光伏器件及其制造方法
【專利摘要】本發明提出了一種太陽能模塊（及其制造方法），其中，支撐基底包括連接到匯流條的指狀軌跡線的網絡。光活性層部分和上電極層部分被沉積在所述基底上，從而形成電池網絡。這些電池通過將一個電池的匯流條連接到相鄰電池的上電極層部分串聯連接，并且兩個相鄰的電池的匯流條通過用于保護所述電池陣列的旁路元件來進行耦合。
【專利說明】光伏器件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光伏器件。
[0002]本發明進一步涉及一種制造光伏器件的方法。
【背景技術】
[0003]多數有機光伏(OPV)器件被制造成電串聯組件(series)結構。以這種方式，在弱導電的透明電極和其他電流導體中的歐姆損耗被減少。然而，按這種串聯排列的電池中的一個或多個的局部遮光(由于樹木和煙?的遮光，粘附在光伏器件的表面上的鳥糞便和樹葉，等等)導致嚴重的功率損耗。被遮蔽的電池不能很好地傳導電流。另外，被遮蔽的一個或多個電池可能會由于未被遮蔽的電池生成的電壓而變為反向偏置。電池的反向偏置可弓I起電池性能的退化，甚至使電池完全失效。克服這種問題的一種方法是使用旁路元件，例如旁路二極管或更加復雜的旁路電路系統。US2007089779A公開了一種包括光伏電池和二極管的系統。所述光伏電池包括第一空穴載流子層、第一空穴阻擋層以及光活性層，所述光活性層在所述第一空穴載流子層和所述第一空穴阻擋層之間。所述二極管包括第二空穴載流子層和第二空穴阻擋層。其中，所述第一空穴載流子層與所述第二空穴阻擋層電連接，并且所述第二空穴載流子層與所述第一空穴阻擋層電連接。該已知系統的缺點在于其被限制為將旁路二極管作為旁路元件。

【發明內容】

[0004]根據本發明的第一方面，提供了一種光伏器件，所述光伏器件包括疊層，所述疊層包括:第一電極層、第二電極層，以及光活性層，所述光活性層被布置在所述第一電極層和所述第二電極層之間。所述第一電極層包括電支撐層。所述電支撐層包括導電電極線的第一結構。所述電支撐層包括導電集流線的第二結構，所述導電集流線比電極線寬。更加具體的是，所述電極線的寬度通常在15到150微米的范圍內，集流線的寬度通常至少為150微米，例如為500微米。所述電極線與所述集流線被布置在所述電支撐層的平面內。所述光伏器件具有多個光伏模塊，每個所述光伏模塊包括所述疊層的相應橫向部分。每個橫向部分包括所述第一電極的第一電極層部分、第二電極層的第二電極層部分以及光活性層的光活性層部分。每個第一電極層部分包括所述電支撐層的相應電支撐層部分。所述光伏模塊被布置為串聯連接，其中，彼此鄰接的光伏模塊通過電連接進行耦合，所述電連接為從所述彼此鄰接的光伏模塊中的第一光伏模塊的第一電極層部分的集流線(44A)到所述彼此鄰接的光伏模塊中的第二光伏模塊的第二電極層部分的電連接。至少一個條件電旁路元件被緊靠所述電支撐層進行安裝。所述條件電旁路元件具有第一和第二端子，所述第一和第二端子分別與彼此不同的、相鄰的電支撐層部分的相應集流線相連接，所述條件電旁路元件具有在所述第一端子和所述第二端子之間的條件導電溝道。所述至少一個條件電旁路元件形成用于所述光伏模塊中的至少一個模塊或一組模塊的分流器。優選地，每個光伏模塊具有各自的條件電旁路元件。[0005]在根據本發明的第一方面的光伏器件中，所述電支撐層同時用作電極和用于從電極收集電流的集流器。所述電支撐層的集流線又用作連接設施，用于將所述條件電旁路元件進行電連接和機械連接。因此，根據本發明的第一方面的光伏器件可被經濟地劃分為較小的顆粒度。例如，每個光伏模塊可具有幾平方厘米的尺寸。這樣有利于避免在僅光伏器件的小部分不正常工作時必須繞過大片區域的光伏器件。
[0006]電極線在所述電支撐層的平面內的布置可形成為柵格或網格，或者可以包括多條互相平行的線。所述布置一方面使得從環境到所述光活性層的光可不受阻礙地在電極線之間通過，因而提供了良好的透明度。因此，所述電極線自身不需要是透明的，因而可首選具有相對較高的電導率的材料，例如，諸如鋁或銅之類的金屬。如果需要，可在該電支撐層與光活性層之間施加一附加透明電極層。當所述電支撐層已經提供了良好的橫向導電性時，對于該附加透明電極層的電導率的要求是較低的，從而可首選具有良好透明度的材料。無機層，例如氧化銦錫(ΙΤ0)層可被用于該目的，或者，可使用諸如PEDOT層之類的有機層。優選地，針對光伏器件所設計的波長范圍(通常為可見輻射的波長范圍)，所述附加透明電極層具有至少50%的透明度。更優選地，透明度為至少90%。所述旁路元件可在單獨的工藝中進行制造，并且如果需要，可根據另一技術進行制造。例如，這些旁路元件可用一種緊湊的、娃基工藝來制造。
[0007]在根據第一方面的光伏器件的實施例中，所述條件電旁路元件是二極管。然而，更優選地，條件電旁路元件包括開關元件。開關元件在其導通狀態下通常具有可忽略的電阻。所述開關元件，例如晶體管可由外部信號進行控制，但是優選的是，條件電旁路元件進一步包括控制器，所述控制器用于對所述開關元件進行控制，并從旁路元件的第一端子和第二端子被供電。如此一來，可消除針對所述開關元件的外部控制線。例如從US20090184746A1，US20080198523A1和DEB4可獲知用于此目的的適當的電路系統。
[0008]根據本發明的第二方面，提供了一種制造光伏器件的方法。在根據本發明的第二方面的方法中，提供至少包括導電材料的電支撐層的第一電極層，所述電支撐層包括電極線的第一結構和集流線的第二結構，所述導電集流線比電極線寬。所述電極線和所述集流線被布置在所述電支撐層的平面內。所述第一電極層被劃分為多個彼此絕緣的橫向部分。
[0009]將至少一個條件電旁路元件安裝在所述電支撐層處。所述條件電旁路元件具有第一電端子和第二電端子，所述第一電端子和所述第二電端子中的每個端子在與所述電支撐層的彼此相鄰的第一和第二部分的相應集流線電接觸。所述條件電旁路元件具有在所述第一端子和第二端子之間的條件導電溝道。
[0010]可選地，將導電透明材料的附加透明電極層部分施加在所述電支撐層結構的相應橫向部分。可在安裝所述至少一個條件電旁路元件的步驟之前或之后，進行施加附加電極層部分的可選步驟。
[0011]根據本發明的第二方面的所述方法進一步包括在所述第一電極層部分上施加相應的光伏層部分，并隨后在所述光伏層部分上施加相應的第二電極層部分。因此，所述每個光伏模塊被形成為包括所述第一電極層的橫向部分，所述光伏層和所述第二電極層，所述第一電極層的橫向部分包括所述電支撐層的部分。在每個第二電極層部分與相鄰的第一電極層部分之間形成電連接，以提供用于所述光伏模塊的電串聯連接。有利的是，這些電連接通過施加第二電極層部分形成，使得所述電連接可延伸到其相鄰的第一電極層部分的集流線的空閑部分上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]參照附圖更加詳細地對這些和其他方面進行描述。其中:
[0013]圖1示出了包括多個串聯排列的光伏模塊的光伏器件的第一實施例；
[0014]圖2示出了包括多個串聯排列的光伏模塊的光伏器件的第二實施例；
[0015]圖3示出了根據圖1中的II1-1II的部分橫截面；
[0016]圖3A示出了根據圖3中的IIIA的細節；
[0017]圖4示出了根據圖3中的IV-1V的橫截面；
[0018]圖5示意性地示出了在根據圖4的V-V的橫截面中的條件電旁路元件；
[0019]圖6A-6C示出了在根據本發明的第一方面的光伏器件中的電支撐層的示例；
[0020]圖7示出了針對根據本發明的第一方面的光伏器件的電子替代方案；
[0021]圖7A示出了條件電旁路元件的第一示例；
[0022]圖7B示出了條件電旁路元件的第二示例；
[0023]圖7C示出了條件電旁路元件的第三示例；
[0024]圖7D示出了條件電旁路元件的第四示例；
[0025]圖7E示出了其中條件電旁路元件橋接兩個以上光伏模塊的實施例；
[0026]圖7F示出了針對該實施例的電子替代方案；
[0027]圖8示出了根據本發明的包括圖7D中的條件電旁路元件的光伏器件的操作；
[0028]圖9示出了條件電旁路元件的第五示例；
[0029]圖1OA到IOM更加詳細地的示出了所述方法的第一實施例；
[0030]圖11A-11H更加詳細地的示出了所述方法的第二實施例；
[0031]圖1lI示出了針對執行這種第二方法的步驟的替換例；
[0032]圖12A-12E更加詳細地示出了所述方法的第三實施例的步驟；
[0033]圖13示出了通過這種方法獲得的光伏器件的示例。
【具體實施方式】
[0034]在下面的詳細說明中，許多具體的細節被闡述以提供對本發明的透徹理解。然而，本領域的技術人員將理解的是，本發明可脫離這些具體的細節來實施。在其他實例中，并未對公知的方法、程序和組件進行詳細地描述，以避免使本發明的各方面變得晦澀。
[0035]在下文中，參照附圖對本發明進行更加全面地描述，在附圖中示出了本發明的實施例。然而，本發明可被以多種不同的方式進行實施，并且不應被解釋為局限于在本文中所闡述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使得本申請透徹和完整，并且將本發明的范圍完全傳達到本領域的技術人員。在附圖中，為了清楚起見，可夸大層和區的尺寸和相對尺寸。在本文中，本發明的實施例參照橫截面圖進行描述，這些橫截面圖為本發明的理想實施例(以及中間結構)的示意圖。同樣地，由于例如制造工藝和/或公差造成的圖的形狀的偏差是可以預料的。因此，本發明的實施例不應被解釋為局限于在本文中所示的區域的特定的形狀，而應包括，例如，由制造引起的形狀上的差異。因此，在圖中所示的區域本質上是示意性的，并且，它們的形狀不旨在說明器件的區域的實際形狀且不旨在限制本發明的范圍。
[0036]應理解的是，當一元件或層被稱為“在另一元件或層上”、“連接到”或“耦合到”另一元件或層時,該元件或層可直接在另一元件或層上,該元件或層可連接到或稱合到另一元件或層，或可能存在中間元件或層。相反地，當一元件被稱為“直接在另一元件或層上”、“直接連接到”或“直接耦合到”另一元件或層時，不存在中間元件或層。相同的數字始終表示相同的元件。正如在本文中所用的，術語“和/或”包括所列出的相關項目中的一個或多個的任意和全部組合。
[0037]應當理解的是，盡管術語第一、第二、第三等可在本文中用于描述不同的元件、部件、區域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區域、層和/或部分不應受到這些術語的限制。這些術語僅用于將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個區域、層或截面進行區分。因此，在不脫離本發明的教導的前提下，以下所討論的第一元件、部件、區域、層或截面可被稱為第二元件、部件、區域、層或截面。
[0038]空間相對的術語，例如，“在…之下(beneath)”、“在…下方(below)”、“下部的(loWer)”、“在…上方(above)”、“上部的(upper)”以及類似的術語，可在本文中被用于簡化對如圖中所示的一個元件或特征相對于另一個(多個)元件或(多個)特征的關系的描述。應當理解的是，除在圖中所示的方位之外，空間相對的術語旨在包含器件在使用或運行中的不同的方位。例如，如果圖中的器件被翻轉，那么描述為“在其他元件或特征下方”或“在其他元件或特征之下”的元件將被定向為“在其他元件或特征上方”。因此，示例性術語“在…下方”可包含上和下兩種方位。另外，所述器件可被定向(旋轉90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空間相對的描述語被相應地進行解釋。
[0039]除非另有定義，否則所有在本文中所用的術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域內的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。進一步應當理解的是，術語，例如在通常使用的詞典中定義的那些術語，應被解釋為具有與相關技術語境中的含義一致的含義，并且除非在本文中明確規定，否則不應被理想化或過度正式地解釋。如果發生沖突，將以本說明書中包括的定義為`準。另外，材料、方法和實施例僅是說明性的，而非限制性的。
[0040]不同附圖中的相同的附圖標記表示相同的元件。
[0041]圖1示意性地示出了具有多個光伏模塊A-F的光伏器件。所述模塊以圖1所示的字母順序被串聯排列。在這種情況下，光伏模塊為矩形并被排成一行。這些模塊的后續模塊以其長邊彼此相鄰的方式進行排列。圖2示出了具有多個光伏模塊A-1的光伏器件的另一實施例，其中，所述模塊排列成一二維圖案。所述模塊以圖2所示的字母順序被電串聯排列。
[0042]圖3示出了根據圖1中的II1-1II的橫截面。如圖3所示，光伏器件包括疊層，所述疊層包括第一電極層40,第二電極層60,布置在第一電極層40與第二電極層60之間的光活性層50。這些層之間可存在其他的功能層。例如，空穴載流子層可被布置在第一電極層40與光活性層50之間，并且空穴阻擋層可被布置在第二電極層60與光活性層50之間。光活性層50可包括子層，例如，兩個或更多個對彼此不同的波長范圍敏感的子層。如圖3A所示，第一電極層40包括作為第一子層的電支撐層41，并且還包括作為第二子層的透明電極層43，透明電極層43被布置為緊靠電支撐層41。圖4示出了如圖3所示的穿過電支撐層41的橫截面IV-1V。如圖4所示，電支撐層包括在此排列為六邊形網格的電極線42A、42B的第一結構，以及導電的集流線44A、44B的第二結構。該集流線相對于所述電極線是較寬的。電極線42A、42B和集流線44A、44B被排列在電支撐層41的平面內。電支撐層41可位于基底上，或嵌入到基底上的電絕緣透明層20中，或嵌入到基底本身中。透明電極層43被布置在電支撐層41的面向光活性層50的一側。如圖3所不,光伏模塊A、B中的每個分別包括上述的疊層40、50、60的相應橫向部分。更具體的說，疊層的橫向部分包括第一電極層40的第一電極層部分40A、40B，第二電極層60的第二電極層部分60A、60B，以及光活性層50的光活性層部分50A、50B。圖3A不出了在這種情況下,第一電極層部分40A、40B中的每個包括第一子層部分和第二子層部分43B，所述第一子層部分由相應的電支撐層部分41A、41B形成。如圖3所示，光伏模塊A、B被以串聯連接的方式布置，其中，彼此鄰接的光伏模塊A、B通過電連接耦合，所述電連接為從彼此鄰接的光伏模塊中的第一光伏模塊A的第一電支撐層部分41A的集流線44A到彼此鄰接的光伏模塊中的第二光伏模塊B的第二電極層部分60B的電連接。用語“透明”旨在表示，針對為光伏器件所設計的波長范圍(通常為可見輻射的波長范圍)，層20透射至少50%的輻射。甚至更優選地，至少90%的輻射被透射。
[0043]這里，電極線42A、42B根據六邊形圖案進行排列，但是如圖6A-C所示，可采用各種替換圖案。至少一個條件電旁路元件30被緊靠電支撐層41進行安裝。條件電旁路元件30具有第一和第二端子31、32，所述第一和第二端子31、32分別與各自相鄰的電支撐層部分41A、41B的集流線44A、44B連接。圖5示出了根據圖4中的V-V的橫截面。圖5中更加詳細示出的條件電旁路元件30具有在所述第一端子31和所述第二端子32之間的條件導電溝道33。通常，條件電旁路元件30由硅基芯片構成。對于本領域的技術人員，各種提供用于在元件30與電支撐層41之間的機械和電連接的方法都是可用的。例如，直接的引線接合可被提供。可替代地，金或錫焊點(bump)可被用于提供與電支撐層41的連接。可使用插入器來代替直接將條件電旁路元件30安裝在電支撐層41上。條件電旁路元件30可被安裝在例如具有焊點(bump)的插入器上，并且插入器隨后可通過焊接、粘合或壓接被連接到電支撐層41。
[0044]圖6A示出了電支撐層41A+B的替代布置。其中，電極線42A+B被布置成圓形圖案。圖6B不出了一種布置，其中電極線42A、42B被布置成矩形網格。圖6C不出了一種布置,其中電極線42A、42B被布置成平行線集。如圖6C所示，集流線44A、44B可封閉電支撐層41的每個橫向部分41A、41B，利用其分別獲得在電極線42A、42B的第一結構與集流線44A、44B的第二結構之間的最佳電接觸。然而，可替代地，集流線可沿圓周的部分進行布置。在另一替代性的實施例中，電支撐層部分的集流線可布置在電極線的結構中。集流線44A、44B可具有遠大于電極線42寬度的寬度。
[0045]適用于在光伏器件中的各種層的材料同樣是公知的，并且例如，被在所引用的EP專利公布文本中公開。
[0046]圖7示意性地示出了對于具有四個模塊A-D的光伏器件的布置，其中模塊B不起作用。模塊A-D中的每個具有條件電旁路元件30A-30D。在這種情況下，相應的條件電旁路元件30B變得導電，以便于電流路徑Ip通過旁路元件30B進行轉移。在根據第一方面的光伏器件的圖7A中所示的實施例中，條件導電溝道35為沿正常情況下處于截止狀態的方向布置的二極管，即，當其相應的光伏模塊正確運行時，所述二極管處于截止狀態。圖7B示出了第二實施例，其中條件導電溝道35為開關元件35。該開關元件可被耦合到外部控制器。圖7C示出了又一實施例，其中所述條件電旁路元件30進一步包括控制器36，所述控制器36對開關元件35進行控制，并且從旁路元件30的第一和第二端子31、32進行供電。在圖7D中更加詳細地顯示該控制器36。控制器36具有控制模塊361和電源模塊362。控制模塊361基于在端子31、32上所感應的電壓來對開關元件35進行控制。電源模塊362具有耦合到旁路元件30的端子31、32的輸入，并向控制模塊361提供穩壓電源V。為了提供該穩壓電源，電源模塊362可使用同樣是已知的技術，舉例來說，諸如二極管之類的整流器元件，諸如電池或電容器之類的儲能元件。該模塊中還可并入更復雜的電壓調節裝置，例如諸如開關模式電源之類的電壓轉換裝置。
[0047]不一定每個光伏模塊都通過條件電旁路元件進行橋接。可替代地，一組串聯排列的光伏模塊可通過一個條件電旁路元件進行橋接。在如圖7E所示的實施例中，第一光伏模塊對A、B具有條件電旁路元件30AB，并且第二光伏模塊對C、D具有條件電旁路元件30CD。光伏模塊A-D各自具有相應的帶有電極線42A，…，42D和集流線44A，…，44D的電支撐層的橫向部分41A，…，41D。串聯排列的模塊對A、B被耦合到主集流線44AB，串聯排列的模塊對C、D被耦合到主集流線44CD。圖7F示出了針對該排列的電替換方案。作出舉例示出了一種光伏模塊B不正常工作的情形。在這種情況下，條件電旁路元件30AB變得導電。
[0048]圖8示出了包括如圖7D所示的旁路元件30的光伏器件的實施例的操作。在時段t0到tl期間，沒有輸入輻射被施加到光伏器件上。因此，輸入電壓Vin，即端子32相對于端子31的電壓為O伏。在后續的時段tl到t2期間，光伏器件接收太陽輻射，并且對應于旁路元件30的光伏模塊(表示為被監控光伏模塊)正常工作。因此，產生超過第一閾值電壓Vl的正電壓。控制模塊361通過截止開關元件35來響應這種情況。在后續的時段t2到t3期間，被監控光伏模塊被遮蔽，例如，被樹的影子遮蔽，而在光伏器件中的其他光伏模塊正常工作。這就具有這種效應:控制模塊361感應低于第二閾值電壓V2的電壓。控制模塊361通過將開關元件35設置為導通狀態來響應這種情況。于是，可保持小的靜電壓以便能夠檢測到被監控光伏模塊的當前狀態。在后續的時段t3到t4中，被監控光伏模塊的遮蔽被取消，導致所述模塊正常工`作。于是，由控制模塊361觀測到的電壓Vin再次超過第一閾值電壓VI，這導致控制模塊361截止開關元件35。在后續的時段t4到t5中，被監控光伏元件被遮蔽，導致控制模塊361將開關元件35設置為導通狀態。在從t5到t6的時段中，再次沒有輸入輻射被施加到光伏器件上。因此，輸入電壓Vin，即端子32相對于端子31的電壓為O伏。在這種情況下，控制模塊361通常將開關元件35保持在截止狀態。
[0049]作為故障保存設施，開關元件35可通過二極管351進行橋接。
[0050]如圖9所示，旁路元件30可包括附加旁路溝道352，所述附加旁路溝道352由第二控制模塊363進行控制。第二控制模塊363可被耦合到第一控制模塊361，并接收用于指示檢測到的條件的輸入信號Sc。輸入信號Sc可指示以下條件之一:
[0051]指示第一條件的第一信號值，所述第一條件為光伏器件中沒有光伏模塊是運行的(當沒有太陽輻射被接收時)。
[0052]指示第二條件的第二信號值，所述第二條件為所述被監控光伏模塊正常工作。
[0053]指示第三條件的第三信號值，所述第三條件為其他的光伏模塊正常工作而所述被監控光伏模塊沒有正常工作。
[0054]第二控制模塊363可具有統計分析各種條件的發生并且根據這種分析使將附加旁路溝道352從通常為截止的狀態設置為永久導電狀態的裝置。例如，如果檢測到直到超過閾值時間間隔還沒有檢測到第二條件，則附加旁路溝道352可被設置為永久導電狀態。在維護期間，可出現的是被監控光伏模塊僅為暫時出現故障，例如由于監控光伏模塊上存在灰塵引起的故障。在這種情況下，為了使被監控光伏模塊能夠恢復正常操作，可提供一種能夠產生在正常情況下不發生照明的序列(例如光脈沖序列)的工具。控制模塊36可具有檢測這種光序列的復位設施。所述復位設施可以例如為第二控制模塊363的一部分，來檢測在第一條件和第二條件之間的快速交替。
[0055]如圖7D中所示的實施例中，可存在故障保存設施。
[0056]根據本發明的第二方面，可通過以下步驟制造根據本發明的第一方面的光伏器件。
[0057]在步驟SI處，提供第一電極層，所述第一電極層包括導電材料的電支撐層，并包括排列在所述電支撐層的平面內的導電電極線的第一結構。所述電支撐層包括集流線的第二結構，所述集流線也排列在所述電支撐層的平面內并具有一大于所述電極線寬度的寬度。所述電支撐層包括多個彼此隔離的橫向部分。
[0058]在步驟S2處，在所述電支撐層處安裝至少一個條件電旁路元件。所述條件電旁路元件具有第一電端子，所述第一電端子與所述電支撐層的彼此相鄰的第一和第二部分中的第一部分的集流線電接觸。所述條件電旁路元件具有第二電端子，所述第二電端子與所述電支撐層的彼此相鄰的第一和第二部分中的第二部分的集流線電接觸。所述條件電旁路元件具有在所述第一端子與所述第二端子之間的條件導電溝道。
[0059]在步驟S3處，在所述電支撐層結構的多個橫向部分上施加導電透明材料的相應的第一電極層部分。
[0060]在步驟S4處，在第二電極層部分上施加相應的光伏層部分。
[0061]在步驟S5處，在光伏層部分上施加相應的第二電極層部分。于是，在每個第二電極層部分與相鄰的第一電極層部分的集流線之間形成電連接。值得注意的是，層可被形成為堆疊的子層。
[0062]上述步驟不一定要以這里提出的順序來執行。作為替代的可能性是:首先，根據步驟S1、S3、S4和S5制造光伏電池，并且隨后執行步驟S2，其中條件電旁路元件被安裝在所述電支撐層處。在另一實施例中，至少一個條件旁路元件被集成于在光伏電池下方的箔片中，步驟S2可以是首個步驟并且接著是步驟S1、S3、S4和S5。
[0063]現在對根據本發明的第二方面的方法的實施例進行更加詳細地描述。
[0064]圖10示出了根據第二方面的方法的第一實施例。在該實施例中，第一步驟SI包括圖1OA-1OE中所示的四個子步驟S101、S102、S103、S104。
[0065]更加具體地，提供第一電極40的第一步驟SI包括圖1OA所示的第一子步驟SlOl，
其中，提供第一金屬基底10。
[0066]如圖1OB所示，在步驟SI的第二子步驟S102中，對金屬基底的第一主表面11進行圖案化。于是，在所述第一主表面11中產生突起12和凹陷部分13。
[0067]如圖1OC所示，在第三子步驟S103中，在金屬基底10的第一主表面11處沉積電絕緣的透明支撐層20。
[0068]如圖1OD和IOE所示，在第四子步驟104中，將在金屬基底的與其第一主表面11相對的第二主表面15處的材料從金屬基底上去除。圖1OE示出了根據圖1OD中的XIE的俯視圖。圖1OD為根據圖1OE中的D-D的橫截面。于是，由于從金屬基底10去除材料，導致在凹陷部分13消失的地方，電絕緣的透明支撐層20被暴露出來。因此，形成包括導電電極線42A、42B的結構的電支撐層41，所述導電電極線42A、42B被布置在所述電支撐層的平面內，并被嵌入在電絕緣的透明支撐層20中。電支撐層41形成電極40。在W02011/1016724中給出這種用于提供第一電極40的方法的更多細節。
[0069]在第二子步驟S102中產生突起12和凹陷部分13的圖案，使得電支撐層41包括多個彼此電絕緣的橫向部分41A、41B。即，在每兩個區域之間產生一橫向部分，突起12和凹陷部分13的圖案被無突起部分的邊界區域中斷。每個電支撐層部分41A、41B包括帶有電極線42A、42B的第一結構和帶有集流線44A、44B的第二結構。每個電支撐層部分41A、41B的第一結構和第二結構相互之間電連接。
[0070]圖1OF以橫截面的形式示出第二步驟S2，圖1OG以根據圖1OF中的XIG的俯視圖的形式示出第二步驟S2。圖1OF示出了根據圖1OG中的F-F的橫截面。在步驟S2中，至少一個條件電旁路元件30被安裝在所述電支撐層41處。正如在圖1OF中所看到的，條件電旁路元件30的第一電端子31與電支撐層41的彼此相鄰的部分41A、41B中的第一部分41A的集流線44A電接觸。條件電旁路元件30的第二電端子32與電支撐層41的彼此相鄰的部分41A、41B中的第二部分41B的集流線44A電接觸。
[0071]步驟S3、S4和S5分別在圖10HU0J和IOL以橫截面的形式示出，并分別在圖101、IOK和IOM中以俯視圖的形式示出。圖10HU0J和IOL分別為根據圖101中的H-H的橫截面，根據圖1OK中的J-J的橫截面和根據圖1OM中的L-L的橫截面。俯視圖的方向對應于針對圖1OE和IOG的俯視圖定義的方向。
[0072]圖1OH和101示出了第三步驟S3的結果，其中，相應的(諸如氧化銦錫(ITO)或PEDOT之類的導電透明材料的)導電透明層部分43A、43B被施加到所述電支撐層結構41的多個橫向部分41A、41B上。支撐層結構41的橫向部分41A和導電透明層部分43A—起形成電極層40的橫向部分40A。支撐層結構41的橫向部分41B和導電透明層部分43B —起形成電極層40的橫向部分40B。
[0073]圖1OJ和IOK示出了第四步驟S4的結果，其中，相應的光伏層部分50A、50B被施加到導電透明層部分43A、43B上。可替代地，光伏層部分50A、50B可被直接施加到電支撐層結構41的橫向部分41A、41B上。
[0074]圖1OL和IOM示出了第五步驟S5的結果，其中，相應的第二電極層部分60A、60B被施加到光伏層部分50A、50B上。第二電極層部分60B延伸到其相應的光伏層50B之外，到達支撐層41的橫向部分41A的集流線44A的上方，其中橫向部分41A為相鄰的第一電極層部分40A的部分。于是，在第二光伏模塊B的第二電極層部分60B與第一光伏模塊A的第一電極部分40A之間形成電連接。在這種情況下，第二電極層部分60B直接延伸到模塊A的電支撐層結構41的橫向部分41A的集流線44A的上方。可替代地，該電連接可通過中間層或層的組合來形成。例如，在第二電極層部分60B與第一電極層部分40A之間的電連接可通過所述第一電極層部分40A的透明層43A來形成。盡管為了清楚起見，僅示出在一個第二電極層部分60B與一個第一電極層40A之間的電連接，但是應該清楚的是，在實踐中光伏器件可具有更多個以這種方式被串聯排列的光伏模塊，例如，如圖1或2所示。[0075]圖11A-11H示出了根據本發明的第二方面的方法的第二實施例。在這個實施例中，提供包括電支撐層41的第一電極40的步驟SI包括如下更詳細地描述的子步驟S111、S112、S113 和 S114。
[0076]根據這些子步驟的第一子步驟S111，如圖1lA所示，提供基底10。任何材料可被用于該基底10，只要該材料可被相對容易地在后期的工藝中例如通過蝕刻、溶解或剝離被去除。進一步優選地，但不是必要的是:材料是柔性的，使得其可在卷繞工藝中被處理。通常使用具有在50微米到0.5毫米范圍內的厚度H的箔片。該箔片例如為諸如鋁箔或銅箔之類的金屬箔片。
[0077]圖1lB示出了這些子步驟中的第二子步驟S112，其中，在基底的第一主側11上沉積具有電支撐層部分的電支撐層41。為了清楚起見，僅示出了這些電支撐層部分的集流線44A、44B。電支撐層41可以任一方式進行沉積，例如，通過印刷，通過氣相沉積法或通過電鍍進行沉積。電支撐層41形成具有第一電極層部分40A、40B的第一電極層40。
[0078]基底10是臨時存在的，在S113，將電支撐層41嵌入到透明層20中之后，在S114，該基底被去除。
[0079]更具體地，圖1lD示出了子步驟S113的結果，其中，電支撐層41被嵌入在透明層20中。嵌入在透明層中的子步驟可包括在電支撐層41上沉積一個或多個層。例如可(例如，通過旋覆)在電支撐層上沉積單一層。可替代地，可沉積堆疊的子層作為透明層20。該堆疊可例如為包括無機層和有機層的阻隔堆疊，所述無機層和有機層可相互交替或不同類型的無機層之間相互交替。圖1lE示出了子步驟S114的結果，其中，基底被從嵌入有電支撐層41的透明層20去除。在所示的實施例中，在將電支撐層41沉積S112在基底5的第一主側的子步驟之后，并在將電支撐層41嵌入S113在透明層20中的子步驟之前，執行將條件電旁路元件30安裝S2 (圖11C)在電支撐層41處的步驟。
[0080]在W02011/016725中給出這種用于提供第一電極40的方法的更多細節。
[0081]在臨時基底5被去除之后，執行步驟S3和S4。圖1lF示出了這些步驟的結果。在步驟S3中，將導電透明材料層的相互分離的橫向部分43A、43B分別施加到所述電支撐層結構41的多個橫向部分41A、41B上。在步驟S4中，將光伏層部分50A、50B分別施加到層43的這些橫向部分43A、43B上。然后，如圖1lG所示，步驟S5，將第二電極層部分60A、60B分別施加到光伏層部分50A、50B上。第二電極層部分60B延伸到其相應的光伏層部分50B之夕卜，到達相鄰的光伏模塊的第一電極層部分的空閑部分的上方。在這種情況下，第二電極層部分60B直接延伸到電支撐層結構41的橫向部分41A的集流線44A的上方，從而在第二電極層部分60B與包括相鄰模塊的橫向部分41A的第一電極層部分之間形成電連接。在所示的方法的實施例中，阻隔層70被沉積。該阻隔層70可包括與針對層20所述類似的堆疊的子層。
[0082]圖1lI示出了可替代地，可在將基底10從嵌入的電支撐層41去除的子步驟S114之后，執行將至少一個條件電旁路元件30安裝在所述電支撐層41處的步驟S2。在這種情況下，與如圖1IF和IlG中所示類似，可在步驟S2之后執行步驟S3、S4和S5。
[0083]可替代地，還有這種可能:假如條件電旁路元件30可被安裝在電支撐層結構41的空閑區域部分中，并且條件電旁路元件30的端子與電支撐層部分41A、41B電接觸，那么將至少一個條件電旁路元件30安裝在所述電支撐層41處的步驟S2被推遲直到步驟S3、S4和S5中的一個或多個步驟被執行之后再執行。可替代地，在條件電旁路元件30的端子與相應的電支撐層部分41A、41B之間的電連接可通過在電支撐層部分41A、41B處的相應透明導電層部分形成。
[0084]圖12A到12C示出了執行提供具有電支撐層41的第一電極40的步驟SI的替代方式。圖12A示出了第一和第二子步驟的結果。第一子步驟S121包括在透明基底4上提供第一無機層21。第二子步驟S122包括在第一無機層21上提供第一有機去耦層22。隨后，如圖12B所示，執行子步驟S123，其中至少一個溝槽13被形成在有機去耦層中。
[0085]為了在有機去耦層中形成至少一個溝槽13，可應用例如軟光刻技術(在部分反應的有機層中壓印PDMS橡膠圖章)。采用這種方式，可形成具有高達10的縱橫比的溝槽13。這里該縱橫比被考慮為溝槽的深度D3除以其最小的橫向尺寸。
[0086]進一步地，在壓印后，對有機去耦層進行充分固化，例如通過利用熱處理或UV-輻射的聚合來進行固化。
[0087]溝槽13可被處理為使得位于第一無機阻隔層21頂部的溝槽的底部沒有有機物殘留。等離子體蝕刻可以被用于這種清除。剩余的有機材料可形成水分的擴散路徑。
[0088]隨后，在子步驟S124中，如圖12C所示，提供第二無機層23。
[0089]一種同樣公知的內聯式基于真空或空氣的棍對棍卷繞涂覆(web coating)系統可被用于涂敷有機層22和無機層21、23。該涂覆系統由多個部分組成，所述多個部分結合了在多個處理室中進行的展開、重繞，所述處理室專用于例如:預處理基底表面，或在基底表面涂覆無機層，或在基底表面涂覆有機層，或在基底表面涂覆圖案化有機層，或固化有機涂層表面。
[0090]無機層21、23可通過各種物理氣相沉積法和各種化學氣相沉積法進行涂敷，所述物理氣相沉積法例如熱蒸發、電子束蒸發、濺射、磁控管濺射、反應濺射、反應蒸發等，所述各種化學氣相沉積法例如熱化學氣相沉積(CVD)、光輔助化學氣相沉積(PACAD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)等。
[0091]有機層22可通過各種涂覆技術和各種印刷技術進行涂敷，所述涂覆技術例如旋轉涂覆、槽模涂覆、吻合涂覆、熱熔涂覆、噴涂等，所述印刷技術例如噴墨印刷、凹版印刷、柔性版印刷、絲網印刷、旋轉絲網印刷等。
[0092]在沉積第二無機層23之后，如圖12D所示，子步驟S125被執行，其中，導電材料被沉積在至少一個溝槽13中。該導電材料形成具有電支撐層部分41A、41B的電支撐層結構41。假如至少一個溝槽13由單一溝槽形成，那么相互斷開連接的電支撐層部分41A、41B可通過將導電材料沉積在該單一溝槽的相應部分中來形成。可替代地，可提供分離的溝槽來形成每個電支撐層部分41A、41B。
[0093]為了減輕導電材料在表面的擴散，所述頂部表面被制作為疏水的并且所述溝槽被制作為親水的。溝槽13 (參見圖12B)可在單一步驟中被填充，例如通過濺射，或通過氣相沉積(例如M0CVD)，以及通過將其與拋光或蝕刻的步驟相結合。優選地，溝槽13通過兩步法被填充。例如，溝槽13可被氣相化的金屬(例如，鋁，如在EP1693481A1中所描述的)或被液態金屬(例如，銀、金、銅)填充，并執行額外的烘烤步驟(低于150度)。下一步用來完全充滿溝槽13以彌補溝槽中的材料的收縮。在第二步驟期間施加的導電材料可以是相同的，但也可以是不同的材料。例如，金屬銀、金和銅具有高反射率，因此優選作為第二導電材料。在該工藝期間，注意力應放在結構設計上，使得(將與輸電部件組裝的)功能部件的一個導電層的接觸區并不與該功能部件的另一導電層直接接觸，以防止短路。在一個可替換的方法中，在單一步驟中施加導電材料。
[0094]在W02010/016763中給出這種用于提供第一電極40的方法的更多細節。
[0095]下一步，如圖12E所示，將至少一個條件電旁路部件30安裝(S2)在電支撐層處。隨后，如圖13所示，可以與參照圖1OJ到IOM所描述的方式類似的方式來執行步驟S3到S5,從而獲得根據本發明的第一方面的光伏器件
[0096]可替代，該光伏器件可根據不同的程序來完成。例如，光活性層部分50A、50B可被直接施加在電支撐層41A、41B處。
[0097]如本文所用，術語“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它變形，意在覆蓋非排他性的包括。例如，包括一系列元件的工藝、方法、產品或裝置并不一定僅限于這些元件，而是可以包括其它未明確列出的或這種工藝、方法、產品或裝置固有的元件。進一步地，除非明確地進行相反表述，否則“或”涉及包含性的或而不是排他的或。例如，在下列任一種情況下，滿足條件A或B:A將為真(或存在)且B為假(或不存在)，A為假(或不存在)且B為真(或存在)，以及A和B都為真(或存在)。
[0098]同樣，使用“一”或“一個”來描述本發明的元件和部件。這樣做僅僅是為了方便并給出本發明的一般意義。這種描述應被理解為包括一個或至少一個，并且除非明顯地另指他意，否則單數也包括復數。
【權利要求】
1.一種光伏器件，包括疊層，所述疊層包括:第一電極層(40)、第二電極層(60)以及光活性層(50 )，所述光活性層(50 )被布置在所述第一電極層和所述第二電極層之間。所述第一電極層(40)至少包括電支撐層(41)，所述電支撐層(41)具有導電電極線(42A、42B)的第一結構和導電集流線(44A、44B)的第二結構，所述導電集流線(44A、44B)比所述導電電極線(42A、42B)寬，所述電極線(42A、42B)與所述集流線(44A、44B)被布置在所述電支撐層的平面內，所述光伏器件具有多個光伏模塊(A，B…)，每個所述光伏模塊包括所述疊層的相應橫向部分，其中一橫向部分包括第一電極層部分(40A、40B)、第二電極層(60)的第二電極層部分(60A、60B)以及光活性層(50)的光活性層部分(50A、50B)，所述第一電極層部分(40A、40B)具有第一電極層(40)的電支撐層部分(41A、41B)，其中，所述電支撐層部分(41A、41B)具有第一結構的相應部分和第二結構的相應部分，所述第二結構的所述相應部分電連接到所述第一結構的所述相應部分，所述光伏模塊被布置為串聯連接，其中，彼此鄰接的光伏模塊通過電連接進行耦合，所述電連接為從所述彼此鄰接的光伏模塊(A)中的第一光伏模塊的第一電極層部分(40A)的集流線(44A)到所述彼此鄰接的光伏模塊中的第二光伏模塊(B)的第二電極層部分(60B)的電連接，并且其中，至少一個條件電旁路元件(30)被緊靠所述電支撐層(41)進行安裝，所述條件電旁路元件具有第一端子和第二端子(31、32)，所述第一端子和第二端子(31、32)分別與彼此不同的相鄰電支撐層部分(41A、41B)的相應集流線(44A、44B)相連接，所述條件電旁路元件(30)具有在所述第一端子和所述第二端子之間的條件導電溝道(35 )。
2.根據權利要求1所述的光伏器件，其中，所述條件導電溝道(35)為二極管。
3.根據權利要求1所述的光伏器件，其中，所述條件導電溝道(35)為開關元件。
4.根據權利要求3所述的光伏器件，其中，所述條件電旁路元件(30)進一步包括控制器(36)，所述控制器(36)用于控制所述開關元件(35)并從旁路元件的所述第一端子和第二端子(31、32)被供電。
5.根據權利要求4所述的光伏器件，其中，所述控制器包括控制模塊(361)和電源模塊(362)，其中，所述控制模塊(361)基于在端子(31、32)上所感應到的電壓來對所述開關元件(35 )進行控制，并且其中，所述電源模塊(362 )根據存在于旁路元件(30 )的端子(31、32 )上的輸入電壓來提供穩壓電源(V)。
6.根據權利要求5所述的光伏器件，其中，所述電源模塊(362)包括整流器元件、儲能元件和電壓轉換裝置中的一個或多個。
7.—種制造光伏器件的方法，包括以下步驟: 提供(SI)第一電極層(40)，所述第一電極層(40)至少包括導電材料的電支撐層(41)，所述電支撐層(41)包括導電電極線(42A、42B)的第一結構和導電集流線(44A、44B)的第二結構(44)，所述導電集流線(44A、44B)比所述電極線(42A、42B)寬，所述第一結構和所述第二結構彼此電連接，并且所述電極線(42A、42B)和所述集流線(44A、44B)被布置在所述電支撐層的平面內，所述第一電極層(40)被劃分為多個彼此絕緣的具有各自的電支撐層部分(41A、41B)的橫向部分，其中，所述電支撐層部分(41A、41B)具有所述第一結構的相應部分和所述第二結構的相應部分，所述第二結構的相應部分電連接到所述第一結構的相應部分； 將至少一個條件電旁路元件(30 )安裝(S2 )在所述電支撐層(41)處，所述條件電旁路元件(30 )具有第一電端子(31)和第二電端子(32 )，所述第一電端子(31)和所述第二電端子(32)分別與所述電支撐層(41)的彼此相鄰的第一和第二部分(41A、41B)的相應集流線(44A、44B)電接觸，所述條件電旁路元件具有在所述第一端子和第二端子之間的條件導電溝道； 在第一電極層部分(40A、40B)上施加(S4)相應的光伏層部分(50A、50B)； 在所述光伏層部分(50A、50B)上施加(S5)相應的第二電極層部分(60A、60B)，并在每個第二電極層部分(60B)與第一電極支撐層部分(41A)的集流線(44A)之間形成電連接。
8.根據權利要求7所述的方法，進一步包括以下步驟: 將附加透明電極層施加到所述電支撐層(41)上。
9.根據權利要求7或8所述的制造光伏器件的方法，其中，提供第一電極層(40)的步驟(SI)包括以下子步驟: 提供(SlOl)第一金屬基底(10)； 將所述金屬基底的第一主表面(11)進行圖案化(S102)，從而在所述第一主表面(11)中產生突起(12)和凹陷部分(13)； 在所述金屬基底(10 )的第一主表面(11)處沉積(S103 )電絕緣的透明支撐層(20 ); 從金屬基底的與所述第一主表面(11)相對的第二主表面(15)處去除(S104)材料，從而暴露出與所述凹陷部分相對的所述電絕緣的透明支撐層(20)，并形成嵌入到所述電絕緣的透明支撐層(20)中的電支撐層(41)，所述電支撐層結構包括多個相互之間電絕緣的橫向部分(41A、41B)。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述在所述金屬基底(10)的第一主表面(11)處沉積(S103)電絕緣的透明支撐層(20)的子步驟包括: 隨后沉積一無機層、一有機層和一無機層。
11.根據權利要求7或8所述的方法，其中，所述在每個第二電極層部分(60B)與相鄰的第一電極層部分(40A)之間形成電連接的步驟(S5)包括: 將所述第二電極層部分(60B)施加為延伸到所述第一電極層部分的空閑部分之上的第二層部分。
12.根據權利要求7或8所述的方法，其中，提供第一電極層(40)的步驟(SI)包括以下子步驟: 提供(Slll)基底； 將所述電支撐層(41)置于(S112)所述基底的第一主側上； 將所述電支撐層嵌入到(S113)透明層中； 從所嵌入的電互聯的開放分流結構去除(S114)所述基底。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，在將所述電支撐層(41)置于(S112)所述基底的第一主側上的子步驟之后，并在將所述電支撐層嵌入到(S113)透明層中的子步驟之前，執行將所述至少一個條件電旁路元件(30 )安裝(S2 )在第一電極層(40 )處的步驟。
14.根據權利要求12所述的方法，其中，在從所嵌入的電互聯的開放分流結構去除(S114)所述基底的子步驟之后，執行將所述至少一個條件電旁路元件(30)安裝(S2)在所述電支撐層處的步驟。
15.根據權利要求7或8所述的方法，其中，提供第一電極層(40)的步驟(SI)包括以下子步驟: 提供(S121)第一無機層； 在所述第一無機層上提供(S122)第一有機去耦層； 在所述有機去耦層中形成(S123)至少一個溝槽； 提供(S124)第二無機層； 在所述至少一個溝槽中沉 積(S125)導電材料。
【文檔編號】H01L27/30GK103563082SQ201280025658
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月25日 優先權日:2011年5月27日
【發明者】E·W·A·楊 申請人:荷蘭應用自然科學研究組織Tno