[发明专利]制造具有多结和多电极的光伏电池的方法

说明书

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。