專(zhuān)利名稱(chēng)：串聯(lián)光伏電池及使用三個(gè)玻璃基板構(gòu)造的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及光伏材料及制造方法。更特別地，本發(fā)明提供了用于制造高效率多結(jié)薄膜光伏電池的方法和結(jié)構(gòu)。僅舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的方法和材料包括由銅銦二硫化物 (銅銦二硫，二硫化銦銅，copper indium disulfide)物質(zhì)、銅錫硫化物、二硫化鐵或用于多結(jié)電池的其他物質(zhì)制成的吸收劑材料。
背景技術(shù)：
從一開(kāi)始，人類(lèi)就已經(jīng)不斷挑戰(zhàn)以尋找利用能量的方式。能量以諸如石化產(chǎn)品、水電、核、風(fēng)、生物質(zhì)、太陽(yáng)能的形式，以及更原始的形式如木材和煤出現(xiàn)。在上個(gè)世紀(jì)中，現(xiàn)代文明已經(jīng)依賴(lài)于石化能量作為重要的能源。石化能量包括天然氣和石油。天然氣包括更輕的形式如丁烷和丙烷，其通常用于為住宅供暖且用作用于烹飪的燃料。天然氣還包括通常用于運(yùn)輸目的的汽油、柴油和噴氣燃料。在一些地方，也可以將石油化學(xué)產(chǎn)品的較重形式用于為住宅供暖。不幸地，基于在行星地球上可獲得的量，石化燃料的供應(yīng)有限且基本固定。 另外，隨著更多的人以增長(zhǎng)的量使用石油產(chǎn)品，其快速地變?yōu)橄∪辟Y源，隨著時(shí)間的推移， 這最終將變得枯竭。更近地，已經(jīng)期望環(huán)境清潔且可再生的能源。清潔能源的實(shí)例是水電力(水力發(fā)電)。水電力來(lái)自由水壩如內(nèi)華達(dá)州的胡佛水壩(Hoover Dam)產(chǎn)生的水流驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。 將產(chǎn)生的電能用于對(duì)加利福尼亞州的洛杉磯的大部分城市供電。清潔且可再生的能源還包括風(fēng)、波、生物質(zhì)等。即，風(fēng)車(chē)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為更有用形式的能量如電。還有的其他種類(lèi)的清潔能源包括太陽(yáng)能。在整個(gè)本發(fā)明背景且更特別地在下面可以發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能的具體細(xì)節(jié)。太陽(yáng)能技術(shù)通常將來(lái)自太陽(yáng)的電磁輻射轉(zhuǎn)換為其他有用形式的能量。這些其他形式的能量包括熱能和電能。對(duì)于電能應(yīng)用，經(jīng)常使用太陽(yáng)能電池。盡管太陽(yáng)能在環(huán)境上是清潔的并且已在一定程度上是成功的，但是在遍及全世界廣泛使用其之前，仍然有許多限制有待解決。例如，一種類(lèi)型的太陽(yáng)能電池使用來(lái)源于半導(dǎo)體材料錠的結(jié)晶材料。這些結(jié)晶材料可用于制造包括光伏和光電二極管裝置的光電裝置，其將電磁輻射轉(zhuǎn)換為電能。然而，結(jié)晶材料通常昂貴且難以大規(guī)模制備。另外，由這種結(jié)晶材料制成的裝置通常具有較低的能量轉(zhuǎn)換效率。其他種類(lèi)的太陽(yáng)能電池使用“薄膜”技術(shù)以形成待用于將電磁輻射轉(zhuǎn)換為電能的感光材料的薄膜。在制造太陽(yáng)能電池中使用薄膜技術(shù)時(shí)存在類(lèi)似的限制。即，效率通常較低。另外，膜可靠性通常較差且不能在常規(guī)環(huán)境應(yīng)用中長(zhǎng)時(shí)間使用。通常，薄膜難以互相機(jī)械地結(jié)合。在整個(gè)本說(shuō)明書(shū)中并且更特別地在下面可以發(fā)現(xiàn)這些常規(guī)技術(shù)的這些和其他限制。根據(jù)上述可以看出，期望用于制造光伏材料和所得到的裝置的改進(jìn)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種用于形成用于光伏應(yīng)用的薄膜半導(dǎo)體材料的方法和結(jié)構(gòu)。更特別地，本發(fā)明提供了一種用于制造高效率多結(jié)薄膜光伏電池的方法和結(jié)構(gòu)。僅舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的方法和材料包括由銅銦二硫化物物質(zhì)、銅錫硫化物、二硫化鐵或用于多結(jié)電池的其他材料制成的吸收劑材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明提供了一種串聯(lián)光伏電池裝置。所述裝置包括被構(gòu)造用于基本上獨(dú)立操作上部電池的下部電池。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述下部電池具有下部玻璃基板材料和覆蓋所述玻璃材料的由反射材料制成的下部電極層。所述下部電池還具有覆蓋所述下部電極層的下部吸收劑層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，由半導(dǎo)體材料制成的吸收劑層具有在Eg = 0. 7eV至IeV范圍內(nèi)，但是可以稍微更大如1.05eV及更大的第一帶隙能量。所述下部電池包括覆蓋所述下部吸收劑層的下部窗口層、覆蓋所述下部窗口層的下部透明導(dǎo)電氧化物層以及覆蓋所述下部透明導(dǎo)電氧化物層的包含第一乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(聚乙烯醋酸乙烯酯，ethylene vinyl acetate)的第一光耦合材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述裝置還具有耦接(連接，耦合，couple)至所述下部電池的上部電池。所述上部電池包含具有厚度、下表面和上表面的中間玻璃基板材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述厚度是約1.1毫米及更小。所述下表面覆蓋所述光耦合材料。所述上部電池還具有覆蓋所述中間玻璃基板材料的上表面的第一上部透明導(dǎo)體層以及覆蓋所述第一上部透明導(dǎo)體層的上部P型吸收劑層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述ρ型導(dǎo)體層由具有在Eg = 1. 5eV至1. 9eV范圍內(nèi)的第二帶隙能量的半導(dǎo)體材料制成。所述上部電池還具有覆蓋所述上部P型吸收劑層的上部η型窗口層。所述上部電池具有覆蓋所述上部η型窗口層的第二上部透明導(dǎo)電氧化物層。所述上部電池具有覆蓋所述第二上部透明導(dǎo)電氧化物層的包含第一乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的第二光耦合材料。所述上部電池具有覆蓋所述上部透明導(dǎo)電氧化物層的上部玻璃材料和夾在它們之間的所述第二光耦合材料。更具體地，所述上部玻璃材料覆蓋所述第二光耦合材料，所述第二光耦合材料自身覆蓋所述上部透明電極。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述裝置具有設(shè)置在所述下部玻璃基板材料和所述中間玻璃基板材料的下表面之間的第一封邊材料。舉例來(lái)說(shuō)，所述第一封邊材料可以是由Tru Seal Technologies, Inc.制成的產(chǎn)品，但也可以是其他材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述裝置具有設(shè)置在所述上部玻璃材料和所述中間玻璃基板材料的上表面之間的第二封邊材料。再次舉例來(lái)說(shuō)，所述第二封邊材料可以是由iTru Seal Technologies制成的產(chǎn)品，但也可以是其他材料。這種產(chǎn)品的一個(gè)實(shí)例稱(chēng)作Duraseal ，其是由Tru Seal Technologies, Inc.制備的提供優(yōu)異熱效率的節(jié)省成本的體系。通過(guò)本發(fā)明的方式可以獲得許多益處。例如，本發(fā)明能夠使用可商購(gòu)獲得的原料來(lái)形成覆蓋合適基板構(gòu)件的半導(dǎo)體支承材料(半導(dǎo)體承載材料，semiconductor bearing material)的薄膜?？梢詫?duì)半導(dǎo)體支承材料的薄膜進(jìn)行進(jìn)一步處理以形成具有期望特性如原子化學(xué)計(jì)量、雜質(zhì)濃度、載流子濃度、摻雜及其他的半導(dǎo)體薄膜材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，上部電池與下部電池獨(dú)立構(gòu)造且通過(guò)中間玻璃層而耦接在一起。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，上部電池構(gòu)造使用可以被結(jié)合或改變的優(yōu)選電極層而發(fā)生。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明的上部和下部太陽(yáng)能電池可以被獨(dú)立地制造，并隨后使用在“Multi-Junction Solar Module and Method for CurrentMatching Between a Plurality of First Photovoltaic Devices and Second (多結(jié)太陽(yáng)能模塊以及用于多個(gè)第一光伏器件和第二光伏器件之間的電流匹配的方法)”中所描述的技術(shù)而電子構(gòu)造，其中Lee，H0Ward W. H.和 Farris, IILChesterA.是發(fā)明人，且作為共同轉(zhuǎn)讓的在2008年8月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/092，383而列出，由此通過(guò)參考將其并入本文中。另外，根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的方法使用比其他薄膜光伏材料的毒性相對(duì)更低的環(huán)境友好材料。取決于實(shí)施方式，可以獲得一種或多種益處。將在整個(gè)本說(shuō)明書(shū)中并且特別是在下面對(duì)這些和其他益處進(jìn)行更詳細(xì)地描述。僅舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的方法和材料包括由銅銦二硫化物物質(zhì)、銅錫硫化物、二硫化鐵或用于單結(jié)電池或多結(jié)電池的其他材料制成的吸收劑材料。根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，也可以使用其他材料。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式使用三個(gè)玻璃層的四端子多結(jié)光伏電池的簡(jiǎn)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的多結(jié)光伏電池的橫截面視圖的簡(jiǎn)圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的選擇性濾光法的簡(jiǎn)圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的串聯(lián)電池的簡(jiǎn)圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的20 X 20cm串聯(lián)電池結(jié)構(gòu)中對(duì)于上部電池和下部電池兩者的示例性太陽(yáng)能電池IV特性圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了用于形成用于光伏應(yīng)用的薄膜半導(dǎo)體材料的方法和結(jié)構(gòu)。更特別地，本發(fā)明提供了用于制造高效率多結(jié)薄膜光伏電池的方法和結(jié)構(gòu)。僅舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的方法和材料包括由銅銦二硫化物物質(zhì)、銅錫硫化物、二硫化鐵或用于多結(jié)電池的其他材料制成的吸收劑材料。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的四端子多結(jié)光伏電池的簡(jiǎn)圖100。所述圖僅是示例性的且不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票疚闹械臋?quán)利要求書(shū)的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到其他變型、修改和替換。如同所示的，本發(fā)明提供了多結(jié)光伏電池裝置100。所述裝置包括下部電池103和上部電池101，所述上部電池101可操作地耦接至所述下部電池且通過(guò)玻璃基板125而互相機(jī)械地耦接，所述玻璃基板125是玻璃或其他合適材料的薄層。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，術(shù)語(yǔ)下部和上部并不是限制性的而是應(yīng)當(dāng)由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)平常的含意來(lái)解釋。通常，所述上部電池比所述下部電池更接近于電磁輻射源，所述下部電池接收穿過(guò)所述上部電池之后的電磁輻射。另外，每個(gè)電池單獨(dú)制造，然后互相耦接，這導(dǎo)致制造更加容易等。當(dāng)然，還可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部電池包括下部玻璃基板材料119，例如透明玻璃、鈉鈣玻璃、或者其他透光性基板或可能不透明的其他基板。所述下部電池還包括覆蓋所述玻璃材料的由反射材料制成的下部電極層。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部電極層可以是鋁材料、金材料、銀材料、鉬、它們的組合等。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。所述下部電池包括覆蓋所述下部電極層的下部吸收劑層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述下部吸收劑層由銅銦二硒化物或銅銦鎵二硒化物等制成。如所示的，吸收劑和電極層由附圖標(biāo)記117示出。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述吸收劑層由具有在Eg = 0. 7eV至 IeV范圍內(nèi)，但是可以稍微大于IeV的第一帶隙能量的第一半導(dǎo)體材料等制成。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部電池包括覆蓋所述下部吸收劑層的下部窗口層以及覆蓋所述下部窗口層的下部透明導(dǎo)電氧化物層115。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部窗口層可以是硫化鎘或其他合適材料。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述下部窗口層是η-型硫化鎘且所述下部透明導(dǎo)電氧化物層是氧化鋅，但也可以是其他。當(dāng)然，存在其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部電池具有覆蓋所述下部透明導(dǎo)電氧化物層的第一光耦合材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述光耦合材料可以是通常稱(chēng)作EVA的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、通常稱(chēng)作PVA的聚醋酸乙烯酯等。所述耦合材料使用合適的厚度施加且在所述下部透明導(dǎo)電氧化物層和下面將更詳細(xì)描述的覆蓋層之間提供機(jī)械支持和光耦合。 當(dāng)然，存在其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部電池通過(guò)中間玻璃基板材料耦接至所述下部電池。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述中間玻璃基板材料具有厚度、下表面和上表面。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述厚度為約1.1毫米或更小。所述下表面覆蓋所述光耦合材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述中間玻璃基板材料可以是1毫米或更小的低鐵玻璃。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部電池具有覆蓋所述中間玻璃材料的上表面的第一上部透明導(dǎo)體層。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部透明導(dǎo)體層可以是氧化鋅、 &ι0:Α1 (AZO)等。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，上部透明導(dǎo)體可以是ρ+型透明導(dǎo)體層。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部電池是覆蓋所述下部透明導(dǎo)電氧化物層的P+型透明導(dǎo)體層 109。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述ρ+型透明導(dǎo)體層的特征在于，穿過(guò)在至少約700nm至約630nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射且濾除在約490nm至約450nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部電池還具有覆蓋所述第一上部透明導(dǎo)體層的上部P型吸收劑層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述P型吸收劑層由第二半導(dǎo)體材料制成，所述第二半導(dǎo)體材料的特征在于在Eg = 1. 5eV至1. 9eV范圍內(nèi)的第二帶隙能量，但也可以是其他。所述上部電池還具有覆蓋所述上部P型吸收劑層的上部η型窗口層。再次參考圖1， 窗口和吸收劑由附圖標(biāo)記107示出。所述上部電池還具有覆蓋所述上部η-型窗口層的第二上部透明導(dǎo)電氧化物層105以及覆蓋所述上部透明導(dǎo)電氧化物層的上部玻璃材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，第二上部透明導(dǎo)電層是aiO:Ai或其他合適材料。根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，所述上部玻璃層是具有約2毫米及更大厚度的低鐵無(wú)色透明玻璃。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述裝置具有設(shè)置在所述下部玻璃基板材料和所述中間玻璃基板材料的下表面之間的第一封邊材料。例如，所述第一封邊材料可以是由Tru Seal Technologies, Inc.制成的產(chǎn)品，但也可以是其他材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述裝置具有設(shè)置在所述上部玻璃材料和所述中間玻璃基板材料的上表面之間的第二封邊材料。再次舉例來(lái)說(shuō)，所述第二封邊材料可以是由iTru Seal Technologies, Inc.制成的產(chǎn)品，但也可以是其他材料。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述多結(jié)光伏電池包括四個(gè)端子。所述四個(gè)端子由附圖標(biāo)記111、113、121和123限定。可替換地，所述多結(jié)光伏電池還可以包括三個(gè)端子，其共享優(yōu)選最接近于所述上部電池和所述下部電池之間的界面區(qū)域的共用電極。在其他實(shí)施方式中，取決于應(yīng)用，所述多結(jié)電池尤其是還可以包括兩個(gè)端子。在2007年11月11日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?0/988，414(其被共同轉(zhuǎn)讓并由此通過(guò)參考將其并入本文中)中提供了其他電池構(gòu)造的實(shí)例。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。另外，對(duì)每個(gè)電池進(jìn)行構(gòu)造以提供在“Multi-Junction Solar Module and Method for Current Matching Between a Plurality of First Photovoltaic Devices and Second" ^ffi^WKK^M,,Lee, Howard W. H.和Farris，III，Chester A.是發(fā)明人，且作為在2008年8月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/092，383而列出，其被共同轉(zhuǎn)讓并由此通過(guò)參考將其并入本文中。在整個(gè)本說(shuō)明書(shū)中且更特別地在下面可以發(fā)現(xiàn)所述四端子電池的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的多結(jié)光伏電池的橫截面視圖200的簡(jiǎn)圖。所述圖僅是示例性的且不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票疚闹械臋?quán)利要求書(shū)的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到其他變型、修改和替換。如所示的，本發(fā)明提供了多結(jié)光伏電池裝置200。所述裝置包括下部電池230和上部電池220，所述上部電池220可操作地耦接至所述下部電池且使用玻璃薄層而機(jī)械耦接。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，術(shù)語(yǔ)下部和上部并不是限制性的而是應(yīng)當(dāng)由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)平常的含意來(lái)解釋。通常，所述上部電池比所述下部電池更接近于電磁輻射源，所述下部電池接收穿過(guò)所述上部電池之后的電磁輻射。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部電池包括下部玻璃基板材料219，例如透明玻璃、鈉鈣玻璃、或者其他透光性基板或可能不透明的其他基板。所述玻璃材料或基板也可以被其他材料如聚合物材料、金屬材料或半導(dǎo)體材料，或者它們的任意組合代替。另外，取決于實(shí)施方式，所述基板可以是剛性的、柔性的或者任何形狀和/或形式。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部電池還包括覆蓋所述玻璃材料的由反射材料制成的下部電極層217。根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，所述反射材料可以是單一均質(zhì)材料、復(fù)合材料或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部電極層由選自鋁、銀、金、鉬、銅、其他金屬的材料和/或?qū)щ娊橘|(zhì)膜(介電膜，conductive dielectric film)等制成。所述下部反射層將穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)電池的電磁輻射反射回至所述一個(gè)或多個(gè)電池用于產(chǎn)生通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)電池的電流。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。如所示的，所述下部電池包括覆蓋所述下部電極層的下部吸收劑層215。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述吸收劑層由具有在Eg = 0. 7eV至IeV范圍內(nèi)，但是可以稍微大于IeV 或其他的帶隙能量的半導(dǎo)體材料制成。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部吸收劑層由選自 Cu2SnS3^ FeS2和Cdr^e2的半導(dǎo)體材料制成。所述下部吸收劑層包括范圍從約第一確定量到第二確定量的厚度，但也可以是其他。取決于實(shí)施方式，所述下部電池的光伏吸收劑(吸收體)可以使用銅銦鎵硒化物(CIGQ或銅銦鎵硫硒化物(CIGSQ形成，所述銅銦鎵硒化物 (CIGS)是銅、銦、鎵和硒的化合物。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部吸收劑材料包含銅銦硒化物(“CIS”)和銅鎵硒化物，其具有化學(xué)式Ci^r^GadySh，其中χ值可以從1(純銅銦硒化物)到0 (純銅鎵硒化物)變化。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述CIGS材料的特征在于帶隙隨χ從約l.OeV至約 1.7eV而變化，但也可以是其他，盡管帶隙能量?jī)?yōu)選在約0.7eV至約1. IeV之間。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述CIGS結(jié)構(gòu)可以包括在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，611，091和4，612，411 (由此通過(guò)參考將其并入本文中)中描述的那些以及其他結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部電池包括覆蓋所述下部吸收劑層的下部窗口層以及覆蓋所述下部窗口層的下部透明導(dǎo)電氧化物層215。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述下部窗口層由選自硫化鎘、鎘鋅硫化物的材料或其他合適材料制成。在其他實(shí)施方式中，其他 η-型化合物半導(dǎo)體層包括但不限于η-型II-VI族化合物半導(dǎo)體如硒化鋅、硒化鎘，但也可以是其他。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。所述透明導(dǎo)體氧化物層是銦錫氧化物(氧化銦錫)或其他合適材料。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述下部電池具有覆蓋所述透明導(dǎo)電氧化物層的第一光耦合材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述光耦合材料可以是通常稱(chēng)作EVA的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、通常稱(chēng)作PVA的聚醋酸乙烯酯等。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部電池通過(guò)中間玻璃基板材料231耦接至所述下部電池。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，使包括上部電池的所述中間玻璃獨(dú)立(stand alone) 并通過(guò)光耦合材料如EVA等耦接至所述下部電池。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述中間玻璃基板材料具有厚度、下表面和上表面。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述厚度為約1. 1毫米或更小。所述下表面覆蓋所述光耦合材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述中間玻璃基板材料可以是1毫米或更小的低鐵玻璃。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部電池包括覆蓋所述中間玻璃基板材料的透明導(dǎo)體層，所述透明導(dǎo)體層可以是P+型透明導(dǎo)體層209。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述透明導(dǎo)體層尤其可以是ΙΤ0、ΑΖ0或TF0。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述透明導(dǎo)體層覆蓋所述中間玻璃基板而形成。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述ρ+型透明導(dǎo)體層的特征在于，穿過(guò)在至少?gòu)募s 700nm至約630nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射且濾除在約490nm至約450nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述P+型透明導(dǎo)體層包含SiTe物質(zhì)，包括SiTe結(jié)晶材料或多晶材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，所述P+型透明導(dǎo)體層尤其摻雜有選自Cu、Cr、 Mg、0、Al或N、組合的至少一種或多種物質(zhì)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述ρ+型透明導(dǎo)體層的特征在于選擇性地使紅光通過(guò)且濾除具有約400nm至約450nm波長(zhǎng)范圍的藍(lán)光。另外，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述P+型透明導(dǎo)體層的特征在于，帶隙能量在Eg= 1.5eV 至1. 9eV的范圍內(nèi)，或者帶隙與所述上部ρ型吸收劑層相似。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。 在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部電池具有覆蓋所述P+型透明導(dǎo)體層的上部P型吸收劑層207。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，由半導(dǎo)體材料制成的所述ρ型吸收劑層具有在Eg =1.5eV至1.9eV范圍內(nèi)的帶隙能量，但也可以是其他。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部 P型吸收劑層選自α^ι^2、αι(ιη，Α )32、αι(ιη，(^^2或其他合適材料。所述吸收劑層使用合適技術(shù)如在2008年6月5日提交的美國(guó)序列號(hào)61/059，253 (其被共同轉(zhuǎn)讓并由此通過(guò)參考將其并入本文中)中所述的那些制造。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。返回參考圖2，所述上部電池還具有覆蓋所述上部ρ型吸收劑層的上部η型窗口層205。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述η型窗口層選自硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅 (&ι%)、氧化鋅(ZnO)、鋅鎂氧化物(ZnMgO)或其他并且為了導(dǎo)電性可以摻雜有雜質(zhì)，例如 η.型。根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，所述上部電池還具有覆蓋所述上部η型窗口層的上部透明導(dǎo)電氧化物層203。所述透明氧化物可以是銦錫氧化物和其他合適材料。例如，TCO可以選自由In2O3Sn(ITO), ZnOAl (AZO), SnO2F(TFO)組成的組，并且也可以是其他材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部電池還包括覆蓋所述上部透明導(dǎo)電氧化物層的防護(hù)玻璃(覆蓋玻璃，cover glass) 201或上部玻璃材料。所述上部玻璃材料為機(jī)械沖擊和剛性提供了合適的支撐。所述上部玻璃可以是透明玻璃或其他。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中， 第二耦合材料將所述防護(hù)玻璃耦接至所述上部透明導(dǎo)電層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述耦合材料是EVA，但也可以是其他材料。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述多結(jié)光伏電池以四端子構(gòu)造包括耦接至下部電池 230的上部電池220?？商鎿Q地，如所提到的，所述多結(jié)光伏電池還可以包括三個(gè)端子，所述三個(gè)端子共享優(yōu)選最接近于所述上部電池和所述下部電池之間的界面區(qū)域的共用電極。在其他實(shí)施方式中，取決于應(yīng)用，所述多結(jié)電池尤其是還可以包括兩個(gè)端子。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換?？梢栽谡麄€(gè)本說(shuō)明書(shū)中并且更特別地在下面發(fā)現(xiàn)所述四端子電池的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的選擇性濾光法的簡(jiǎn)圖。所述圖僅是示例性的且不應(yīng)當(dāng)不適當(dāng)?shù)叵拗票疚闹袡?quán)利要求書(shū)的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到其他變型、修改和替換。如所示出的是使用多結(jié)光伏電池，如在本說(shuō)明書(shū)中所描述的那些多結(jié)光伏電池的方法。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述方法包括穿過(guò)可操作地耦接至下部電池的上部電池照射太陽(yáng)光。如所示的，所述照射通常包括對(duì)應(yīng)于藍(lán)光301和紅光303的波長(zhǎng)，包括微小的或其他變型。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述上部電池包括覆蓋下部透明導(dǎo)電氧化物層的P+型透明導(dǎo)體層。所述P+型導(dǎo)體層還耦接至P-型吸收劑層且還具有與所述吸收劑層基本相似的帶隙，從而有效地延長(zhǎng)所述吸收劑層。如所示的，所述方法選擇性地使來(lái)自太陽(yáng)光的在至少?gòu)募s700nm至約630nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射穿過(guò)所述ρ+型透明導(dǎo)體層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述P+型導(dǎo)體層還濾除或阻擋在約490nm至約450nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射通過(guò)所述P+型透明導(dǎo)體層。取決于實(shí)施方式，所述方法還包括其他變型。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的多結(jié)電池具有改進(jìn)的效率。例如，根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的多結(jié)電池具有由01 制成的上部電池，其具有約12. 5%及更大或10%及更大的效率。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述多結(jié)電池具有15%或更大或者18%或更大的總效率。所述效率通常被稱(chēng)為“功率效率”，其通過(guò)電功率輸出/光功率輸入測(cè)得。當(dāng)然，也可以有其他變型、修改和替換。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的串聯(lián)電池裝置400的簡(jiǎn)圖。所述圖僅是示例性的且不應(yīng)當(dāng)不適當(dāng)?shù)叵拗票疚闹袡?quán)利要求書(shū)的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到其他變型、修改和替換。如所示的，根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，所述裝置包括上部電池和下部電池。 根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，所述裝置包括三個(gè)玻璃層，所述三個(gè)玻璃層包括防護(hù)玻璃405、中間玻璃408和下部玻璃基板404，在所述中間玻璃和下部電池以及防護(hù)玻璃和上部電池之間使用耦接層將它們耦接在一起。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述電池的每個(gè)邊緣都使用封邊帶(edge tape)等密封。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述裝置具有設(shè)置在所述下部玻璃基板材料和所述中間玻璃基板材料的下表面之間的第一封邊材料403。舉例來(lái)說(shuō)，所述第一封邊材料可以是由 Tru Seal Technologies, Inc.制成的產(chǎn)品，但也可以是其他材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述裝置具有設(shè)置在所述上部玻璃材料和所述中間玻璃基板材料的上表面之間的第二封邊材料401。再次舉例來(lái)說(shuō)，所述第二封邊材料可以是由Tru Seal Technologies, Inc. 制成的產(chǎn)品，但也可以是其他材料。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的20 X 20cm串聯(lián)電池結(jié)構(gòu)中對(duì)于上部電池和下部電池兩者的示例性太陽(yáng)能電池IV特性圖。所述圖僅是一個(gè)實(shí)例，其不應(yīng)當(dāng)不適當(dāng)?shù)叵拗票疚闹械臋?quán)利要求書(shū)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到其他變型、修改和替換。在該實(shí)例中，曲線(xiàn)510 是由以串聯(lián)結(jié)構(gòu)的上部電池推導(dǎo)出的IV特性曲線(xiàn)，所述串聯(lián)結(jié)構(gòu)包括銅銦二硫化物薄膜光伏吸收劑。將所述上部電池的電流密度對(duì)偏壓作圖。所述曲線(xiàn)與y軸相交的短路電流值為約21. 5mA/cm2且與零電流線(xiàn)相交的偏壓為約0. 8V。特別地，與所述上部電池相關(guān)的所述吸收劑層的厚度為約1. 5μπι且其能量帶隙為約1. 55eV?；跇?biāo)準(zhǔn)式，可以估計(jì)電池轉(zhuǎn)換效率η 其中Jsc是電池的短路電流密度，Voc是所施加的開(kāi)路偏壓，F(xiàn)F是所謂的填充因子， 其定義為最大功率點(diǎn)除以開(kāi)路電壓(U和短路電流(Jsc)的比率。對(duì)于該裝置的填充因子是0. 67。在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件[即，指定如下的STC :25°C的溫度和具有大氣質(zhì)量(氣體物質(zhì)， air mass) 1. 5 (AM 1. 5)光譜的1000W/m2的照射度]下的輸入光照射度(Pin，以W/m2計(jì))和太陽(yáng)能電池的表面積(以m2計(jì))。因此，對(duì)于由根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制備的上部電池，能夠準(zhǔn)確估計(jì)11. 2%的效率。 如圖5中所示，曲線(xiàn)520是以相同串聯(lián)結(jié)構(gòu)的下部電池的IV特性曲線(xiàn)。所述下部電池包括薄膜光伏吸收劑，所述薄膜光伏吸收劑包含具有約1. 05eV能量帶隙的銅銦(鎵) 二硒化物材料。所述下部電池層疊在所述上部電池下方，在它們之間具有中間玻璃基板。在特性測(cè)量期間，所述下部電池僅被構(gòu)造為接收透過(guò)所述上部電池的光，其主要是太陽(yáng)光譜的紅色帶。所述曲線(xiàn)與y軸相交的短路電流值為約6. 5mA/cm2且與零電流線(xiàn)相交的偏壓為約0.45V。對(duì)于該裝置的填充因子是0.8。相似地，對(duì)于以上述串聯(lián)結(jié)構(gòu)的這種特別的下部電池，可以推導(dǎo)出為約2. 3%的效率值。因此，所述串聯(lián)結(jié)構(gòu)電池具有約13. 5%的有效功率效率。當(dāng)然，可以有其他變型、修改和替換。 盡管已經(jīng)根據(jù)具體實(shí)施方式
對(duì)上文進(jìn)行了說(shuō)明，但是可以有其他修改、替換和變型。應(yīng)當(dāng)理解，本文中所述的實(shí)例和實(shí)施方式僅出于說(shuō)明性目的且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，會(huì)根據(jù)其提出各種修改或改變并將其包含在本申請(qǐng)的精神和范圍以及所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)光伏電池裝置，包括被構(gòu)造用于基本上獨(dú)立操作上部電池的下部電池，所述下部電池包括 下部玻璃基板材料；覆蓋所述玻璃材料的由反射材料制成的下部電極層；覆蓋所述下部電極層的下部吸收劑層，所述吸收劑層由具有在0. 7eV至1. IeV范圍內(nèi)的第一帶隙能量(Eg)的第一半導(dǎo)體材料制成； 覆蓋所述下部吸收劑層的下部窗口層； 覆蓋所述下部窗口層的下部透明導(dǎo)電氧化物層；覆蓋所述下部透明導(dǎo)電氧化物層的包含第一乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的第一光耦合材料；與所述下部電池耦接的所述上部電池，所述上部電池包括中間玻璃基板材料，所述中間玻璃基板材料包括厚度、下表面和上表面，所述厚度為約 1.1毫米及更小，所述下表面覆蓋所述光耦合材料；覆蓋所述中間玻璃基板材料的所述上表面的第一上部透明導(dǎo)體層； 覆蓋所述第一上部透明導(dǎo)體層的上部P型吸收劑層，所述P型導(dǎo)體層由具有在1. 5eV 至1. 9eV范圍內(nèi)的第二帶隙能量(Eg)的第二半導(dǎo)體材料制成； 覆蓋所述上部P型吸收劑層的上部η型窗口層； 覆蓋所述上部η型窗口層的第二上部透明導(dǎo)電氧化物層；覆蓋所述第二上部透明導(dǎo)電氧化物層的包含第一乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的第二光耦合材料；以及覆蓋所述上部透明導(dǎo)電氧化物層的上部玻璃材料；設(shè)置在所述下部玻璃基板材料和所述中間玻璃基板材料的所述下表面之間的第一封邊材料；以及設(shè)置在所述上部玻璃材料和所述中間玻璃基板材料的所述上表面之間的第二封邊材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述下部吸收劑層由選自Cu2SnS3、FeS2, Cuhfe^e2、或Cdr^e2的半導(dǎo)體材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述下部吸收劑層包括范圍從約第一預(yù)定量至第二預(yù)定量的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述下部電極層、所述下部透明導(dǎo)體層、所述第一上部透明導(dǎo)體層和所述第二上部透明導(dǎo)電氧化物層分別是第一電極、第二電極、第三電極和第四電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述底部電池被構(gòu)造為吸收在紅色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述下部玻璃基板材料選自浮法玻璃或鈉鈣玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述下部電極層由選自鋁、銀、金或鉬的材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述下部窗口層由選自η-型材料的材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述下部透明導(dǎo)電氧化物層選自透明的氧化銦或氧化鋅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一上部透明導(dǎo)體層包括選自含鋅物質(zhì)或 ZnOiAl(AZO)的ρ+型透明導(dǎo)體層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一上部透明導(dǎo)體層包括含有SiTe物質(zhì)或 ZnOiAl(AZO)的ρ+型透明導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述第一上部透明導(dǎo)體層包括摻雜有選自Cu、 Cr、Mg、0、Al、或N的至少一種或多種物質(zhì)的ρ+型透明導(dǎo)體層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述中間玻璃材料包含低鐵玻璃。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述中間玻璃材料包括1毫米及更小的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述上部ρ型吸收劑層選自Οι^^2、Οιαη，Α1) S2、或 Cu (In，Ga) S2。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述上部η型窗口層選自硫化鎘(CdS)、硫化鋅 (ZnS)、硒化鋅(a^e)、氧化鋅(ZnO)、或鋅鎂氧化物(ZnMgO)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第二上部透明導(dǎo)電氧化物層選自 In2O3 Sn (ITO)、ZnO Al (AZO)、ZnO B、或 SnA F (TFO)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述上部玻璃材料包含具有2毫米及更大厚度的低鐵無(wú)色透明玻璃。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一封邊材料包括第一封邊帶，而所述第二封邊材料包括第二封邊帶。
全文摘要
一種串聯(lián)光伏電池裝置，包括被構(gòu)造用于基本上獨(dú)立操作上部電池的下部電池。所述下部電池具有下部玻璃基板材料和覆蓋所述玻璃材料的由反射材料制成的下部電極層、覆蓋所述下部電極層的下部吸收劑層，且包括覆蓋所述下部吸收劑層的下部窗口層、覆蓋所述下部窗口層的下部透明導(dǎo)電氧化物層以及覆蓋所述下部透明導(dǎo)電氧化物層的包含乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的光耦合材料。所述上部電池具有中間玻璃基板材料、第一上部透明導(dǎo)體層、上部p型吸收劑層；上部n型窗口層；覆蓋所述n型窗口層的第二上部透明導(dǎo)電氧化物層、覆蓋所述上部透明導(dǎo)電氧化物層的包含乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的光耦合材料以及上部玻璃材料。
文檔編號(hào)H01L25/04GK102356476SQ201080012231
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者切斯特三世·A·法里斯, 羅伯特·維廷, 霍華德·W·H·李 申請(qǐng)人:思陽(yáng)公司