或是由一個或多個平滑曲面表征的任意形狀，或是平滑曲面的任何接合其中的任意一種。剖面界定的形狀可以是n邊形，n為3、5或大于5。剖面界定的形狀在本質(zhì)上可以是線性的，包括三角形、五邊形、六邊形或具有任意數(shù)量的線性分段表面的形狀。或者，剖面可以由線性表面、弓形表面或曲面的任意組合來界定。如這里所述，僅為了便于討論，以多面圓形剖面來代表非平面實施方案。在某些實施方案中，非平面物體是圓柱形的或近似圓柱形的。在某些實施方案中，非平面物體由不規(guī)則的剖面來表征，只要該物體從整體上看大致為圓柱形就可以。這樣的圓柱形形狀可以是實心的(例如，棒)，或是空心的(例如，管)。
盡管太陽能電池單元300在封裝實施方案或周向覆蓋實施方案的上下文中描述，但可以使用任意的透明非平面殼體，只要該殼體為加長的太陽能電池提供支持和保護(hù)并允許加長的太陽能電池之間電連接。
襯底403。襯底403用作太陽能電池402的襯底。在某些實施方案中，襯底403由塑料、金屬、金屬合金或玻璃制成。襯底403是非平面的。在某些實施方案中，襯底403具有中空的心，如圖2B所示。在某些實施方案中，襯底403是實心的。在某些實施方案中，襯底403是圓柱形的或僅僅近似于圓柱形，意味著沿著與襯底403的長軸成一適當(dāng)角度的方向所截取的剖面顯示不同于圓形的界定結(jié)構(gòu)。當(dāng)該術(shù)語在本文中使用時，這種近似形狀的物體仍被當(dāng)作是圓柱形的。
在某些實施方案中，襯底403是由例如塑料、玻璃、金屬或金屬合金制成的實心圓柱體。在某些實施方案中，襯底403對于被太陽能電池通常用來產(chǎn)生電的波長是透明的。在某些實施方案中，襯底403不透光。
在某些實施方案中，襯底403的整體或一部分是剛性圓柱形的、實心棒形的，和/或由圖2所示的圓形以外的任意一種形狀界定的剖面來表征。例如，剖面界定的形狀可以是圓形、卵形、以一個或多個平滑曲表面來表征的任意形狀、或平滑曲面的任意接合中的任意一種。剖面的界定形狀可以是n邊形，其中n為3、5或大于5。剖面的界定形狀也可以在本質(zhì)上是線性的，包括三角形、矩形、五邊形、六邊形的，或具有任意數(shù)目的線性分段面的形狀?；蛘?，剖面可以由線性表面、弓形表面或彎曲表面的任意組合來界定。如這里所述，僅僅為了便于表達(dá)，用多面圓形剖面來表示非平面的襯底403。在某些實施方案中，襯底403是圓柱形的或是近似圓柱形的。在某些實施方案中，襯底403由非規(guī)則的剖面來表征，只要襯底總體上大致為圓柱形的就可以。這種圓柱形的形狀可以是實心的(例如，棒)，也可以是空心的(例如，管)。
在某些實施方案中，襯底403的第一部分的特征在于第一剖面形狀，而襯底403的第二部分的特征在于第二剖面形狀，其中第一和第二剖面形狀是相同的或是不同的。在某些實施方案中，襯底403的長度的至少百分之十、至少百分之二十、至少百分之三十、至少百分之四十、至少百分之五十、至少百分之六十、至少百分之七十、至少百分之八十、至少百分之九十或全部長度的特征在于第一剖面形狀，而襯底403的其余部分的特征在于不同于第一剖面形狀的一個或多個剖面形狀。在某些實施方案中，第一剖面形狀是平面的(例如，不具有弓形側(cè))，而第二剖面形狀具有至少一個弓形側(cè)。
在某些實施方案中，襯底403由氨基甲酸乙酯聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、聚苯并咪唑、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰胺-酰亞胺、玻璃基酚、聚苯乙烯、交聯(lián)聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚四氟-乙烯、聚甲基丙烯酸酯、尼龍6，6、醋酸丁酸纖維素、醋酸纖維素、剛性乙烯、塑料乙烯或聚丙烯制成。在某些實施方案中，襯底403由鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃(例如，Pyrex、Duran、Simax等)、二色性玻璃、鍺/半導(dǎo)體玻璃、玻璃陶瓷、硅酸鹽/熔融石英玻璃、鈉鈣玻璃、石英玻璃、硫?qū)倩?硫化物玻璃、氟化物玻璃、pyrex玻璃、玻璃基酚、cereated玻璃、或火石玻璃制成。
在一些實施方案中，襯底403由諸如聚苯并咪唑的材料(例如，

，可以從Boedeker Plastics，Inc.，Shiner，Texas購得)制成。在一些實施方案中，襯底403由聚酰亞胺(例如，DuPontTM

，或者DuPontTM

，Wilmington，Delaware)制成。在一些實施方案中，襯底403由聚四氟乙烯(PTFE)或者聚醚醚酮(PEEK)制成，其各自可從Boedeker Plastics，Inc.購得。在一些實施方案中，襯底403由聚酰胺-酰亞胺(例如，

PAI，Solvay AdvancedPolymers，Alpharetta，Georgia)制成。
在一些實施方案中，襯底403由玻璃基酚制成。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(dāng)熱量及壓力施加在這些層上時，化學(xué)反應(yīng)(聚合)將分離的層轉(zhuǎn)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“熱固性的”。在一些實施方案中，襯底403是具有NEMA級G-3、G-5、G-7、G-9、G-10或G-11的酚疊層。示例性酚疊層可從Boedeker Plastics，Inc.購得。
在某些實施方案中，襯底403由聚苯乙烯制成。聚苯乙烯的示例包括常用聚苯乙烯及在Marks的Standard Handbook for Mechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-174頁中詳述的高抗沖擊聚苯乙烯，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。在其它實施方案中，襯底403由交聯(lián)聚苯乙烯制成。交聯(lián)聚苯乙烯的一個示例是

(可從San Diego Plastics Inc.，National City，California購得)。Rexolite是熱固性塑料，特別是通過交聯(lián)聚苯乙烯與二乙烯基苯制成的剛性且透明的塑料。
在其它實施例中，襯底403由聚碳酸酯制成。這些聚碳酸酯可含有不同量的玻璃纖維(例如10％、20％、30％或40％)，以調(diào)節(jié)材料的張力強(qiáng)度、硬度、壓縮強(qiáng)度、以及熱膨脹系數(shù)。示例性聚碳酸酯是

M及

W，其可從Boedeker Plastics，Inc.購得。
在某些實施方案中，襯底403由聚乙烯制成。在某些實施方案中，襯底403由低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、或者超高分子量聚乙烯(UHMW PE)制成。HDPE的化學(xué)特性在Marks的Standard Handbook forMechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-173頁中進(jìn)行了描述。在某些實施方案中，襯底403由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚四氟乙烯(Teflon)、聚甲基丙烯酸酯(甲基丙烯酸或樹脂玻璃)、尼龍6，6、丁酸醋酸纖維素、醋酸纖維素、剛性乙烯、塑料乙烯或聚丙烯制成。在Marks的StandardHandbook for Mechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-172至6-175頁描述了這些材料的化學(xué)特性。
在Modern Plastics Encyclopedia，McGraw-Hill；Reinhold PlasticsApplications Series，Reinhold Roff，F(xiàn)ibres，Plastics and Rubbers，Butterworth；Lee和Neville，Epoxy Resins，McGraw-Hill；Bilmetyer，Textbook of Polymer Science，Interscience；Schmidt和Marlies，Principles of high polymer theory and practice，McGraw-Hill；Beadle(編)，Plastics，Morgan-Grampiand，Ltd.，第2卷，1970；Tobolsky和Mark(編)，Polymer Science and Materials，Wiley，1971；Glanville，The Plastics′s Engineer′s Data Book，Industrial Press，1971；Mohr(編輯和資深作者)，Oleesky，Shook和Meyers，SPI Handbook of Technology and Engineering ofReinforced Plastics Composites，Van Nostrand Reinhold，1973中可找到可用于形成襯底403的其它示例材料，通過引用將各文獻(xiàn)全部內(nèi)容分別包含在本說明書中。
在某些實施方案中，襯底403的剖面為圓周形并且外徑為3mm至100mm之間、4mm至75mm之間、5mm至50mm之間、10mm至40mm之間、或者14mm至17mm之間。在一些實施方案中，襯底403的剖面為圓周形且具有1mm至1000mm之間的外徑。
在某些實施方案中，襯底403為具有中空內(nèi)部的管。在這些實施方案中，襯底403的剖面由限定中空內(nèi)部的內(nèi)徑以及外徑表征。內(nèi)徑與外徑之間的差是襯底403的厚度。在一些實施方案中，襯底403的厚度介于0.1mm至20mm之間、0.3mm至10mm之間、0.5mm至5mm之間、或者1mm至2mm之間。在一些實施方案中，內(nèi)徑介于1mm至100mm之間、3mm至50mm之間、或5mm至10mm之間。
在某些實施方案中，襯底403的長度(垂直于圖2B所定義的平面)介于5mm至10,000mm之間、50mm至5,000mm之間、100mm至3000mm之間、或500mm至1500mm之間。在一實施方案中，襯底403是外徑15mm及厚度1.2mm以及長度1040mm的中空管。盡管在圖2中襯底403示為實芯，但應(yīng)當(dāng)理解在很多實施方案中，襯底403將具有中空芯并將采用諸如由玻璃管形成的剛性管結(jié)構(gòu)。
在一些實施方案中，襯底403是剛性的?？衫酶鞣N不同計量(包括但不限于楊氏模數(shù))來測量材料的剛性。在固體力學(xué)中，楊氏模數(shù)(E)(也稱為楊氏模量、彈力模數(shù)、彈性模數(shù)或張力模數(shù))是對給定材料的硬度的度量。對于小的應(yīng)變，其被定義為應(yīng)力的變化率對應(yīng)變的比率。可通過試驗根據(jù)在材料樣本上進(jìn)行張力測試過程中產(chǎn)生的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率來獲得這種比率。在下表中給出各種材料的楊氏模數(shù)。

在本申請的一些實施方案中，當(dāng)材料由具有20GPa或更大、30GPa或更大、40GPa或更大、50GPa或更大、60GPa或更大、或者70GPa或更大的楊氏模數(shù)的材料制成時，該材料(例如，襯底403)被視為剛性的。在本申請的一些實施方案中，當(dāng)材料的楊氏模數(shù)在應(yīng)變范圍內(nèi)恒定時，該材料(例如，襯底403)被視為剛性的。這些材料被稱為線性的，并遵循Hooke定律。因此，在一些實施方案中，襯底403由遵循Hooke定律的線性材料制成。線性材料的示例包括但不限于鋼、碳纖維以及玻璃。橡膠及土壤(除了在非常低應(yīng)變的情況下)是非線性材料。
后電極104。后電極104周向沉積在襯底403上。后電極104作為組件中的一個電極。通常，后電極104由能夠支持由太陽能電池單元300產(chǎn)生的光伏電流而阻抗損耗可忽略的的任意材料制成。
在一些實施方案中，后電極104由任意導(dǎo)電材料構(gòu)成，例如鋁、鉬、鎢、釩、銠、鈮、鉻、鉭、鈦、鋼、鎳、鉑、銀、金、其合金(例如，Kovar合金)、或者其任意組合。在一些實施方案中，后電極104由任意導(dǎo)電材料構(gòu)成，例如銦錫氧化物、氮化鈦、氧化錫、氟摻雜氧化錫、摻雜氧化鋅、鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅、銦-氧化鋅、金屬碳黑填充氧化物、石墨-碳黑填充氧化物、碳黑-碳黑填充氧化物、超導(dǎo)碳黑填充氧化物、環(huán)氧化物、導(dǎo)電玻璃、或者導(dǎo)電塑料。導(dǎo)電塑料是通過合成技術(shù)包含導(dǎo)電填充體(其繼而將其導(dǎo)電特性賦予塑料)的塑料。在一些實施方案中，導(dǎo)電塑料被用于形成后電極104，且該導(dǎo)電塑料包含填充體，該填充體通過塑料基體形成充分導(dǎo)電電流輸送路徑，以支持由太陽能電池單元300產(chǎn)生的光伏電流，而伴隨可忽略的阻抗損耗。導(dǎo)電塑料的塑料基體通常絕緣，但產(chǎn)生的合成物顯示出填充體的導(dǎo)電特性。
半導(dǎo)體結(jié)410。半導(dǎo)體結(jié)410形成在后電極104周圍。半導(dǎo)體結(jié)410是具有吸收器層(其是直接能帶隙吸收器(例如，結(jié)晶硅)或間接能帶隙吸收器(例如，無定形硅))的任意光伏同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、異質(zhì)面結(jié)、掩埋同質(zhì)結(jié)、p-i-n結(jié)或串聯(lián)結(jié)。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第一章，以及Lugue和Hegedus，2003，Handbook of Photovoltaic Science andEngineering，John Wiley & Sons，Ltd.，West Sussex，England中描述了這些結(jié)，通過引用將兩者的全部內(nèi)容結(jié)合于本說明書中。以下在部分5.2中詳細(xì)描述了根據(jù)本申請的半導(dǎo)體結(jié)410的示例類型。此外，結(jié)410可以是多結(jié)，其中光通過多結(jié)(優(yōu)選具有適當(dāng)?shù)妮^小能帶隙)橫穿進(jìn)入結(jié)410的芯。在一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410包括銅銦鎵聯(lián)硒化合物(CIGS)吸收器層。
可選本征層415。可選地，薄本征層(i-層)415周向包覆半導(dǎo)體結(jié)410?？衫萌我馕磽诫s的透明氧化物(包括但不限于氧化鋅、金屬氧化物)，或者高度絕緣的任意透明材料來形成i-層415。在一些實施方案中，i-層415是高純度氧化鋅。
透明導(dǎo)電層110。透明導(dǎo)電層110周向沉積在半導(dǎo)體結(jié)層410上，從而完成電路。如上所述，在一些實施方案中，薄i-層415周向沉積在半導(dǎo)體結(jié)410上。在這些實施方案中，透明導(dǎo)電層110周向沉積在i-層415上。在一些實施方案中，透明導(dǎo)電層110由氧化錫SnOx(摻雜或未摻雜氟)、銦錫氧化物(ITO)、摻雜氧化鋅(例如，鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅)、銦鋅氧化物，或者其任意組合制成。在一些實施方案中，透明導(dǎo)電層110是p摻雜或n摻雜的。在一些實施方案中，透明導(dǎo)電層110由碳納米管制成。碳納米管例如可從Eikos(Franklin，Massachusetts)商購獲得，并在美國專利6,988,925中進(jìn)行了描述，通過引用將其全文結(jié)合在本說明書中。例如，在結(jié)410的外半導(dǎo)體層是p摻雜的實施方案中，透明導(dǎo)電層110可以是p摻雜。類似的，在結(jié)410的外半導(dǎo)體層是n摻雜的實施方案中，透明導(dǎo)電層110可以是n摻雜的。通常，透明導(dǎo)電層110優(yōu)選由具有極低阻抗、合適的光學(xué)傳導(dǎo)特性(例如，大于90％)、并且其沉積溫度不會損壞下層的半導(dǎo)體結(jié)410層及/或可選i-層415的材料制成。在一些實施方案中，透明導(dǎo)電層110是導(dǎo)電聚合物材料，例如導(dǎo)電聚噻吩、導(dǎo)電聚苯胺、導(dǎo)電聚吡咯、PSS-摻雜PEDOT(例如，Bayrton)或者前述任意一種的衍生物。在一些實施方案中，透明導(dǎo)電層110包括多于一層，包括包含氧化錫SnOx(摻雜或未摻雜氟)、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物、摻雜氧化鋅(例如，鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅)或者其組合的第一層，以及包含導(dǎo)電聚噻吩、導(dǎo)電聚苯胺、導(dǎo)電聚吡咯、PSS-摻雜PEDOT(例如，Bayrton)或者前述任意一種的衍生物的第二層。在Pichler的美國專利公開號2004/0187917A1中公開了可被用于形成透明導(dǎo)電層的其它合適的材料，通過引用將其全部內(nèi)容包含于本說明書中。
可選電極帶420。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，對電極帶或引線420被沉積在透明導(dǎo)電層110上，以便于電流流動。在一些實施方案中，電極帶420是沿圓柱形太陽能電池的長軸(圓柱軸)縱長地行進(jìn)的導(dǎo)電材料薄帶，如圖2A中所示。在一些實施方案中，可選的電極帶被間隔設(shè)置在透明導(dǎo)電層110的表面上。例如，在圖2B中，電極帶420彼此平行，并且沿太陽能電池的圓柱軸以九十度間隔隔開。在一些實施方案中，電極帶420在透明導(dǎo)電層110的表面上以5度、10度、15度、20度、30度、40度、50度、60度、90度或180度的間隔隔開。在一些實施方案中，在透明導(dǎo)電層110的表面上存在單一電極帶420。在一些實施方案中，在透明導(dǎo)電層110的表面上不存在電極帶420。在一些實施方案中，在透明導(dǎo)電層110上存在兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個、十一個、十二個、十五個或更多、或三十個或更多的電極帶，其全部彼此平行或接近平行沿太陽能電池的長(圓柱)軸行進(jìn)。在一些實施方案中，例如圖2B所示，電極帶420圍繞透明導(dǎo)電層110的周向等間隔設(shè)置。在替代實施方案中，電極帶420圍繞透明導(dǎo)電層110的周向非等間隔設(shè)置。在一些實施方案中，電極帶420僅處于太陽能電池的一面上。圖2B的元件403、104、410、415(可選)以及110共同組成圖2A的太陽能電池402。在一些實施方案中，電極帶420由導(dǎo)電環(huán)氧化物、導(dǎo)電墨、銅或其合金、鋁或其合金、鎳或其合金、銀或其合金、金或其合金、導(dǎo)電膠、或者導(dǎo)電塑料制成。
在一些實施方案中，存在沿太陽能電池的長(圓柱)軸行進(jìn)的電極帶，并且這些電極帶通過網(wǎng)格線互連。這些網(wǎng)格線可以比電極帶更厚、更薄、或具有相同厚度。這些網(wǎng)格線可以由與電極帶相同或不同的電學(xué)材料制成。
在一些實施方案中，利用噴墨印刷將電極帶420沉積在透明導(dǎo)電層110上?？捎糜谶@些條帶的導(dǎo)電墨實例包括但不限于銀載或鎳載導(dǎo)電墨。在一些實施方案中，環(huán)氧化物及各向異性導(dǎo)電粘合劑可被用于構(gòu)成電極帶420。在常規(guī)實施方案中，這樣的墨水或環(huán)氧化物被熱硬化以形成電極帶420。
可選填充體層330。在本發(fā)明的一些實施方案中，如圖3B所示，密封劑(例如，乙烯-醋酸乙烯(EVA)、有機(jī)硅、硅膠、環(huán)氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡膠、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、熱塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、以及/或者氨基甲酸乙酯)的填充體層330被包覆在透明導(dǎo)電層110上，以隔離空氣并可選地向透明非平面殼體310提供互補(bǔ)配合。在一些實施方案中，填充體層330是Q型有機(jī)硅、倍半硅氧烷、D型硅或者M(jìn)型硅。但是，在一些實施方案中，即使存在一個或更多電極帶420時，也不需要可選的填充體層330。在一些實施方案中，填充體層330用諸如氧化鈣或氧化鋇的干燥劑飾邊。
在一些實施方案中，可選的填充體層330是疊層，例如在2007年3月13日提交的申請?zhí)枮?0/906,901、題為“具有疊層的光電設(shè)備和其制造方法(APhotovoltaic Apparatus Having a Laminate Layer and Method for Making theSame)”的美國臨時專利申請中公開的疊層中的任何一種，這里通過引用將其全部內(nèi)容包含于本說明書中。在一些實施方案中，填充體層330具有低于1×106cP的粘性。在一些實施方案中，填充體層330具有大于500×10-6/℃或大于1000×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。在一些實施方案中，填充體層330包括聚二甲基硅氧烷聚合物。在一些實施方案中，填充體層330包含重量百分比低于50％的電介質(zhì)膠或形成電介質(zhì)膠的成份；以及至少30％的透明硅油，透明硅油具有不超過電介質(zhì)膠或形成電介質(zhì)膠的成份的起始粘性的一半的起始粘性。在一些實施方案中，填充體層330具有大于500×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)，并包含重量百分比低于50％的電介質(zhì)膠或形成電介質(zhì)膠的成份，以及至少30％的透明硅油。在一些實施方案中，填充體層330由與電介質(zhì)膠混合的硅油形成。在一些實施方案中，硅油是聚二甲基硅氧烷聚合物液體，并且所述電介質(zhì)膠是第一有機(jī)硅彈性體與第二有機(jī)硅彈性體的混合物。在一些實施方案中，填充體層330由占X％重量的聚二甲基硅氧烷聚合物液體、占Y％重量的第一有機(jī)硅彈性體、以及占Z％重量的第二有機(jī)硅彈性體形成，其中X、Y及Z總和為100。在一些實施方案中，聚二甲基硅氧烷聚合物液體具有化學(xué)式(CH3)3SiO[SiO(CH3)2]nSi(CH3)3，其中n是被選擇使得聚合物液體具有落入介于50厘斯托克與100,000厘斯托克之間的范圍內(nèi)的平均體粘度的整數(shù)范圍。在一些實施方案中，第一有機(jī)硅彈性體包括至少占重量百分之六十的二甲基乙烯基端二甲基硅氧烷，以及占重量百分比3至7之間的硅酸鹽。在一些實施方案中，第二有機(jī)硅彈性體包括(i)至少占重量百分之六十的二甲基乙烯基端二甲基硅氧烷；(ii)占重量百分比十至三十之間的氫端二甲基硅氧烷；以及(iii)占重量百分比3至7之間的三甲基二氧化硅。在一些實施方案中，X介于30至90之間；Y介于2至20之間；Z介于2至20之間。
在一些實施方案中，填充體層330包含有有機(jī)硅凝膠組合物，該組合物含有(A)100重量份數(shù)的第一聚二有機(jī)硅氧烷(polydiorganosiloxane)，該聚二有機(jī)硅氧烷的每個分子平均含有至少兩個硅連接的烯基基團(tuán)，且在25℃時粘度為0.2-10Pa·s；(B)至少0.5-10重量份數(shù)的第二聚二有機(jī)硅氧烷，該聚二有機(jī)硅氧烷的每個分子平均含有至少兩個硅連接的烯基基團(tuán)，其中所述第二聚二有機(jī)硅氧烷在25℃時的粘度至少是第一聚二有機(jī)硅氧烷在25℃時的粘度的四倍；(C)有機(jī)氫硅氧烷(organohydrogensiloxane)，該有機(jī)氫硅氧烷的平均分子式為R7Si(SiOR82H)3，其中R7為1-18個碳原子的烷基或芳基，R8為1-4個碳原子的烷基，在合并的組分(A)和(B)中，其量足以提供每個烯基基團(tuán)0.1-1.5個硅連接的氫原子；以及(D)硅氫化催化劑，其量足以固化美國專利6,169,155中公開的組合物，該專利通過引用并入本發(fā)明。
透明的非平面殼體310。透明的非平面殼體310周向沉積在透明導(dǎo)電層110和/或可選的填充體層330上。在一些實施方案中，非平面殼體310由塑料或玻璃制成。在一些實施方案中，加長太陽能電池402被密封在透明非平面殼體310中。透明非平面殼體310裝配在加長太陽能電池402的最外層上。在一些實施方案中，加長太陽能電池402在透明非平面殼體310內(nèi)，因此，除了太陽能電池末端外，鄰近的加長太陽能電池402不會彼此電連接。可以使用諸如熱收縮、注模成型、真空裝載等方法來構(gòu)造透明非平面殼體310，使得其將氧及水排除在系統(tǒng)之外，同時提供與其下的細(xì)長太陽能電池402的互補(bǔ)配合。
在一些實施方案中，透明非平面殼體310由氨基甲酸乙酯聚合物、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、含氟聚合物、有機(jī)硅、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅膠、環(huán)氧化物、乙烯-醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基氟碳(PFA)、尼龍/聚酰胺、交聯(lián)聚乙烯(PEX)、聚烯烴、聚丙烯(PP)、聚乙烯對苯二甲酸乙二醇(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、熱塑共聚物(例如，通過乙烯及四氟乙烯

單體)聚合而獲得的

聚氨酯/氨基甲酸乙酯、聚乙烯氯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、

乙烯基、

或其任意組合或變體制成。
在一些實施方案中，透明非平面殼體310包含多個透明管狀殼體層。在一些實施方案中，每個透明管狀殼體均由不同材料構(gòu)成。例如，在一些實施方案中，透明非平面殼體310包括第一透明管狀殼體層及第二透明管狀殼體層。取決于太陽能電池的具體構(gòu)造，第一透明管狀殼體層被沉積在透明導(dǎo)電層110、可選填充體層330或阻水層上。第二透明管狀殼體層沉積在第一透明管狀殼體層上。
在一些實施方案中，每個透明管狀殼體層具有不同特性。在一個實施例中，外部透明管狀殼體層具有極佳的防UV特性，而內(nèi)部透明管狀殼體層具有極佳的防水特性。此外，多個透明管狀殼體層可被用于降低成本和/或改進(jìn)透明管狀殼體310的整體特性。例如，一個透明管狀殼體層可由具有所需物理特性的昂貴材料制成。通過使用一個或更多額外的透明管狀殼體層，可以減小昂貴透明管狀殼體層的厚度，由此實現(xiàn)材料成本的節(jié)省。在另一實施例中，一個透明管狀殼體層可具有極佳的光學(xué)特性(例如，折射率等)，但非常重。通過使用一個或更多額外透明管狀殼體層，可以減小笨重透明管狀殼體層的厚度，由此降低透明管狀殼體310的整體重量。
可選的阻水層。在一些實施方案中，一層或更多層阻水層包覆在太陽能電池402上以防水。在一些實施方案中，在沉積可選填充體層330并將太陽能電池402裝入透明非平面殼體310中之前，將該阻水層周向包覆在透明導(dǎo)電層110上。在一些實施方案中，在將太陽能電池402裝入透明非平面殼體310中之前，將這樣的阻水層周向包覆在可選填充體層330上。在一些實施方案中，將這些阻水層周向包覆在透明非平面殼體310自身上。在設(shè)置阻水層以將水分子從太陽能電池402密封隔離開的實施方案中，阻水層的光學(xué)特性不干擾太陽能電池402對入射太陽輻射的吸收。在一些實施方案中，該阻水層由純凈有機(jī)硅、SiN、SiOxNy、SiOx或者Al2O3制成，其中x及y是整數(shù)。在一些實施方案中，阻水層由Q型有機(jī)硅、倍半硅氧烷、D型硅、或者M(jìn)型硅制成。
可選的增透涂層。在一些實施方案中，可選的增透涂層也被周向沉積在透明的非平面殼體310上以使太陽能電池的效能最大化。在一些實施方案中，在透明的非平面殼體310上沉積了阻水層與增透涂層。在一些實施方案中，單層即可實現(xiàn)阻水層及增透涂層兩者的功效。在一些實施方案中，增透涂層由MgF2、硝酸有機(jī)硅、硝酸鈦、一氧化硅(SiO)、或者氮氧化硅(silicone oxidenitrite)制成。在一些實施方案中，存在超過一層增透涂層。在一些實施方案中，存在超過一層增透涂層并且每層都由相同材料制成。在一些實施方案中，存在超過一層增透涂層并且每層都由不同材料制成。
在一些實施方案中，多層太陽能電池402的一些層用圓柱磁控濺射技術(shù)構(gòu)造。在一些實施方案中，多層太陽能電池402的一些層使用常規(guī)濺射方法或反應(yīng)濺射法在長管或帶上構(gòu)造。例如，用于長管和帶的濺射涂覆方法在下述文獻(xiàn)中進(jìn)行了公開Hoshi等人的“Thin Film Coating Techniques on Wires andInner Walls of Small Tubes via Cylindrical Magnetron Sputtering”(1983，Electrical Engineering in Japan 10373-80)；Lincoln和Blickensderfer的“AdaptingConventional Sputtering Equipment for Coating Long Tubes and Strips”(1980，J.Vac.Sci Technol.171252-1253)；Harding的“Improvements in a dc ReactiveSputtering System for Coating Tubes”(1977，J.Vac.Sci.Technol.141313-1315)；Pearce的“A Thick Film Vacuum Deposition System for MicrowaveTube Component Coating”(1970，Conference Records of 1970 Conference onElectron Device Techniques 208-211)；以及Harding等人的“Production ofProperties of Selective Surfaces Coated onto Glass Tubes by a MagnetronSputtering System”(1979，Proceedings of the International Solar Energy Society1912-1916)；上述每篇文獻(xiàn)通過引用整體作為本發(fā)明的參考。
可選的熒光材料。在一些實施方案中，熒光材料(例如，發(fā)光材料、磷光材料)包覆在太陽能電池300的一層的表面上。在一些實施方案中，熒光材料包覆在發(fā)光表面以及/或透明非平面殼體310的外表面上。在一些實施方案中，熒光材料包覆在透明導(dǎo)電氧化物110的外表面上。在一些實施方案中，太陽能電池300包括可選填充體層300，并且熒光材料包覆在可選填充體層上。在一些實施方案中，太陽能電池300包括阻水層，并且熒光材料包覆在阻水層上。在一些實施方案中，太陽能電池300超過一個表面包覆有可選熒光材料。在一些實施方案中，熒光材料吸收藍(lán)色及/或紫外光，本發(fā)明的一些半導(dǎo)體結(jié)410并不使用這些光轉(zhuǎn)換為電，并且熒光材料發(fā)出可見及/或紅外光，其可用于本發(fā)明的一些太陽能電池300的電生成。
熒光、發(fā)光、或磷光材料可吸收藍(lán)色或UV范圍內(nèi)的光并發(fā)出可見光。磷光材料或磷光體(phosphor)，通常包括適當(dāng)?shù)幕牧霞盎罨牧??；牧贤ǔＪ卿\、鎘、錳、鋁、硅、或各種稀土金屬的氧化物、硫化物、硒化物、鹵化物或硅酸鹽。加入活化劑以延長發(fā)光時間。
在一些實施方案中，磷光材料被結(jié)合在本發(fā)明的系統(tǒng)及方法中以提高太陽能電池300的光吸收。在一些實施方案中，磷光材料被直接加到用于制造可選透明非平面殼體310的材料中。在一些實施方案中，使磷光材料與粘合劑混合以用作透明涂層來如上所述包覆太陽能電池300的各個外層或內(nèi)層。
示例性磷光體包括但不限于銅活化的硫化鋅(ZnS:Cu)以及銀活化的硫化鋅(ZnS:Ag)。其它示例磷光材料包括但不限于硫化鋅和硫化鎘(ZnS:CdS)、銪活化的鍶氧化鋁(SrAlO3:Eu)、鐠及鋁活化的鍶氧化鈦(SrTiO3:Pr，Al)、硫化鈣和硫化鍶和鉍((Ca，Sr)S:Bi)、銅及鎂活化的硫化鋅(ZnS:Cu，Mg)、或者其任何組合。
本領(lǐng)域公知用于生成磷光體的方法。例如，在授權(quán)給Butler等人的美國專利號2,807,587；授權(quán)給Morrison等人的美國專利號3,031,415；授權(quán)給Morrison等人的美國專利號3,031,416；授權(quán)給Strock的美國專利號3,152,995；授權(quán)給Payne的美國專利號3,154,712；授權(quán)給Lagos等人的美國專利號3,222,214；授權(quán)給Poss的美國專利號3,657,142；授權(quán)給Reilly等人的美國專利號4,859,361；以及授權(quán)給Karam等人的美國專利號5,269,966中描述了用于制備ZnSCu或其它相關(guān)磷光材料的方法，這里通過引用將其內(nèi)容完整包含于本說明書中。在授權(quán)給Park等人的美國專利號6,200,497；授權(quán)給Ihara等人的美國專利號6,025,675；授權(quán)給Takahara等人的美國專利號4,804,882；以及授權(quán)給Matsuda等人的美國專利號4,512,912中描述了用于制備ZnS:Ag或相關(guān)磷光材料的方法，這里通過引用將各文獻(xiàn)內(nèi)容完整包含于本說明書中。通常，磷光體的持續(xù)性隨波長的減小而延長。在一些實施方案中，可以使用量子計量的CdSe或者類似磷光材料來獲得相同效果。參見Dabbousi等人，1995，“Electroluminescence from CdSe quantum-dot/polymer composites，”Applied Physics Letters 66(11)1316-1318；Dabbousi等人，1997“(CdSe)ZnSCore-Shell Quantum DotsSynthesis and Characterization of a Size Series ofHighly Luminescent Nanocrystallites，”J.Phys.Chem.B，1019463-9475；Ebenstein等人，2002，“Fluorescence quantum yield of CdSeZnS nanocrystalsinvestigated by correlated atomic-force and single-particle fluorescencemicroscopy，”Applied Physics Letters 804033-4035；以及Peng等人，2000，“Shape control of CdSe nanocrystals，”Nature 40459-61；這里通過引用將各文獻(xiàn)完整包含于本說明書中。
在一些實施方案中，在本發(fā)明的可選熒光層中使用光學(xué)增亮劑。光學(xué)增亮劑(也稱為光學(xué)發(fā)亮劑、熒光發(fā)亮劑或熒光增白劑)是吸收電磁光譜中紫外及紫色區(qū)域中的光，并再發(fā)射藍(lán)色區(qū)域中的光的染料。這樣的化合物包括二苯乙烯(例如，反式-1，2-二苯乙烯或(E)-1，2-二苯乙烯)。另一個可被用于本發(fā)明的可選熒光層中的示例光學(xué)增亮劑是傘形酮(7-羥基香豆素)，其也吸收光譜的UV部分的能量。然后在可見光譜的藍(lán)區(qū)中再發(fā)射該能量。在Dean，1963，Naturally Occurring Oxygen Ring Compounds，Butterworths，London；Joule和Mills，2000，Heterocyclic Chemistry，第4版，Blackwell Science，Oxford，UnitedKingdom；以及Barton，1999，Comprehensive Natural Products Chemistry 2677，Nakanishi和Meth-Cohn編，Elsevier，Oxford，United Kingdom，1999中給出了更多關(guān)于光學(xué)增亮劑的信息。
周向沉積。在本文公開的裝置中，材料層連續(xù)地周向沉積在非平面襯底403上以形成太陽能電池。在這里，術(shù)語周向沉積并不意味著這些材料層必須沉淀在下層之上。事實上，本申請給出了方法，通過這些方法可將上述層模制或以其它方式形成在下層上。此外，如以上對襯底403的討論中所述的，襯底及下層可具有數(shù)種不同的非平面形狀的任意一種。然而，術(shù)語周向沉積指上層沉積在下層上，由此在上層與下層之間不存在環(huán)形空間。此外，在這里，術(shù)語周向沉積指上層沉積在下層的周長的至少50％的部分上。此外，在這里，術(shù)語周向沉積指上層沿下層的長度的至少一半沉積。
周向密封。在本申請中，術(shù)語周向密封并不意在表示上面的覆蓋層或覆蓋結(jié)構(gòu)必須沉淀在下層或結(jié)構(gòu)上。事實上，本發(fā)明給出了方法，通過這些方法，這些層或結(jié)構(gòu)(例如，透明非平面殼體310)被模制或以其它方式形成在下層或下面結(jié)構(gòu)上。然而，術(shù)語周向密封指上面的覆蓋層或覆蓋結(jié)構(gòu)沉積在下層或下面結(jié)構(gòu)上，使得在上面的覆蓋層或覆蓋結(jié)構(gòu)與下層或下面結(jié)構(gòu)之間不存在環(huán)形空間。此外，在這里，術(shù)語周向密封指上層沉積在下層的整個周長上。在典型實施方案中，當(dāng)層或結(jié)構(gòu)圍繞下層或下面結(jié)構(gòu)的整個周長并沿下層或結(jié)構(gòu)的整個長度周向沉積時，該層或結(jié)構(gòu)周向密封下層或結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明包含其中周向密封層或密封結(jié)構(gòu)并未沿下層或下面結(jié)構(gòu)的全長延伸的實施方案。
密封劑封蓋612。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是末端460用密封劑封蓋密封(圖2A中未顯示)。例如，根據(jù)本發(fā)明的密封劑封蓋的實例在圖3N至3U所公開。圖3N至3U中的每個示例都提供了太陽能電池單元300的透視圖。在每個透視圖的下面是太陽能電池單元300相應(yīng)的剖視圖。在典型的實施方案中，圖3N至3U所示的太陽能電池單元300不具有導(dǎo)電襯底403?？商鎿Q地，在襯底403導(dǎo)電的實施方案中，襯底周向用絕緣層包裹，從而使得單個太陽能電池700的后電極彼此電絕緣。該應(yīng)用不限于圖3中所示的單片集成實施方案。事實上，任何管套管的太陽能電池，無論是否為單片集成的，都可用本發(fā)明的密封劑封蓋密封。例如，美國專利申請?zhí)?1/378,847中公開的任何太陽能電池都可以用密封劑封蓋612密封，該專利申請通過引用整體結(jié)合到本發(fā)明中。
在一些實施方案中，太陽能電池單元300的第一端處有第一密封劑封蓋，太陽能電池單元300的第二端處有第二密封劑封蓋，由此可以使得太陽能電池單元300與水密封隔離。例如，參考圖3N至3O，密封劑封蓋612密封太陽能電池單元300的末端460。在圖3N至3O中所示的實施方案中，密封劑封蓋612密封在透明非平面殼體310的外表面上。不過，密封劑封蓋612也可以是其它構(gòu)造的。例如，參考圖3P至3Q，密封劑封蓋612密封在透明非平面殼體310的內(nèi)表面上。密封劑封蓋612的混合實施方案也是可以的。例如，參考圖3R至3S，封蓋612的第一部分密封在透明非平面殼體310的內(nèi)表面上，而封蓋612的第二部分密封在透明非平面殼體310的外表面上。在圖3R和3S中，該第一部分幾乎是封蓋612周長的一半。不過，在其它的實施方案中，該第一部分不是封蓋612周長的一半。在一些實施方案中，第一部分是封蓋612周長的四分之一，第二部分是封蓋612周長的四分之三。在一些實施方案中，第一部分是封蓋612周長的1％或更多、10％或更多、20％或更多、30％或更多，第二部分補(bǔ)足封蓋612。在一些實施方案中，封蓋612含有多個第一部分和多個第二部分，其中每個第一部分密封到透明非平面殼體310的內(nèi)表面上，其中封蓋612的每個所述第二部分密封到透明非平面殼體310的外表面上。在圖3T和3U所示的實施方案中，密封劑封蓋612密封到透明非平面殼體310的內(nèi)表面上和襯底403的外表面上。在圖3T和3U中，襯底403是中空的。不過，在其它實施方案中，襯底403是實心的，沒有中空的芯。
密封劑封蓋612也可以是其它構(gòu)造。例如，在一些實施方案中，密封劑封蓋612結(jié)合到透明非平面殼體310的外表面上和襯底403的外表面上。在一些實施方案中，密封劑封蓋612結(jié)合到透明非平面殼體310的外表面上和襯底403的內(nèi)表面上。在一些實施方案中，密封劑封蓋612結(jié)合到透明非平面殼體310的內(nèi)表面上和襯底403的內(nèi)表面上。
有利的是，在一些實施方案中，典型用于制備密封劑封蓋612的金屬被選擇和玻璃的熱膨脹系數(shù)匹配。例如，在一些實施方案中，透明非平面殼體310由鈉鈣玻璃(CTE約為9ppm/C)制成，密封劑封蓋612由低膨脹不銹鋼合金如410(CTE約為10ppm/C)制成。在一些實施方案中，透明非平面殼體310由硼硅酸鹽玻璃(CTE約為3.5ppm/C)制成，密封劑封蓋612由Kovar合金(CTE約為5ppm/C)制成。Kovar合金是鐵-鎳-鈷合金。在一些實施方案中，密封劑封蓋612由任意導(dǎo)電材料制成，如由鋁、鉬、鎢、釩、銠、鈮、鉻、鉭、鈦、鋼、鎳、鉑、銀、金、其合金(例如Kovar合金)、或者其任意組合制成。在一些實施方案中，密封劑封蓋612由任意防水導(dǎo)電材料制成，如由銦錫氧化物、氮化鈦、氧化錫、氟摻雜氧化錫、摻雜氧化鋅、鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅或銦鋅氧化物制成。在一些實施方案中，密封劑封蓋612由鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃(如Pyrex、Duran、Simax等)、二色性玻璃、鍺/半導(dǎo)體玻璃、玻璃陶瓷、硅酸鹽/熔融石英玻璃、鈉鈣玻璃、石英玻璃、硫?qū)倩?硫化物玻璃、氟化物玻璃、pyrex玻璃、玻璃基酚、cereated玻璃或火石玻璃制成。
在密封劑封蓋612由金屬制成的實施方案中，小心確保密封劑封蓋不與透明導(dǎo)電層110和后電極104形成電連接。這可以通過多種方法實現(xiàn)。在圖3N至3O所示的實施方案中，填充體層560被設(shè)置在末端460和密封劑封蓋612之間。填充體層560將密封劑封蓋612與透明導(dǎo)電層110和后電極104電隔離。在一些實施方案中，填充體層560含有乙烯-醋酸乙烯(EVA)、有機(jī)硅、硅膠、環(huán)氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡膠、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、熱塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、以及/或者氨基甲酸乙酯。在一些實施方案中，填充體層560為Q型有機(jī)硅、倍半硅氧烷、D型硅、或者M(jìn)型硅。在一些實施方案中，填充體層560含有EVA、硅橡膠或固體橡膠。在一些實施方案中，填充體層用干燥劑如氧化鈣或氧化鋇飾邊。在一些實施方案中，除了使用填充體層560外，對密封劑封蓋612塑形，從而使其不和透明導(dǎo)電層110和后電極104接觸。圖6示出了密封劑封蓋612的一種形狀。從圖6可以看出，相對于太陽能電池單元300，密封劑封蓋612突出，從而不會和透明導(dǎo)電層110、后電極104電接觸。圖6僅僅用以顯示密封劑封蓋612可以采用任何形狀，只要其能與太陽能電池單元300形成密封。
有利的是，密封劑封蓋612可以作為透明導(dǎo)電層110或后電極104的電引線。因此，在一些實施方案中，太陽能電池單元300的第一端用第一密封劑封蓋612密封，該第一密封劑封蓋612和透明導(dǎo)電層110電連接，太陽能電池單元300的第二端用第二密封劑封蓋612密封，該第二密封劑封蓋612和后電極104電連接。更典型的，太陽能電池單元300的第一端用第一密封劑封蓋612密封，該第一密封劑封蓋612和后電極104電連接，該后電極104和透明導(dǎo)電層110電連接；同時，太陽能電池單元300的第二端用第二密封劑封蓋612密封，該第二密封劑封蓋612和后電極104電連接，該后電極104和透明導(dǎo)電層110電隔離。例如，參考圖5B，在一些實施方案中，第一密封劑封蓋612A和后電極104電連接，該后電極104和透明導(dǎo)電層110電連接；第二密封劑封蓋612B和后電極104電連接，該后電極104和透明導(dǎo)電層110電隔離。在這些實施方案中，第一密封劑封蓋612作為透明導(dǎo)電層110的電極，而第二密封劑封蓋612作為后電極104的電極。參考圖3N至3O，例如，在密封劑封蓋612由金屬制成的實施方案中，密封劑封蓋612和透明導(dǎo)電層110、后電極104之間沒有形成電接觸。因此，在密封劑封蓋612由金屬制成的實施方案中，密封劑封蓋612和透明導(dǎo)電層110、后電極104中的至少一個電隔離。
參考圖5A，在一個實施例中，密封劑封蓋612A包括設(shè)置在密封劑封蓋612A之中的電觸點(diǎn)540，由此這些電觸點(diǎn)和后電極104形成電接觸(如圖5A所示)。引線542然后作為透明導(dǎo)電層110(如圖5A所示)的電引線，因為透明導(dǎo)電層110和后電極104在電極540的接觸處電連通。參考圖5B，密封劑封蓋612A用密封劑614和/或616密封在太陽能電池單元300上。因此，電觸點(diǎn)540和后電極電接觸。在優(yōu)選的實施方案中，在將密封劑封蓋612密封到太陽能電池單元上以防止空氣被封裝在太陽能電池中之前，空間560用非導(dǎo)電填充體填充，如乙烯-醋酸乙烯(EVA)、有機(jī)硅、有機(jī)硅凝膠、環(huán)氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡膠、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、熱塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、以及/或者氨基甲酸乙酯等。在一些實施方案中，電觸點(diǎn)540配合至后電極104上而非密封劑封蓋612上。在一些實施方案中，電觸點(diǎn)540簡單地為后電極104的延伸。
在一些實施方案中，密封劑封蓋612由玻璃制成。在這些實施方案中，透明導(dǎo)電層110或后電極104有引線穿過密封劑封蓋612(未示)。在這些實施方案中，密封劑封蓋612可以直接靠著側(cè)末端460。因此，在這些實施方案中，填充體層560是可選的。
在一些實施方案中，密封劑封蓋612用丁基橡膠(如聚異丁烯)密封到太陽能電池單元上。在這些實施方案中，填充體層560為丁基橡膠，而且不需要用玻璃膠或陶瓷將密封劑封蓋612密封到太陽能電池單元300上，因為丁基橡膠具有該功能。在一些實施方案中，該丁基橡膠用活性干燥劑如CaO或BaO摻雜。在用丁基橡膠密封的實施方案中，太陽能電池單元的水蒸氣透過率低于10-4g/m2·天。在將丁基橡膠用于填充體層560的實施方案中，不需要密封劑封蓋612。在這些實施方案中，太陽能電池單元300的末端用丁基橡膠密封。在使用丁基橡膠而不用密封劑封蓋612的實施方案中，引線，如圖5A中的引線540和542，可以用于將太陽能電池單元300和其它太陽能電池單元300或其它電路電連接。
在一些實施方案中，密封劑封蓋612用玻璃-玻璃、金屬-金屬、陶瓷-金屬或玻璃-金屬封接密封到太陽能電池單元300上。有兩種典型的玻璃-金屬全密封封接在不同的示例性實施方案中使用匹配封接和非匹配封接(壓縮)。匹配的玻璃-金屬全密封封接由具有類似熱膨脹性能的金屬合金和襯底403/透明非平面殼體310形成。非匹配或壓縮玻璃-金屬全密封封接以鋼或不銹鋼密封劑封蓋612為特點(diǎn)，該密封劑封蓋612比玻璃太陽能電池有更高的熱膨脹率。冷卻時，密封劑封蓋612沿著玻璃收縮，產(chǎn)生在化學(xué)和機(jī)械上增強(qiáng)的全密封。在一些實施方案中，全密封是水蒸氣透過率為10-4g/m2·天或更好的任何密封。在一些實施方案中，全密封是水蒸氣透過率為10-5g/m2·天或更好的任何密封。在一些實施方案中，全密封是水蒸氣透過率為10-6g/m2·天或更好的任何密封。在一些實施方案中，全密封是水蒸氣透過率為10-7g/m2·天或更好的任何密封。在一些實施方案中，全密封是水蒸氣透過率為10-8g/m2·天或更好的任何密封。
在一些實施方案中，密封劑封蓋612和太陽能電池單元300之間形成的密封其水蒸氣透過率(WVTR)為10-4g/m2·天或更小。在一些實施方案中，密封劑封蓋612和太陽能電池單元300之間形成的密封其水蒸氣透過率(WVTR)為10-5g/m2·天或更小。在一些實施方案中，封蓋612和太陽能電池單元300之間形成的密封其水蒸氣透過率(WVTR)為10-6g/m2·天或更小。在一些實施方案中，封蓋612和太陽能電池單元300之間形成的密封其水蒸氣透過率(WVTR)為10-7g/m2·天或更小。在一些實施方案中，封蓋612和太陽能電池單元300之間形成的密封其水蒸氣透過率(WVTR)為10-8g/m2·天或更小。密封劑封蓋612和太陽能電池單元300之間的密封可以通過玻璃或更常用的陶瓷材料實現(xiàn)。在優(yōu)選的實施方案中，該玻璃或陶瓷材料的熔點(diǎn)溫度在200℃-450℃之間。在一些實施方案中，該玻璃或陶瓷材料的熔點(diǎn)溫度在300℃-400℃之間。在一些實施方案中，該玻璃或陶瓷材料的熔點(diǎn)溫度在350℃-400℃之間。有很多玻璃或陶瓷材料可以用于形成全密封。實例包括但不限于氧化物陶瓷，包括氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、硅酸鋁、氧化鎂和其它基于金屬氧化物的材料，以二氧化鋁、硝酸鋁、氧化鋁、氧化鋯鋁為主體的陶瓷，以及以二氧化硅為主體的玻璃。
參考圖3N，在一些實施方案中，通過沿著密封劑封蓋612內(nèi)側(cè)邊緣放置密封劑614的連續(xù)帶，將密封劑封蓋612密封到太陽能電池單元300上。仍然參考圖3N，在一些實施方案中，將密封劑616的連續(xù)帶放置在透明非平面殼體310的外側(cè)邊緣上。典型的，使用密封劑614(沿著密封劑封蓋612的內(nèi)側(cè)邊緣)或密封劑616(沿著透明非平面殼體310的外側(cè)邊緣)，但不同時使用二者。
在一些實施方案中，密封劑614和/或密封劑616為玻璃膠。有不同類型的玻璃膠可以在不同的溫度用于不同類型的玻璃。本發(fā)明和玻璃膠或玻璃類型無關(guān)。在優(yōu)選的實施方案中，玻璃膠的熔點(diǎn)為200℃-450℃之間。這些材料，也稱之為焊接玻璃，可以從多種途徑獲得，包括Ferro公司(Cleveland，Ohio)、Schott Glass(Elmsford，New York)和Asahi Glass(Tokyo，Japan)。有利的，使用低溫熔化的焊接玻璃限制了太陽能電池中的活性成分在密封形成過程中暴露于極端溫度下。在優(yōu)選的實施方案中，玻璃膠是壓縮或燒結(jié)的預(yù)成品，將其制成應(yīng)用的合適形狀(在使用密封劑616時，用于配合透明非平面殼體310的外側(cè)邊緣；或在使用密封劑614時，配合密封劑封蓋612的內(nèi)側(cè)邊緣)。在一些實施方案中，焊接玻璃懸浮在有機(jī)粘合劑材料中，或是以干燥粉末施用。在密封劑614和/或616為玻璃膠的實施方案中，溫度增加到能夠使連續(xù)的玻璃膠軟化的值。加熱可以通過下述方法實現(xiàn)，如直接和熱表面接觸、感應(yīng)加熱金屬部分、接觸火焰或熱空氣，或通過激光吸熱。一旦玻璃膠軟化，密封劑封蓋612被壓到太陽能電池單元300上。軟化的玻璃膠和被連接的部分形成結(jié)，從而形成全密封。
在一些實施方案中，密封劑614和/或密封劑616為溶膠-凝膠材料。公知的是，溶膠-凝膠材料在兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)化，一種是固體顆粒在液體中的膠體狀懸浮液，另一種狀態(tài)是兩相材料，其中固體外殼內(nèi)充滿溶劑。當(dāng)除去溶劑時，例如暴露到環(huán)境大氣壓，形成稠度與低密度玻璃的稠度類似的干凝膠材料。也是公知的，溶膠-凝膠材料可以通過將一定量的硅酸鉀(kasil)(如120克)和相對較少量的甲酰胺(如7-8克)組合配制。在替代實施方案中，更少量的kasil(如12克)可以和更少量的碳酸丙二酯(如2-3克)組合。另一種形成溶膠-凝膠材料的方法涉及TEOS-H2O和甲醇的混合物，并使該混合物水解。在密封劑614和/或616為溶膠-凝膠的實施方案中，密封劑封蓋612被壓到太陽能電池單元300上，并將溶膠-凝膠固化。在一些實施方案中，溶膠-凝膠在環(huán)境溫度和環(huán)境大氣壓下固化。在替代實施方案中，固化過程可以通過其它方法加速，如用加熱或用紅外熱源加熱。在溶膠-凝膠為聚碳酸酯-kasil混合物的情況下，溶膠-凝膠材料在室溫下固化約5-10分鐘。溶膠-凝膠在Madou的Fundamentals of Microfabrication，The Science of Miniaturization(2002，第二版，CRC Press，New York，第156-157頁)中進(jìn)行了討論，該文獻(xiàn)的整體通過引用并入本發(fā)明。
在一些實施方案中，密封劑614和/或密封劑616為陶瓷結(jié)合劑材料。這些材料可以從供應(yīng)商處很容易得到，如Aremco(Valley Cottage，New York)和Sauereisen(Pittsburgh，Pensylvania)。這些材料是相對便宜的，并且對玻璃或金屬有很強(qiáng)的粘接作用。但是，根據(jù)它們的性能，這些結(jié)合劑形成多孔陶瓷，該多孔陶瓷不能提供防水全密封。但是可以使這些材料不透水。小于陶瓷孔尺寸的焊接玻璃顆粒懸浮液可以在揮發(fā)性液體中制成。然后該液體通過毛細(xì)管作用可以進(jìn)入這些陶瓷孔中。隨后的加熱使得焊接玻璃熔化，從而潤濕陶瓷材料，并因此密封陶瓷，形成全密封。Aremco出售這種用途的產(chǎn)品(AremcoSeal 617)。不過，AremcoSeal 617玻璃的缺點(diǎn)是必須在高溫下處理。因此，在優(yōu)選的實施例中，用懸浮在結(jié)合劑中的低熔點(diǎn)焊接玻璃(如DieMat提供的DM2700P密封玻璃膏)替換。多孔陶瓷和溶膠-凝膠都可以用這些技術(shù)使之不透水。
根據(jù)圖3N至3O的一實施方案，DM2700P(DieMat，Byfield，Massachusetts)被涂覆到透明非平面殼體310的外周上以形成密封劑616，并使該膏狀物干燥。然后，由不銹鋼制成的密封劑封蓋612在烤盤上加熱到約420℃。接著，將太陽能電池的涂覆端手工插入到熱封蓋中，同時仍放在烤盤上。將密封玻璃膏熔化并將密封劑封蓋612的表面潤濕。從烤盤上移走太陽能電池，并使之冷卻。
根據(jù)圖3N至3O的另一實施方案，DM2700P涂層用于密封劑封蓋612的內(nèi)周，從而形成密封劑614。將該膏狀物干燥。接著，將不銹鋼封蓋在烤盤上加熱到約420℃，直至密封玻璃熔化。將太陽能電池的一端手工插入到不銹鋼封蓋中，同時該封蓋仍放在烤盤上。將密封玻璃膏熔化并將透明非平面殼體310表面的外表面潤濕。然后從烤盤上移走組件，并使之冷卻。
參考圖3P，密封劑618和/或620用于將密封劑封蓋612密封到太陽能電池300上。密封劑618和/或620可以用上述討論的、用于制備密封劑614和/或616的任何組合物進(jìn)行制備。參考圖3R，使用密封劑622和/或624將密封劑封蓋612密封到太陽能電池300上。密封劑622和/或624可以用上述討論的、用于制備密封劑614和/或616的任何組合物進(jìn)行制備。參考圖3T，密封劑626和/或630與密封劑628和/或632一起用于將密封劑封蓋612密封到太陽能電池300上。密封劑626和/或628和/或630和/或632可以用上述討論的、用于制備密封劑614和/或616的任何組合物進(jìn)行制備。
5.1.1 在襯底上制造單片電路太陽能電池 圖3A-3K示出了使用級聯(lián)技術(shù)制造太陽能電池單元300的示例工藝步驟。2006年3月18日提交的美國專利申請序列號11/378,835中公開了單片集成太陽能電池的制造技術(shù)和可以用于本申請的單片集成太陽能電池的其它形式，該專利文獻(xiàn)通過引用整體并入本發(fā)明。圖3A-3K中的各個視圖示出了各個制造階段中太陽能電池單元300的透視圖。在各個透視圖下方是相應(yīng)的太陽能電池單元300的一個半球的相應(yīng)剖視圖。在典型的實施方案中，圖3中示出的太陽能電池單元300不具有導(dǎo)電襯底403。在替代實施方案中，在襯底403導(dǎo)電的實施方案中，利用絕緣層周向包覆襯底，使得各個太陽能電池700的后電極104彼此電隔離。
參考圖3K，太陽能電池單元300包括多個光伏電池700共用的襯底403。襯底403具有第一端及第二端。如圖3K所示，多個光伏電池700線性設(shè)置在襯底403上。多個光伏電池700包括第一和第二光伏電池700。多個光伏電池700中的各個光伏電池700包括周向沉積在共用襯底403上的后電極104以及周向沉積在后電極104上的半導(dǎo)體結(jié)406。在圖3K的情況下，半導(dǎo)體結(jié)406包括吸收器層106及窗層108。多個光伏電池700中的各個光伏電池700還包括周向沉積在半導(dǎo)體結(jié)406上的透明導(dǎo)電層110。在圖3K的情況下，第一光伏電池700的透明導(dǎo)電層110通過導(dǎo)孔280與多個光伏電池中的第二光伏電池的后電極串聯(lián)電連接。在一些實施方案中，各個導(dǎo)孔280延伸在太陽能電池的整個外周。在一些實施方案中，各個導(dǎo)孔280并未延伸在太陽能電池的整個外周。事實上，在一些實施方案中，各個導(dǎo)孔僅延伸在太陽能電池的一小部分外周上。在一些實施方案中，各個太陽能電池700可具有一個、兩個、三個、四個或更多、十個或更多、或者一百個或更多導(dǎo)孔280，其將太陽能電池700的透明導(dǎo)電層110與相鄰太陽能電池700的后電極104串聯(lián)電連接。
現(xiàn)結(jié)合圖3A至圖3K來描述用于制造示例性太陽能電池單元300的示例過程。在本說明書中，將描述用于太陽能電池單元300各部件的示例材料。但是，在上述5.1部分中提供了對太陽能電池單元300的各個部件的合適材料的更詳細(xì)描述。參考圖3A，制造過程始于襯底403。接著，在圖3B中，后電極104沉積在襯底403上?？赏ㄟ^各種技術(shù)，包括2006年3月18日提交的美國專利申請序列號11/378,835中描述的一些技術(shù)，來沉積后電極104。在一些實施方案中，通過濺射將后電極104周向沉積在襯底403上。在一些實施方案中，通過電子束蒸發(fā)將后電極104周向沉積在襯底403上。在一些實施方案中，襯底403由導(dǎo)電材料制成。在這些實施方案中，能夠利用電鍍將后電極104周向沉積在襯底403上。在一些實施方案中，襯底403是不導(dǎo)電的，但被諸如鋼箔或鈦箔的金屬箔包裹。在這些實施方案中，能夠利用電鍍技術(shù)將后電極104電鍍在金屬箔上。在其它實施方案中，通過熱浸將后電極104周向沉積在襯底403上。
參考圖3C，后電極104被圖案化以生成溝槽292。溝槽292沿后電極104的全周長行進(jìn)，由此將后電極104劃分為不連續(xù)部分。各個部分用作相應(yīng)太陽能電池700的后電極104。溝槽292的底部使下層襯底403暴露。在一些實施方案中，使用具有被后電極104吸收的波長的激光束來刮刻出溝槽292。激光劃片提供了優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)器切割方法的多個優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)利用激光處理薄膜時，術(shù)語激光劃片、蝕刻及消蝕可互換使用。金屬材料的激光切割可被劃分為兩種主要方法氣化切割及熔噴切割。在氣化切割中，材料被迅速加熱至蒸發(fā)溫度并作為蒸汽自發(fā)地去除。熔噴方法將材料加熱至熔化溫度，同時噴氣流將熔化物吹離表面。在一些實施方案中，使用惰性氣體(例如，Ar)。在其它實施方案中，使用反應(yīng)性氣體來通過與熔化物的放熱反應(yīng)來增強(qiáng)對材料的加熱。通過激光劃片技術(shù)處理的薄膜材料包括半導(dǎo)體(例如，碲化鎘、銅銦鎵聯(lián)硒化合物以及硅)、透明導(dǎo)電氧化物(例如，氟摻雜氧化錫以及鋁摻雜氧化鋅)、以及金屬(例如，鉬及金)。這些激光系統(tǒng)全部可商業(yè)獲得，并基于脈沖持續(xù)時間及波長來選擇。可用于激光劃片的一些示例激光系統(tǒng)包括但不限于Q切換Nd:YAG激光系統(tǒng)、Nd:YAG激光系統(tǒng)、銅蒸氣激光系統(tǒng)、XeCl-準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)、KrF準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)以及二極管激光泵Nd:YAG系統(tǒng)?？捎糜诒景l(fā)明的激光劃片系統(tǒng)和方法的詳細(xì)說明參見Compaan等人，1998，＂Optimization oflaser scribing for thin film PV module，＂National Renewable Energy Laboratoryfinal technical progress report 1995年4月-1997年10月；Quercia等人，1995，＂Laser patterning of CuInSe2/Mo/SLS structures for the fabrication of CuInSe2sub modules，＂于Semiconductor Processing and Characterization with LasersApplication in Photovoltaics，F(xiàn)irst International Symposium，173/174期，Numbercom P53-58中；以及Compaan，2000，＂Laser scribing creates monolithic thinfilm arrays，＂Laser Focus World 36147-148、150和152。在一些實施方案中，利用機(jī)械裝置來劃刻溝槽292。例如，剃刀刀片或其它鋒利工具在后電極104上拖刮由此產(chǎn)生溝槽292。在一些實施方案中，利用平版印刷蝕刻法來形成溝槽292。
圖3D-3F示出了半導(dǎo)體結(jié)406包括單一吸收器層106及單一窗層108的情況。但是，本發(fā)明并不受限于此。例如，結(jié)層406可以是同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、異質(zhì)面結(jié)、掩埋同質(zhì)結(jié)、p-i-n結(jié)或串聯(lián)結(jié)。參考圖3D，吸收器層106周向沉積在后電極104上。在一些實施方案中，通過熱蒸發(fā)將吸收器層106周向沉積在后電極104上。例如，在一些實施方案中，吸收器層106是利用以下文獻(xiàn)中公開的技術(shù)沉積的CIGSBeck和Britt，F(xiàn)inal Technical Report，2006年1月，NREL/SR-520-391 19；和Delahoy和Chen，2005年8月，＂Advanced CIGSPhotovoltaic Technology，＂subcontract report；Kapur等，2005年1月subcontractreport，NREL/SR-520-37284，＂Lab to Large ScaleTransition for Non-VacuumThin Film CIGS Solar Cells＂；Simpson等人，2005年10月subcontract report，＂Trajectory-Oriented and Fault-Tolerant-Based Intelligent Process Control forFlexible ClGS PV Module Manufacturing，＂NREL/SR-520-38681；以及Ramanathan等人，31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition，Lake Buena Vista，F(xiàn)lorida，2005年1月3-7日，通過引用將其全部內(nèi)容分別包含在本說明書中。在一些實施方案中，吸收器層106通過來自元素源(elementsource)的蒸氣周向沉積在后電極104上。例如，在一些實施方案中，吸收器層106是通過來自元素源的蒸氣周向生長在鉬后電極104上的CIGS。一種這樣的氣化工藝是三階段工藝，例如在Ramanthan等人，2003，＂Properties of19.2％ Efficiency ZnO/CdS/CuInGaSe2 Thin-film Solar Cells，＂Progress inPhotovoltaicsResearch and Applications 11，225中所描述的，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中，或者是該三階段工藝的變化工藝。在一些實施方案中，利用單階段氣化工藝或兩階段氣化工藝將吸收器層106周向沉積在后電極104上。在一些實施方案中，通過濺射將吸收器層106周向沉積在后電極104上。通常，這樣的濺射需要熱襯底403。
在一些實施方案中，利用電鍍，作為吸收器層106構(gòu)成金屬或金屬合金的單獨(dú)層，吸收器層106被周向沉積在后電極104上。例如，考慮吸收器層106是銅銦鎵聯(lián)硒化合物(CIGS)的情況。CIGS的各個構(gòu)成層(例如，銅層、銦鎵層、硒)可以一層層地被電鍍在后電極104上。在一些實施方案中，通過濺射將吸收器層的各個層周向沉積在后電極104上。無論吸收器層106的各個層是通過濺射或電鍍或其組合周向沉積，在常規(guī)實施方案中(例如，活性層106是CIGS)，一旦構(gòu)成層已經(jīng)被周向沉積，則在迅速熱處理步驟中迅速加熱這些層，使得它們彼此發(fā)生反應(yīng)以形成吸收器層106。在一些實施方案中，硒并未通過電鍍或濺射被傳輸。在這些實施方案中，硒在低壓加熱階段以元素硒氣體形式或在低壓加熱階段以硒化氫氣體形式被傳輸至吸收器層106。在一些實施方案中，銅銦鎵氧化物周向沉積在后電極104上，然后被轉(zhuǎn)變?yōu)殂~銦鎵聯(lián)硒化合物。在一些實施方案中，使用真空處理來沉積吸收器層106。在一些實施方案中，使用非真空處理來沉積吸收器層106。在一些實施方案中，室溫下處理來沉積吸收器層106。在其它實施方案中，使用高溫處理來沉積吸收器層106。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解，這些處理僅是示例，存在可用于沉積吸收器層106的各種其它工藝。在一些實施方案中，使用化學(xué)氣相沉積來沉積吸收器層106。
參考圖3E及3F，窗層108周向沉積在吸收器層106上。在一些實施方案中，利用化學(xué)浴沉積法來使吸收器層106周向沉積在窗層108上。例如，在窗層108是諸如硫化鎘緩沖層的情況下，鎘及硫化物可被分別獨(dú)立地在溶液中提供，當(dāng)反應(yīng)時，形成從溶液沉淀出的硫化鎘。其它可用作窗層的組分包括但不限于硫化銦、氧化鋅、硫氫氧化鋅或其它類型的緩沖層。在一些實施方案中，窗層108是n型緩沖層。在一些實施方案中，窗層108被濺射在吸收器層106上。在一些實施方案中，窗層108被蒸發(fā)在吸收器層106上。在一些實施方案中，利用化學(xué)氣相沉積將窗層108周向沉積在吸收器層106上。
參考圖3G及3H，半導(dǎo)體結(jié)406(例如，層106及108)被圖案化成產(chǎn)生溝槽294。在一些實施方案中，溝槽294沿半導(dǎo)體結(jié)406的整個周長行進(jìn)，由此將半導(dǎo)體結(jié)406劃分為不連續(xù)區(qū)域。在一些實施方案中，溝槽294并未沿半導(dǎo)體結(jié)406的整個周長行進(jìn)。事實上，在一些實施方案中，各個溝槽僅在半導(dǎo)體結(jié)406的周長的較小一部分上延伸。在一些實施方案中，各個太陽能電池700可具有圍繞半導(dǎo)體結(jié)406的周長設(shè)置的一個、兩個、三個、四個或更多、十個或更多、或一百個或更多凹坑而非給定溝槽294。在一些實施方案中，利用具有由半導(dǎo)體結(jié)406吸收的波長的激光束來劃刻溝槽294。在一些實施方案中，利用機(jī)械裝置來劃刻溝槽294。例如，在半導(dǎo)體結(jié)406上拖拉剃刀刀片或其它鋒利器具由此產(chǎn)生溝槽294。在一些實施方案中，利用平版印刷蝕刻法來形成溝槽294。
參考圖3I，透明導(dǎo)電層110周向沉積在半導(dǎo)體結(jié)406上。在一些實施方案中，通過濺射使透明導(dǎo)電層110周向沉積在后電極104上。在一些實施方案中，濺射是反應(yīng)性濺射。例如，在一些實施方案中，在存在氧氣的情況下使用鋅靶以制造包含氧化鋅的透明導(dǎo)電層110。在另一反應(yīng)性濺射實施例中，在存在氧氣的情況下使用銦錫靶以制造包含銦錫氧化物的透明導(dǎo)電層110。在另一反應(yīng)性濺射實施例中，在存在氧氣的情況下使用錫靶以制造包含氧化錫的透明導(dǎo)電層110。大體上，可以使用任意寬帶隙導(dǎo)電透明材料作為透明導(dǎo)電層110。在這里，術(shù)語“透明”指在從約300納米至約1500鈉米的波長范圍內(nèi)被視為透明的材料。但是，在該全波長范圍內(nèi)非透明的成分也可作為透明導(dǎo)電層110，特別是如果其具有其它諸如高導(dǎo)電性的特性由此可以使用這些材料的超薄層的話。在一些實施方案中，透明導(dǎo)電層110是任何導(dǎo)電的且可反應(yīng)性地或利用陶瓷靶通過濺射沉積的透明導(dǎo)電氧化物。
在一些實施方案中，使用直流(DC)二極管濺射、射頻(RF)二極管濺射、三極管濺射、DC磁控濺射或RF磁控濺射來沉積透明導(dǎo)電層110。在一些實施方案中，利用原子層沉積來沉積透明導(dǎo)電層110。在一些實施方案中，利用化學(xué)氣相沉積來沉積透明導(dǎo)電層110。
參考圖3J，透明導(dǎo)電層110被圖案化形成溝槽296。溝槽296沿透明導(dǎo)電層110的整個周長延伸以將透明導(dǎo)電層110劃分為不連續(xù)部分。溝槽296的底部暴露下層半導(dǎo)體結(jié)406。在一些實施方案中，溝槽298被圖案化在太陽能電池單元300的端部以將被溝槽298暴露的后電極104連接至電極或其它電子電路。在一些實施方案中，利用具有被透明導(dǎo)電層110吸收的波長的激光束來劃刻溝槽296。在一些實施方案中，利用機(jī)械裝置來劃刻溝槽296。例如，在后電極104上拖拉剃刀刀片或其它鋒利器具來產(chǎn)生溝槽296。在一些實施方案中，利用平版印刷蝕刻法來形成溝槽296。
參考圖3K，利用常規(guī)沉積技術(shù)來使可選增透涂層112周向沉積在透明導(dǎo)電層110上。在一些實施方案中，太陽能電池單元300裝在透明非平面殼體310中。在2006年3月18日遞交的共同未決美國專利申請序列號11/378,847中描述了如何將諸如太陽能電池單元300的加長太陽能電池裝在透明管狀殼體內(nèi)的細(xì)節(jié)。在一些實施方案中，可選填充體層330用于確保太陽能電池單元300的外層和透明非平面殼體310之間沒有空氣坑。
在一些實施方案中，利用噴墨印刷將可選電極帶420沉積在透明導(dǎo)電層110上。可用于這些條帶的導(dǎo)電墨的例子包括但不限于銀載或鎳載導(dǎo)電墨水。在一些實施方案中，環(huán)氧化物及各向異性導(dǎo)電粘合劑可被用于構(gòu)成電極帶420。在常規(guī)實施方案中，這樣的墨水或環(huán)氧化物被熱硬化以形成電極帶420。在一些實施方案中，在太陽能電池單元300中不存在這樣的電極帶。事實上，使用本發(fā)明的單片集成設(shè)計的主要優(yōu)點(diǎn)在于，因為獨(dú)立的太陽能電池700，太陽能電池單元300整個長度上的電壓得以增大。因此，電流減小，由此減小了各個太陽能電池700的電流要求。因此，在很多實施方案中，無需電極帶420。
在一些實施方案中，溝槽292、294及296并非如圖3所示同心。相反，在一些實施方案中，上述槽沿襯底403的管狀(長)軸盤旋向下。圖3的單片集成法具有面積最小和工藝步驟最少的優(yōu)點(diǎn)。
參考圖3L，可選填充體層330周向沉積在透明導(dǎo)電層110或增透涂層112上。參考圖3M，依據(jù)實施方案，透明非平面殼體310周向配置在可選填充體層330(如果存在)、或增透涂層112(如果存在，且可選填充體層330不存在)或透明導(dǎo)電層110(如果可選的填充體層330和增透涂層112不存在)上。
5.1.2 透明非平面殼體 如圖2A和2B所示，透明非平面殼體310密封太陽能電池單元300，從而為太陽能電池提供支撐和保護(hù)。透明非平面殼體310的尺寸和維度取決于太陽能電池組建單元300中的單個太陽能電池700的尺寸和維度。透明非平面殼體310由玻璃、塑料或其它任何合適的材料制成?？梢杂糜谥苽渫该鞣瞧矫鏆んw310的材料實例包括但不限于玻璃(如鈉鈣玻璃)、丙烯酸類如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、含氟聚合物(如Tefzel或Teflon)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、Tedlar或其它一些合適的透明材料。
玻璃制成的透明管狀殼體。在一些實施方案中，透明非平面殼體310由玻璃制成。本發(fā)明涵蓋用于透明非平面殼體310的各種玻璃，其中的一些在本部分進(jìn)行了描述，其它的一些是相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的。普通玻璃中約含有70％的無定形二氧化硅(SiO2)，其與石英和其多晶型沙中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)化合物相同。本發(fā)明的一些實施方案中用普通玻璃制備透明非平面殼體310。不過，普通玻璃易碎，且會破碎成尖銳的碎片。因此，在一些實施方案中，通過加入其它化合物或加熱處理對普通玻璃的性能進(jìn)行改性，或者甚至完全改變。
純的二氧化硅(SiO2)的熔點(diǎn)約為2000℃，可以制成特殊用途的玻璃(如熔融石英)。通常在普通玻璃中加入兩種其它物質(zhì)簡化制造工藝。一種是蘇打(即碳酸鈉Na2CO3)或碳酸鉀，等同的鉀化合物，它們將熔點(diǎn)降低到約1000℃。但是，碳酸鈉使得玻璃水溶，這是不期望的，因此氧化鈣(CaO)是第三種組分，加入它以恢復(fù)不溶性。得到的玻璃含有約70％的二氧化硅，且被稱為鈉鈣玻璃。鈉鈣玻璃在本發(fā)明中的一些實施方案中用于制備透明非平面殼體310。
除了鈉鈣，大多數(shù)普通玻璃含有加入的其它組分以改變其性能。鉛玻璃，如鉛晶質(zhì)玻璃或火石玻璃，更“明亮”，因為增加的折射率使其更加“眩目”，而加入硼以改變熱學(xué)和電學(xué)性能，如Pyrex玻璃。加入鋇也增加折射率。氧化釷使得玻璃具有高的折射率和低分散率，以前用于產(chǎn)生高質(zhì)量的透鏡，但是由于其放射性，已經(jīng)在現(xiàn)代玻璃中被氧化鑭取代。在吸收紅外能量的玻璃中使用大量的鐵，如用于電影投影機(jī)的熱吸收過濾器，而氧化鈰(IV)可以用于吸收UV波長(生物破壞性的致電離輻射)的玻璃。在本發(fā)明的一些實施方案使用具有一種或多種這些添加劑的玻璃來制備透明非平面殼體310。
玻璃材料的普通實例包括但不限于硅鋁酸鹽、硼硅酸鹽(例如，Pyrex、Duran、Simax等)、二色性的、鍺/半導(dǎo)體、玻璃陶瓷、硅酸鹽/熔融石英、鈉鈣、石英、硫?qū)倩?硫化物、cereated玻璃和氟化物玻璃，透明非平面殼體310可以由這些材料中的任何材料制成。
在一些實施方案中，透明非平面殼體310由鈉鈣玻璃制成。鈉鈣玻璃比硼硅酸鹽和石英玻璃軟，使其劃片切割更容易更快捷。鈉鈣玻璃成本很低，易于大規(guī)模生產(chǎn)。不過，鈉鈣玻璃的熱沖擊阻抗很差。因此，鈉鈣玻璃最好用于加熱均勻和緩慢的熱環(huán)境中的透明非平面殼體310。因此，當(dāng)太陽能電池700被由鈉鈣玻璃制成的透明非平面殼體310包裹時，這些電池最好用于溫度變化不劇烈的場合。
在一些實施方案中，透明非平面殼體310由玻璃材料如硼硅酸鹽玻璃制成。硼硅酸鹽玻璃的商品名包括但不限于

(Corning)、

(Schott Glass)和

(Kavalier)。象大多數(shù)玻璃一樣，硼硅酸鹽玻璃的主要組分是二氧化硅，同時加入硼和其它多種元素。硼硅酸鹽玻璃比其它材料如石英更易耐熱，從而使得制造成本更低。硼硅酸鹽玻璃的材料成本也比熔融石英大大降低。和大多數(shù)玻璃相比，除了熔融石英，硼硅酸鹽玻璃的膨脹系數(shù)低，比鈉鈣玻璃低三倍。這使得硼硅酸鹽玻璃在熱環(huán)境中很有用，避免了由于溫度激增導(dǎo)致破裂的風(fēng)險。和鈉鈣玻璃一樣，可以用浮法工藝制備相對低成本的、光學(xué)質(zhì)量的、具有不同厚度的硼硅酸鹽玻璃片，厚度從小于1mm到超過30mm。相對于石英，硼硅酸鹽玻璃易于模壓。此外，當(dāng)模制和火焰處理時，硼硅酸鹽玻璃具有最小的抗結(jié)晶性。這表明，當(dāng)模制和熱彎時，可以保持高性能的表面。當(dāng)溫度高達(dá)500℃時，硼硅酸鹽玻璃是熱穩(wěn)定的，可以繼續(xù)使用。和家用鈉鈣玻璃相比，硼硅酸鹽玻璃更耐非含氟化學(xué)物質(zhì)，并且機(jī)械強(qiáng)度更強(qiáng)和更硬。硼硅酸鹽通常比鈉鈣玻璃貴2-3倍。
僅給出鈉鈣和硼硅酸鹽玻璃作為例子來說明當(dāng)用玻璃材料制造透明非平面殼體310時對各方面的考量。前述的討論對本發(fā)明的范圍沒有任何限制。事實上，透明非平面殼體310可以用玻璃制成，如鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃(如

二色性玻璃、鍺/半導(dǎo)體玻璃、玻璃陶瓷、硅酸鹽/熔融石英、鈉鈣玻璃、石英玻璃、硫?qū)倩?硫化物玻璃、cereated玻璃或氟化物玻璃。
塑料制成的透明管狀殼體。在一些實施方案中，透明非平面殼體310由透明塑料制成。塑料比玻璃便宜。不過，塑料材質(zhì)通常在熱的情況下較不穩(wěn)定，光學(xué)性能較差，且不能防止水分子透過透明非平面殼體310。最后一個因素，如果得不到糾正，會破壞太陽能電池700，并嚴(yán)重降低其壽命。相應(yīng)地，在一些實施方案中，當(dāng)透明非平面殼體310由塑料制成時，上述的阻水層被用于防止水滲透到太陽能電池402中。
很多材料可以用于制造透明非平面殼體310，包括但不限于乙烯-醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基氟碳(PFA)、尼龍/聚酰胺、交聯(lián)聚乙烯(PEX)、聚烯烴、聚丙烯(PP)、聚乙烯對苯二甲酸乙二醇(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、熱塑共聚物(例如，通過乙烯及四氟乙烯(

單體)聚合而獲得的

聚氨酯/氨基甲酸乙酯、聚乙烯氯(PVC)、或者聚偏氟乙烯(PVDF)、

乙烯基和
為了使太陽輻射的輸入最大化，太陽能電池700以外的任何層(例如，可選的填充體層330或透明非平面殼體310)優(yōu)選地不要對太陽能電池的入射輻射性能產(chǎn)生不良影響。在將太陽能電池402的效率最優(yōu)化時應(yīng)考慮很多因素。有關(guān)太陽能電池生產(chǎn)的一些因素描述如下。
透明度。為了太陽能電池吸收層(如半導(dǎo)體結(jié)410)獲得最大的輸入，太陽能電池402外的任何層對入射輻射的吸收都要避免或最小化。這種透明度的要求作為太陽能電池700下方的半導(dǎo)體結(jié)410的吸收性能函數(shù)而變化。通常，透明非平面殼體310和可選的填充體層330優(yōu)選對半導(dǎo)體結(jié)410吸收的波長盡可能是透明的。例如，當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)410是基于CIGS時，用于制備透明非平面殼體310和可選填充體層330的材料優(yōu)選為對波長范圍為500nm至1200nm的光是透明的。
紫外穩(wěn)定性。用于構(gòu)造太陽能電池700外層的任何材料優(yōu)選為化學(xué)穩(wěn)定的，并且特別是，暴露于UV輻射時是穩(wěn)定的。更加具體的，這種材料在暴露于UV時不能變得較不透明。普通玻璃能夠部分阻隔UVA(波長為400和300nm)，并能完全阻隔UVC和UVB(波長低于300nm)。玻璃的UV阻滯效應(yīng)通常是由于玻璃中的添加劑，如碳酸鈉。在一些實施方案中，由玻璃制成的透明非平面殼體310中的添加劑能夠給予殼體310完全的UV保護(hù)性。在這些實施方案中，由于透明非平面殼體310提供完全的UV波長保護(hù)，對下方的可選填充體層330的UV穩(wěn)定性要求降低。例如，當(dāng)透明非平面殼體310由UV保護(hù)性玻璃制成時，EVA、PVB、TPU(氨基甲酸乙酯)、有機(jī)硅、聚碳酸酯和丙烯酸類物質(zhì)可以用于形成填充體層330?；蛘撸谄渲型该鞣瞧矫鏆んw310由塑料材質(zhì)制成的一些實施方案中，優(yōu)選需要UV穩(wěn)定性。
對UV輻射敏感的塑料材料優(yōu)選不用于透明非平面殼體310，因為材料和/或可選填充體層330的變黃阻止了太陽能電池402的輻射輸入，并降低了太陽能電池的效率。此外，由于暴露于UV，透明非平面殼體310的開裂會永久性破壞太陽能電池402。例如，諸如ETFE和THV(Dyneon)的含氟聚合物是UV穩(wěn)定性的，并是高度透明的，而PET是透明的，但是對UV的穩(wěn)定性不充分。在一些實施方案中，透明非平面殼體310由含氟聚合物制成，該含氟聚合物基于單體四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯。此外，聚乙烯氯(“PVC”或“乙烯基”)，最普通的一種合成材料，也對UV暴露敏感。已經(jīng)開發(fā)方法使得PVC是UV穩(wěn)定的，但是甚至是UV穩(wěn)定的PVC通常也不能持久(例如，PVC產(chǎn)品的變黃和開裂會在相對短時間的使用后發(fā)生)。氨基甲酸乙酯更適合，但是取決于聚合物主鏈具體的化學(xué)性能。當(dāng)聚合物主鏈由反應(yīng)性低的化學(xué)基團(tuán)(如脂肪或芳香的)形成時，氨基甲酸乙酯材料是穩(wěn)定的。另一方面，當(dāng)聚合物主鏈由反應(yīng)性高的基團(tuán)(如雙鍵)形成時，由于UV催化的雙鍵斷裂，導(dǎo)致材料變黃。類似地，當(dāng)持續(xù)暴露于UV光時，EVA和PVB會變黃。其它的選擇是聚碳酸酯(光照暴露下能夠抗UV多達(dá)10年)或丙烯酸類(本身是UV穩(wěn)定的)。
反射性能。為了最大化太陽輻射的輸入，透明非平面殼體310的外側(cè)表面的反射應(yīng)該最小化。增透涂層，作為獨(dú)立的層或者和防水涂層組合，可以用于透明非平面殼體310的外側(cè)。在一些實施方案中，增透涂層由MgF2制成。在一些實施方案中，增透涂層由硝酸有機(jī)硅或硝酸鈦制成。在其它實施方案中，增透涂層由一層或多層一氧化硅(SiO)制成。例如，拋亮硅可以作為鏡子，反射超過30％的照射其上的光線。單層SiO將表面反射降低至約10％，第二層SiO能夠?qū)⒎瓷浣档椭列∮?％。在美國專利號6,803,172中公開了其它有機(jī)增透材料，特別是，能夠防止半導(dǎo)體設(shè)備中較低層表面的背反射和消除由于晶片上的較低層和感光層薄片的不同光學(xué)性能產(chǎn)生的駐波和反射刻痕的有機(jī)增透材料。其它的增透涂層材料和方法在美國專利號6,689,535、6,673,713、6,635,583、6,784,094和6,713,234中有描述。
可替換地，透明非平面殼體310的外側(cè)表面可以有紋理從而降低反射輻射。化學(xué)蝕刻形成圓錐和角錐圖案，這些圖案可以捕獲光線，否則這些光線從電池偏射出去。反射光重新被反射到電池內(nèi)，從而獲得又一次被吸收的機(jī)會。美國專利6,039,888、6,004,722和6,221,776中公開了通過蝕刻或蝕刻和涂層技術(shù)的組合制備增透涂層的材料和方法。
折射性能。在一些實施方案中，填充體層330的折射率比透明非平面殼體310的折射率大，因此光可以彎向太陽能電池402。在這種狀況下，經(jīng)過兩個反射過程后，透明非平面殼體310上的每個入射波束將會彎向太陽能電池402。不過，在實踐中，可選的填充體層330由類似流體的材料(雖然有時是非常粘的類似流體的材料)制成，使得可以如上所述實現(xiàn)太陽能電池402在透明非平面殼體310的嵌入。在實踐中，通過選擇其折射率接近透明非平面殼體310的折射率的填充體材料來獲得有效的太陽輻射吸收。在一些實施方案中，形成透明非平面殼體310的材料包含折射率約為1.5的透明材料(玻璃或塑料或其它合適的材料)。例如，熔融石英玻璃的折射率為1.46。硼硅酸鹽玻璃材料的折射率在1.45和1.55之間(如

玻璃的折射率為1.47)。具有不同含量的鉛添加劑的火石玻璃材料的折射率在1.5和1.9之間。普通塑料材料的折射率介于1.46和1.55之間。
具有用于形成填充體層330的合適光學(xué)性能的示例性材料進(jìn)一步包含有機(jī)硅、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅膠、環(huán)氧化物和丙烯酸類材料。由于基于有機(jī)硅的粘合劑和密封劑具有高度的彈性，它們?nèi)狈ζ渌h(huán)氧化物或丙烯酸類樹脂的強(qiáng)度。透明非平面殼體310、可選的填充體層330、可選的增透涂層、阻水層或其任意組合形成包裝，以最大化和保持太陽能電池的效率，提供物理支撐，并延長太陽能電池700的壽命。
在一些實施方案中，玻璃、塑料、環(huán)氧化物或丙烯酸類樹脂可以用于形成透明非平面殼體310。在一些實施方案中，可選的增透涂層和/或防水涂層周向沉積在透明非平面殼體310上。在這樣的一些實施方案中，用更柔軟和更有彈性的光學(xué)合適的材料形成填充體層330，如硅膠。例如，在一些實施方案中，填充體層330由硅膠形成，如有基于機(jī)硅的粘合劑或密封劑。在一些實施例中，填充體層330由GE RTV 615有機(jī)硅形成。RTV 615有機(jī)硅是光學(xué)透明的、雙組份的可流動的有機(jī)硅產(chǎn)品，該產(chǎn)品需要SS4120作為聚合的引物。RTV615-1P和SS4120二者都可以從General Electric(Fairfield，Connecticut)獲得?；谟袡C(jī)硅的粘合劑或密封劑基于韌性有機(jī)硅彈性技術(shù)。
有利地，有機(jī)硅粘合劑具有高度的彈性且耐受非常高的溫度(高至600℉)。基于有機(jī)硅的粘合劑和密封劑具有高度的彈性。許多技術(shù)(或固化系統(tǒng))可獲得基于有機(jī)硅的粘合劑和密封劑。這些技術(shù)包括壓力敏感、輻射固化、濕氣固化、熱固和室溫硬化(RTV)。在一些實施方案中，基于硅的密封劑用兩組分添加或濃縮固化系統(tǒng)或單組分(RTV)形式。RTV形式通過與空氣中濕氣反應(yīng)方便地固化，并在固化期間釋放出酸性煙霧或其它副產(chǎn)物蒸氣。
壓力敏感有機(jī)硅粘合劑用很小的壓力粘附到多數(shù)表面上，并保持其粘性。這種類型的材料形成粘彈性結(jié)合，該結(jié)合是高度和永久粘性的，不超過手指或手的壓力就能粘附。在一些實施方案中，輻射用于固化基于有機(jī)硅的粘合劑。在一些實施方案中，紫外線、可見光或電子束照射用于引發(fā)密封劑的固化，這樣就可以在不加熱或產(chǎn)生過量的熱的情況下獲得永久的結(jié)合。盡管基于UV的固化要求襯底對UV透明，電子束可以穿透對UV光線不透明的材料。某些基于潮氣或水固化機(jī)理的有機(jī)硅粘合劑和氰基丙烯酸鹽需要額外的能合適粘附到太陽能電池并不影響太陽能電池的本身功能的試劑。熱固有機(jī)硅粘合劑和有機(jī)硅密封劑是用熱或熱與壓力固化的交聯(lián)聚合物樹脂。固化的熱固樹脂在加熱時不會熔化或流動，但是可以軟化。硫化是涉及使用硫化劑及熱和/或壓力的熱固反應(yīng)，該反應(yīng)使得橡膠類似材料形成大大增加的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和彈性。RTV硅橡膠是室溫硫化材料。硫化劑是交聯(lián)化合物或催化劑。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案中，硫被作為傳統(tǒng)硫化劑加入。
例如，在一些實施方案中，當(dāng)不具有可選填充體層330時，環(huán)氧化物或丙烯酸類材料可以直接用于太陽能電池700，以直接形成透明非平面殼體310。在這些實施方案中，要小心確保非玻璃透明非平面殼體310也有耐水性和/或增透性能，以確保在合理的使用期間內(nèi)能有效工作。
電絕緣。透明非平面殼體310和可選填充體層330的一個重要特點(diǎn)就是這些層能提供完全的電絕緣。不應(yīng)使用導(dǎo)電材料形成透明非平面殼體310或可選的填充體層330。
尺寸要求。在一些實施方案中，太陽能電池402外的每層的總寬度(如透明非平面殼體310和/或可選的填充體層330的組合)為
參考圖3B，其中 ri是太陽能電池402的半徑，假設(shè)半導(dǎo)體結(jié)410是薄膜結(jié)； r0為透明非平面殼體310和/或可選的填充體層330最外層的半徑；以及 η外環(huán)為透明非平面殼體310和/或可選的填充體層330最外層的折射率。
如上所述，用于制備透明非平面殼體310和/或可選的填充體層330的許多材料的折射率約為1.5。因此，在典型的實施例中，小于1.5×ri的r0值是允許的。該限制對透明非平面殼體310和/或可選的填充體層330組合的容忍厚度設(shè)定了界限。
5.2 示例半導(dǎo)體結(jié) 參考圖4A，在一個實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410是位于設(shè)置在后電極104上的吸收器層502與設(shè)置在吸收器層502上的結(jié)匹配層504之間的異質(zhì)結(jié)。吸收器層502及結(jié)匹配層504由具有不同帶隙及電子親和力的不同半導(dǎo)體構(gòu)成，由此結(jié)匹配層504具有比吸收器層502更大的帶隙。在一些實施方案中，吸收器層502是p摻雜的，而結(jié)匹配層504是n摻雜的。在這些實施方案中，透明導(dǎo)電層110是n+-摻雜的。在替代實施方案中，吸收器層502是n摻雜的而透明導(dǎo)電層504是p摻雜的。在這樣的實施方案中，透明導(dǎo)電層110是p+-摻雜的。在一些實施方案中，在Pandey，Handbook of SemiconductorElectrodeposition，Marcel Dekker Inc.，1996，附錄5中列出的半導(dǎo)體被用于形成半導(dǎo)體結(jié)410，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
5.2.1 基于銅銦聯(lián)硒及其它類型I-III-VI材料的薄膜半導(dǎo)體結(jié) 繼續(xù)參考圖4A，在一些實施方案中，吸收器層502是諸如銅銦聯(lián)硒(CuInSe2；也公知為CIS)的I-III-VI2族化合物。在一些實施方案中，吸收器層502是I-III-VI2族三元化合物，其選自n型或p型的CdGeAs2、ZnSnAs2、CuInTe2、AgInTe2、CuInSe2、CuGaTe2、ZnGeAs2、CdSnP2、AgInSe2、AgGaTe2、CuInS2、CdSiAs2、ZnSnP2、CdGeP2、ZnSnAs2、CuGaSe2、AgGaSe2、AgInS2、ZnGeP2、ZnSiAs2、ZnSiP2、CdSiP2或CuGaS2，如果這些化合物已知存在的話。
在一些實施方案中，結(jié)匹配層504是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一個實施方案中，吸收器層502是p型CIS而結(jié)匹配層504是n型CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第6章中描述了這些半導(dǎo)體結(jié)410，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
在一些實施方案中，吸收器層502是銅銦鎵聯(lián)硒化合物(CIGS)。這些層也公知為Cu(InGa)Se2。在一些實施方案中，吸收器層502是銅銦鎵聯(lián)硒化合物(CIGS)，而結(jié)匹配層504是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一些實施方案中，吸收器層502是p-型CIGS，而結(jié)匹配層504是n-型CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在Handbook of Photovoltaic Science and Engineering，2003，Luque和Hegedus(編)，Wiley & Sons，West Sussex，England的第13章，第12章中描述了這樣的半導(dǎo)體結(jié)410，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。在一些實施方案中，用下述文獻(xiàn)公開的技術(shù)沉積CIGSBeck和Britt，F(xiàn)inal TechnicalReport，2006年1月，NREL/SR-520-391 19；和Delahoy和Chen，2005年8月，＂Advanced CIGS Photovoltaic Technology，＂subcontract report；Kapur等，2005年1月subcontract report，NREL/SR-520-37284，＂Lab to Large Scale Transition forNon-Vacuum Thin Film CIGS Solar Cells＂；Simpson等人，2005年10月subcontract report，＂Trajectory-Oriented and Fault-Tolerant-Based IntelligentProcess Control for Flexible ClGS PV Module Manufacturing，＂NREL/SR-520-38681；以及Ramanathan等人，31stIEEE Photovoltaics SpecialistsConference and Exhibition，Lake Buena Vista，F(xiàn)lorida，2005年1月3-7日，這些文獻(xiàn)的全部內(nèi)容通過引用并入本發(fā)明。
在一些實施方案中，根據(jù)Ramanthan等人的2003，＂Properties of 19.2％Efficiency ZnO/CdS/CuInGaSe2 Thin-film Solar Cells，＂Progress in PhotovoltaicsResearch and Applications 11，225中描述的三階段工藝，CIGS吸收器層502通過元素源的蒸發(fā)在鉬后電極104上形成，該文獻(xiàn)的整體通過引用并入本文。在一些實施方案中，結(jié)匹配層504為ZnS(O，OH)緩沖層，如Ramanthan等人的2005年1月的會議論文，＂CIGS Thin-Film Solar Research at NRELFY04Results and Accomplishments，＂NREL/CP-520-37020中所描述的，該文獻(xiàn)的整體通過引用并入本文。
在一些實施方案中，吸收器層502的厚度介于0.5μm至2.0μm之間。在一些實施方案中，吸收器層502中Cu/(In+Ga)的成份比率介于0.7至0.95之間。在一些實施方案中，吸收器層502中Cu/(In+Ga)的成份比率介于0.2至0.4之間。在一些實施方案中，CIGS吸收器具有<110>結(jié)晶定向。在一些實施方案中，CIGS吸收器具有<112>結(jié)晶定向。在一些實施方案中，CIGS吸收器隨機(jī)定向。
5.2.2 基于無定形硅或多晶硅的半導(dǎo)體結(jié) 參考圖4B，在一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410包括無定形硅。在一些實施方案中，這是n/n型異質(zhì)結(jié)。例如，在一些實施方案中，層514包括SnO2(Sb)，層512包括未摻雜無定形硅，層510包括n+型摻雜無定形硅。
在一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410是p-i-n型結(jié)。例如，在一些實施方案中，層514是p+摻雜無定形硅，層512是未摻雜無定形硅，而層510是n+無定形硅。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第3章中描述了這些半導(dǎo)體結(jié)410，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
在本申請的一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410基于薄膜多晶。參考圖4B，在根據(jù)這些實施方案的一個實例中，層510是p摻雜多晶硅，層512是耗盡多晶硅，而層514是n摻雜多晶硅。在Green，Silicon Solar CellsAdvancedPrinciples & Practice，Centre for Photovoltaic Devices and Systems，University ofNew South Wales，Sydney，1995；以及Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London，第57-66頁中描述了這些半導(dǎo)體結(jié)，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
在本申請的一些實施方案中，使用在無定形SiH太陽能電池中基于p型微晶Si:H及微晶Si:C:H的半導(dǎo)體結(jié)410。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London，第66-67頁以及其中所引述的參考文獻(xiàn)中描述了上述半導(dǎo)體結(jié)，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
在本申請的一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410是串聯(lián)結(jié)。例如在Kim等人，1989，“Lightweight(AlGaAs)GaAs/CuInSe2 tandem junction solar cells for spaceapplications，”Aerospace and Electronic Systems Magazine，IEEE 4，第23-32頁；Deng，2005，“Optimization of a-SiGe based triple，tandem and single-junctionsolar cells”Photovoltaic Specialists Conference，2005年第31次IEEE會議記錄，2005年1月3-7日，第1365-1370頁；Arya等人，2000，Amorphous silicon basedtandem junction thin-film technologya manufacturing perspective，”PhotovoltaicSpecialists Conference，2000年第28次IEEE會議記錄，2000年9月15-22日，第1433-1436頁；Hart，1988，“High altitude current-voltage measurement ofGaAs/Ge solar cells，”Photovoltaic Specialists Conference，1988年第20次IEEE會議記錄，1988年9月26-30日，第764-765頁，第1卷；Kim，1988，“Highefficiency GaAs/CuInSe2 tandem junction solar cells，”Photovoltaic SpecialistsConference，1988年第20次IEEE會議記錄，1988年9月26-30日，第457-461頁，第1卷；Mitchell，1988，“Single and tandem junction CuInSe2 cell and moduletechnology，”Photovoltaic Specialists Conference，1988年第20次IEEE會議記錄，1988年9月26-30日，第1384-1389頁，第2卷；以及Kim，1989，“Highspecific power(AlGaAs)GaAs/CuInSe2 tandem junction solar cells for spaceapplications，”Energy Conversion Engineering Conference，1989，IECEC-89，Proceedings of the 24th Intersociety 1989年8月6-11日，第779-784頁，第2卷中描述了串聯(lián)結(jié)，通過引用將其全部內(nèi)容分別包含在本說明書中。
5.2.3 基于砷化鎵及其它類型III-V材料的半導(dǎo)體結(jié) 在一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410基于砷化鎵(GaAs)以及諸如InP、AlSb及CdTe的其它III-V材料。GaAs是具有1.43eV帶隙的直接帶隙材料并可在約二微米的厚度內(nèi)吸收AM1輻射的97％。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London第4章中描述了可作為本申請的半導(dǎo)體結(jié)410的合適類型的III-V結(jié)，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
此外，在一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410是混合多結(jié)太陽能電池，例如由Gee和Virshup，1988，20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference，IEEEPublishing，New York，第754頁描述的GaAs/Si機(jī)械堆疊多結(jié)，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中；GaAs/CuInSe2 MSMJ四端子裝置，其由GaAs薄膜頂電池及ZnCdS/CuInSe2薄底電池組成，如Stanbery等人，19th IEEEPhotovoltaic Specialist Conference，IEEE Publishing，New York，第280頁，以及Kim等人，20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference，IEEE Publishing，NewYork，第1487頁中描述，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London，第131-132頁中描述了其它混合多結(jié)太陽能電池，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
5.2.4 基于碲化鎘及其它類型II-VI材料的半導(dǎo)體結(jié) 在一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410基于可制備為n型或p型的II-VI化合物。因此，在一些實施方案中，參考圖4C，半導(dǎo)體結(jié)410是p-n異質(zhì)結(jié)，其中層520及540是下表所列的任意組合或其合金。


在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第4章中描述了用于制造基于II-VI化合物的半導(dǎo)體結(jié)410的方法，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
5.2.5 基于結(jié)晶硅的半導(dǎo)體結(jié) 雖然由薄膜半導(dǎo)體膜制成的半導(dǎo)體結(jié)410是優(yōu)選的，但本申請并不限于此。在一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410是基于結(jié)晶硅的。例如，參考圖2B，在一些實施方案中，半導(dǎo)體結(jié)410包括p型結(jié)晶硅層以及n型結(jié)晶硅層。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第2章中描述了用于制造結(jié)晶硅半導(dǎo)體結(jié)410的方法，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
5.3 反照率實施方案 本申請的太陽能電池設(shè)計是有利的，這是因為該設(shè)計能通過完全的外周表面集光。相應(yīng)的，在本申請的一些實施方案中，這些太陽能電池單元件被設(shè)置在反射環(huán)境中，其中圍繞太陽能電池的表面具有一定量的反照率。反照率是對表面或主體的反射性的度量。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。在一些實施方案中，通過將這些表面涂成反射性白色來制備與本申請的太陽能電池單元件鄰近的表面使得其具有高反照率。在一些實施方案中，也可使用具有高反照率的其它材料。例如，這些太陽能電池周圍的一些材料的反照率接近或超過90％。例如參見Boer，1977，Solar Energy 19，525，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。但是，具有任意量的反照率(例如5％或更多、10％或更多、20％或更多)的表面均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。在一個實施方案中，本發(fā)明的太陽能電池組件在礫石表面上被成排設(shè)置，其中礫石已經(jīng)被涂為白色以提高礫石的反射特性。通常，可以使用任意朗伯或漫反射器表面來提供高反照率的表面。
5.4 雙層芯實施方案 公開了本發(fā)明的實施方案，其中本發(fā)明的太陽能電池700的導(dǎo)電芯104由均一導(dǎo)電材料制成。本發(fā)明不限于這些實施方案。在一些實施方案中，導(dǎo)電芯104事實上設(shè)有內(nèi)芯和外導(dǎo)電芯。在這些實施方案中，內(nèi)芯可被稱為襯底403，而外導(dǎo)電芯被稱為后電極104。在這些實施方案中，外導(dǎo)電芯周向沉積在襯底403上。在這些實施方案中，襯底403通常是不導(dǎo)電的，而外芯是導(dǎo)電的。襯底403設(shè)有和本發(fā)明其它實施方案一致的加長形狀。例如，在一實施方案中，襯底403由線形式的玻璃纖維制成。在一些實施方案中，襯底403為導(dǎo)電非金屬材料。不過，本發(fā)明不限于襯底403是導(dǎo)電的實施方案，因為外芯可以作為電極。在一些實施方案中，襯底是管形(如塑料或玻璃管形)。
在一些實施方案中，襯底403由諸如聚苯并咪唑(如從Boedeker Plastics，Inc.，Shiner，Texas得到的

材料制成。在一些實施方案中，內(nèi)芯由聚酰亞胺制成(如DuPont TM

或DuPont TM

Wilmington，Delaware)。在一些實施方案中，內(nèi)芯由聚四氟乙烯(PTFE)或聚醚醚酮(PEEK)制成，這些分別來自Boedeker Plastics，Inc.。在一些實施方案中，襯底403由聚酰胺-酰亞胺(如

PAI，Solvay Advanced Polymers，Alpharetta，Georgia)制成。
在一些實施方案中，襯底403由玻璃基酚制成。通過對浸滲合成熱固樹脂的紙、帆布、亞麻布或玻璃布料層加熱和加壓，制成酚疊層。當(dāng)對這些層加熱和加壓時，化學(xué)反應(yīng)(聚合反應(yīng))使得這些分開的層轉(zhuǎn)化成單一的疊層材料，并具有“固定”的形狀，其不會再次軟化。因此，這些材料被稱為“熱固材料”。多種樹脂類型和布料可以用于制造具有一定范圍的機(jī)械、熱學(xué)和電學(xué)性能的熱固疊層。在一些實施方案中，襯底403的酚疊層，其具有G-3、G-5、G-7、G-9、G-10或G-11的NEMA等級。示例性的酚疊層從Boedeker Plastics，Inc.獲得。
在一些實施方案中，襯底403由聚苯乙烯制成。聚苯乙烯的示例包括常用聚苯乙烯及在Marks的Standard Handbook for Mechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-174頁中詳述的高抗沖擊聚苯乙烯，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。在其它實施方案中，襯底403由交聯(lián)聚苯乙烯制成。交聯(lián)聚苯乙烯的一個示例是

(C-Lec Plastics，Inc)。Rexolite是通過交聯(lián)聚苯乙烯與二乙烯基苯制成的熱固性的，特別是剛性且透明的塑料。
在一些實施方案中，襯底403是聚酯線(如

線)。

從DuPontTeijin Films(Wilmington，Delaware)獲得。在其它實施方案中，襯底403由

制成，通過用聚酯、乙烯基酯、環(huán)氧酯和改性的環(huán)氧樹脂和玻璃纖維組合一起制成(Roechling Engineering Plastic Pte Ltd.，Singapore)。
在其它實施方案中，襯底403由聚碳酸酯制成。這些聚碳酸酯可具有不同量的玻璃纖維(例如10％、20％、30％或40％)以調(diào)節(jié)材料的張力強(qiáng)度、硬度、壓縮強(qiáng)度、以及熱膨脹系數(shù)。示例聚碳酸酯是

M及

W，其可從Boedeker Plastics，Inc.購得。
在一些實施方案中，襯底403由聚乙烯制成。在一些實施方案中，襯底403由低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、或者超高分子量聚乙烯(UHMW PE)制成。HDPE的化學(xué)特性在Marks的Standard Handbook forMechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-173頁中進(jìn)行了描述，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。在一些實施方案中，襯底403由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚四氟乙烯(Teflon)、聚甲基丙烯酸酯(有機(jī)玻璃)、尼龍6，6、丁酸醋酸纖維素、醋酸纖維素、剛性乙烯、塑料乙烯或聚丙烯制成。在Marks的Standard Handbook for Mechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-172至6-175頁描述了這些材料的化學(xué)特性，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。
在Modern Plastics Encyclopedia，McGraw-Hill；Reinhold PlasticsApplications Series，Reinhold Roff，F(xiàn)ibres，Plastics and Rubbers，Butterworth；Lee和Neville，Epoxy Resins，McGraw-Hill；Bilmetyer，Textbook of Polymer Science，Interscience；Schmidt和Marlies，Principles of high polymer theory and practice，McGraw-Hill；Beadle(編)，Plastics，Morgan-Grampiand，Ltd.，第2卷1970；Tobolsky和Mark(編)，Polymer Science and Materials，Wiley，1971；Glanville，The Plastics′s Engineer′s Data Book，Industrial Press，1971；Mohr(編輯和資深作者)，Oleesky，Shook和Meyers，SPI Handbook of Technology and Engineering ofReinforced Plastics Composites，Van Nostrand Reinhold，1973中可找到可用于形成襯底403的其它示例材料，通過引用將各文獻(xiàn)全部內(nèi)容分別包含在本說明書中。
通常，外芯由能夠支持太陽能電池產(chǎn)生的光電電流而阻抗損失可忽略不計的材料制成。在一些實施方案中，外芯由導(dǎo)電金屬制成，如鋁、鉬、鋼、鎳、鉑、銀、金或其合金。在一些實施方案中，外芯由金屬填充氧化物、石墨填充氧化物、炭黑或超導(dǎo)炭黑填充氧化物、環(huán)氧化物、玻璃或塑料制成。在一些實施方案中，外芯由導(dǎo)電塑料制成。在一些實施方案中，該導(dǎo)電塑料本身就是導(dǎo)電的，不需加入任何填充劑。在一些實施方案中，內(nèi)芯由導(dǎo)電材料制成，外芯由鉬制成。在一些實施方案中，內(nèi)芯由非導(dǎo)電材料如玻璃棒制成，外芯由鉬制成。
5.5 示例性尺寸 本發(fā)明涵蓋的太陽能電池組件具有落入寬范圍尺寸的任何尺寸。例如，本發(fā)明涵蓋的太陽能電池組件的長度l介于1cm到50,000cm之間，直徑w介于1cm到50,000cm之間。在一些實施方案中，太陽能電池組件的長度l介于10cm到1,000cm之間，直徑w介于10cm到1,000cm之間。在一些實施方案中，太陽能電池組件的長度l介于40cm到500cm之間，寬度w介于40cm到500cm之間。
5.6 其它的太陽能電池實施方案 以圖3B中元件序號作為參考，在一些實施方案中，銅銦鎵聯(lián)硒化合物(Cu(InGa)Se2)，在此稱為CIGS，被用于制備結(jié)110的吸收器層。在這些實施方案中，后電極104由鉬制成。在這些實施方案中，后電極104包括聚酰亞胺的內(nèi)芯和在CIGS沉淀前濺射到聚酰亞胺芯上的鉬薄膜形成的外芯。在鉬的頂部，吸收光線的CIGS膜被蒸發(fā)。為了完成半導(dǎo)體結(jié)410，將硫化鎘(CdS)沉淀到CIGS上?？蛇x的，薄本征層(i-層)415然后周向沉淀在半導(dǎo)體結(jié)410上?？衫貌牧蟻硇纬蒳-層415，該材料包括但不限于氧化鋅、金屬氧化物、或者高度絕緣的任意透明材料。接著，透明導(dǎo)電層110沉積在i-層(當(dāng)存在時)或半導(dǎo)體結(jié)410上(當(dāng)不存在i-層時)。透明導(dǎo)電層110由諸如鋁摻雜氧化鋅(ZnO:Al)、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅、銦-鋅氧化物或銦-錫氧化物等材料制成。
ITN Energy Systems，Inc.、Global Solar Energy，Inc.和Institute of EnergyConversion(IEC)已經(jīng)合作研發(fā)了在聚酰亞胺襯底上制造CIGS光伏電池的技術(shù)，該技術(shù)用卷繞(roll-to-roll)共蒸發(fā)工藝沉淀CIGS層。在該工藝中，打開一卷鉬涂覆的聚酰亞胺薄膜(稱為網(wǎng))，并持續(xù)移入并穿過一個或多個沉淀區(qū)域。在沉淀區(qū)域，將網(wǎng)加熱到約450℃，在硒蒸氣存在下，將銅、銦和鎵通過蒸發(fā)沉淀到網(wǎng)上。穿過沉淀區(qū)域后，該網(wǎng)冷卻并纏繞到拉緊的線軸上。例如，參考2003，Jensen等人，＂Back Contact Cracking During Fabrication of CIGS SolarCells on Polyimide Substrates，＂NCPV and Solar Program Review Meeting 2003，NREL/CD-520-33586，877-881頁，其通過引用全部并入本發(fā)明。類似地，Birkmire等人，2005，Progress in PhotovoltaicsResearch and Applications 13，141-148(其通過引用全部并入本發(fā)明)公開了聚酰亞胺/鉬網(wǎng)結(jié)構(gòu)，特別是PI/Mo/Cu(InGa)Se2/CdS/ZnO/ITO/Ni-Al。已經(jīng)開發(fā)了不銹鋼箔上類似結(jié)構(gòu)的沉淀。例如，參考Simpson等人，2004，＂Manufacturing Process Advancements forFlexible CIGS PV on Stainless Foil，＂DOE Solar Energy Technologies ProgramReview Meeting，PV Manufacturing Research and Development，P032，其通過引用全部并入本發(fā)明。
在本發(fā)明的一些實施方案中，吸收器材料沉淀到聚酰亞胺/鉬網(wǎng)上，如Global Solar Energy(Tucson，Arizona)開發(fā)的網(wǎng)，或者金屬箔上(如Sinpson等人公開的箔)。在一些實施方案中，吸收器材料是本發(fā)明公開的任何吸收器。在具體的實施方案中，吸收器為Cu(InGa)Se2。在一些實施方案中，加長的芯由非導(dǎo)電材料如未摻雜的塑料制成。在一些實施方案中，加長的芯由導(dǎo)電材料制成，如導(dǎo)電金屬、金屬填充環(huán)氧化物、玻璃或樹脂、或?qū)щ娝芰?如含有導(dǎo)電填充劑的塑料)。接著，通過在吸收器層上沉淀窗層完成半導(dǎo)體結(jié)410。在吸收器層為Cu(InGa)Se2時，可以使用CdS。最后，加入可選的i-層415和透明導(dǎo)電層110，以完成太陽能電池。接著，將箔包裹和/或膠粘至線狀的或管狀的加長芯上。這種制作方法的優(yōu)點(diǎn)是不能經(jīng)受吸收器層、窗層、i-層或透明導(dǎo)電層110的沉積溫度的材料可以用作太陽能電池的內(nèi)芯。該制作工藝可以用于制作本發(fā)明公開的任何太陽能電池402，其中導(dǎo)電芯402包括內(nèi)芯和外導(dǎo)電芯。內(nèi)芯是本發(fā)明公開的任何導(dǎo)電或非導(dǎo)電材料，而外導(dǎo)電芯為網(wǎng)或箔，在將該箔卷到內(nèi)芯上前，吸收器層、窗層和透明導(dǎo)電層沉淀到網(wǎng)或箔上。在一些實施方案中，用合適的膠水將網(wǎng)或箔粘合到內(nèi)芯上。
本發(fā)明的一方面提供了制造太陽能電池的方法，該方法包括將吸收器層沉淀到金屬網(wǎng)或?qū)щ姴牡谝幻嫔?。接著，將窗層沉淀到吸收器層上。接著，將透明?dǎo)電層沉淀到窗層上。然后繞著加長芯卷繞金屬網(wǎng)或?qū)щ姴?，由此形成加長的太陽能電池402。在一些實施方案中，吸收器層為銅銦鎵聯(lián)硒化合物(Cu(InGa)Se2)，窗層為硫化鎘。在一些實施方案中，金屬網(wǎng)為聚酰亞胺/鉬網(wǎng)。在一些實施方案中，導(dǎo)電箔為鋼箔或鋁箔。在一些實施方案中，加長的芯由導(dǎo)電金屬、金屬填充的環(huán)氧化物、金屬填充的玻璃、金屬填充的樹脂或?qū)щ娝芰现瞥伞?br> 在一些實施方案中，透明導(dǎo)電氧化物導(dǎo)電膜沉淀在管狀或剛性實心棒狀芯上，而不是繞著加長芯包裹金屬網(wǎng)或箔。在這些實施方案中，管狀或剛性實心棒狀芯可以是例如塑料棒、玻璃棒、玻璃管或塑料管。這些實施方案需要一定形狀的導(dǎo)體和半導(dǎo)體結(jié)的內(nèi)側(cè)面或后端子電聯(lián)通。在一些實施方案中，在管狀或剛性實心棒狀加長芯的片段(divots)中填充導(dǎo)電金屬從而提供了這種導(dǎo)體。在管狀或剛性實心棒狀加長芯上沉淀透明導(dǎo)電層或?qū)щ娦院蠖俗幽ぶ埃瑢?dǎo)體插入到片段中。在一些實施方案中，該導(dǎo)體由金屬源形成，該金屬源沿著加長太陽能電池402側(cè)邊縱向延伸。該金屬可以通過蒸發(fā)、濺射、絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、金屬擠壓、用于粘附金屬線的導(dǎo)電墨水或膠水、或者金屬沉積的其它方式沉淀。
現(xiàn)在公開更具體的實施方案。在一些實施方案中，加長芯為具有片段的玻璃管，該片段在玻璃管外表面縱向分布；制作方法包括在卷繞步驟前在片段內(nèi)沉淀導(dǎo)體。在一些實施方案中，玻璃管具有在玻璃管表面縱向分布的第二片段。在這些實施方案中，第一片段和第二片段在玻璃管大致或恰好相反的周側(cè)。相應(yīng)的，在這些實施方案中，該方法進(jìn)一步包括在卷繞步驟前在第二片段內(nèi)沉淀導(dǎo)體；或者在不用卷繞的實施方案中，在將內(nèi)透明導(dǎo)電層或?qū)щ娔ぁ⒔Y(jié)和外透明導(dǎo)電層沉積到加長芯上之前在第二片段內(nèi)沉淀導(dǎo)體。
在一些實施方案中，加長芯為具有第一片段的玻璃棒，該片段沿著玻璃棒表面縱向分布；該方法包括在卷繞前在第一片段內(nèi)沉淀導(dǎo)體。在一些實施方案中，該玻璃棒具有沿著玻璃棒表面縱向分布的第二片段，第一片段和第二片段在玻璃棒大致或恰好相反的周側(cè)。相應(yīng)的，在這些實施方案中，該方法進(jìn)一步包括在卷繞前在第二片段內(nèi)沉淀導(dǎo)體；或者在不用卷繞的實施方案中，在將內(nèi)透明導(dǎo)電層或?qū)щ娔?、結(jié)和外透明導(dǎo)電層沉淀到加長芯上之前在第二片段內(nèi)沉淀導(dǎo)體。用于導(dǎo)體的合適材料是在此描述用于導(dǎo)體的任何材料，包括但不限于鋁、鉬、鈦、鋼、鎳、銀、金或其合金。
本發(fā)明的另一方面提供了太陽能電池組件，其包括多個太陽能電池單元300，多個太陽能電池單元中的每個太陽能電池單元具有上述任何實施方案中所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)。在一些實施方案中，多個太陽能電池單元中的太陽能電池單元設(shè)置為共平面行，以形成所述太陽能電池組件。在一些實施方案中，設(shè)置了反照表面，以將陽光反射到多個太陽能電池單元中。例如，可以使用美國專利申請序列號11/315,523中公開的任何自清潔反照表面，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。在一些實施方案中，反照表面的反照率超過40％、50％、60％、70％或80％。在一些實施方案中，多個太陽能電池單元中的第一太陽能電池單元300和第二太陽能電池單元300串聯(lián)電排列。在一些實施方案中，多個太陽能電池單元中的第一太陽能電池單元300和第二太陽能電池單元300并聯(lián)電排列。
本發(fā)明的一方面提供了太陽能電池組件，其包括多個太陽能電池單元300，多個太陽能電池單元中的每個太陽能電池單元具有上述任何太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的該方面進(jìn)一步包括多個內(nèi)部反射器。例如，可以使用美國專利申請?zhí)枮?1/248,789中描述的任何內(nèi)部反射器或內(nèi)部反射器的組合，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。該多個太陽能電池單元和多個內(nèi)部反射器設(shè)置為共平面行，其中多個太陽能電池單元中的內(nèi)部反射器靠近太陽能電池單元中的太陽能電池單元，由此形成太陽能電池組件。
除非特別說明，本文中此后的術(shù)語“％”指基于玻璃總量的“重量％”。“X的含量為0-Y％”的表述指X或者不存在，或者高于0％并不超過Y％。在一些實施方案中，襯底403和/或透明非平面殼體310優(yōu)選由40-70％，特別優(yōu)選由45-70％，更加優(yōu)選由50-65％的SiO2制成。在SiO2的含量不超過70％的一些實施方案中，由于材料易于熔化，所以適合大規(guī)模生產(chǎn)。另一方面，當(dāng)襯底403和/或透明非平面殼體310中的SiO2含量不低于40％時，得到的玻璃保持很高的化學(xué)耐久性。在一些實施方案中，襯底403和/或透明非平面殼體310由包括B2O3的玻璃制成。B2O3是改善玻璃可熔性、降低玻璃的密封溫度，并增強(qiáng)玻璃的化學(xué)耐久性的成分。在一些實施方案中，B2O3的含量為5-20％、優(yōu)選為8-15％、特別優(yōu)選為10-15％。當(dāng)B2O3的含量不高于20％時，可以抑制B2O3從熔融玻璃中的蒸發(fā)，從而可以獲得均質(zhì)玻璃。在一些實施方案中，襯底403和/或透明非平面殼體310由包括Al2O3的玻璃制成。Al2O3是改善玻璃化學(xué)耐久性的成分。在本發(fā)明的一些實施方案中，Al2O3的含量優(yōu)選為0-15％，更優(yōu)選為0.5-10％。在一些實施方案中，襯底403和/或透明非平面殼體310由包括MgO、CaO、SrO、BaO和/或ZnO的玻璃制成。這些組分可以提高玻璃的化學(xué)耐久性。襯底403和/或透明非平面殼體310中的MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的總含量優(yōu)選為0-45％、更加優(yōu)選為0-25％、特別優(yōu)選1-25％、進(jìn)一步優(yōu)選為1-20％、最優(yōu)選為5-20％。當(dāng)這些組分總的含量不高于45％時，可以獲得高度均一的玻璃。在一些實施方案中，襯底403和/或透明非平面殼體310由包括Li2O、Na2O或K2O(它們是堿金屬的氧化物)中的至少兩種的玻璃制成，這些混合物改善了玻璃的耐侵蝕和電絕緣性能。在本發(fā)明的一些實施方案中，這些堿金屬氧化物在襯底403和/或透明非平面殼體310中的總含量優(yōu)選為5-25％、更優(yōu)選為10-25％、進(jìn)一步優(yōu)選為14-20％。當(dāng)這些堿金屬氧化物的總量不高于25％時，得到的玻璃保持了化學(xué)耐久性。另一方面，當(dāng)這些堿金屬氧化物的總量不低于5％時，可以獲得低的密封溫度。根據(jù)本發(fā)明，Li2O、Na2O或K2O在襯底403和/或透明非平面殼體310中的含量分別優(yōu)選為0-10％、0-10％和0-15％，更加優(yōu)選分別為0.5-9％、0-9％和1-10％。當(dāng)Li2O和Na2O的含量分別不高于10％且K2O的含量不高于15％時，堿金屬的混合效果是有效的，由此保持很好的耐侵蝕和高電絕緣性能。Li2O具有降低玻璃密封溫度的最好效果。因此，Li2O的含量優(yōu)選不低于0.5％，特別是不低于3％。除了上述的組分外，在襯底403和/或透明非平面殼體310的玻璃組合物中可以加入如ZrO2、TiO2、P2O5、Fe2O3、SO3、Sb2O3、F和Cl的組分，以改善玻璃的耐侵蝕性、可熔性和精制。
引用的參考文獻(xiàn) 如同各獨(dú)立公開出版物、專利或申請文本為所有目的分別獨(dú)立具體地指出被完整引入本文一樣，本說明書中引用的全部參考文獻(xiàn)被完整結(jié)合在本說明書中，且以相同程度用于所有目的。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的，可以對本申請進(jìn)行各種改變及修改而不脫離本申請的精神及范圍。這里所述的具體實施方案僅是示例，且本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求的術(shù)語以及這些權(quán)利要求的等同物的完整范圍來限定。
權(quán)利要求
1、太陽能電池單元，其包括
(A)非平面太陽能電池，該非平面太陽能電池包括
非平面襯底；
沉積在該非平面襯底上的后電極；
沉積在該后電極上的半導(dǎo)體結(jié)層；以及
沉積在該半導(dǎo)體結(jié)層上的透明導(dǎo)電層；
(B)周向沉積在非平面太陽能電池上的透明非平面殼體，該透明非平面殼體具有第一端和第二端；以及
(C)全密封到所述透明非平面殼體第一端的第一密封劑封蓋。
2、權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元，該太陽能電池單元進(jìn)一步包括全密封到所述透明非平面殼體第二端的第二密封劑封蓋。
3、權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池單元，其中所述的第一密封劑封蓋由金屬、金屬合金或玻璃制成。
4、權(quán)利要求1-3中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的第一密封劑封蓋全密封到所述透明非平面殼體的內(nèi)側(cè)表面或外側(cè)表面。
5、權(quán)利要求1-4中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的透明非平面殼體由硼硅酸鹽玻璃制成，且所述的第一密封劑封蓋由Kovar合金制成。
6、權(quán)利要求1-4中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的透明非平面殼體由鈉鈣玻璃制成，且所述的第一密封劑封蓋由低膨脹的不銹鋼合金制成。
7、權(quán)利要求1-4中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的第一密封劑封蓋由鋁、鉬、鎢、釩、銠、鈮、鉻、鉭、鈦、鋼、鎳、鉑、銀、金、其合金、或者其任意組合制成。
8、權(quán)利要求1-4中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的第一密封劑封蓋由銦錫氧化物、氮化鈦、氧化錫、氟摻雜氧化錫、摻雜氧化鋅、鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅或銦鋅氧化物制成。
9、權(quán)利要求1-4中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的第一密封劑封蓋由鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、二色性玻璃、鍺/半導(dǎo)體玻璃、玻璃陶瓷、硅酸鹽/熔融石英玻璃、鈉鈣玻璃、石英玻璃、硫?qū)倩?硫化物玻璃、氟化物玻璃、pyrex玻璃、玻璃基酚、cereated玻璃或火石玻璃制成。
10、權(quán)利要求1-9中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的第一密封劑封蓋全密封到所述透明非平面殼體的內(nèi)側(cè)表面或外側(cè)表面，且其中所述的全密封通過連續(xù)的密封劑帶形成。
11、權(quán)利要求10所述的太陽能電池單元，其中所述的連續(xù)的密封劑帶在所述第一密封劑封蓋的內(nèi)邊緣上、在所述第一密封劑封蓋的外邊緣上、在所述透明非平面殼體的外邊緣上、或在所述透明非平面殼體的內(nèi)邊緣上。
12、權(quán)利要求10所述的太陽能電池單元，其中所述的連續(xù)的密封劑帶由玻璃膠、溶膠-凝膠或陶瓷結(jié)合劑形成。
13、權(quán)利要求1-12中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的第一密封劑封蓋和所述的后電極電接觸，且其中所述的第一密封劑封蓋作為后電極的電極。
14、權(quán)利要求1-12中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的第一密封劑封蓋和所述的透明導(dǎo)電層電接觸，且其中所述的第一密封劑封蓋作為所述的透明導(dǎo)電層的電極。
15、權(quán)利要求1或權(quán)利要求2-14中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，該太陽能電池單元進(jìn)一步包括全密封到所述透明管狀殼體的第二端的第二密封劑封蓋，其中所述第一密封劑封蓋和該第二密封劑封蓋分別由導(dǎo)電金屬制成，且其中
該第一密封劑封蓋和所述的后電極的一部分電接觸，該后電極部分和所述透明導(dǎo)電層電接觸，且其中所述的第一密封劑封蓋作為所述透明導(dǎo)電層的電極；以及
第二密封劑封蓋和所述的后電極的一部分電接觸，該后電極部分和所述透明導(dǎo)電層電隔離，且其中所述的第二密封劑封蓋作為所述后電極的電極。
16、權(quán)利要求1-15中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底包括塑料、玻璃、金屬或金屬合金。
17、權(quán)利要求1-15中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底包括鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、二色性玻璃、鍺/半導(dǎo)體玻璃、玻璃陶瓷、硅酸鹽/熔融石英玻璃、鈉鈣玻璃、石英玻璃、硫?qū)倩?硫化物玻璃、氟化物玻璃、玻璃基酚、火石玻璃或cereated玻璃。
18、權(quán)利要求1-17中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的透明非平面殼體由玻璃制成。
19、權(quán)利要求1-17中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的透明非平面殼體包括鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、二色性玻璃、鍺/半導(dǎo)體玻璃、玻璃陶瓷、硅酸鹽/熔融石英玻璃、鈉鈣玻璃、石英玻璃、硫?qū)倩?硫化物玻璃、氟化物玻璃、火石玻璃或cereated玻璃。
20、權(quán)利要求1-19中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底是管狀的，且流體通過所述襯底。
21、權(quán)利要求20所述的太陽能電池單元，其中所述的流體為空氣、水、空氣、氮?dú)饣蚝狻?br> 22、權(quán)利要求1-19中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底具有實芯。
23、權(quán)利要求1-22中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的后電極由鋁、鉬、鎢、釩、銠、鈮、鉻、鉭、鈦、鋼、鎳、鉑、銀、金、其合金、或者其任意組合制成。
24、權(quán)利要求1-22中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的后電極由銦錫氧化物、氮化鈦、氧化錫、氟摻雜氧化錫、摻雜氧化鋅、鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅、銦-鋅氧化物、金屬-炭黑-填充氧化物、石墨-炭黑-填充氧化物、炭黑-炭黑-填充氧化物、超導(dǎo)炭黑-填充氧化物、環(huán)氧化物、導(dǎo)電玻璃或?qū)щ娝芰现瞥伞?br> 25、權(quán)利要求1-24中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的半導(dǎo)體結(jié)包括同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、異質(zhì)面結(jié)、掩埋同質(zhì)結(jié)、p-i-n結(jié)或串聯(lián)結(jié)。
26、權(quán)利要求1-25中任一權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的透明導(dǎo)電層包括碳納米管、氧化錫、氟摻雜氧化錫、銦錫氧化物(ITO)、摻雜氧化鋅、鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅、銦-鋅氧化物，或者其組合。
27、權(quán)利要求1-24中任一項權(quán)利要求或權(quán)利要求26所述的太陽能電池單元，其中所述的半導(dǎo)體結(jié)包括吸收器層和結(jié)匹配層；且其中所述的結(jié)匹配層周向沉積在所述的吸收器層上。
28、權(quán)利要求27所述的太陽能電池單元，其中所述的吸收器層為銅銦鎵聯(lián)硒化合物，且所述的結(jié)匹配層為In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-xMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2或摻雜ZnO。
29、權(quán)利要求27所述的太陽能電池單元，其中所述的吸收器層包括CIGS。
30、權(quán)利要求1-29中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的非平面太陽能電池進(jìn)一步包括周向沉積在所述半導(dǎo)體結(jié)上的本征層，且其中所述的透明導(dǎo)電層沉積在所述的本征層上。
31、權(quán)利要求1-30中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其進(jìn)一步包括周向沉積在所述透明導(dǎo)電層上的填充體層，其中所述的透明管狀殼體周向沉積在所述填充體層上，由此周向密封所述非平面太陽能電池。
32、權(quán)利要求31所述的太陽能電池單元，其中所述的填充體層包括乙烯-醋酸乙烯(EVA)、有機(jī)硅、硅膠、環(huán)氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡膠、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、熱塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸類、含氟聚合物或者氨基甲酸乙酯。
33、權(quán)利要求1-32中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其進(jìn)一步包括周向沉積在所述透明導(dǎo)電層上的阻水層，其中所述的透明管狀殼體周向沉積在所述阻水層上，由此周向密封所述非平面太陽能電池。
34、權(quán)利要求33所述的太陽能電池單元，其中所述的阻水層包括透明的有機(jī)硅、SiN、SiOxNy、SiOx或Al2O3，其中x和y為整數(shù)。
35、權(quán)利要求1-30中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其進(jìn)一步包括
周向沉積在所述透明導(dǎo)電層上的阻水層；以及
周向沉積在所述阻水層上的填充體層，其中所述的透明管狀殼體周向沉積在所述填充體層上，由此周向密封所述非平面太陽能電池。
36、權(quán)利要求1-30中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其進(jìn)一步包括
周向沉積在所述透明導(dǎo)電層上的填充體層；以及
周向沉積在所述阻水層上的阻水層，其中所述的透明管狀殼體周向沉積在所述阻水層上，由此周向密封所述非平面太陽能電池。
37、權(quán)利要求1-36中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其進(jìn)一步包括周向沉積在所述透明管狀殼體上的增透涂層。
38、權(quán)利要求37所述的太陽能電池單元，其中所述的增透涂層包括MgF2、硝酸有機(jī)硅、硝酸鈦、一氧化硅或者氮氧化硅。
39、權(quán)利要求1-38中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的非平面太陽能電池是圓柱形的且具有圓柱軸，所述的太陽能電池進(jìn)一步包括至少一個電極帶，其中至少一個電極帶中的每個電極帶沿著太陽能電池的圓柱軸覆蓋在所述透明導(dǎo)電層上。
40、權(quán)利要求39所述的太陽能電池單元，其中所述的至少一個電極帶包括間隔設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層上的多個電極帶，由此多個電極帶沿著所述太陽能電池的圓柱軸彼此平行或基本平行地延伸。
41、權(quán)利要求39所述的太陽能電池單元，其中所述的多個電極帶中的電極帶在所述透明導(dǎo)電層的表面上等間隔隔開。
42、權(quán)利要求39所述的太陽能電池單元，其中所述的多個電極帶中的電極帶在所述透明導(dǎo)電層的表面上非等間隔隔開。
43、權(quán)利要求39所述的太陽能電池單元，其中所述的至少一個電極帶包括導(dǎo)電環(huán)氧化物、導(dǎo)電墨水、銅或其合金、鋁或其合金、鎳或其合金、銀或其合金、金或其合金、導(dǎo)電膠或?qū)щ娝芰稀?br> 44、權(quán)利要求1-43中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的非平面太陽能電池的長度介于2厘米到300厘米之間。
45、權(quán)利要求1-44中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的太陽能電池單元的水蒸氣透過率為10-4g/m2·天或更低。
46、權(quán)利要求1-44中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的太陽能電池單元的水蒸氣透過率為10-5g/m2·天或更低。
47、權(quán)利要求1-44中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的太陽能電池單元的水蒸氣透過率為10-6g/m2·天或更低。
48、權(quán)利要求1-44中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的太陽能電池單元的水蒸氣透過率為10-7g/m2·天或更低。
49、太陽能電池組件，其包括多個太陽能電池單元，該多個太陽能電池單元中的每個太陽能電池單元均具有權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)，其中所述多個太陽能電池單元中的太陽能電池單元被設(shè)置為共平面的行，以形成所述太陽能電池組件。
50、權(quán)利要求49所述的太陽能電池組件，其進(jìn)一步包括設(shè)置用于將陽光反射到多個太陽能電池單元內(nèi)的反照表面。
51、權(quán)利要求50所述的太陽能電池組件，其中所述的反照表面的反照率超過80％。
52、權(quán)利要求49-51中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池組件，其中所述的多個太陽能電池單元中的第一太陽能電池單元和第二太陽能電池單元串聯(lián)電排列。
53、權(quán)利要求49-51中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池組件，其中所述的多個太陽能電池單元中的第一太陽能電池單元和第二太陽能電池單元并聯(lián)電排列。
54、太陽能電池組件，其包括
多個太陽能電池單元，該多個太陽能電池單元中的各個太陽能電池具有權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)；以及
多個內(nèi)部反射器，其中，
該多個太陽能電池單元和該多個內(nèi)部反射器被設(shè)置為共平面的行，其中該多個太陽能電池單元中的內(nèi)部反射器靠近該太陽能電池單元中的太陽能電池單元，由此形成該太陽能電池組件。
55、權(quán)利要求1-48中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底為(i)管狀或(ii)剛性實心。
56、權(quán)利要求1-48中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底的特征在于由圓形或n-邊形限定的截面，其中n為3、5或大于5。
57、權(quán)利要求1-48中任一項權(quán)利要求或權(quán)利要求55或56所述的太陽能電池單元，其中所述襯底的楊氏模數(shù)為20GPa或更大。
58、權(quán)利要求1-48中任一項權(quán)利要求或權(quán)利要求55或56所述的太陽能電池單元，其中所述襯底的楊氏模數(shù)為50GPa或更大。
59、權(quán)利要求1-48中任一項權(quán)利要求或權(quán)利要求55或56所述的太陽能電池單元，其中所述襯底的楊氏模數(shù)為70GPa或更大。
60、太陽能電池單元，其包括
(A)太陽能電池，該太陽能電池包括
非平面襯底；
周向沉積在所述襯底上的后電極；
周向沉積在所述后電極上的半導(dǎo)體結(jié)；以及
沉積在所述半導(dǎo)體結(jié)上的透明導(dǎo)電層；
(B)周向沉積在所述透明導(dǎo)電層上的填充體層；以及
(C)周向沉積在所述填充體層上的透明管狀殼體，該透明管狀殼體具有第一端；以及
(D)全密封到所述透明管狀殼體的第一端的第一密封劑封蓋。
61、權(quán)利要求60所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底具有實芯。
62、權(quán)利要求60或61所述的太陽能電池單元，其中所述的半導(dǎo)體結(jié)包括吸收器層和結(jié)匹配層；其中
所述的結(jié)匹配層沉積在所述的吸收器層上；且
所述吸收器層沉積在所述的后電極上。
63、權(quán)利要求60、61或62所述的太陽能電池單元，其中所述的吸收器層為銅銦鎵聯(lián)硒化合物，且所述的結(jié)匹配層為CdS、SnO2、ZnO、ZrO2或摻雜的ZnO。
64、權(quán)利要求60、61或62所述的太陽能電池單元，其中所述的吸收器層包括CIGS。
65、權(quán)利要求60-64中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的透明管狀殼體包括多個透明管狀殼體層，該多個透明管狀殼體層包括第一透明管狀殼體層和第二透明管狀殼體層，且其中所述第一透明管狀殼體層周向沉積在所述填充體層上，且第二透明管狀殼體層周向沉積在所述的第一透明管狀殼體層上。
66、權(quán)利要求60-65中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底為(i)管狀或(ii)剛性實心棒狀。
67、太陽能電池單元，其包括
(A)太陽能電池，該太陽能電池包括
襯底；
沉積在所述襯底上的后電極；
沉積在所述后電極上的半導(dǎo)體結(jié)；以及
沉積在所述半導(dǎo)體結(jié)上的透明導(dǎo)電層；
(B)沉積在所述透明導(dǎo)電層上的阻水層；
(C)沉積在所述阻水層上的填充體層；
(D)沉積在所述填充體層上的透明管狀殼體，該透明管狀殼體具有第一端；以及
(E)全密封到所述透明管狀殼體的第一端的第一密封劑封蓋。
68、權(quán)利要求67所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底是管。
69、權(quán)利要求67或68所述的太陽能電池單元，其中所述的襯底為圓柱形的，且其中
ri是所述太陽能電池的半徑；
ro為所述透明管狀殼體的半徑；以及
η外環(huán)為所述透明管狀殼體的折射率。
70、權(quán)利要求67、68或69所述的太陽能電池單元，其中所述的透明非平面殼體包含多個透明非平面殼體層，該多個透明非平面殼體層包括第一透明非平面殼體層和第二透明非平面殼體層，且其中所述的第一透明非平面殼體層周向沉積在所述的填充體層上，且所述第二透明非平面殼體層周向沉積在所述的第一透明非平面殼體層上。
71、太陽能電池單元，其包括
(A)太陽能電池，該太陽能電池包括
襯底，其中所述襯底是管狀或剛性實心棒狀；
周向沉積在所述襯底上的后電極；
周向沉積在所述后電極上的半導(dǎo)體結(jié)；以及
沉積在所述半導(dǎo)體結(jié)上的透明導(dǎo)電層；
(B)周向沉積在所述透明導(dǎo)電層上的填充體層；以及
(C)周向沉積在所述填充體層上的阻水層；
(D)周向沉積在所述阻水層上的透明管狀殼體，該透明管狀殼體具有第一端；以及
(E)全密封到所述透明管狀殼體的第一端的第一密封劑封蓋。
72、權(quán)利要求1-48或55-59中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的透明非平面殼體包含多個透明非平面殼體層，該多個透明非平面殼體層包括第一透明非平面殼體層和第二透明非平面殼體層，且其中所述的第一透明非平面殼體層周向沉積在所述的半導(dǎo)體結(jié)層上，且所述第二透明非平面殼體層周向沉積在所述的第一透明非平面殼體層上。
73、權(quán)利要求1-48或55-59中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的透明導(dǎo)電層用熒光材料涂覆。
74、權(quán)利要求1-48或55-59中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的透明非平面殼體的內(nèi)腔或外表面用熒光材料涂覆。
75、權(quán)利要求1-48或55-59中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的非平面太陽能電池單元包括單片集成的多個太陽能電池。
76、權(quán)利要求1-48或55-59中任一項權(quán)利要求所述的太陽能電池單元，其中所述的第一密封劑封蓋使用丁基橡膠全密封到所述透明管狀殼體的第一端。
77、權(quán)利要求76所述的太陽能電池單元，其中所述的丁基橡膠摻有活性干燥劑。
78、權(quán)利要求77所述的太陽能電池單元，其中所述的活性干燥劑為氧化鈣或氧化鋇。
79、密封非平面太陽能電池的方法，該方法包括
靠近透明管狀殼體的末端涂覆非平面太陽能電池的透明管狀殼體的外周，從而沿著該透明管狀殼體的外周形成連續(xù)的密封劑帶；
加熱密封劑封蓋；
在該密封劑封蓋是熱的時候，將該密封劑封蓋插到該透明管狀殼體的末端上；
允許所述的連續(xù)的密封劑帶熔化并濕潤該密封劑封蓋的內(nèi)側(cè)表面；以及
允許該密封劑封蓋冷卻，由此在該密封劑封蓋和該透明管狀殼體之間形成全密封。
80、權(quán)利要求79所述的方法，其中所述的密封劑封蓋被加熱到200℃到450℃之間。
81、權(quán)利要求79所述的方法，其中所述的密封劑帶包括熔點(diǎn)在200℃到450℃之間的玻璃或陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明提供了具有10-4g/m2天或更低的水蒸氣透過率的非平面太陽能電池。該非平面太陽能電池包括非平面襯底、沉積在所述襯底上的后電極、沉積在所述后電極上的半導(dǎo)體結(jié)和沉積在所述半導(dǎo)體結(jié)上的透明導(dǎo)電層。透明非平面管狀殼體沉積在非平面太陽能電池外。第一密封劑封蓋全密封到非平面管狀殼體的第一端。第二密封劑封蓋全密封到非平面管狀殼體的第二端。在一些實例中，太陽能電池單元是太陽能電池的單片集成排列。在一些實例中，太陽能電池單元為太陽能電池。
文檔編號H01L31/0352GK101490852SQ200780027418
公開日2009年7月22日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者布萊恩·H·康普司滕, 本雅明·布勒 申請人:索林塔有限公司