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CN102576770A - 制造具有多结和多电极的光伏电池的方法 - Google Patents

制造具有多结和多电极的光伏电池的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光伏器件，包括：至少两个光伏电池(160，260)的配件；以及在每个光伏电池之间插入的层压材料(300)，每个光伏电池包括：两个电流输出端子(185，185’)；至少一个光伏结(150，250)；电流收集总线(180，180’)；以及从电流收集总线延伸到电流输出端子的连接带(190，190’)，所有电流输出端子被放置在光伏器件的单个表面上。

Description

制造具有多结和多电极的光伏电池的方法
技术领域
本发明涉及光伏器件领域，尤其涉及包括称作迭型电池(tandem cells)的多结器件。本发明涉及制造包括带有多电极的电池的光伏器件，在器件中，将沉积在独立衬底上的多个光伏电池相关联，以制造多电极光伏模块，其允许直接接入所有电极并且去除在这些电极之间的短路的危险。
背景技术
如本身已知的，光伏发生器(PVG)包括串联和/或并联连接的多个光伏电池(PV)。光伏电池是设计为吸收光能量并且将其转换为电功率的半导体二极管(p-n或者p-i-n结)。当光子被半导体吸收时，它们将它们的能量转移到p-n结的原子，使得这些原子的电子是自由的并且产生自由电子(n-型电荷)和空穴(p-型电荷)。然后在结的两(p型和n型)层之间出现电势差。可以在电池的正端子和负端子之间测量该电势差。对于零电流(开路)电池的最大电压典型是大约0.6V并且电池可以递送的最大电流高度依赖于该电池接收的日照水平。
表述“迭型结光伏电池”表示多结电池，其由一个在另一个顶部地堆叠以增加电池吸收的太阳光谱的带宽的两个简单结组成。依赖于技术，这两个结可以直接相互接触或者经由透明导电氧化物的中间膜而间接接触。在后者的情况中，在两个结之间的透明导电氧化物中间体充当中间反射器，用于增加经由多次反射的光的光学路径长度。图1示出迭型电池的示意图，其由沿着入射光的路径的横截面直接接触的非晶硅(a-Si:H)制成的第一结和微晶硅(μc-Si:H)制成的第二结组成。各种膜的相对厚度并没有在图1按比例示出。通过PVD(物理汽相沉积)或者PECVD(离子增强化学汽相沉积)在玻璃衬底10上将各种材料沉积为薄膜。连续地沉积以下部分：第一透明导电电极11、形成前光伏电池的第一简单p-i-n结15、形成后光伏电池的第二简单p-i-n结16、第二透明导电电极12和后反射器20。出于与制造有关的实际原因，无论电池是无机、有机或者混合(无机/有机)的，目前主要以称作薄膜技术来生产迭型电池架构。在薄膜技术中，通过以适当顺序连续地沉积用于收集产生的电流的电极11、12和有源膜15、16而实现光伏电池的物理叠加。
迭型电池被视为光伏器件领域的关键先进技术，这主要是因为它们的电转换效率。具体地，迭型架构的产生在于物理叠加(相对入射光的期望方向)具有能量偏移的各自光吸收带的两个光伏电池。光学地耦合电池向阵列(即，迭型)提供比单个电池的吸收带宽更宽的整个吸收带宽。假如该光吸收可以被转换为电能并且被提取，则由此增加电转换效率。
图2是图示以百分数表达的薄硅膜制成的迭型电池转换效率的图。示出叠置电池(前电池“上电池”，后电池“下电池”)的各个吸收带和电池(叠加)的整个吸收带。迭型电池技术是增加光伏发生器的能量性能的一种方式。由此最近几年已经开发了各种迭型电池架构。读者可以参考例如文献EP-A-1906457、US-A-2008/0023059或者WO 2004/112161。这些文献每个针对增加阵列吸收的能量来提供光伏材料的各种组装。
上文中描述的迭型电池的特征在于双耦合：由于在太阳光谱的各个带的有源光伏电池的堆叠引起的光学耦合；以及经由两个结和在迭型的末端存在的两个电极的直接或者间接接触的电耦合。
迭型电池的电耦合的主要缺点是：无论太阳条件如何，形成迭型的光伏电池产生的电流需要匹配。这个理想情形实际上是不可能的，因为每个电池产生的电流有意依赖于其中它们被激活的光谱的区域并且根据太阳条件而变化。这意味着迭型电池固有地受到其最弱元件的限制。对电流这样的限制大大降低了迭型电池的理论效率。
因此已经提出电解耦迭型电池的结。迭型的光伏电池仍然是光耦合的但是被电解耦。每个结与两个电极相关联并且由此获得具有四个电极的迭型光伏电池，两个迭型结中的每个有两个电极。在相邻结的电极之间插入对光是透明的并且电绝缘的材料膜。
迭型电池的电极一般通过电流输出端子的方式经由接线盒(junction box)被电连接到用于将DC电压转换为主电网兼容的AC电压的电子设备。该设备还允许控制光伏电池的阵列或者甚至独立地控制每个电池。光伏电池的两个电流输出端子一般位于两个接线盒中的光伏电池的相对侧或者单个接线盒的电池的中心。文献US 4 461 922的图1示出两个叠加的迭型电池，其形成具有位于模块的相对侧上的电流输出端子的模块。因此模块的控制需要两个接线盒被放置在模块的相对面。在模块的相对侧上布置接线盒具有使由模块和接线盒组成的配件笨重(bulky)的缺点。
此外，当两个相同的光伏电池直接叠加时，电流输出端子仅仅分开很短的距离，例如等于是对光透明的并且是两个相邻光伏电池之间的中间体的绝缘材料的膜厚度。该厚度是大约一毫米或者更小。这些光伏电池的叠加因此隐含了属于两个电池的每一个的电接触带的叠加以及在形成的4线光伏电池内的短路的危险。此外，使得难于接入电极，这是因为分离位于两个相邻光伏电池中的给定极性的电极的小空间。因此难于将它们连接到接线盒。
因此需要多结和多端子光伏器件，其中，每个电池的电流收集带之间的短路的危险尽可能地小并且可以经由单个接线盒控制。具体地，需要制造使得将每个光伏电池的电流输出端子连接到接线盒更容易的多结光伏器件的方法。
发明内容
为了这个目的，本发明提供一种光伏器件，包括：
-至少两个光伏电池(160，260)的配件，
-放置在每个光伏电池之间的层压夹层(300)，每个光伏电池包括：
两个电流输出端子(185，185’)，
至少一个光伏结(150，250)，
电流收集总线(180，180’)，以及
从电流收集总线延伸到电流输出端子的连接带(190，190’)，
用于电流输出的所有输出端子被放置在光伏器件的同一面上。
根据一个实施例，该器件是平行六面体形状并且电流输出端子被放置在平行六面体的侧面之一上并且电流输出端子彼此相对偏移。
根据另一个实施例，该器件是平行六面体形状并且电流输出端子被放置在平行六面体的下表面或者上表面上。电流输出端子被对齐，优选地靠近器件的侧面。
根据另一个实施例，电流输出端子是导线。
根据另一个实施例，电流输出端子是在连接带(190，190’)的末端的触点(500，500’)。
根据另一个实施例，该器件包括n个光伏电池，n是2或者更大，并且包括：
-前光伏电池，
-在n严格大于2的情况下，至少一个中间光伏电池(1＜i＜n)，
-后端光伏电池n，
每个中间光伏电池i包括用于使来自光伏电池1到(i-1)的延伸段(195，195’)通过的2(i-1)个孔(351，352)以及用于使来自光伏电池i的电流输出端子通过的可选的两个孔(350，353)，后端光伏电池n包括用于使来自光伏电池1到(n-1)的延伸段通过的2(n-1)个孔(371-376)以及使来自光伏电池n的电流输出端子通过的可选的两个孔(370，377)。
根据另一个实施例，该器件包括n个光伏电池，n是2或者更大，并且包括：
-前光伏电池，
-在n严格大于2的情况下，至少一个中间光伏电池(1＜i＜n)，
-后端光伏电池n，
每个中间光伏电池i包括允许光伏电池1到(i-1)的触点安装到接线盒的插头的2(i-1)个孔(351，352)以及允许光伏电池i的触点安装到接线盒的插头的可选的两个孔(350，353)，
后端光伏电池n包括允许光伏电池1到(n-1)的触点安装到接线盒的插头的2(n-1)个孔(371-376)以及允许光伏电池n的触点安装到接线盒的插头的可选的两个附加孔(370，377)。
根据另一个实施例，后端光伏电池包括反光材料的膜(230)。其作为用于屋顶组件、建筑物的屋顶、或者用于建筑物的非透明墙壁覆层。
根据另一个实施例，后端光伏电池不包括反光材料的膜。该器件用作用于建筑物的窗户组件。
根据另一个实施例，从包括以下部分的组中选取光伏结材料：微晶硅、多晶硅和非晶硅、与硫化镉CdS缓冲层相关联的碲化镉CdTe；与硫化镉CdS或者硫化铟In2S3缓冲层相关联的黄铜矿(chalcopyrite)CuIn1-xGax(Se，S)2，其中x位于0和1之间；硅和锗SixGe1-x的氢化非晶质合金；以及基于聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene))和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基([6，6]-phenyl-C61-butyric acid methyl)的有机材料；以及以上的混合物。
根据另一个实施例，由透明导电氧化物(TCO)构成的两个电极呈现在结的每个面上。
根据另一个实施例，电流输出端子在接线盒中被聚集到一起，形成由正电流输出端子构成的第一组和由负电流输出端子构成的第二组。
根据另一个实施例，电流输出端子按正电极和负电极构成的对进行分组，每对被放置在接线盒中或者所有的对被放置在单个接线盒中。根据另一个实施例，光伏阵列包括n个接线盒。
本发明的另一个目的是光伏阵列，其包括诸如上面描述的器件以及至少一个接线盒。根据另一个实施例，光伏阵列包括单个接线盒。
本发明的另一个目的是制造诸如上面描述的光伏器件的方法。该方法包括对光伏电池(160，260)和层压夹层(300)进行层压。
根据一个实施例，该方法包括对以下部分进行堆叠的步骤：
-前光伏电池，
-带孔的层压夹层，该孔面向在其上沉积层压夹层的前光伏电池的电流输出端子，
-至少一个中间光伏电池i，每个中间光伏电池i包括用于使来自光伏电池1到(i-1)的延伸段(195，195’)通过的2(i-1)个孔(351，352)以及用于使来自光伏电池i的电流输出端子通过的可选的两个孔(350，353)；
-带孔的层压夹层，该孔面向在其上沉积层压夹层的光伏电池i的电流输出端子，
-后端光伏电池n，包括用于使来自光伏电池1到(n-1)的延伸段通过的2(n-1)个孔(371-376)以及用于使来自光伏电池n的电流输出端子通过的可选的两个孔(370，377)，
-使延伸段和电流输出端子通过孔，
-层压该堆叠，可以在已经沉积了每个电池或者每个夹层之后由顺序操作获得层压或者可以在已经组装了电池和夹层之后在单个步骤获得层压。
根据另一个实施例，该方法包括对以下部分进行堆叠的步骤：
-前光伏电池，
-带孔的层压夹层，该孔面向在其上沉积层压夹层的前光伏电池的电流输出端子，
-至少一个中间光伏电池i，包括允许光伏电池1到(i-1)的触点安装到接线盒的插头的2(i-1)个孔(351，352)以及允许光伏电池i的触点安装到接线盒的插头的可选的两个孔(350，353)，
-带孔的层压夹层，该孔面向在其上沉积层压夹层的光伏电池i的电流输出端子，
-后端光伏电池n，包括允许光伏电池1到(n-1)的触点安装到接线盒的插头的2(n-1)个孔(371-376)以及允许光伏电池n的触点安装到接线盒的插头的可选的的两个附加孔(370，377)，
-层压该堆叠，可以在已经沉积了每个电池或者夹层之后由顺序操作获得层压或者可以在已经组装了电池和夹层之后在单个步骤获得层压。
根据另一个实施例，连接带(190，190’)在其末端配备有触点(500，500’).
根据另一个实施例，电流输出端子是导线并且在光伏电池的外部被保持在器件的侧表面之一上。
根据另一个实施例，光伏电池具有位于光伏电池的侧面上或者位于光伏电池的侧面上的凹部(600)开口中的触点端子(500)。
根据另一个实施例，根据本发明的方法包括对以下部分进行堆叠的步骤：
-包括两个延伸段的前光伏电池，
-不带孔的层压夹层，
-至少一个中间光伏电池i，每个中间光伏电池i包括相对于光伏电池1到(i-1)的2(i-1)个延伸段偏移的2个延伸段；
-不带孔的层压夹层；
-后端光伏电池n，包括相对于光伏电池1到(n-1)的2(n-1)个延伸段偏移的2个延伸段；
所有延伸段伸出光伏器件的相同面以外；
-层压该堆叠，可以在已经沉积了每个电池或者每个夹层之后由顺序操作获得层压或者可以在已经组装了电池和夹层之后在单个步骤获得层压。
附图说明
当阅读通过示例的方式给出并且参照附图的本发明的实施例的以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得清楚，在附图中：
-上面描述的图1是现有技术的迭型结光伏电池；
-上面描述的图2是现有技术的迭型结光伏电池的能量效率图；
-图3是根据本发明的迭型结光伏电池的示意图；
-图4是根据本发明方法的迭型电池的组件的示意图；
-图5是衬底的面A和B的描述；
-图6是光伏电池的各面的描述：面E是光入射面并且面F是光出射面；
-图7是根据本发明的光伏器件的电连线(wiring)的示意图；
-图8是根据本发明的“背面电极”配置的示意图；
-图9是根据本发明的连线的工作图；
-图10a是根据本发明的组装之前“边缘面电极”配置(或者“侧面电极”)中的四个2电极电池的示例性堆叠；
-图10b是根据本发明的组装之后的“边缘面电极”配置(或者“侧面电极”)中的四个2电极电池的示例性堆叠；
-图10c是根据本发明的组装之前的“边缘面电极”配置(或者“侧面电极”)的四个2电极电池的示例性堆叠的示意图；
-图10d是根据本发明的组装之前的“边缘面电极”配置(或者“侧面电极”)中的四个2电极电池的示例性堆叠的示意图；
-图10e是根据本发明的组装之后的“边缘面电极”配置(或者“侧面电极”)中的四个2电极电池的示例性堆叠的示意图；
-图11a是根据本发明的组装之前的“背面电极”配置的四个2电极电池的示例性堆叠；
-图11b是根据本发明的组装之后的“背面电极”配置的四个2电极电池的示例性堆叠；
-图11c是根据本发明的在其中电流输出端子被相对光伏电池的轴偏离中心的组装之前的“背面电极”配置的四个2电极电池的示例性堆叠；
-图12a是“背面电极”配置的以下方式：其中连接带的延伸段从布置在堆叠的中间两电极电池i(1＜i＜n)通过，使得在多结和多电极电池中面E对应面A并且面S对应面B；
-图12b是“背面电极”配置的以下方式：其中连接带的延伸段从布置在堆叠中的中间两电极电池i(1＜i＜n)通过，使得在多结和多电极电池中面E对应面B并且面S对应面A；
-图13a)和13b)是其电流输出端子作为连接带的末端的触点的光伏电池；该触点可以是位于光伏电池的边缘面(或者侧面)(图13a)或者在位于光伏电池的边缘面(或者侧面)上的凹部(housing)中(图13b)；插头(400，400’)与触点(500，500’)配合；
-图14a)和14b)是其电流输出端子作为连接带的末端的触点的光伏电池；该触点可以是位于光伏电池的背面(图14b)；在光伏电池的背面的触点(500，500’，500”，500”’)与插头(400，400’，400”，400”’)配合。
具体实施方式
本发明提供一种制造多结和多电极的光伏器件的方法，该光伏器件使得能够直接接入n个光伏电池的每一个的两个电极。
首先，描述带有两个电解耦的迭型结(四个电极)的光伏电池的结构；然而将理解，可以利用本发明的方法来制造包括n个多结光伏电池(n≥2)的配件的模块。
图3示意性图示带有用于将电流输出到接线盒的四个电极的迭型结光伏电池的横截面图。
图3顺序(从顶部到底部)示出支撑第一光伏电池的第一衬底100，该第一光伏电池包括夹着(flank)第一光伏结150的第一电极110和第二电极120。透明并且电绝缘材料膜300将第一光伏电池与第二电池分离，该第二电池包括夹着第二光伏结250的第一电极210和第二电极220。可以在第二光伏电池之下提供背面反射膜230。最后，图3示出第二衬底200。将电极110、120、210和220连接到接线盒50。
图4示意性图示组装分别制造的两个光伏电池的步骤。然后在对光透明的树脂膜300的任一侧上组装电池160、260。可以经由例如层压(lamination)来实现该组装。
图3示出限于两个光伏电池的组装，但是模块可以包括n个光伏电池，n大于2。在这样的情形下，在模块中区分3种类型的光伏电池：
-前光伏电池(i＝1)，即光线通过的第一个电池；
-中间光伏电池(1＜i＜n)；
-后端光伏电池(i＝n)，即接收光线的最后电池。
每个衬底包括两个面(见图5)：
-在其上沉积光能量吸收体(结)的面A；
-不具有对于太阳辐射的光伏转换特定的沉积的面B。
每个光伏电池包括两个面(见图6)：
-太阳辐射到达通过的入射面E；
-在已经通过衬底和各种薄膜的阵列之后太阳辐射从其离开的或者在已经通过衬底和各种薄膜的阵列之后太阳辐射从其反射的出射面S。
对于独立电池的堆叠，本发明描述了这样的堆叠：
-对于前两电极光伏电池(i＝1)，面E对应面B并且面S对应面A；
-对于每个中间两电极光伏电池(1＜i＜n)，面E对应面B并且面S对应面A；
-对于后端两电极光伏电池(i＝n)，面E对应面A并且面S对应面B。
然而，在中间两电极光伏电池的情况下，完全可能的是它们中一些或者全部以其中面E对应面A并且面S对应面B的配置而放置。
在独立的衬底上制备(prepare)每个光伏电池。
前(i＝1)电池和中间(1＜i＜n)电池的衬底对于太阳辐射是透明的，以允许太阳辐射到达堆叠的每个光伏电池的吸收材料。
这些衬底例如可以完全由玻璃或者诸如聚氨酯或者聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯之类的热塑性塑料制成。选取这些衬底以具有对于光伏系统的应用有用的一部分光谱的最佳可能透光度。
后端光伏电池的衬底不一定是透明的。该衬底可能例如由不锈钢、玻璃、聚合物、陶瓷或者数个这些元素的复合物制成。
衬底的制备：
用于生产光伏电池i的衬底是热稳定、化学稳定并且机械稳定的并且与制造两电极光伏电池i的方法和过程兼容，还与制造最终多电极电池的方法和过程兼容。所有衬底具有相同尺寸。
在衬底上制备光伏电池：
简要地描述前两电极光伏电池、中间两电极光伏电池、和后两电极光伏电池的制造，应理解该描述可应用于在组装所述电池之前根据本发明制造多电极光伏器件的每个电池。可以在与在使用的装备方面或者在地点方面完全无关的生产线上进行形成最终多电极光伏电池的每个两电极光伏电池的制造。每个电池可以通过任何现有方法制造，特别是通过在衬底上沉积薄膜。
在衬底上沉积第一基于透明导电氧化物的电极。透明导电氧化物膜典型具有大约0.05μm到10μm的厚度并且例如是基于掺氟的锡氧化物SnO2:F，掺铝的锌氧化物ZnO:Al，掺硼的锌氧化物ZnO:B或者铟锡氧化物(ITO)。其尽可能地透明并且尽可能多地传送在对应于形成光伏电池i和之后的光伏电池阵列(从i+1到n)的吸收材料的材料的吸收光谱的波长范围内的太阳辐射，从而不减少最终的多电极光伏模块的总转换效率。该透明导电氧化物膜可能例如由阴极溅射、LPVCD(低压化学汽相沉积)或者MOCVD(金属有机化学汽相沉积)来沉积。
在后端两电极光伏电池(i＝n)的情况下，还能够利用例如由铝(Al)、银(Ag)、钼(Mo)、铜(Cu)或者氮化钛(TiN)制成的后端反射器。该后端反射器在衬底和第一透明导电电极之间沉积。后端反射器可能例如使用阴极溅射技术或者活性(reactive)阴极溅射来沉积。该实施例特别适合于其中将光伏电池模块放置在住宅或者工厂的屋顶上的应用，这是因为其允许朝外侧反射光。
然后可以可选择地例如使用离子蚀刻技术或者经由盐酸HCl溶液的浸泡化学地来对该透明导电氧化物膜进行纹理化(texture)，从而提高太阳辐射的光学集中(optical confinement)并且由此提高最终的多电极光伏模块的总转换效率。
接着，在第一透明导电电极的表面上沉积使得能够对太阳辐射进行光伏转换的吸收材料。这可以例如是由氢化非晶硅制成的p-i-n结或者n-i-p结的吸收体、氢化多晶硅制成的p-i-n结或者n-i-p结的吸收体，或者氢化微晶硅制成的(T)p-i-n结或者n-i-p结的吸收体；或者诸如迭型结之类的多结类型的薄膜吸收体，其第一p-i-n结是基于非晶硅并且其第二p-i-n结是基于微晶硅；或者基于与硫化镉CdS制成的缓冲层相关联的碲化镉CdTe的吸收体；或者基于诸如例如与硫化镉CdS或者硫化铟In2S3制成的缓冲层相关联的Cu(InxGa1-x)(Se，S)2合金之类的黄铜矿的吸收体，其中x位于0和1之间；或者基于硅和锗的氢化非晶质合金SixGe1-x的吸收体；或者例如聚(3-己基噻吩(3-hexylthiophene))和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基(P3HT/PCBM)型的吸收体。
优选地，用于制造结的材料具有不同的太阳辐射吸收能力。用于光伏电池i的吸收材料在对应于形成之后的光伏电池(从i+1到n)的吸收材料的材料的吸收光谱的波长范围内是高度透射的，以便不减少最终的多电极光伏模块的总转换效率。例如，在四电极电池(n＝2)(即，从每个带有两个独立电极的两个电池制造的)情形中，对于前电池(i＝1)将可以选取由氢化非晶硅制成的p-i-n或者n-i-p结组成的吸收体，并且对于后端电池(i＝2)将可以选取由氢化微晶硅制成的p-i-n或者n-i-p结组成的吸收体。
最后，在吸收体的表面上沉积第二透明并且导电的电极。例如基于SnO2:F，ZnO:Al，ZnO:B或者ITO的透明导电氧化物膜尽可能地透明并且对在对应于形成光伏电池i和全部之后的光伏电池(从i+1到n)的吸收材料的材料的吸收光谱的波长范围中的太阳辐射进行高度地透射，以便不减少最终的多个电极光伏模块的总转换效率。
如本身已知的，例如通过激光蚀刻、机械蚀刻或者剥离过程(lift offprocess)将各种薄膜分割为电池的步骤以及清洗各个表面的步骤可以在各沉积步骤之间进行，从而形成在同一衬底上串联连接的光伏电池的网络。分割各个薄膜的这些连续步骤由此允许在衬底的表面上形成的各个电池在经由单片集成(monolithic integration)的分割步骤期间被串联地相关联。清洗各个表面的步骤可以在沉积和分割步骤之间进行。
对膜的外围进行电绝缘的附加步骤可以在衬底的表面A上进行。该绝缘可以例如通过利用激光的方法的方式来进行。
最后，在衬底的外围去除在衬底表面A上沉积的所有膜的带，从而限定了没有任何沉积的区。该去除在衬底的外围的所有膜使得能够一方面将吸收材料与外部环境中隔离并且另一方面能够将层压夹层(lamination interlayer)与在其外围的衬底直接接触，从而允许更好地隔离湿度和氧。典型地，从外围去除的带具有10mm和15mm之间的宽度。
可以例如通过激光切除或者通过使用利用例如金刚砂粉末(corundumpowder)的喷沙处理方法或者使用磨轮(abrasive wheel)的机械磨蚀来进行外围处的膜的磨蚀。
光伏电池的连线
光伏电池的电连线的架构表征本发明。参考图7-12。在图7中，通过串联单片集成来将电流收集总线(180，180’，181，181’)横向放置在电池i的任一末端，从而允许收集该光伏电池生成的电子。收集总线在衬底的侧边缘上延伸。为了放置这些侧收集总线，可以使用自动焊接机或者甚至进行手动连接。
然后两个连接带(190，190’，191，191’)连接到每条收集总线。每个连接带充当两条电收集总线和模块外部的接触区之间的链路。连接带位于垂直于电流收集总线的方向并且每个被带到朝向衬底的中心。位于垂直于电流收集总线的方向的连接带的部分的长度在图7中示出的图中的光伏电池中变化。具体地，将注意，在图7中，固定于光伏电池(i)的连接带(191，191’)的部分短于固定于光伏电池(i-1)的连接带(190，190’)的部分。该长度变化允许电流输出端子(185，185’，186和186’)的位置被偏移。该偏移使得可以确保光伏电池的电流输出端子不与另一个的顶部对齐，而对齐可能使得电流输出端子到接线盒的顺序连接困难并且可能引起这些端子之间的短路。可以延伸电池i-1的连接带(190，190’)，使得所述带通过电池i到电池n的所有电池和密封物(encapsulant)并且从光伏电池的背面伸出。连接带延伸段以图7中的标号195和195’给出。图8示出一旦组装成的多电极光伏器件。
图9示出对于四个光伏电池的堆叠，垂直于电流收集总线的方向的连接带的长度从前光伏电池到后端光伏电池变短。对于给定的光伏电池的两个电极，位于垂直于电流收集总线的方向的连接带的长度相同。
必须电绝缘位于衬底的面A的电极的两个连接带。为此，绝缘材料带放置于面A和两个连接带之间。
根据优选实施例，电流输出端子从衬底伸出并且位于与衬底平行的平面内。这已知为“边缘面电极”配置(图10a和10b)。延伸电池i的电流输出端子，使得它们从衬底和密封物的边缘面(或者侧面)伸出。由光伏电池堆叠构成的该器件具有平行六面体的形状，包括上表面、下表面和四个侧面。上表面是接收光的面。“边缘面电极”配置对应于从光伏器件的一个侧面出来的电流输出端子。在组装了光伏器件的各个元件之后，将注意电流输出端子(185，186，187，188，185’，186’，187’和188’)彼此相对偏移。表述“偏移的电流输出端子”被理解为意思是没有两个电流输出端子位于与由光伏器件的上表面形成的平面垂直的给定平面。
在其中仍然对光伏器件的边缘面(或者侧面)作出连接的不同实施例中，可以提供与位于连接带的末端上的触点(500，500’)配合的插头(400，400’)(图13a和13b)。该触点可以位于光伏电池的边缘面(或者侧面)上或者位于光伏电池的边缘面(或者侧面)上的凹部(600，600’)中。
还可以设想诸如在图10c、10d和10e中示出的实施例，其中对于给定光伏电池的两个电极，位于垂直于电流收集总线的方向的连接带长度不同。
根据另一个优选实施例，电流输出端子从衬底伸出并且位于垂直于衬底的平面内。这已知为“背面电极”配置(图11a、11b和11c)。因此该“背面电极”配置对应于从光伏器件的下表面出来的电流输出端子。
在其中电极位于电池的边缘面(或者侧面)上的多结和多电极光伏电池的生产的情形中，对于衬底不一定要预先钻孔。
在其中电极位于电池的背面的多结和多电极光伏电池的生产的情形中，对于衬底必须要预先制备。这是因为，为了允许带有两个独立电极的每个光伏电池的电极到达模块的背面，衬底i＝2到n必须被钻孔，以允许电流输出端子通过(图11a)。电池2包括4个孔(350，351，352，353)。电池3包括6个孔(360，361，362，363)。后端电池包括8个孔(370，371，372，373，374，375，376，377)。对于给定电池，可选择地存在其中每个位于一组孔的末端的2个孔。这是因为，假设连接带被放置在光伏电池的下表面，可能缺少这两个孔。然而，如果连接带放置在光伏电池的上表面，则它们必须存在。前电池(i＝1)的衬底没有被钻孔。这是因为前电池充当最终的多电极光伏电池的盖。此外，电池i的连接带的内部末端与密封物i中存在的孔重合(图11a)。可以延伸电池i的连接带，使得连接带通过所有衬底和密封物并且从多电极光伏电池的背面伸出，如上关于图7所描述的。
当使用延伸段来延伸连接带(195，195’)时，重要的是确保这些延伸段从衬底的面S出去。在该情形下，当在堆叠中放置中间两电极光伏电池i(1＜i＜n)使得面E对应于面A并且面S对应面B时，必须确保光伏电池i的连接带的延伸段通过为了该目的提供的、衬底i中的被钻的孔(图12a)。
当在堆叠中放置中间两电极光伏电池i(1＜i＜n)使得面E对应于面B并且面S对应于面A时，光伏电池i的连接带的延伸段不通过衬底i中的孔(图12b)。
当在堆叠中放置中间两电极光伏电池i(1＜i＜n)使得面E对应于面B并且面S对应于面A时，支撑光伏电池i的衬底i将包括预先在与衬底的一个边缘平行的线上钻的2i个孔。对于这个衬底，2(i-1)个中心孔与在夹层(i-1)中被钻的孔重合。该衬底可以包括在这些孔的任一侧的两个附加孔。
当在堆叠中放置中间两电极光伏电池i(1＜i＜n)使得面E对应于面A并且面S对应于面B时，支撑光伏电池i的衬底i将包括在与衬底的一个边缘平行的线上钻的2(i-1)个孔。对于这个衬底，2(i-1)个中心孔与在夹层i中钻的孔重合。
后端电池(i＝n)的衬底将包括在与衬底的一个边缘平行的线上钻的2n个孔。对于这个衬底，2(n-1)个中心孔对应于在夹层(n-1)钻的孔。该衬底还可能包括在这些孔的任一侧的两个附加孔。
为了不减少最终的多电极光伏模块的总转换效率，优选将每个电池的收集总线和电流输出端子定位在相同位置。
可能不使用连接带延伸段。每个光伏电池和接线盒之间的电连接然后可能通过与放置在光伏电池的背面的触点(500，500’)配合的不同长度的插头(400，400’)来进行(图14a和14b)。
可以手动进行各个收集总线和连接带的放置和焊接。然而，该操作典型地使用自动系统进行。电收集总线和电流输出端子可以是金属带，诸如覆盖镍的银带缆(ribbon)、覆盖银的镍带缆、锡条带(tin beads)、覆盖锡的铜带缆、覆盖铜的锡带缆或者允许传输光伏电池生成的电流并且可以被焊接到光伏电池的电极的其它金属。
层压夹层的选择：
一旦前光伏电池、中间光伏电池以及后光伏电池的每一个已经被独立制造，它们经由(密封物)层压夹层被相互联结。
选择的用于将两电极电池联结成多结和多电极电池的层压夹层应当：
-提供机械保护，
-充当水蒸气和氧的屏障，
-提供电绝缘，
-充当震动吸收体，
-不是电池材料的腐蚀源，
-具有粘性属性。
该选择可能例如由弹性体(elastomers)以及热塑性塑料(thermoplastics)制造，弹性体诸如例如乙烯/乙酸乙烯酯(ethylene/vinyl acetate)(EVA)、聚氨脂树脂(polyurethane resins)(PUR)、聚丙烯酸酯树脂(polyacrylate resins)或者硅酮(silicones)，热塑性塑料诸如例如聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral)(PVB)、聚氨酯热塑性塑料(polyurethane thermoplastics)(PUTs)和某些修改的聚烯烃(certain modified polyolefins)(EPDM，DMP)。其它层压夹层可以利用EVA或者例如
Figure BDA0000141644420000141
或者
Figure BDA0000141644420000142
型的塑料，或者UV-设置(setting)涂层或者以上的组合来替代后者。
层压夹层是尽可能透明的并且高度透射对应于形成光伏电池i和所有之后光伏电池(从i+1到n)的吸收材料的材料的吸收光谱中的波长范围中的太阳辐射，从而不减少光伏模块的效率。
密封物的制备：
所有的密封物与衬底的大小相同。
当生产其电极位于电池的边缘面(或者侧面)的多结和多电极光伏电池时，不一定预先制备密封物(图10a和10b)。
当生产其电极位于电池的背面的多结和多电极光伏电池时，对于密封物必须要预先制备。这是因为，为了每个带有两个独立电极的光伏电池的电极到达模块的背面，密封物i＝1到(n-1)被钻孔(图11a、11b、11c)。
一般地，位于电池i的衬底和电池(i+1)的衬底之间的密封物i将包括在平行于衬底的一个边缘的线上预先钻的2i个孔。对于该衬底，2(i-1)个中心孔与在衬底i上钻的孔重合。
密封(sealing)或者密封树脂(sealing resin)也可能被放置在每个衬底之间，在衬底i的面S的外围或者在衬底(i+1)的面E的外围上，从而提供特别针对潮湿的衬底i和(i+1)之间的附加密封。该密封或者密封树脂可以例如是热熔聚合物，诸如乙烯/乙酸乙烯或者聚异丁烯(polyisobutylene)或者例如基于聚氨酯、多硫化物(polysulfide)或者硅酮的胶泥(mastic)。
鉴于提供针对环境的附加保护，则还可以例如用环氧化物覆盖后衬底的孔中的焊接结点。
从独立两电极光伏电池和层压夹层组装多结和多电极光伏电池：
相互联结各两电极光伏电池。为此，将层压夹层1放置在光伏电池1的面S的表面上。然后将电池2的面E放置在层压夹层1上。一般地，为了联结光伏电池，层压夹层i被沉积在光伏电池i的面S的表面上。最后，光伏电池n的面E被放置在层压夹层(n-1)的表面上。
在联结各两电极光伏电池的该步骤期间，当要生产其电极位于电池的背面的多结和多电极光伏电池时，必须在放置层压夹层i时确保层压夹层i中提供的孔与i个之前的电池的连接带的内部末端重合。同样，当放置电池i时，重要的是确保夹层(i-1)的孔与衬底i的孔重合。
当其电极位于电池的背面的多电极电池使用连接带延伸段时，必须确保i-1个之前电池的连接带的延伸段通过层压夹层i中的重合孔并且使光伏电池i的连接带的两个延伸段通过层压夹层i中的两个自由孔。同样，当放置电池i时，重要的是确保夹层(i-1)的孔与衬底i的孔重合(图11a)。
在其中经由电池的边缘面(或者侧面)对多电极电池制作触点的情形中，重要的是确保位于衬底i的边缘面(或者侧面)上的光伏电池i的两个电极的连接带不恰好被放置在之前(i-1)个光伏电池的电极的连接带之上(图10b)。
在联结多结和多电极光伏电池的各个部分的该步骤期间，必须在每个步骤中确保衬底和层压夹层相互良好对齐。该对齐可以通过操作者手动或者例如使用图像控制并且使用使得能够对齐的机器人来执行。
包括n个两电极光伏电池和(n-1)个夹层的堆叠的阵列然后被放置在允许完成多结和多电极光伏电池的联结的层压系统中。该最终层压可以例如在压热器(autoclave)中处理之后在真空层压机(vacuum laminator)或者在辊筒层压机(roller laminator)中实现。
以该方式获得的光伏电池模块可以经由全部位于模块的同一侧上或者其边缘面上的电流输出端子连接到一个或者多个接线盒。接线盒确保模块到用户接口的电连接，该用户接口一般包括允许DC电压转换为与主电网兼容的AC电压的电子器件。优选地，模块连接到单个接线盒。优选地，对于具有侧面电极的模块，单个接线盒安装在用于支撑光伏电池模块的面板的机架(frame)中，而对于具有背面电极的模块安装在后电池的面S上。

Claims (26)

1.一种光伏器件，包括：
-至少两个光伏电池(160，260)的配件，
-放置在每个光伏电池之间的层压夹层(300)，每个光伏电池包括：
两个电流输出端子(185，185’)，
至少一个光伏结(150，250)，
电流收集总线(180，180’)，以及
连接带(190，190’)，从所述电流收集总线延伸到电流输出端子，
所有用于电流输出的输出端子被放置在所述光伏器件的同一面上。
2.如权利要求1所述的器件，其中，该器件是平行六面体形状，并且所述电流输出端子被放置在所述平行六面体的侧面之一，且所述电流输出端子彼此相对偏移。
3.如权利要求1所述的器件，其中，该器件是平行六面体形状并且所述电流输出端子放置在所述平行六面体的下表面或者上表面上。
4.如权利要求3所述的器件，其中，所述电流输出端子被对齐，优选地靠近所述器件的侧面。
5.如前述权利要求之一所述的器件，其中，所述电流输出端子是导线。
6.如权利要求1至4之一所述的器件，其中，所述电流输出端子是在所述连接带(190，190’)的末端的触点(500，500’)。
7.如权利要求1、3至5之一所述的器件，包括n个光伏电池，n是2或者更大，该器件包括：
-前光伏电池，
-在n严格大于2的情况下，至少一个中间光伏电池(1＜i＜n)，
-后光伏电池n，
每个中间光伏电池i包括用于使来自光伏电池1到(i-1)的延伸段(195，195’)穿过的2(i-1)个孔(351，352)以及用于使来自光伏电池i的电流输出端子穿过的可选的两个孔(350，353)，后光伏电池n包括用于使来自光伏电池1到(n-1)的延伸段穿过的2(n-1)个孔(371-376)以及用于使来自光伏电池n的电流输出端子穿过的可选的两个孔(370，377)。
8.如权利要求3、4和6所述的器件，包括n个光伏电池，n是2或者更大，该器件包括：
-前光伏电池，
-在n严格大于2的情况下，至少一个中间光伏电池(1＜i＜n)，
-后光伏电池n，
每个中间光伏电池i包括允许光伏电池1到(i-1)的触点安装到接线盒的插头的2(i-1)个孔(351，352)以及允许光伏电池i的触点安装到接线盒的插头的可选的两个孔(350，353)，
后光伏电池n包括允许光伏电池1到(n-1)的触点安装到接线盒的插头的2(n-1)个孔(371-376)以及允许光伏电池n的触点安装到接线盒的插头的可选的两个附加孔(370，377)。
9.如前述权利要求之一所述的器件，其中，所述后光伏电池包括反光材料的膜(230)。
10.如权利要求9所述的器件，作为用于屋顶组件、建筑物的屋顶，或者用于建筑物的非透明墙覆盖层。
11.如前述权利要求1至8之一所述的器件，其中，所述后光伏电池不包括反光材料的膜。
12.如权利要求11所述的器件，作为用于建筑物的窗户组件。
13.如权利要求1至12之一所述的器件，其中，从包括以下的组中选取光伏结材料：微晶硅；多晶硅；非晶硅、与硫化镉CdS缓冲层相关联的碲化镉CdTe；与硫化镉CdS或者硫化铟In2S3缓冲层相关联的黄铜矿CuIn1-xGax(Se，S)2，其中x位于0和1之间；硅和锗SixGe1-x的氢化非晶质合金；以及基于聚(3-己基噻吩)和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基的有机材料；以及以上的混合物。
14.如权利要求1至13之一所述的器件，其中，在结的每个面上存在由透明导电氧化物(TCO)构成的两个电极。
15.如权利要求1至14之一所述的器件，其中，电流输出端子在接线盒中被聚集到一起，形成由正电流输出端子构成的第一组和由负电流输出端子构成的第二组。
16.如权利要求1至14之一所述的器件，其中，电流输出端子按由正电极和负电极构成的对进行分组，每一对被放置在接线盒中或者所有的对被放置在单个接线盒中。
17.一种光伏阵列，包括：
-如权利要求1至16之一所述的器件，
-至少一个接线盒。
18.如权利要求17所述的光伏阵列，包括单个接线盒。
19.一种光伏阵列，包括：
-如权利要求16所述的器件，
-n个接线盒。
20.一种用于制造如权利要求1至16之一所述的光伏器件的方法，包括对光伏电池(160，260)和层压夹层(300)进行层压。
21.如权利要求20所述的方法，包括对以下部分进行堆叠的步骤：
-前光伏电池，
-带孔的层压夹层，所述孔面对在其上沉积层压夹层的前光伏电池的电流输出端子，
-至少一个中间光伏电池i，每个中间光伏电池i包括用于使来自光伏电池1到(i-1)的延伸段(195，195’)穿过的2(i-1)个孔(351，352)以及用于使来自光伏电池i的电流输出端子穿过的可选的两个孔(350，353)；
-带孔的层压夹层，该孔面对在其上沉积层压夹层的光伏电池i的电流输出端子，
-后光伏电池n，包括用于使来自光伏电池1到(n-1)的延伸段穿过的2(n-1)个孔(371-376)以及用于使来自光伏电池n的电流输出端子穿过的可选的两个孔(370，377)，
-使延伸段和电流输出端子穿过孔，
-层压该堆叠，可以在已经沉积每个电池或者每个夹层之后通过顺序操作获得层压，或者可以在已经组装了电池和夹层之后在单个步骤中获得层压。
22.如权利要求20所述的方法，包括对以下部分进行堆叠的步骤：
-前光伏电池，
-带孔的层压夹层，所述孔面对在其上沉积层压夹层的前光伏电池的电流输出端子，
-至少一个中间光伏电池i，其包括允许光伏电池1到(i-1)的触点安装到接线盒的插头的2(i-1)个孔(351，352)以及允许光伏电池i的触点安装到接线盒的插头的可选的两个孔(350，353)，
-带孔的层压夹层，所述孔面对在其上沉积层压夹层的光伏电池i的电流输出端子，
-后光伏电池n，其包括允许光伏电池1到(n-1)的触点安装到接线盒的插头的2(n-1)个孔(371-376)以及允许光伏电池n的触点安装到接线盒的插头的可选的的两个附加孔(370，377)，
-层压该堆叠，可以在已经沉积了每个电池或者夹层之后通过顺序操作获得层压，或者可以已经组装了电池和夹层之后在单个步骤中获得层压。
23.如权利要求22所述的方法，其中，连接带(190，190’)在其末端配备有触点(500，500’)。
24.如权利要求20所述的方法，其中，电流输出端子是导线并且在光伏电池的外部被保持在器件的侧表面之一上。
25.如权利要求20所述的方法，其中，光伏电池具有位于光伏电池的侧面上或者位于光伏电池的侧面上的凹部(600)开口中的触点端子(500)。
26.如权利要求20所述的方法，包括对以下部分进行堆叠的步骤：
-包括两个延伸段的前光伏电池，
-不带孔的层压夹层，
-至少一个中间光伏电池i，每个中间光伏电池i包括相对于光伏电池1到(i-1)的2(i-1)个延伸段偏移的2个延伸段；
-不带孔的层压夹层；
-后光伏电池n，其包括相对于光伏电池1到(n-1)的2(n-1)个延伸段偏移的2个延伸段；
所有延伸段伸出光伏器件的相同表面之外；
-层压该堆叠，可以在已经沉积每个电池或者每个夹层之后通过顺序操作获得层压，或者可以在已经组装了电池和夹层之后在单个步骤中获得层压。
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