[发明专利]具有复合片材结构的薄层太阳能模块

说明书

技术领域

本发明根据其类型涉及具有复合片材结构的薄层太阳能模块。

背景技术

用于将太阳辐射直接转换为电能的光电层系统是广泛公知的。这些层的材料和设置被协调为，使得一个或多个半导电层的入射光辐射以尽可能高的辐射生产率被直接转换为电流。光电层系统也称为“太阳能电池”。用术语“薄层太阳能电池”表示具有仅几微米的厚度的光电层系统，所述厚度是载体衬底为了提供足够的机械强度而需要的。

就效率来说，基于多晶黄铜矿半导体的薄层太阳能电池已被证明是有利的，其中尤其是铜铟二硒化物（CuInSe₂或CIS）由于其与太阳光的光谱匹配的带距而以特别高的吸收系数而突出。

公知的用于薄层太阳能电池的载体衬底包含无机玻璃、聚合物或金属合金，并且可以依据层厚和材料特性构造为刚性板或柔性薄膜。由于广泛可用的载体衬底和简单的单片式集成，可以成本有利地制造薄层太阳能电池的大面积的装置。

由于利用单个太阳能电池可以一般仅达到小于1伏特的电压电平，因此一般在一个太阳能模块中将多个太阳能电池串联接线，以通过这种方式获得技术上可使用的输出电压。在此薄层太阳能模块提供特殊优点，即薄层太阳能电池在层制造期间就已经能够以集成的形式串联接线。

太阳能模块必须被持续地保护免遭环境影响。通常，为此目的低铁的钙钠玻璃和起粘附剂作用的聚合物薄膜与太阳能电池连接为风化稳定的太阳能模块。起粘附剂作用的聚合物薄膜例如包含聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、聚乙烯（PE）、聚乙烯丙烯酸共聚物或聚酰胺（PA）。具有离子聚合物的起粘附剂作用的聚合物薄膜例如由出版物US5, 476, 553和WO2009/149000公知。

发明内容

本发明的任务在于以有利的方式扩展所述类型的常规薄层太阳能模块，其中尤其是由老化和风化引起的太阳能模块的功率损耗应当在比较低的制造成本的情况下被减小。该任务和其它任务根据本发明的建议通过具有独立权利要求的特征的薄层太阳能模块解决。本发明的有利构型通过从属权利要求的特征说明。

根据本发明，示出一种具有复合片材结构的薄层太阳能模块。薄层太阳能模块具有多个彼此串联连接的薄层太阳能电池用于产生光电能量，这些薄层太阳能电池优选以集成的形式接线。

根据其类型，薄层太阳能模块包括两个通过粘结层（封装材料）牢固地相互连接的衬底。在此，每个太阳能电池具有设置在两个衬底之间的层结构，该层结构具有第一电极层、第二电极层和至少一个设置在两个电极层之间的半导体层。可以理解，这种层枚举绝对不是完整的，而是更确切地说该层结构还可以包含其它层。此外，每个层可以包括一个或多个单层。通过太阳能电池的层结构，分别形成异质结或pn结，也就是具有不同导通类型的层的序列。如常见的那样，用掺杂物、一般是金属离子对半导体层掺杂。优选的，半导体层由黄铜矿化合物组成，该黄铜矿化合物尤其是由铜-铟/锗-双硫化物/双硒化物基（Cu(In,Ga)(S,Se)₂)（例如铜-铟双硒化物（CuInSe₂或CIS））或同类化合物组成的I-III-VI半导体。掺杂优选用钠、钾和/或锂进行，其中掺杂物在半导体层中以离子形式存在。钠、钾或锂掺杂导致铜-铟/锗-双硫化物/双硒化物（Cu(In,Ga)(S,Se)₂)通过自缺陷形成的本征掺杂。

在此情况下重要的是，将两个衬底相互连接的粘结层具有按照以下量的用于掺杂半导体层的掺杂物（一般是金属离子），使得掺杂物从半导体层向粘结层的扩散遭到禁止。

正如申请人试图令人惊讶地显示出的，当掺杂物在粘结层中至少以特定的最小浓度被包含时，所加载的掺杂物从半导体层向粘结层的扩散至少被减小。由此以有利的方式可以改善太阳能模块的长时间稳定性，并且由于通过老化出现的半导体层中的掺杂物浓度减小而反作用于功率损耗。

所加载的掺杂物从半导体层的扩散出始终伴随着所加载的相同电荷类型的粒子的扩散入，从而在该扩散过程中只进行相同电荷的离子之间的交换。因此如果粘结层包含用于对半导体层掺杂的、对期望的功能来说足够量的掺杂物，则半导体层的掺杂物浓度不变或者至少不按照出现明显的因老化引起的功率损耗的方式改变。