[发明专利]光伏互连系统、装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2013年1月28日提交的美国临时专利申请序列号61/757636的优先权，其通过引用并入本文。本申请还通过引用并入下列美国专利、美国出版物和外国申请的全部内容：5681402、5759291、4574160、4617420、4888061、4652693、5391235、6803513、5457057、5181968、7276724、5547516、5735966、6239352、6310281、6372538、6414235、6459032、6690041、7194197、7507903、7635810、7732243、7851700、7868249、7898053、7898054、7989692、7989063、8062922、20100147356、20120000510、20120000502、20120006378、20030121228A1、20030127128A1、20040069340、20050176270、20060032752、20060174930、20060180195、20080011350、20080227236、20080257399、20080314433、20090107538、20090111206、20090145551、20090169722、20090163374、20090223552、20090293941、20100108118、20100193367、20100218824、20100224230、20100229942、20100269902、20110056537、20110067754、20110070678、2012000052、20130269748、12/482699、WO2005077062和WO2009006230。

引言

光伏领域主要涉及将太阳光直接转换为直流电的多层材料。这种转换的基本机理是安东尼·亨利·贝克勒尔(Antoine-CesarBecquerel)在1839年首先观察到的光伏效应，并由爱因斯坦在1905年在其被授予诺贝尔物理学奖的开创性科学论文中首先正确描述。在美国，光伏(PV)器件一般称为太阳能电池或光伏电池。太阳能电池通常构造成p型和n型半导体的配合夹层结构，其中，n型半导体材料(在夹层结构的一“面”上)表现出过量电子，以及p型半导体材料(在夹层结构的另一“面”上)表现出过量空穴，每个空穴表示缺乏电子。靠近两种材料之间的p-n结，来自n型层的价电子移到p型层中的相邻空穴中，在太阳能电池中形成小电失衡。这在形成电子p-n结的冶金结附近产生电场。

当入射光子将电池中的电子激发到导电带中时，所激发电子从半导体的原子变成游离的，从而形成自由电子/空穴对。因为如上所述，p-n结在所述结附近形成电场，以这种方式靠近所述结形成的电子/空穴对倾向于脱离并离开所述结，其中，电子移向所述结的n型面上的电极，空穴移向p型面上的电极。这在电池中形成总体电荷不平衡，使得如果在电池的两面之间设置外部导电路径，电子将沿着该外部路径从n型面移回到p型面，从而形成电流。在实践中，电子可以通过覆盖n型面的表面的一部分的导电网格从该表面或接近该表面收集，同时仍然允许入射光子充分进入电池。

当包含适当定位的电触点并且电池(或一系列电池)并入闭合的电路时，此类光伏结构形成工作的光伏器件。作为独立的器件，单一的常规太阳能电池不足以给大多数应用供电。结果，太阳能电池通常通过前面的一个电池连接到后面的另一个电池布置成光伏模块或“串”，从而将各个电池的电压电串联在一起。通常，相当数量的电池串联连接以实现有用的电压。随后，所得直流电流可以通过逆变器馈送，其中，直流电流在该逆变器变换为适当频率的交流电流，该频率经选择以匹配由常规电网供应的交流电流的频率。在美国，这个频率是60赫兹(Hz)，，以及大多数其他国家提供50Hz或60Hz的交流电流。

已经开发出来商用的一种特殊类型的太阳能电池是一种“薄膜”光伏电池。与其他类型的光伏电池诸如晶体硅光伏电池相比，薄膜光伏电池需要更少的吸光半导体材料以形成工作电池，并因此可以降低处理成本。通过采用先前开发的用于电极层的沉积技术，薄膜类光伏电池也提供降低的成本，其中，在所述沉积技术中，类似材料广泛用在薄膜行业的保护、装饰和功能涂层。低成本商用薄膜产品的常见示例包括在聚合物类食品包装上的防水涂层、建筑玻璃上的装饰涂层、住宅和商用玻璃上的低辐射热控涂层以及眼镜上的防刮伤防反光涂层。采用或更改已在这些其他领域中开发的技术允许降低光伏电池薄膜沉积技术的开发成本。