專利名稱：多結(jié)光伏模塊及其加工的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多結(jié)光伏模塊與制造這種模塊的方法。尤其，本發(fā)明涉及薄膜多結(jié)光伏模塊，諸如有機(jī)多結(jié)光伏模塊。
背景技術(shù)：
單結(jié)有機(jī)光伏單元的能量轉(zhuǎn)換效率是相對(duì)較低的，因?yàn)橥ǔＴ谟袡C(jī)光伏單元的活 性層中使用了窄吸收光譜的有機(jī)材料。因此，在有機(jī)光伏單元中，通常只有一小部分的輸入 光被吸收并被轉(zhuǎn)換成電能。不吸收輸入光的剩余部分，因此，輸入光的剩余部分對(duì)于電能的 產(chǎn)生沒(méi)有貢獻(xiàn)。已經(jīng)遵循了數(shù)種方法來(lái)改進(jìn)輸入光到電能的轉(zhuǎn)換，其中通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)有機(jī)光伏 子單元的互連來(lái)形成有機(jī)光伏單元。通過(guò)在彼此的頂部上設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)有機(jī)光伏子單元，可以進(jìn)一步把在上部子單 元(即，最接近光源的子單元)中沒(méi)有吸收的一部分輸入光透射到下層子單元中。與上部 子單元相比，這種下層子單元中一般包括其它活性層材料，允許吸收通過(guò)上部子單元透射 的一部分輸入光。這種配置對(duì)應(yīng)于兩個(gè)或多個(gè)子單元的光學(xué)串聯(lián)連接。這些子單元可以串聯(lián)或并聯(lián)地電連接，或可以使用串聯(lián)或并聯(lián)連接的組合。例如，有機(jī)光伏單元之類的光伏單元的堆疊(其中工作于不同光譜區(qū)域中的至少 兩個(gè)子單元堆疊在彼此的頂部)可以導(dǎo)致改進(jìn)的性能，因?yàn)榭梢猿晒Φ匚蛰斎牍獾墓庾V 的較寬部分，并且通過(guò)子單元的堆疊進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然而，不能保證不同子單元的短路電流的匹配(當(dāng)堆疊的子單元串聯(lián)地電連接 時(shí)，這是特別有關(guān)的)，并且受到相互交互作用(諸如，例如，子單元之間的部分重疊吸收光 譜、光干涉效應(yīng)、導(dǎo)電性或與溫度有關(guān)的變化)以及照射條件變化的強(qiáng)烈的影響。相似地，不能保證堆疊子單元的開(kāi)路電壓的匹配(當(dāng)堆疊的子單元并聯(lián)地電連接 時(shí)，這是特別有關(guān)的)，并且受到相互交互作用以及變化的照射條件的強(qiáng)烈的影響。通常，使堆疊的單元最優(yōu)化以在標(biāo)準(zhǔn)照射條件下工作。然而，在真實(shí)的照射條件 下，單元的光譜變化或部分陰影可能導(dǎo)致堆疊的光伏單元的非最優(yōu)化性能。此外，在非完全一樣的子單元的情況下(例如，在子單元之間的電流失配和/或電 壓失配的情況下)，在很大程度上通過(guò)堆疊中最弱的子單元來(lái)確定(即，限制)堆疊單元的 性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光伏多結(jié)器件，該器件不存在現(xiàn)有技術(shù)用于產(chǎn)生電能 (即，用于使光能轉(zhuǎn)換成電能)的器件的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的是提供多結(jié)有機(jī)光伏模塊，其中與現(xiàn)有技術(shù)解決方案相比，模塊的 電能輸出對(duì)于照射條件變化是較不敏感的，并且其中與現(xiàn)有技術(shù)解決方案相比，模塊的電 能輸出對(duì)于嚴(yán)格的電流匹配和/或電壓匹配是較不敏感的。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供用于制造這種多結(jié)有機(jī)光伏模塊的方法。本發(fā)明涉及多結(jié)光伏模塊，所述多結(jié)光伏模塊包括第一光伏子模塊和堆疊在第一 光伏子模塊上的第二光伏子模塊，其中第一光伏子模塊包括整體地集成在第一襯底上的多 個(gè)第一光伏子單元，并且第二光伏子模塊包括整體地集成在第二襯底上的多個(gè)第二光伏子 單元。如上所述述的多結(jié)光伏模塊，其中第一光伏子單元和第二光伏子單元是有機(jī)子單兀。如上所述的多結(jié)光伏模塊，其中多個(gè)第一光伏子單元基本上是相同的，并且其中 多個(gè)第二光伏子單元基本上是相同的。如上所述的多結(jié)光伏模塊，其中多個(gè)第一光伏子單元基本上是與多個(gè)第二光伏子 單元不相同的。如上所述的多結(jié)光伏模塊，其中多個(gè)第一光伏子單元包括第一活性材料，并且其 中多個(gè)第二光伏子單元包括與第一活性材料不同的第二活性材料。如上所述的多結(jié)光伏模塊，其中在照射情況下，通過(guò)第一光伏子模塊產(chǎn)生的第一 光-電壓基本上等于通過(guò)第二光伏子模塊產(chǎn)生的第二光-電壓。如上所述的多結(jié)光伏模塊，其中多個(gè)第一光伏子單元是串聯(lián)地電連接的，而其中 多個(gè)第二光伏子單元是串聯(lián)地電連接的。如上所述的多結(jié)光伏模塊，其中第一光伏子模塊和第二光伏子模塊是并聯(lián)地連接 的。如上所述的多結(jié)光伏模塊，其中第一光伏子模塊和第二光伏子模塊中的至少一個(gè) 包括與子模塊集成的電子器件。如上所述的多結(jié)光伏模塊，其中使第一光伏子模塊和第二光伏子模塊以它們的器 件側(cè)相互面對(duì)的方式堆疊在一起。一種制造多結(jié)光伏模塊的方法，該方法包括制造包括多個(gè)第一光伏子單元的第 一光伏子模塊；制造包括多個(gè)第二光伏子單元的第二光伏子模塊；以及使第二光伏子模塊 堆疊在第一光伏子模塊上。如上所述的方法，其中制造第一光伏子模塊包括在第一襯底上設(shè)置多個(gè)基本上相 同的整體集成的第一光伏子單元，并且其中制造第二光伏子模塊包括在第二襯底上設(shè)置多 個(gè)基本上相同的整體集成的第二光伏子單元。如上所述的方法，還包括使第一光伏子模塊與第二光伏子模塊電連接。如上所述的方法，還包括封裝多結(jié)光伏模塊。尤其，本發(fā)明涉及多結(jié)光伏模塊，該多結(jié)光伏模塊包括第一光伏子模塊和堆疊在 第一光伏子模塊上的至少第二光伏子模塊，所述子模塊是電學(xué)地并聯(lián)的，而是光學(xué)地串聯(lián) 的，其中-第一光伏子模塊包括串聯(lián)地電連接的多個(gè)N個(gè)第一光伏單元，所述第一光伏單 元(基本上)是相同的，并且是光學(xué)地并聯(lián)設(shè)置的；-第一光伏子模塊至少是部分透明的，并且包括串聯(lián)地電連接的多個(gè)M個(gè)第二光 伏單元，所述第二光伏單元(基本上)是相同的，并且是光學(xué)地并聯(lián)設(shè)置的。有利地，在照射情況下，第一光伏單元具有Vra的開(kāi)路電壓，第二光伏單元具有Vre2的開(kāi)路電壓而N個(gè)Vra與M個(gè)Vre2的差別不會(huì)大于10%，較佳地不大于5%，更佳地不大于 2 %，再更佳地不大于1%。較佳地，第一光伏單元和第二光伏單元是有機(jī)單元。有利地，多個(gè)第一光伏單元與多個(gè)第二光伏單元(基本上)是不同的。較佳地，多個(gè)第一光伏單元包括第一活性材料，而多個(gè)第二光伏單元包括與第一 活性材料不同的第二活性材料。較佳地，第一光伏單元的每一個(gè)具有第一活性區(qū)(大小)，而第二光伏單元的每一 個(gè)具有第二活性區(qū)(大小)，第一活性區(qū)(大小)(基本上)與第二活性區(qū)(大小)不同。有利地，使第一光伏單元整體地集成在第一襯底上。第一子模塊就展現(xiàn)出了襯底 側(cè)和器件側(cè)。有利地，使第二光伏單元整體地集成在第二襯底上。第二子模塊就展現(xiàn)出了襯底 側(cè)和器件側(cè)。較佳地，使第一光伏子模塊和第二光伏子模塊以它們的器件側(cè)相互面對(duì)的方式堆
疊在一起。另一方面，第一和第二襯底是一個(gè)透明襯底的兩側(cè)。有利地，多結(jié)光伏模塊還可以包括與第一和第二子模塊光學(xué)地串聯(lián)的附加的子模 塊，附加子模塊的每一個(gè)包括串聯(lián)連接的多個(gè)即ki個(gè)附加的光伏單元，所述附加的光伏單 元(基本上)是相同的，并且設(shè)置在附加的襯底上。較佳地，在照射情況下附加的子模塊的每一個(gè)具有(展現(xiàn)出)開(kāi)路電SVra，而 ki ·V()α與N·V()α的差別不會(huì)大于10%，較佳地不大于5%，更佳地不大于2%，再更佳地不 大于1%。較佳地，附加的光伏單元整體地集成在每一個(gè)附加的襯底上。多結(jié)光伏模塊可以包括多達(dá)三個(gè)附加的子模塊。本發(fā)明還揭示一種用于制造多結(jié)光伏模塊的方法，該方法包括下列步驟-制造包括多個(gè)(基本上)相同的第一光伏單元的第一光伏子模塊；-串聯(lián)地連接所述多個(gè)(基本上)相同的第一光伏單元；-制造包括多個(gè)(基本上)相同的第二光伏單元的第二光伏子模塊；-串聯(lián)地連接所述多個(gè)(基本上)相同的第二光伏單元；-把第二光伏子模塊堆疊在第一光伏子模塊上；-并聯(lián)地電連接所述第一和第二光伏子模塊，從而得到光伏模塊。較佳地，在用于制造多結(jié)光伏模塊的方法中，在第一襯底上整體地集成所述多個(gè) 第一光伏單元。較佳地，在用于制造多結(jié)光伏模塊的方法中，在第二襯底上整體地集成所述多個(gè) 第二光伏單元。有利地，用于制造多結(jié)光伏模塊的方法還包括下列步驟-確定在照射情況下的第一光伏單元的開(kāi)路電壓；-確定在照射情況下的第二光伏單元的開(kāi)路電壓；-確定(和提供)第一子模塊中的第一單元光伏單元的數(shù)量N，以及第二子模塊中 的第二單元光伏單元的數(shù)量M，使第一和第二子模塊之間的電壓失配最小化。
較佳地，用于制造多結(jié)光伏模塊的方法包括通過(guò)把所述子模塊的總面積(大小) 除以所述子模塊中單元的數(shù)量來(lái)計(jì)算子模塊中單元面積(大小)的步驟。較佳地，用于制造多結(jié)光伏模塊的方法還包括封裝多結(jié)光伏模塊的步驟。


圖1 (a)示出在襯底上包括第一電極、活性層和第二電極的有機(jī)光伏單元。圖1 (b)示出包括附加的空穴傳輸層和附加的電子傳輸層的有機(jī)光伏單元。圖2示出經(jīng)照射的光伏單元的IV曲線，示出短路電流、開(kāi)路電壓以及最大功率點(diǎn)。圖3(a)示出兩個(gè)光伏單元的串聯(lián)電連接。圖3(b)示出兩個(gè)光伏單元的并聯(lián)電連接。圖4示出在電連接兩個(gè)光伏單元的IV曲線上的效應(yīng)-圖4(a)示出兩個(gè)相同單元的串聯(lián)電連接的效應(yīng)；-圖4(b)示出兩個(gè)不同單元的串聯(lián)電連接的效應(yīng)；-圖4(c)示出兩個(gè)相同單元的并聯(lián)電連接的效應(yīng)；-圖4(d)示出兩個(gè)不同單元的并聯(lián)電連接的效應(yīng)。圖5示出子單元的堆疊。圖6示意地示出根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)光伏子模塊。圖7示意地示出根據(jù)本發(fā)明的包括兩個(gè)堆疊的子模塊的有機(jī)光伏模塊。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明揭示一種光伏模塊，較佳地是有機(jī)光伏模塊，該模塊包括分開(kāi)制造并且堆 疊在彼此頂部的至少兩個(gè)(有機(jī))光伏子模塊。每個(gè)(有機(jī))光伏子模塊包括多個(gè)基本上 相同的(子)單元，這些子單元整體地集成在襯底上并且較佳地串聯(lián)電連接。不同的光伏子模塊堆疊在彼此頂部，即，光學(xué)地串聯(lián)連接，并且并聯(lián)電連接。本發(fā)明的(有機(jī))光伏模塊的優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)子模塊中的(子)單元基本上是相同 的，因此基本上是電流匹配的和電壓匹配的。并聯(lián)電連接子模塊的優(yōu)點(diǎn)在于避免了不同子模塊的(子)單元之間電流匹配的需 求。使用分開(kāi)制造的子模塊的優(yōu)點(diǎn)在于不同子模塊的(子)單元的面積可以是不同 的，以致可以獨(dú)立地選擇每個(gè)子模塊中的(子)單元數(shù)量。因此通過(guò)適當(dāng)?shù)睾酮?dú)立地選擇每個(gè)子模塊的(子)單元數(shù)量，基本上可以使不同 子模塊的輸出電壓相等，因此可以得到電壓匹配。在子模塊中的子單元是相同的和串聯(lián)連接的情況中，通過(guò)使所述子模塊的各個(gè)子 單元的輸出電壓乘以所述子模塊中所包括的單元數(shù)量而計(jì)算子模塊的輸出電壓。得到子模塊之間的電壓匹配不需要DC-DC轉(zhuǎn)換器是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因此，根 據(jù)本發(fā)明的多結(jié)光伏子模塊較佳地不包括與各個(gè)子模塊串聯(lián)電連接的DC-DC轉(zhuǎn)換器。這 種轉(zhuǎn)換器的使用使器件的復(fù)雜度增加，并且由于轉(zhuǎn)換器中的功率損耗而減小了器件的總效 率。較佳地，根據(jù)本發(fā)明的多結(jié)光伏模塊包括第一光伏子模塊以及堆疊在第一光伏子模塊上的第二光伏子模塊，其中第一光伏子模塊包括整體地集成在第一襯底上的多個(gè)第一 光伏(子)單元，并且其中第二光伏子模塊包括整體地集成在第二襯底上多個(gè)第二光伏 (子)單元。第一光伏(子)單元和第二光伏(子)單元可以是有機(jī)(子)單元。任選地，多結(jié)光伏模塊可以包括兩個(gè)以上的光伏子模塊。較佳地，多個(gè)第一光伏(子)單元基本上是相同的，而多個(gè)第二光伏(子)單元基 本上是相同的。多個(gè)第一光伏(子)單元基本上可以與多個(gè)第二光伏(子)單元不同。較佳地，多個(gè)第一光伏(子)單元包括第一活性材料，而多個(gè)第二光伏(子)單元 包括與第一活性材料不同的第二活性材料。有利地，選擇第一活性材料，以提供第二活性材料未吸收的光的良好的(最優(yōu)的) 吸收(以及轉(zhuǎn)換)。多個(gè)第一光伏(子)單元具有第一活性區(qū)域大小，而多個(gè)第二光伏(子)單元具 有第二活性區(qū)域大小，較佳地，第一活性區(qū)域大小基本上與第二活性區(qū)域大小不同。有利地，選擇第一活性區(qū)域大小和第二活性區(qū)域大小，以導(dǎo)致不同子模塊的基本 上相同的輸出電壓。當(dāng)子模塊中(子)單元的數(shù)量近似地等于子模塊的總面積除以各個(gè)子單元的面積 時(shí)，各個(gè)(子)單元的面積確定它們?cè)谧幽K中的數(shù)量。較佳地，在照射的情況下，通過(guò)第一光伏子模塊產(chǎn)生的第一光-電壓以及通過(guò)第 二光伏子模塊產(chǎn)生的第二光-電壓基本上是相同的。使多個(gè)第一光伏(子)單元較佳地串聯(lián)電連接，并且使多個(gè)第二光伏(子)單元 較佳地串聯(lián)電連接。使第一光伏子模塊和第二光伏子模塊較佳地并聯(lián)電連接。 較佳地，第一光伏子模塊和第二光伏子模塊中的至少一個(gè)包括集成在子模塊中的 電子器件，諸如例如，功率控制器件、二極管、逆變器。有利地，第一光伏子模塊和第二光伏子模塊以它們的器件側(cè)相互面對(duì)的方式、以 它們的襯底側(cè)相互面對(duì)的方式、以第二光伏子模塊的襯底側(cè)面對(duì)第一光伏子模塊的器件側(cè) 的方式(或反之亦然)堆疊在一起。本發(fā)明還提供制造多結(jié)光伏模塊(例如，多結(jié)有機(jī)光伏模塊)的方法，該方法包 括制造包括多個(gè)第一光伏(子)單元的第一光伏子模塊；制造包括多個(gè)第二光伏(子)單 元的第二光伏子模塊；以及使第二光伏子模塊堆疊在第一光伏子模塊上。較佳地，使多個(gè)第一光伏(子)單元串聯(lián)電連接，而使多個(gè)第二光伏(子)單元并 聯(lián)電連接。有利地，制造第一光伏子模塊包括在第一襯底上提供多個(gè)基本上相同的整體地集 成的第一光伏(子)單元，并且制造第二光伏子模塊包括在第二襯底上提供多個(gè)基本上相 同的整體地集成的第二光伏(子)單元。較佳地，多個(gè)第一光伏(子)單元基本上與多個(gè)第二光伏(子)單元不同。較佳地，該方法還包括使第一光伏子模塊與第二光伏子模塊電連接，例如，并聯(lián)電 連接子模塊。有利地，封裝多結(jié)光伏模塊，并且提供電連接，例如，使模塊與外部負(fù)載電連接。在下面的詳細(xì)說(shuō)明中，闡述了許多特定細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，以及 如何在特定實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。然而，可以理解，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而無(wú)需這些特定的細(xì)節(jié)。在其它情況中，未曾詳細(xì)地描述眾所周知的方法、過(guò)程和技術(shù)，為的是不使本發(fā)明模糊。 在相對(duì)于特定實(shí)施例和參考某些附圖描述本發(fā)明的同時(shí)，并不局限于這里的所引用的。這里所包括和所描述的附圖都是示意性的，并且不限制本發(fā)明的范圍。還要注意， 在附圖中，可能夸大了某些元件的大小，因此，為了示意的目的而并非按比例繪制。此外，為了描述而使用說(shuō)明書中的術(shù)語(yǔ)頂部、底部、上面、下面等，而不必定描述相 對(duì)位置。要理解，在適當(dāng)?shù)那闆r下可以互換如此使用的術(shù)語(yǔ)，并且這里描述的本發(fā)明的實(shí)施 例能夠在與這里描述或示出的情況不同的其它情況下進(jìn)行操作。在本發(fā)明的情況中，光伏子單元或光伏單元或光伏子模塊或光伏模塊的前表面或 前側(cè)是適配成取向朝向光源的表面或側(cè)面，因此用于接收照射。光伏子單元或光伏單元或光伏子模塊或光伏模塊的后表面或后側(cè)是與前表面或 前側(cè)相對(duì)的表面或側(cè)面。較佳地，在本發(fā)明中，光伏(子)單元包括有機(jī)活性材料。然而，本發(fā)明不局限于 此，可以用于包括其它活性層材料(例如，薄膜材料)的光伏(子)單元。本發(fā)明涉及多結(jié)(有機(jī))光伏模塊以及涉及用于制造如此的模塊的方法。較佳地，所述多結(jié)光伏模塊是多結(jié)有機(jī)光伏模塊。較佳地，在本發(fā)明中，使至少兩個(gè)分開(kāi)制造的(有機(jī))光伏子模塊(每一個(gè)在襯底 上包括多個(gè)基本上相同的(有機(jī))光伏(子)單元)堆疊在彼此的頂部(即，光學(xué)地串聯(lián) 連接)，并且相互電連接。子模塊較佳地并聯(lián)電連接。較佳地，使在每個(gè)光伏子模塊中的光伏子單元串聯(lián)電連接。(子)單元可以是單結(jié)或多結(jié)(有機(jī))光伏單元。每個(gè)光伏子模塊包括多個(gè)基本上相同的(有機(jī))光伏(子)單元意味著在每個(gè)子 模塊中的多個(gè)(子)單元基本上是相同的。然而，在不同(有機(jī))光伏子模塊之間，較佳地，(子)單元基本上是不同的。下子模塊(即，設(shè)置得最接近光伏模塊的后表面的子模塊)包括具有至少一個(gè)透 明電極的光伏(子)單元。尤其，至少這個(gè)最接近子模塊的前表面的下子模塊的電極是透 明電極。較佳地，其它子模塊包括形成在透明襯底上的、具有兩個(gè)透明電極的光伏(子)單 元，形成透明子模塊。所述透明子模塊允許所述以前的子模塊沒(méi)有吸收的(基本上的)一部分輸入光通 過(guò)層，以便在下一個(gè)(下層)子模塊中進(jìn)一步電轉(zhuǎn)換?？梢栽诒景l(fā)明的光伏模塊中集成其它元件(器件)，諸如二極管或整流器?？梢栽诒景l(fā)明的光伏模塊中有利地集成反相器，以使輸出DC電流轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)AC 電流。本發(fā)明的(有機(jī))光伏模塊的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在每個(gè)子模塊中的(子)單元基本上是 相同的，因此基本上是電流匹配的和電壓匹配的。并聯(lián)電連接子模塊的優(yōu)點(diǎn)在于避免了不同子模塊的(子)單元之間的電流匹配的需求。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用不同子模塊的(子)單元的面積可能是不同的、分開(kāi)制造的子模塊，以致可以獨(dú)立地選擇每個(gè)子模塊中的(子)單元的數(shù)量。有利地，通過(guò)適當(dāng)?shù)睾酮?dú)立地選擇每個(gè)子模塊的(子)單元數(shù)量，使不同子模塊的 輸出電壓基本上相同，因此容易得到電壓匹配。較佳地，(有機(jī))光伏子模塊包括形成在襯底上的多個(gè)(有機(jī))光伏(子)單元。在進(jìn)一步的說(shuō)明中，把形成(子)單元的襯底的側(cè)面稱為子模塊的“器件側(cè)”，并且 把襯底的相對(duì)側(cè)稱為子模塊的“襯底側(cè)”。當(dāng)使子模塊堆疊在彼此的頂部以形成根據(jù)本發(fā)明的多結(jié)(有機(jī))光伏模塊時(shí)，可 以堆疊后續(xù)的子模塊，使它們的襯底側(cè)彼此面對(duì)、使它們的器件側(cè)彼此面對(duì)、或使一個(gè)子模 塊的器件側(cè)面對(duì)后續(xù)子模塊的襯底側(cè)或反之亦然。對(duì)于包括兩個(gè)子模塊的(有機(jī))多結(jié)光伏模塊，進(jìn)一步描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明 不局限于此，本發(fā)明還可應(yīng)用于包括兩個(gè)以上的子模塊的(有機(jī))多結(jié)光伏模塊。以兩個(gè)子模塊的器件側(cè)彼此面對(duì)而堆疊它們的情況來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明。(如圖 7所示)。較佳地，使在每個(gè)子模塊中的(有機(jī))光伏(子)單元串聯(lián)電連接，并且使兩個(gè)子 模塊并聯(lián)電連接。根據(jù)本發(fā)明的(有機(jī))多結(jié)光伏模塊包括第一(有機(jī))光伏子模塊和第二(有 機(jī))光伏子模塊，適配第一(有機(jī))子模塊使其位置最接近模塊的后表面，并且適配第二 (有機(jī))子模塊使其位置最接近模塊的前側(cè)。較佳地，例如，第一(有機(jī))光伏子模塊包括多個(gè)第一(有機(jī))光伏子單元的陣列 或光伏子單元堆疊，彼此整體地串聯(lián)互連并且適配成吸收入射光譜(例如，太陽(yáng)光譜)的第 一預(yù)定部分。第一子模塊的(有機(jī))光伏單元具有第一活性區(qū)域大小。它們具有至少一個(gè)透明 電極。尤其，至少前側(cè)電極(即，最接近前表面的電極)是透明的?？梢栽谕该饕r底上或在不透明襯底上形成第一子模塊的(有機(jī))光伏單元。第一 (有機(jī))光伏子模塊可以包括其它元件，諸如例如，整流器件或開(kāi)關(guān)器件。例如，第二(有機(jī))光伏子模塊包括多個(gè)第二(有機(jī))光伏子單元的陣列或光伏 子單元堆疊，彼此整體地串聯(lián)互連并且適配成吸收太陽(yáng)光譜的第二預(yù)定部分，太陽(yáng)光譜的 第二預(yù)定部分與太陽(yáng)光譜的第一預(yù)定部不同。第二子模塊的(有機(jī))光伏子單元具有第二活性區(qū)域大小，它們較佳地與第一活 性區(qū)域大小不同。它們具有兩個(gè)透明電極，并且是形成在透明襯底上的。第二(有機(jī))光伏子模塊可以包括其它元件，諸如例如，整流器件或開(kāi)關(guān)器件。根據(jù)本發(fā)明的光伏模塊的制造包括制造在第一襯底上包括多個(gè)第一(有機(jī))光 伏子單元的第一(有機(jī))子模塊；制造在第二襯底上包括多個(gè)第二(有機(jī))光伏子單元的 第二(有機(jī))子模塊；第二襯底是光學(xué)透明的襯底；在第一(有機(jī))子模塊的頂部上機(jī)械地 堆疊第二(有機(jī))子模塊；以及使第一(有機(jī))子模塊與第二(有機(jī))子模塊進(jìn)行電互連。(有機(jī))光伏子模塊包括在襯底上的至少一個(gè)(有機(jī))光伏子單元，較佳地，多個(gè) (有機(jī))光伏子單元。根據(jù)一個(gè)較佳實(shí)施例，并且如圖1(a)所示，有機(jī)光伏子單元20—般包括襯底10 上的第一電極11、與第一電極11相鄰的活性層13以及與活性層13相鄰并且在活性層13上第一電極11相對(duì)側(cè)上的第二電極12。襯底10可以包括光學(xué)透明的材料，諸如例如，玻璃或聚合箔，諸如例如PET或PEN。 襯底10可以是柔性襯底。對(duì)于位置最接近本發(fā)明的有機(jī)光伏模塊的后表面的第一光伏子模塊，還可以使用 不透明的襯底10，諸如例如，陶瓷襯底或具有不導(dǎo)電表面的金屬箔。在這種情況下，當(dāng)在堆 疊光伏子模塊以形成根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)光伏模塊時(shí)，第一有機(jī)光伏子模塊的取向?yàn)槠湟r底 側(cè)最接近模塊的后表面，而其器件側(cè)較接近模塊的前表面。第一電極11或第二電極12可以包括光學(xué)透明的導(dǎo)體，諸如例如，Ti0x、IT0(氧化 錫銦)、ai0、AZ0(摻雜鋁的aio)、FTO(摻雜氟的氧化錫)或薄的金屬層，諸如例如，包括例 如Au、Ag或Cu或金屬?gòu)?fù)合層(諸如Mg:Ag)的層。第一電極11和第二電極12還可以包括 導(dǎo)電聚合物，諸如例如，PEDOT(聚(3，4乙撐))或PANI(聚苯胺)?？梢該诫s這些導(dǎo)電聚合 物以增加導(dǎo)電性，例如，它們可以與陰離子、金屬納米粒子、碳納米管或本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù) 人員眾知的任何其它合適的材料一起摻雜。此外，可以在第一電極11和/或第二電極12附近提供導(dǎo)電柵格，例如，金屬柵格 (例如，包括Cu或Ag)，以進(jìn)一步增強(qiáng)導(dǎo)電性而不在光學(xué)透明度方面產(chǎn)生高的損耗。可以通過(guò)數(shù)種技術(shù)在襯底10上提供(例如，沉積)第一電極11或第二電極12的 材料，這些技術(shù)有，諸如例如，真空中的熱蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相沉積或溶液處理，在溶液處 理中，使要沉積的金屬以適當(dāng)?shù)牧咳芙庠谶m當(dāng)?shù)娜軇┲?，以便在一些過(guò)程中進(jìn)行處理，這些 過(guò)程有，諸如例如，旋涂、醫(yī)用刀口、噴墨打印、絲網(wǎng)印、凹版印刷、柔性版印刷、槽模涂布、噴涂等。位于本發(fā)明的有機(jī)光伏模塊的后側(cè)的第一光伏子模塊可以包括光學(xué)不透明的第 一電極11，諸如例如，包括例如，Ba、Ca、Mg、Al、Ag或Cu或包含兩種或多種金屬的金屬合金 的電極。在這種情況下，在堆疊光伏子模塊以形成根據(jù)本發(fā)明當(dāng)有機(jī)光伏模塊之后，第一有 機(jī)光伏子模塊的取向?yàn)槠湟r底側(cè)最接近模塊的后表面，而其器件側(cè)較接近模塊的前表面。有機(jī)光伏子單元20的活性層13包括至少一個(gè)光吸收層，其中光吸收導(dǎo)致電荷的 產(chǎn)生。當(dāng)通過(guò)電荷復(fù)合層使光-吸收、電荷產(chǎn)生層相互分開(kāi)時(shí)，活性層13可以包括不止 一個(gè)的光-吸收、電荷產(chǎn)生層?；钚詫?3所包括的材料適合于吸收輸入光以及適合于電荷載流子產(chǎn)生和把電荷 載流子傳輸?shù)较噜忞姌O11、12。可以包括單層或不同有機(jī)共軛材料的兩個(gè)相鄰的層。如果 使用不同材料的兩層，則在兩種材料之間的界面附近可能有這兩種材料的故意的或非故意 的混合?；钚詫?3還可以包括單層中兩種或多種不同有機(jī)共軛材料的混合物?；钚詫?3 還可以包括有機(jī)共軛材料與金屬或半導(dǎo)體非共軛材料的混合物。有機(jī)共軛材料可以包括一些材料，諸如例如，聚合物(例如聚苯、聚苯撐乙烯、聚 噻吩、聚芴以及它們的衍生物)、或例如低分子量分子(例如，五環(huán)素、茈，蒽，萘，酞菁以及 它們的衍生物)、或例如富勒烯(例如，C60、C70以及它們的衍生物)、或例如碳納米管(例 如，SffCNT (單壁碳納米管)、MWCNT (多壁碳納米管)以及它們的衍生物)?？梢酝ㄟ^(guò)，諸如例如，真空中的熱沉積等數(shù)種技術(shù)來(lái)沉積活性層13的材料，其中最終可以引入，諸如例如，氮或氬之類的附加的惰性載氣，以有效地把材料引導(dǎo)到電極上。提供活性層13的材料的另外的的方法上OVPD (有機(jī)氣相沉積)。例如，還可以通過(guò) 溶液處理來(lái)沉積活性層13的材料，其中使要沉積的金屬以適當(dāng)?shù)牧咳芙庠谶m當(dāng)?shù)娜軇┲校?以便在一些過(guò)程中進(jìn)行處理，這些過(guò)程有，諸如例如，旋涂、醫(yī)用刀口、噴墨打印、絲網(wǎng)印、凹 版印刷、柔性版印刷、槽模涂布、噴涂等。圖1(b)示出有機(jī)光伏子單元的結(jié)構(gòu)，與圖1(a)中的結(jié)構(gòu)相比，提供了兩個(gè)附加層 14、15。附加層14、15是任選的，S卩，在光伏子單元中可以提供或可以不提供它們，或可以在 子單元中提供這些層中的一個(gè)層，而不提供另一個(gè)層。襯底10或第一電極11與圖1(a)中所示的對(duì)應(yīng)的層相似。層14作為空穴傳輸層 (HTL)，以促進(jìn)第一電極11對(duì)于活性層13中產(chǎn)生的正電荷載流子的收集。層15作為電子 傳輸層(ETL)，以促進(jìn)第二電極12對(duì)于活性層13中產(chǎn)生的負(fù)電荷載流子的收集。通過(guò)給定結(jié)構(gòu)中光學(xué)透明度的必要性來(lái)確定兩個(gè)附加層14、15的材料的選擇。同 樣，相對(duì)于活性層13或電極11、12的能級(jí)確定層14、15的材料的能級(jí)值，像價(jià)帶、導(dǎo)帶、費(fèi) 米能級(jí)、HOMO (最高占據(jù)分子軌道)以及LUMO (最低未占據(jù)分子軌道)。層14、15的材料選 擇的進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)可以是正或負(fù)電荷載流子的導(dǎo)電性。本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人可以進(jìn)行層14、 15的材料的適當(dāng)選擇。例如，空穴傳輸層14可以包括共軛材料，諸如例如，聚苯胺、聚噻吩、聚苯以及它 們的衍生物?？昭▊鬏攲舆€可以包括一些共軛材料，在這些共軛材料中散布了，諸如例如， 碳納米管或它們的衍生物的其它材料?？昭▊鬏攲涌梢园ǖ头肿恿糠肿?，諸如例如，茈， 萘或它們的衍生物或ai0、AZ0、FT0、ITO0例如，電子傳輸層15可以包括富勒烯(諸如，C60、C70以及它們的衍生物)、或例 如碳納米管，例如，SWCNT、MWCNT以及它們的衍生物。電子傳輸層還可以包括低分子量分子， 諸如例如，BCP，Alq3, TPD,或諸如例如，ZnO, AZO, FTO, ITO等材料?？梢酝ㄟ^(guò)數(shù)種技術(shù)沉積空穴傳輸層14或電子傳輸層15，諸如例如，這些技術(shù)有 真空中的熱蒸發(fā)、化學(xué)氣相沉積或相似的技術(shù)，濺射、或溶液處理，在溶液處理中，使要沉積 的材料以適當(dāng)?shù)牧咳芙庠谶m當(dāng)?shù)娜軇┲?，以便在一些過(guò)程中進(jìn)行處理，這些過(guò)程有，諸如例 如，旋涂、醫(yī)用刀口、噴墨打印、絲網(wǎng)印、凹版印刷、柔性版印刷、槽模涂布、噴涂等?？梢詮碾娏?電壓(IV)曲線圖獲取描述光伏單元性能的基本參數(shù)。這是從測(cè)量 產(chǎn)生的，在該測(cè)量中，測(cè)量作為所施加的外部電壓的函數(shù)的外部電流。在圖2中示出經(jīng)照射 的光伏單元的典型的IV特性。作為照射的結(jié)果，產(chǎn)生電荷載流子，并且IV曲線通過(guò)第四象 限，這意味著可以從器件獲取功率P = I ·ν。把該功率輸出具有最大值的點(diǎn)(Vmp，Imp)稱為 最大功率點(diǎn)Pmp，并且通過(guò)下式給出Pmp = Vmp. Imp (1)這個(gè)積還對(duì)應(yīng)于圖2中表示的較小的矩形的面積。在該圖中示出其它兩個(gè)相關(guān)的參數(shù)。短路電流Is。是在照射情況下沒(méi)有施加外部 電壓(V = OV)時(shí)流過(guò)器件的電流。由于實(shí)際測(cè)量的短路電流與光伏器件的活性區(qū)域有關(guān)， 所以經(jīng)常更為普通的是使用短路電流密度Js。。這是從測(cè)量到的短路電流除以太陽(yáng)能電池 的活性區(qū)域面積A得到的。開(kāi)路電壓V。。是外部偏置值，在該偏置值處，無(wú)外部電流流過(guò)經(jīng) 照射的器件(I = OA)。
最大功率點(diǎn)坐標(biāo)的模擬值，Isc和V。。，確定圖2所示的第二矩形?？梢詮脑搱D中看 到，當(dāng)IV曲線具有更像矩形的形狀時(shí)，兩個(gè)矩形面積之差是較小的。因此可以認(rèn)為兩個(gè)矩 形面積的比為IV特性的形狀的質(zhì)量度量，稱之為填充因子FF FF=^if-(2)
OC SC可以認(rèn)為Is。和V。。的積為可以傳遞給外部負(fù)載的總功率的理論上限值。因此可以 認(rèn)為填充因子FF為獲取的實(shí)際最大功率對(duì)這個(gè)理論上限值的比。此外，這些參數(shù)與能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系如下
^ P— _ FmpJmp _ VacJscJ^F---ρ- {3)
I tain表示入射在光伏單元的活性區(qū)域上的光的總功率Pin中有多少轉(zhuǎn)換成電功率Pmp。圖3(a)示出單個(gè)襯底10上彼此相鄰的兩個(gè)有機(jī)光伏單元21、22。第一有機(jī)光伏 單元21的電極111和121以及第二有機(jī)光伏單元22的電極112和122具有比單元的活性 層131、132的面積大的面積。這允許通過(guò)，例如，連線實(shí)現(xiàn)電連接，從而使單元21、22相互 電連接或與外部負(fù)載80電連接。通過(guò)使單元21、22設(shè)置得彼此相鄰，如圖3 (a)所示，它們 相對(duì)于入射在光伏單元上的光，是光學(xué)地并聯(lián)設(shè)置的。很清楚，還可以把制造在不同襯底上 的光伏單元設(shè)置在允許單元光學(xué)地并聯(lián)的一個(gè)配置中。圖3 (a)示出第一光伏單元21的第二電極121和第二光伏單元22的第一電極112 之間的電連線以及第二光伏單元22的第二電極122和第一光伏單元21的第一電極111之 間的電連線。這些連線對(duì)應(yīng)于第一光伏單元21和第二光伏單元22的串聯(lián)電連接。在兩個(gè)基本上相同的光伏單元的串聯(lián)電連接的情況中，在短路條件下，外部獲取 的電流等于單個(gè)單元的光-產(chǎn)生的電流。另一方面，在開(kāi)路條件下，開(kāi)路電壓是兩個(gè)獨(dú)立的 光伏單元的開(kāi)路電壓的總和。因此，兩個(gè)基本上相同的光伏單元的串聯(lián)連接導(dǎo)致如圖4(a) 所示的IV特性。兩個(gè)串聯(lián)連接的單元產(chǎn)生的最大功率基本上等于具有輸出電壓加倍的、獨(dú) 立產(chǎn)生的功率的總和。對(duì)于不相同的串聯(lián)連接光伏單元，即，對(duì)于具有不同短路電流的串聯(lián)連接光伏單 元，情況更為復(fù)雜。在如此的電流失配的情況中，最弱的單元(即，產(chǎn)生最小短路電流的單 元)強(qiáng)烈地限制了總的性能。在電流失配沒(méi)有強(qiáng)烈地影響總開(kāi)路電壓時(shí)，幾乎完全由最弱 的單元來(lái)確定該情況中的總電流。如果已知獨(dú)立單元的IV特性，則可以預(yù)測(cè)串聯(lián)互連單元的曲線。對(duì)于每個(gè)電流， 可以使獨(dú)立單元的不同的電壓相加，如圖4(b)所示。明顯地，兩個(gè)失配的單元產(chǎn)生的總功 率基本上小于獨(dú)立單元產(chǎn)生的功率之和。因此，光伏單元的串聯(lián)連接僅對(duì)基本上具有相同 短路電流的單元才是有利的。圖3(b)示出在單個(gè)襯底10上彼此相鄰的兩個(gè)有機(jī)光伏單元23、24。第一有機(jī)光 伏單元23的電極113和123以及第二有機(jī)光伏單元M的電極114和124的面積大于它們 的活性層133、134的面積。這允許通過(guò)，例如，連線實(shí)現(xiàn)電連接，從而使單元相互電連接或 與外部負(fù)載80電連接。通過(guò)使單元設(shè)置得彼此相鄰，如圖3(b)所示，它們是光學(xué)地并聯(lián)設(shè)置的。很清楚，還可以把制造在不同襯底上的光伏單元仍設(shè)置在允許單元光學(xué)地并聯(lián)的一個(gè)配置中。在圖3(b)中示出第一有機(jī)光伏單元23的第一電極113和第二有機(jī)光伏單元24 的第一電極114之間的電連線以及第一有機(jī)光伏單元23的第二電極123和第二有機(jī)光伏 單元M的第二電極IM之間的電連線，與第一光伏單元23和第二光伏單元M的并聯(lián)電連 接相對(duì)應(yīng)。在兩個(gè)基本上相同的光伏單元的并聯(lián)電連接的情況中，總的開(kāi)路電壓基本上等于 單個(gè)單元的開(kāi)路電壓。在短路情況下，外部獲取的電流基本上等于兩個(gè)獨(dú)立單元23、24的 光-產(chǎn)生的電流的總和。因此，兩個(gè)相同光伏單元的并聯(lián)連接產(chǎn)生如圖4(c)所示的IV特 性。既然是這樣，兩個(gè)并聯(lián)連接的基本上相同的單元產(chǎn)生的最大功率基本上等于具有輸出 電流加倍的、獨(dú)立地產(chǎn)生的功率的總和。再次，對(duì)于不相同的光伏單元，情況更為復(fù)雜。通過(guò)使每個(gè)電壓處的獨(dú)立單元的電 流相加就可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)不相同的光伏單元并聯(lián)連接的IV特性。在圖4(d)中示出不相同光 伏單元的結(jié)果。該圖示出產(chǎn)生最低輸出電壓的單元限制了不相同單元的并聯(lián)連接。因此， 太陽(yáng)能電池的并聯(lián)連接僅對(duì)具有基本上相同開(kāi)路電壓的單元感興趣。從這可清楚看到，電連接的單元的電流失配和/電壓失配對(duì)于包括這種互連單元 的系統(tǒng)的總性能會(huì)有不利的影響。但是，在有機(jī)光伏單元的領(lǐng)域中，已經(jīng)遵循了幾個(gè)方法使光伏單元彼此互連以提 高輸入光到電功率的轉(zhuǎn)換。主要原因是活性層中通常使用有機(jī)材料的窄的吸收光譜。為了 這個(gè)原因，在有機(jī)光伏單元中，一般只吸收小部分的輸入光，并且因此可轉(zhuǎn)換成電功率。不 轉(zhuǎn)換其余的輸入光，因此而丟失了其余的輸入光。通過(guò)在彼此的頂部設(shè)置數(shù)個(gè)有機(jī)光伏(子)單元，可以使在第一(子)單元中未 吸收的輸入光進(jìn)一步透射到活性層中包括其它材料的下一個(gè)子單元，允許吸收通過(guò)第一子 單元透射的輸入光部分。這意味著設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)子單元25 J6使之光學(xué)地串聯(lián)連接，如圖5(a)和5 (b) 所示。圖5 (a)示出在單個(gè)襯底10上兩個(gè)有機(jī)光伏子單元25、26的堆疊，其中子單元可以 相互串聯(lián)或并聯(lián)電連接。在襯底10上形成子單元25，并且包括第一電極111、活性層131 以及第二電極121。層40是任選的層，可以提供其以促進(jìn)下一個(gè)子單元沈的堆疊。層40 是光學(xué)地透明的，并且可以是電絕緣的。它可以包括，諸如例如，聚氟乙烯等材料。它還可 以是導(dǎo)電的，并且可以包括諸如48、々11、41或11(^、&10、IT0、AZ0、FT0等材料。子單元洸 包括第一電極112、活性層132和第二電極122。圖5 (b)示出在獨(dú)立的襯底101、102上形 成的兩個(gè)有機(jī)光伏子單元25、26的堆疊，其中子單元可以相互串聯(lián)或并聯(lián)電連接。圖5(a)和圖5(b)中描繪的概念對(duì)應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)配置，與單個(gè)有機(jī)光伏單元相比， 這些配置可以導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率的總的提高，因?yàn)橥ㄟ^(guò)堆疊有機(jī)光伏子單元(即，通過(guò)光 學(xué)地串聯(lián)連接子單元)可以成功地吸收輸入光的較寬的光譜部分。然而，不能保證不同子 單元的短路電流的匹配(當(dāng)堆疊的子單元是串聯(lián)電連接時(shí)這是特別地相關(guān)的)，并且受到 相互交互作用以及變化照射條件的強(qiáng)烈的影響。相似地，不能保證堆疊的子單元的開(kāi)路電 壓的匹配(當(dāng)堆疊的子單元是并聯(lián)電連接時(shí)這是特別地相關(guān)的)，并且受到相互交互作用 以及變化照射條件的強(qiáng)烈的影響。在如此的現(xiàn)有技術(shù)單元中，基本上對(duì)準(zhǔn)子單元，在一個(gè)單元中的子單元基本上具有相同的面積。如果改變照射條件和相互交互作用(諸如例如，部分地重疊子單元或溫度 影響之間的吸收光譜)，則難以設(shè)計(jì)始終具有相同短路電流的子單元，表現(xiàn)出子單元的串聯(lián) 耦合并非最優(yōu)。另一方面，使子單元優(yōu)化以吸收光譜的不同部分，因此子單元包括不同的材 料，它們通常產(chǎn)生不同的開(kāi)路電壓，表現(xiàn)出子單元的串聯(lián)耦合并非最優(yōu)。為了克服這些問(wèn)題，本發(fā)明提供一種(有機(jī))光伏模塊，通過(guò)堆疊至少兩個(gè)(有 機(jī))光伏子模塊而形成該模塊(與堆疊光伏子單元的情況相反)，其中避免了涉及光伏 (子)單元的開(kāi)路電壓的失配和/或短路電流的失配的現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題解決方案。第一(有機(jī))光伏子模塊包括第一襯底上位置彼此相鄰的多個(gè)基本上相同的第一 (有機(jī))光伏(子)單元，多個(gè)第一(有機(jī))光伏(子)單元是串聯(lián)地互連的。如此，(子) 單元的串聯(lián)連接導(dǎo)致基本上相同的第一(有機(jī))光伏(子)單元相對(duì)于第一開(kāi)路電壓的附 加的開(kāi)路電壓。此外，第一(有機(jī))光伏(子)單元的短路電流可以是優(yōu)良的(最優(yōu)的)，因?yàn)樘?供了基本上相同的(子)單元。所有的第一(有機(jī))光伏(子)單元基本上是相同的，它們(在照射下的)全部特 征都是由相同的開(kāi)路電壓ν。Μ給出的。串聯(lián)連接第一子模塊中的第一(有機(jī))光伏(子) 單元，對(duì)它們的電壓進(jìn)行總加。如果第一子模塊包括N個(gè)相同的第一(有機(jī))光伏(子) 單元，則開(kāi)路電壓是N Vc0io第二(有機(jī))光伏子模塊包括在第二襯底上位置彼此相鄰的和串聯(lián)地互連的多個(gè) 第二(有機(jī))光伏(子)單元。這些第二(有機(jī))光伏(子)單元基本上是彼此相同的，但是可以與第一襯底上 的第一(子)單元不同，例如，通過(guò)選擇材料和尺寸。第二襯底上第二(有機(jī))光伏(子)單元的短路電流的匹配可以是優(yōu)良的，因?yàn)?提供基本上相同的第二(子)單元。此外，通過(guò)適配第二(有機(jī))光伏(子)單元的活性區(qū)域的尺寸，可以選擇第二襯 底上第二(有機(jī))光伏(子)單元的數(shù)量，以致從串聯(lián)連接的第二(有機(jī))光伏(子)單 元的開(kāi)路電壓的相加得到的第二開(kāi)路電壓基本上與第一襯底上第一(有機(jī))光伏單元的串 聯(lián)連接的第一開(kāi)路電壓匹配。主要通過(guò)串聯(lián)連接的第二(子)單元的數(shù)量確定第二開(kāi)路電壓，并且在很大程度 上與輸入光的光譜無(wú)關(guān)。所有的第二(有機(jī))光伏(子)單元是相同的，它們(在照射下的)全部特征都 是由相同的開(kāi)路電壓\02給出的。第二子模塊中的第二(有機(jī))光伏(子)單元是串聯(lián)連接的，對(duì)它們的電壓進(jìn)行 總加。如果第二子模塊包括M個(gè)第二(有機(jī))光伏(子)單元，則開(kāi)路電壓是M \02。因此，通過(guò)在每個(gè)所述子模塊中提供要求數(shù)量的相同(子)單元，即分別為N個(gè)和 M個(gè)(對(duì)于兩個(gè)子模塊)，以致N Vc01 = M Vc02通常，Vc01和Vetl2是實(shí)數(shù)，而N禾Π M是整數(shù)，難以得到完美的質(zhì)量，但是，小于10% 的差已經(jīng)給出了可接受的結(jié)果。較佳地，子模塊之間的電壓匹配優(yōu)于5%，更佳地優(yōu)于2%， 再佳地優(yōu)于1%。
(有機(jī))光伏子模塊還包括同一襯底上的電子器件，諸如例如，功率二極管或反相 器，例如，用于使光伏子模塊產(chǎn)生的電功率的收集最優(yōu)化。例如，功率二極管可以防止電流不流到外部負(fù)載而流回到光伏(子)單元。例如， 可以提供反相器，用于把來(lái)自光伏子模塊的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，交流電可能更適合于對(duì) 負(fù)載(例如，外部電氣設(shè)備)供電?？梢园淹ㄟ^(guò)第二襯底上第二(有機(jī))光伏(子)單元的串聯(lián)電連接實(shí)現(xiàn)的第二 (有機(jī))光伏子模塊堆疊(例如，層疊)到通過(guò)第一襯底上第一(有機(jī))光伏單元的串聯(lián)電 連接實(shí)現(xiàn)的第一(有機(jī))光伏子模塊上。當(dāng)?shù)谝蛔幽K的第一開(kāi)路電壓與第二子模塊的第二開(kāi)路電壓基本上匹配時(shí)，可以 使第一光伏子模塊有利地與第二光伏子模塊并聯(lián)電連接而不會(huì)遭受電壓匹配問(wèn)題。在堆疊(有機(jī))光伏子模塊之前，最好用絕緣的、光學(xué)透明的層覆蓋它們，例如，包 括氧化物、氮化物、聚氟乙烯或?qū)Χ妆交虻刃У牟牧?。還可以用諸如彈性體或熱塑性材料之類的光學(xué)透明的粘合層進(jìn)一步覆蓋這些絕 緣層。子模塊的堆疊包括在彼此的頂部上設(shè)置第一和第二(有機(jī))光伏子模塊，以致它們 通過(guò)粘合層而相互物理連接。較佳地選擇第一(有機(jī))光伏子模塊中的第一(有機(jī))光伏(子)單元的活性層 的材料和厚度，為的是使第二(有機(jī))光伏子模塊中的(有機(jī))(子)單元未吸收的光的光 吸收最優(yōu)化。如果在堆疊中包括第三(有機(jī))光伏子模塊，則較佳地選擇第一(有機(jī))光 伏子模塊中的有機(jī)光伏(子)單元的材料，為的是使第二和第三(有機(jī))光伏子模塊未吸 收的光的光吸收最優(yōu)化，并且較佳地選擇第二(有機(jī))光伏子模塊中的(有機(jī))光伏單元 的材料，為的是使第三(有機(jī))光伏子模塊的(有機(jī))光伏單元未吸收的光的光吸收最優(yōu) 化。圖7示意地示出根據(jù)本發(fā)明的包括兩個(gè)子模塊的有機(jī)光伏模塊。在圖6中，示出 了第一有機(jī)光伏子模塊的例子。在襯底103上，可以形成彼此相鄰的、包括第一電極115、第 二電極125和活性層135的第一有機(jī)光伏(子)單元。可以以如此的方式形成層115、125 和135，使有機(jī)光伏子單元的第二電極125與相鄰有機(jī)光伏子單元的第一電極115直接電接 觸。這樣，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)光伏(子)單元串聯(lián)連接。此外，有機(jī)光伏子模塊可以包括導(dǎo)電體31 (例如，包括諸如Ag、Au、Al、或Cu等金 屬)，使對(duì)第一有機(jī)光伏(子)單元產(chǎn)生的電流的外部收集成為可能。第一導(dǎo)電體31可以 與第一光伏子單元的第一電極115連接，而第二導(dǎo)電體31可以與第一光伏子單元的第二電 極125連接。為了控制電流收集，可以提供電子器件71，并且電連接于導(dǎo)電體31。例如，電 子器件71可以包括功率二極管或反相器。例如，功率二極管可以防止電流不流到外部負(fù)載 而流回光伏(子)單元。例如，可以提供反相器，用于把來(lái)自光伏子模塊的直流電轉(zhuǎn)換成交 流電，交流電更適合于對(duì)負(fù)載(例如，外部電氣設(shè)備)供電。例如，第一有機(jī)光伏子模塊還可以包括包含氮化物、氧化物、聚氟乙烯或聚對(duì)二甲 苯的層41，以保證第一有機(jī)光伏子模塊與可能堆疊在其上的其它子模塊的電絕緣。可以以與第一有機(jī)光伏子模塊相似的方式制造第二有機(jī)光伏子模塊，并且可以堆 疊到第一有機(jī)光伏子模塊上，如圖7所示。堆疊可能需要附加層50，以加強(qiáng)機(jī)械堆疊。例如，附加層50可以包括彈性體、熱塑性材料或熱固性粘合劑。堆疊包括在彼此的頂部上設(shè)置子模塊，并且使它們相互機(jī)械結(jié)合，例如，通過(guò)包含增加溫度或增加壓力或兩 者的組合的工藝。如上所述，在襯底103上形成第一有機(jī)光伏子模塊，并且第一有機(jī)光伏子模塊包 括具有第一電極115、第二電極125和活性層135、導(dǎo)電層31、絕緣層41和電子器件71的多 個(gè)第一有機(jī)光伏(子)單元。第二有機(jī)光伏子模塊具有相似的結(jié)構(gòu)，具有襯底104、具有第一電極116、第二電 極1 和活性層136、導(dǎo)電體32、絕緣層42以及電子器件72的多個(gè)第二有機(jī)光伏(子)單元。與第一有機(jī)光伏子模塊的等效層相比，第二有機(jī)光伏子模塊的不同層可以包括其 它材料，并且可以通過(guò)與第一有機(jī)光伏子模塊的相應(yīng)層不同的技術(shù)來(lái)制造第二有機(jī)光伏子 模塊。有機(jī)光伏子模塊的堆疊導(dǎo)致子模塊光學(xué)地串聯(lián)連接。在堆疊(有機(jī))光伏子模塊之后，可以封裝所產(chǎn)生的多結(jié)光伏模塊，并且提供通過(guò) 封裝的電連接，例如，把模塊電連接到外部負(fù)載。可以封裝模塊以防止氧氣的潮氣、濕氣的侵入。例如，封裝可以是柔性封裝，例如，包括后側(cè)處的諸如Al的金屬層，以及例如，包 括透明層或?qū)拥亩询B，例如，在前側(cè)處的另外的聚合物和無(wú)機(jī)氧化物層的堆疊。根據(jù)本發(fā)明的光伏模塊允許在第一(有機(jī))光伏子模塊的光伏(子)單元中以及 在第二(有機(jī))光伏子模塊的光伏(子)單元中吸收輸入光的光譜的不同部分。此外，還 允許可以分開(kāi)地制造第二(有機(jī))光伏子模塊的(有機(jī))光伏(子)單元和第一(有機(jī)) 光伏子模塊的(有機(jī))光伏(子)單元。因此，對(duì)于可以通過(guò)相應(yīng)的光伏(子)單元吸收 的輸入光的光譜部分來(lái)說(shuō)，可以使光伏(子)單元的功率轉(zhuǎn)換效率最優(yōu)化。分開(kāi)制造可以 包括，例如，選擇層的材料、厚度、沉積技術(shù)等。分開(kāi)制造還可以包括定層115、125和135在 襯底103上的位置，并且相應(yīng)地定層116、1沈和136在襯底104上的位置。由于對(duì)于不同 子模塊的這些層可以使用不同的技術(shù)，例如，可以獨(dú)立地選擇子模塊中這些層的沉積正確 度和/或分辨率以及取向。分開(kāi)制造還可以包括第一光伏子模塊中光伏(子)單元的大小 和數(shù)量，即，在第一襯底103上形成的第一光伏(子)單元的大小和數(shù)量，以及相應(yīng)地，在第 二襯底104上形成的第二光伏(子)單元的大小和數(shù)量。通過(guò)提供根據(jù)本發(fā)明的堆疊光伏子模塊的配置，解決了光-電壓和光-電流的現(xiàn) 有技術(shù)的匹配問(wèn)題。在第一襯底103上，提供彼此相鄰的和串聯(lián)電連接的多個(gè)基本上相同 的第一(有機(jī))光伏(子)單元。該串聯(lián)連接導(dǎo)致通過(guò)不同第一(有機(jī))光伏(子)單元 產(chǎn)生的光-電壓的相加/重疊，以致得到第一子模塊光-電壓。此外，可以得到襯底103上的不同第一有機(jī)光伏(子)單元的光-電流的大量的 匹配，因?yàn)樘峁┝嘶旧舷嗤牡谝?子)單元。在第二襯底104上，提供彼此相鄰的和串聯(lián)電連接的多個(gè)基本上相同的第二有機(jī) 光伏(子)單元。這些第二有機(jī)光伏(子)單元基本上是彼此相同的，但是可以與第一襯 底103上的第一有機(jī)光伏(子)單元不同，例如，它們可以包括不同的材料，并且它們可以 具有不同的尺寸。還可以得到襯底104上不同第二有機(jī)光伏(子)單元的光電流的大量匹 配，因?yàn)樘峁┝嘶旧舷嗤牡诙?子)單元。此外，通過(guò)適配第二(有機(jī))光伏(子)單元的尺寸，可以適配第二襯底上第二(有機(jī))光伏(子)單元的數(shù)量，以致從第二襯底上第二(有機(jī))光伏(子)單元的串聯(lián)連 接產(chǎn)生的第二子模塊光-電壓基本上與從通過(guò)第一襯底上第一(有機(jī))光伏(子)單元的 串聯(lián)連接的光-電壓的相加產(chǎn)生的第一子模塊光-電壓匹配。然后可以把通過(guò)第二襯底上第二(有機(jī))光伏(子)單元的串聯(lián)連接實(shí)現(xiàn)的第二 (有機(jī))光伏子模塊堆疊到通過(guò)第一襯底上第一(有機(jī))光伏(子)單元的串聯(lián)連接實(shí)現(xiàn) 的第一(有機(jī))光伏子模塊上。然后可以有利地使兩個(gè)(有機(jī))光伏子模塊相互并聯(lián)地電互連，因?yàn)閮蓚€(gè)子模塊 產(chǎn)生的光-電壓存在良好的匹配。本發(fā)明的較佳實(shí)施例的描述使用玻璃板作為襯底，通過(guò)由真空噴涂沉積的Al層產(chǎn)生第一電極。通過(guò)使用陰影 掩模在Al層上產(chǎn)生圖案，以致通過(guò)Al層覆蓋襯底的多個(gè)相鄰的和相似大小的區(qū)域。多個(gè) 區(qū)域中的每一個(gè)作為第一子模塊的單元的電極。陰影掩模還導(dǎo)致產(chǎn)生與多個(gè)區(qū)域相鄰的分 開(kāi)的線條。最終，這些線條可以作為導(dǎo)電體，以把所產(chǎn)生的電流引導(dǎo)到一個(gè)電路，該電路可 以集成在同一襯底上或處于外部的載體上。此外，通過(guò)真空噴涂和相似的陰影掩模，在子模塊的每個(gè)Al電極上沉積活性層。 活性層包括Buckminster富勒烯(Buckminsterfullerene) (C60)和亞酞菁(SubPc)的后續(xù) 的沉積。使用相似的陰影掩模，通過(guò)真空噴涂，在活性層上后續(xù)地沉積氧化鉬的空穴傳輸層。為了完成第一子模塊的單元，濺射氧化錫銦(ITO)層。這里同樣地使用陰影掩模 以保證與活性層相似的面積，并且覆蓋空穴傳輸層。然而，已經(jīng)采取謹(jǐn)慎的措施，在后續(xù)層 沉積中實(shí)現(xiàn)位置的微小位移以建立相鄰單元之間的串聯(lián)連接，如圖6中所描繪。因此通過(guò) 保證一個(gè)單元的ITO層與相鄰單元的Al層直接電連接來(lái)建立這個(gè)串聯(lián)連接。此外，然后可以通過(guò)像聚對(duì)二甲苯之類的光學(xué)是透明的、電絕緣的材料來(lái)覆蓋沉 積在襯底上和在該配置中構(gòu)成彼此串聯(lián)連接的有機(jī)光伏單元的材料。在沉積該聚對(duì)二甲苯層之后，通過(guò)濺射涂布實(shí)現(xiàn)光學(xué)透明的、壓敏粘合層的沉積。現(xiàn)在使用作為第二襯底的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯板，通過(guò)濺射一層ITO產(chǎn)生另一個(gè) 子模塊的第一電極。通過(guò)使用陰影掩模，在該ITO層上產(chǎn)生圖案，以致通過(guò)ITO層覆蓋襯底 的多個(gè)相鄰的和相似大小的區(qū)域。多個(gè)面積中的每一個(gè)作為第二子模塊的單元的一個(gè)電 極。此外，通過(guò)濺射涂布和相似的陰影掩模，在子模塊的每個(gè)ITO電極上沉積空穴傳 輸層。空穴傳輸層包括聚乙烯二烴噻吩(PEDOT)層，在沉積之前，已經(jīng)在其中散布了磺化聚 苯乙烯(PSS)。通過(guò)濺射涂布和相似的陰影掩模，在空穴傳輸層上沉積包括聚(3-己基噻吩) (P3HT)和(6，6)-苯基061-丁酸甲酯(PCBM)的混合物的活性層。此外，通過(guò)濺射涂布和相似的陰影掩模沉積氧化鈦(TiOx)，作為電子傳輸層。為了完成第二子模塊的單元，濺射氧化錫銦(ITO)層。同樣，這里應(yīng)用陰影掩模以 保證與電子傳輸層相似的面積，覆蓋活性層和空穴傳輸層。然而，已經(jīng)采取謹(jǐn)慎措施，以致 在后續(xù)層沉積以產(chǎn)生相鄰單元之間的串聯(lián)連接時(shí)實(shí)現(xiàn)位置的微小的位移，如圖6所描繪。
因此通過(guò)保證在電子傳輸層之后沉積的一個(gè)單元的ITO層與直接沉積在襯底上 的相鄰單元的ITO層直接電連接而建立了串聯(lián)連接。此外，由光學(xué)透明的、電絕緣的材料(像對(duì)二甲苯)覆蓋沉積在襯底上的和在該配 置中構(gòu)成相互串聯(lián)連接的有機(jī)光伏單元的材料。通過(guò)使用上述沉積的粘合層，兩個(gè)子模塊就在機(jī)械上相互粘合在一起。
權(quán)利要求
1.一種多結(jié)光伏模塊，包括第一光伏子模塊和堆疊在第一光伏子模塊上的第二光伏子 模塊，其中-第一光伏子模塊包括整體地集成在第一襯底上的多個(gè)第一光伏子單元，并且其中第 二光伏子模塊包括整體地集成在第二襯底上的多個(gè)第二光伏子單元；-多個(gè)第一光伏子單元基本上是相同的；-多個(gè)第二光伏子單元基本上是相同的；-多個(gè)第一光伏子單元是串聯(lián)電連接的；-多個(gè)第二光伏子單元是串聯(lián)電連接的；-第一光伏子模塊和第二光伏子模塊是并聯(lián)電連接的。
2.如權(quán)利要求1所述的多結(jié)光伏模塊，其特征在于，第一光伏子單元和第二光伏子單 元是有機(jī)子單元。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多結(jié)光伏模塊，其特征在于，多個(gè)第一光伏子單元是與多個(gè) 第二光伏子單元不相同的。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多結(jié)光伏模塊，其特征在于，多個(gè)第一光伏子單元 包括第一活性材料，并且其中多個(gè)第二光伏子單元包括與第一活性材料不同的第二活性材 料。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多結(jié)光伏模塊，其特征在于，多個(gè)第一光伏子單元 具有第一活性區(qū)域大小，并且其中多個(gè)第二光伏子單元具有第二活性區(qū)域大小，第一活性 區(qū)域大小與第二活性區(qū)域大小很不同。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多結(jié)光伏模塊，其特征在于，在照射情況下，通過(guò)第 一光伏子模塊產(chǎn)生的第一光-電壓基本上等于通過(guò)第二光伏子模塊產(chǎn)生的第二光-電壓。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多結(jié)光伏模塊，其特征在于，第一光伏子模塊和第 二光伏子模塊以使它們的器件側(cè)相互面對(duì)著的方式堆疊在一起。
8.—種制造多結(jié)光伏模塊的方法，所述方法包括制造包括多個(gè)第一光伏子單元的第 一光伏子模塊；制造包括多個(gè)第二光伏子單元的第二光伏子模塊；以及使第二光伏子模塊 堆疊在第一光伏子模塊上。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，制造第一光伏子模塊包括在第一襯底上設(shè) 置多個(gè)基本上相同的整體集成的第一光伏子單元，并且其中制造第二光伏子模塊包括在第 二襯底上設(shè)置多個(gè)基本上相同的整體集成的第二光伏子單元。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，還包括使第一光伏子模塊與第二光伏 子模塊電連接。
11.如權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括封裝多結(jié)光伏模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括第一光伏子模塊和堆疊在第一光伏子模塊上的第二光伏子模塊的多結(jié)光伏模塊，其中第一光伏子模塊包括整體地集成在第一襯底上的多個(gè)第一光伏子單元，并且其中第二光伏子模塊包括整體地集成在第二襯底上的多個(gè)第二光伏子單元；多個(gè)第一光伏子單元基本上是相同的；多個(gè)第二光伏子單元基本上是相同的；多個(gè)第一光伏子單元是串聯(lián)電連接的；多個(gè)第二光伏子單元是串聯(lián)電連接的；第一光伏子模塊和第二光伏子模塊是并聯(lián)電連接的。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102077367SQ200980125938
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者J·普爾曼斯, T·阿爾諾特 申請(qǐng)人:Imec公司