[发明专利]单结CIGS/CIS太阳能电池模块

说明书

相关申请的引用

本申请要求普通转让的由Robert D.Wieting于2010年4月21日提交的题为“HIGH EFFICIENCY CIGS/CIS SOLAR MODULE”的美国临时申请号61/326,315的优先权，并由此出于所有目的将其以整体通过引用并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及一种薄膜光伏模块(薄膜光伏组件，thin-filmphotovoltaic module)以及制造其的方法。更具体地，本发明提供了一种用于制造高效薄膜光伏模块的结构和方法。本发明提供了大尺寸且具有电路光伏效率(circuit photovoltaic efficiency)为12-15％以上的单结铜铟镓二硒化物(CIGS)电池的高效薄膜光伏面板。

背景技术

从一开始，人类就已经应对挑战来寻找利用能量的方式。能量来自于以诸如石化产品、水力发电、核能、风能、生物质、太阳能的形式，以及更原始的形式，诸如木材和煤。在过去的一个世纪中，现代文明已依赖于作为重要能量来源的石化能量。石化能量包括天然气和石油，包括更轻的形式，如用于家庭取暖并用作用于烹饪的燃料的丁烷和丙烷。石油包括汽油、柴油和喷气燃料，通常用于运输目的。不幸地，石化燃料的供应基于在行星地球上可获得的量是有限的且基本上是固定的。另外，随着更多的人以增长的量使用石油产品，它快速地变为稀缺资源，这将最终随着时间而变得枯竭。

更近地，已经期望环境上清洁且可再生的能量源。清洁能量源的一个实例是水电力(水力发电)。水电力来源于通过水的流动驱动的发电机。清洁且可再生的能量源还包括风能、波能、以及生物质能。清洁能源还有的其他类型包括太阳能。

太阳能技术通常将来自太阳的电磁辐射转化成其他有用形式的能量。这些其他形式的能量包括热能和电力。对于电力应用，经常使用太阳能电池。尽管太阳能在环境上是清洁的并且已在某种程度上是成功的，但是，在将其广泛应用于全世界之前，还有待解决一些问题。例如，一种类型的太阳能电池利用来源于半导体材料锭的晶体材料。这些晶体材料能够用来制造包括将电磁辐射转化成电力的光伏和光电二极管装置的光电装置(optoelectronic device)。然而，晶体材料经常成本高并且难以大规模制造。另外，由这样的晶体材料制造的装置经常具有较低的能量转换效率。其他类型的太阳能电池利用“薄膜”技术来形成待用于将电磁辐射转化成电力的光敏材料的薄膜。膜可靠性经常较差并且在传统的环境应用中不能长时间使用。经常，薄膜难以彼此机械地结合。

发明内容

根据本发明的实施方式，提供了用于形成高效薄膜光伏模块的结构和方法。更具体地，本发明提供了尺寸为165×65cm以上的高效薄膜光伏面板以及电路光伏效率为12-15％以上的CIGS单结电池。

本发明提供了一种高效薄膜光伏模块，该高效薄膜光伏模块形成在具有长度为约2英尺以上以及宽度为约5英尺以上的表面的基板上。该光伏模块包括彼此电连接且横跨宽度一个接一个地平行于长度设置的多个条状光伏电池。每个电池包括覆盖该表面的隔离材料(阻挡材料，barriermaterial)和覆盖该隔离材料的第一电极。每个电池进一步包括形成为覆盖该第一电极的吸收剂(吸收剂材料，absorber)，该吸收剂包含特征在于能带隙为约1eV至1.1eV的铜镓铟二硒化物化合物材料。另外，每个电池包括覆盖吸收剂的缓冲材料和双层氧化锌(ZnO)材料，该双层氧化锌材料包括覆盖该缓冲材料的高电阻率透明层和覆盖该高电阻率透明层的低电阻率透明层。结合高电阻率透明层的缓冲材料形成了用于收集通过光伏吸收剂转化的光电子的光伏窗口材料，而低电阻率透明层形成第二电极。所述光伏模块进一步包括沿长度在基板的每个边缘区域附近在第一电极上分别形成的第一电引线和第二电引线。

在一个可替换的实施方式中，本发明提供了一种用于制造高效薄膜光伏模块的方法。该方法包括提供约2英尺×5英尺以上的基板。在基板上形成隔离材料并且在其上形成导电材料。另外，该方法包括以基本上相等的间隔穿过导电材料划线(划片，scribe)以形成多个条状电池。每个条状电池中的导电材料形成第一电极。