光伏器件及其制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种太阳能模块（及其制造方法），其中，支撑基底包括连接到汇流条的指状轨迹线的网络。光活性层部分和上电极层部分被沉积在所述基底上，从而形成电池网络。这些电池通过将一个电池的汇流条连接到相邻电池的上电极层部分串联连接，并且两个相邻的电池的汇流条通过用于保护所述电池阵列的旁路元件来进行耦合。
【专利说明】光伏器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏器件。
[0002]本发明进一步涉及一种制造光伏器件的方法。
【背景技术】
[0003]多数有机光伏(OPV)器件被制造成电串联组件(series)结构。以这种方式，在弱导电的透明电极和其他电流导体中的欧姆损耗被减少。然而，按这种串联排列的电池中的一个或多个的局部遮光(由于树木和烟?的遮光，粘附在光伏器件的表面上的鸟粪便和树叶，等等)导致严重的功率损耗。被遮蔽的电池不能很好地传导电流。另外，被遮蔽的一个或多个电池可能会由于未被遮蔽的电池生成的电压而变为反向偏置。电池的反向偏置可弓I起电池性能的退化，甚至使电池完全失效。克服这种问题的一种方法是使用旁路元件，例如旁路二极管或更加复杂的旁路电路系统。US2007089779A公开了一种包括光伏电池和二极管的系统。所述光伏电池包括第一空穴载流子层、第一空穴阻挡层以及光活性层，所述光活性层在所述第一空穴载流子层和所述第一空穴阻挡层之间。所述二极管包括第二空穴载流子层和第二空穴阻挡层。其中，所述第一空穴载流子层与所述第二空穴阻挡层电连接，并且所述第二空穴载流子层与所述第一空穴阻挡层电连接。该已知系统的缺点在于其被限制为将旁路二极管作为旁路元件。
【发明内容】
[0004]根据本发明的第一方面，提供了一种光伏器件，所述光伏器件包括叠层，所述叠层包括:第一电极层、第二电极层，以及光活性层，所述光活性层被布置在所述第一电极层和所述第二电极层之间。所述第一电极层包括电支撑层。所述电支撑层包括导电电极线的第一结构。所述电支撑层包括导电集流线的第二结构，所述导电集流线比电极线宽。更加具体的是，所述电极线的宽度通常在15到150微米的范围内，集流线的宽度通常至少为150微米，例如为500微米。所述电极线与所述集流线被布置在所述电支撑层的平面内。所述光伏器件具有多个光伏模块，每个所述光伏模块包括所述叠层的相应横向部分。每个横向部分包括所述第一电极的第一电极层部分、第二电极层的第二电极层部分以及光活性层的光活性层部分。每个第一电极层部分包括所述电支撑层的相应电支撑层部分。所述光伏模块被布置为串联连接，其中，彼此邻接的光伏模块通过电连接进行耦合，所述电连接为从所述彼此邻接的光伏模块中的第一光伏模块的第一电极层部分的集流线(44A)到所述彼此邻接的光伏模块中的第二光伏模块的第二电极层部分的电连接。至少一个条件电旁路元件被紧靠所述电支撑层进行安装。所述条件电旁路元件具有第一和第二端子，所述第一和第二端子分别与彼此不同的、相邻的电支撑层部分的相应集流线相连接，所述条件电旁路元件具有在所述第一端子和所述第二端子之间的条件导电沟道。所述至少一个条件电旁路元件形成用于所述光伏模块中的至少一个模块或一组模块的分流器。优选地，每个光伏模块具有各自的条件电旁路元件。[0005]在根据本发明的第一方面的光伏器件中，所述电支撑层同时用作电极和用于从电极收集电流的集流器。所述电支撑层的集流线又用作连接设施，用于将所述条件电旁路元件进行电连接和机械连接。因此，根据本发明的第一方面的光伏器件可被经济地划分为较小的颗粒度。例如，每个光伏模块可具有几平方厘米的尺寸。这样有利于避免在仅光伏器件的小部分不正常工作时必须绕过大片区域的光伏器件。
[0006]电极线在所述电支撑层的平面内的布置可形成为栅格或网格，或者可以包括多条互相平行的线。所述布置一方面使得从环境到所述光活性层的光可不受阻碍地在电极线之间通过，因而提供了良好的透明度。因此，所述电极线自身不需要是透明的，因而可首选具有相对较高的电导率的材料，例如，诸如铝或铜之类的金属。如果需要，可在该电支撑层与光活性层之间施加一附加透明电极层。当所述电支撑层已经提供了良好的横向导电性时，对于该附加透明电极层的电导率的要求是较低的，从而可首选具有良好透明度的材料。无机层，例如氧化铟锡(ΙΤ0)层可被用于该目的，或者，可使用诸如PEDOT层之类的有机层。优选地，针对光伏器件所设计的波长范围(通常为可见辐射的波长范围)，所述附加透明电极层具有至少50%的透明度。更优选地，透明度为至少90%。所述旁路元件可在单独的工艺中进行制造，并且如果需要，可根据另一技术进行制造。例如，这些旁路元件可用一种紧凑的、娃基工艺来制造。
[0007]在根据第一方面的光伏器件的实施例中，所述条件电旁路元件是二极管。然而，更优选地，条件电旁路元件包括开关元件。开关元件在其导通状态下通常具有可忽略的电阻。所述开关元件，例如晶体管可由外部信号进行控制，但是优选的是，条件电旁路元件进一步包括控制器，所述控制器用于对所述开关元件进行控制，并从旁路元件的第一端子和第二端子被供电。如此一来，可消除针对所述开关元件的外部控制线。例如从US20090184746A1，US20080198523A1和DE10200501223B4可获知用于此目的的适当的电路系统。
[0008]根据本发明的第二方面，提供了一种制造光伏器件的方法。在根据本发明的第二方面的方法中，提供至少包括导电材料的电支撑层的第一电极层，所述电支撑层包括电极线的第一结构和集流线的第二结构，所述导电集流线比电极线宽。所述电极线和所述集流线被布置在所述电支撑层的平面内。所述第一电极层被划分为多个彼此绝缘的横向部分。
[0009]将至少一个条件电旁路元件安装在所述电支撑层处。所述条件电旁路元件具有第一电端子和第二电端子，所述第一电端子和所述第二电端子中的每个端子在与所述电支撑层的彼此相邻的第一和第二部分的相应集流线电接触。所述条件电旁路元件具有在所述第一端子和第二端子之间的条件导电沟道。
[0010]可选地，将导电透明材料的附加透明电极层部分施加在所述电支撑层结构的相应横向部分。可在安装所述至少一个条件电旁路元件的步骤之前或之后，进行施加附加电极层部分的可选步骤。
[0011]根据本发明的第二方面的所述方法进一步包括在所述第一电极层部分上施加相应的光伏层部分，并随后在所述光伏层部分上施加相应的第二电极层部分。因此，所述每个光伏模块被形成为包括所述第一电极层的横向部分，所述光伏层和所述第二电极层，所述第一电极层的横向部分包括所述电支撑层的部分。在每个第二电极层部分与相邻的第一电极层部分之间形成电连接，以提供用于所述光伏模块的电串联连接。有利的是，这些电连接通过施加第二电极层部分形成，使得所述电连接可延伸到其相邻的第一电极层部分的集流线的空闲部分上。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]参照附图更加详细地对这些和其他方面进行描述。其中:
[0013]图1示出了包括多个串联排列的光伏模块的光伏器件的第一实施例；
[0014]图2示出了包括多个串联排列的光伏模块的光伏器件的第二实施例；
[0015]图3示出了根据图1中的II1-1II的部分横截面；
[0016]图3A示出了根据图3中的IIIA的细节；
[0017]图4示出了根据图3中的IV-1V的横截面；
[0018]图5示意性地示出了在根据图4的V-V的横截面中的条件电旁路元件；
[0019]图6A-6C示出了在根据本发明的第一方面的光伏器件中的电支撑层的示例；
[0020]图7示出了针对根据本发明的第一方面的光伏器件的电子替代方案；
[0021]图7A示出了条件电旁路元件的第一示例；
[0022]图7B示出了条件电旁路元件的第二示例；
[0023]图7C示出了条件电旁路元件的第三示例；
[0024]图7D示出了条件电旁路元件的第四示例；
[0025]图7E示出了其中条件电旁路元件桥接两个以上光伏模块的实施例；
[0026]图7F示出了针对该实施例的电子替代方案；
[0027]图8示出了根据本发明的包括图7D中的条件电旁路元件的光伏器件的操作；
[0028]图9示出了条件电旁路元件的第五示例；
[0029]图1OA到IOM更加详细地的示出了所述方法的第一实施例；
[0030]图11A-11H更加详细地的示出了所述方法的第二实施例；
[0031]图1lI示出了针对执行这种第二方法的步骤的替换例；
[0032]图12A-12E更加详细地示出了所述方法的第三实施例的步骤；
[0033]图13示出了通过这种方法获得的光伏器件的示例。
【具体实施方式】
[0034]在下面的详细说明中，许多具体的细节被阐述以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的技术人员将理解的是，本发明可脱离这些具体的细节来实施。在其他实例中，并未对公知的方法、程序和组件进行详细地描述，以避免使本发明的各方面变得晦涩。
[0035]在下文中，参照附图对本发明进行更加全面地描述，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可被以多种不同的方式进行实施，并且不应被解释为局限于在本文中所阐述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使得本申请透彻和完整，并且将本发明的范围完全传达到本领域的技术人员。在附图中，为了清楚起见，可夸大层和区的尺寸和相对尺寸。在本文中，本发明的实施例参照横截面图进行描述，这些横截面图为本发明的理想实施例(以及中间结构)的示意图。同样地，由于例如制造工艺和/或公差造成的图的形状的偏差是可以预料的。因此，本发明的实施例不应被解释为局限于在本文中所示的区域的特定的形状，而应包括，例如，由制造引起的形状上的差异。因此，在图中所示的区域本质上是示意性的，并且，它们的形状不旨在说明器件的区域的实际形状且不旨在限制本发明的范围。
[0036]应理解的是，当一元件或层被称为“在另一元件或层上”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时,该元件或层可直接在另一元件或层上,该元件或层可连接到或稱合到另一元件或层，或可能存在中间元件或层。相反地，当一元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。相同的数字始终表示相同的元件。正如在本文中所用的，术语“和/或”包括所列出的相关项目中的一个或多个的任意和全部组合。
[0037]应当理解的是，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述不同的元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或截面进行区分。因此，在不脱离本发明的教导的前提下，以下所讨论的第一元件、部件、区域、层或截面可被称为第二元件、部件、区域、层或截面。
[0038]空间相对的术语，例如，“在…之下(beneath)”、“在…下方(below)”、“下部的(loWer)”、“在…上方(above)”、“上部的(upper)”以及类似的术语，可在本文中被用于简化对如图中所示的一个元件或特征相对于另一个(多个)元件或(多个)特征的关系的描述。应当理解的是，除在图中所示的方位之外，空间相对的术语旨在包含器件在使用或运行中的不同的方位。例如，如果图中的器件被翻转，那么描述为“在其他元件或特征下方”或“在其他元件或特征之下”的元件将被定向为“在其他元件或特征上方”。因此，示例性术语“在…下方”可包含上和下两种方位。另外，所述器件可被定向(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间相对的描述语被相应地进行解释。
[0039]除非另有定义，否则所有在本文中所用的术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域内的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。进一步应当理解的是，术语，例如在通常使用的词典中定义的那些术语，应被解释为具有与相关技术语境中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确规定，否则不应被理想化或过度正式地解释。如果发生冲突，将以本说明书中包括的定义为`准。另外，材料、方法和实施例仅是说明性的，而非限制性的。
[0040]不同附图中的相同的附图标记表示相同的元件。
[0041]图1示意性地示出了具有多个光伏模块A-F的光伏器件。所述模块以图1所示的字母顺序被串联排列。在这种情况下，光伏模块为矩形并被排成一行。这些模块的后续模块以其长边彼此相邻的方式进行排列。图2示出了具有多个光伏模块A-1的光伏器件的另一实施例，其中，所述模块排列成一二维图案。所述模块以图2所示的字母顺序被电串联排列。
[0042]图3示出了根据图1中的II1-1II的横截面。如图3所示，光伏器件包括叠层，所述叠层包括第一电极层40,第二电极层60,布置在第一电极层40与第二电极层60之间的光活性层50。这些层之间可存在其他的功能层。例如，空穴载流子层可被布置在第一电极层40与光活性层50之间，并且空穴阻挡层可被布置在第二电极层60与光活性层50之间。光活性层50可包括子层，例如，两个或更多个对彼此不同的波长范围敏感的子层。如图3A所示，第一电极层40包括作为第一子层的电支撑层41，并且还包括作为第二子层的透明电极层43，透明电极层43被布置为紧靠电支撑层41。图4示出了如图3所示的穿过电支撑层41的横截面IV-1V。如图4所示，电支撑层包括在此排列为六边形网格的电极线42A、42B的第一结构，以及导电的集流线44A、44B的第二结构。该集流线相对于所述电极线是较宽的。电极线42A、42B和集流线44A、44B被排列在电支撑层41的平面内。电支撑层41可位于基底上，或嵌入到基底上的电绝缘透明层20中，或嵌入到基底本身中。透明电极层43被布置在电支撑层41的面向光活性层50的一侧。如图3所不,光伏模块A、B中的每个分别包括上述的叠层40、50、60的相应横向部分。更具体的说，叠层的横向部分包括第一电极层40的第一电极层部分40A、40B，第二电极层60的第二电极层部分60A、60B，以及光活性层50的光活性层部分50A、50B。图3A不出了在这种情况下,第一电极层部分40A、40B中的每个包括第一子层部分和第二子层部分43B，所述第一子层部分由相应的电支撑层部分41A、41B形成。如图3所示，光伏模块A、B被以串联连接的方式布置，其中，彼此邻接的光伏模块A、B通过电连接耦合，所述电连接为从彼此邻接的光伏模块中的第一光伏模块A的第一电支撑层部分41A的集流线44A到彼此邻接的光伏模块中的第二光伏模块B的第二电极层部分60B的电连接。用语“透明”旨在表示，针对为光伏器件所设计的波长范围(通常为可见辐射的波长范围)，层20透射至少50%的辐射。甚至更优选地，至少90%的辐射被透射。
[0043]这里，电极线42A、42B根据六边形图案进行排列，但是如图6A-C所示，可采用各种替换图案。至少一个条件电旁路元件30被紧靠电支撑层41进行安装。条件电旁路元件30具有第一和第二端子31、32，所述第一和第二端子31、32分别与各自相邻的电支撑层部分41A、41B的集流线44A、44B连接。图5示出了根据图4中的V-V的横截面。图5中更加详细示出的条件电旁路元件30具有在所述第一端子31和所述第二端子32之间的条件导电沟道33。通常，条件电旁路元件30由硅基芯片构成。对于本领域的技术人员，各种提供用于在元件30与电支撑层41之间的机械和电连接的方法都是可用的。例如，直接的引线接合可被提供。可替代地，金或锡焊点(bump)可被用于提供与电支撑层41的连接。可使用插入器来代替直接将条件电旁路元件30安装在电支撑层41上。条件电旁路元件30可被安装在例如具有焊点(bump)的插入器上，并且插入器随后可通过焊接、粘合或压接被连接到电支撑层41。
[0044]图6A示出了电支撑层41A+B的替代布置。其中，电极线42A+B被布置成圆形图案。图6B不出了一种布置，其中电极线42A、42B被布置成矩形网格。图6C不出了一种布置,其中电极线42A、42B被布置成平行线集。如图6C所示，集流线44A、44B可封闭电支撑层41的每个横向部分41A、41B，利用其分别获得在电极线42A、42B的第一结构与集流线44A、44B的第二结构之间的最佳电接触。然而，可替代地，集流线可沿圆周的部分进行布置。在另一替代性的实施例中，电支撑层部分的集流线可布置在电极线的结构中。集流线44A、44B可具有远大于电极线42宽度的宽度。
[0045]适用于在光伏器件中的各种层的材料同样是公知的，并且例如，被在所引用的EP专利公布文本中公开。
[0046]图7示意性地示出了对于具有四个模块A-D的光伏器件的布置，其中模块B不起作用。模块A-D中的每个具有条件电旁路元件30A-30D。在这种情况下，相应的条件电旁路元件30B变得导电，以便于电流路径Ip通过旁路元件30B进行转移。在根据第一方面的光伏器件的图7A中所示的实施例中，条件导电沟道35为沿正常情况下处于截止状态的方向布置的二极管，即，当其相应的光伏模块正确运行时，所述二极管处于截止状态。图7B示出了第二实施例，其中条件导电沟道35为开关元件35。该开关元件可被耦合到外部控制器。图7C示出了又一实施例，其中所述条件电旁路元件30进一步包括控制器36，所述控制器36对开关元件35进行控制，并且从旁路元件30的第一和第二端子31、32进行供电。在图7D中更加详细地显示该控制器36。控制器36具有控制模块361和电源模块362。控制模块361基于在端子31、32上所感应的电压来对开关元件35进行控制。电源模块362具有耦合到旁路元件30的端子31、32的输入，并向控制模块361提供稳压电源V。为了提供该稳压电源，电源模块362可使用同样是已知的技术，举例来说，诸如二极管之类的整流器元件，诸如电池或电容器之类的储能元件。该模块中还可并入更复杂的电压调节装置，例如诸如开关模式电源之类的电压转换装置。
[0047]不一定每个光伏模块都通过条件电旁路元件进行桥接。可替代地，一组串联排列的光伏模块可通过一个条件电旁路元件进行桥接。在如图7E所示的实施例中，第一光伏模块对A、B具有条件电旁路元件30AB，并且第二光伏模块对C、D具有条件电旁路元件30CD。光伏模块A-D各自具有相应的带有电极线42A，…，42D和集流线44A，…，44D的电支撑层的横向部分41A，…，41D。串联排列的模块对A、B被耦合到主集流线44AB，串联排列的模块对C、D被耦合到主集流线44CD。图7F示出了针对该排列的电替换方案。作出举例示出了一种光伏模块B不正常工作的情形。在这种情况下，条件电旁路元件30AB变得导电。
[0048]图8示出了包括如图7D所示的旁路元件30的光伏器件的实施例的操作。在时段t0到tl期间，没有输入辐射被施加到光伏器件上。因此，输入电压Vin，即端子32相对于端子31的电压为O伏。在后续的时段tl到t2期间，光伏器件接收太阳辐射，并且对应于旁路元件30的光伏模块(表示为被监控光伏模块)正常工作。因此，产生超过第一阈值电压Vl的正电压。控制模块361通过截止开关元件35来响应这种情况。在后续的时段t2到t3期间，被监控光伏模块被遮蔽，例如，被树的影子遮蔽，而在光伏器件中的其他光伏模块正常工作。这就具有这种效应:控制模块361感应低于第二阈值电压V2的电压。控制模块361通过将开关元件35设置为导通状态来响应这种情况。于是，可保持小的静电压以便能够检测到被监控光伏模块的当前状态。在后续的时段t3到t4中，被监控光伏模块的遮蔽被取消，导致所述模块正常工`作。于是，由控制模块361观测到的电压Vin再次超过第一阈值电压VI，这导致控制模块361截止开关元件35。在后续的时段t4到t5中，被监控光伏元件被遮蔽，导致控制模块361将开关元件35设置为导通状态。在从t5到t6的时段中，再次没有输入辐射被施加到光伏器件上。因此，输入电压Vin，即端子32相对于端子31的电压为O伏。在这种情况下，控制模块361通常将开关元件35保持在截止状态。
[0049]作为故障保存设施，开关元件35可通过二极管351进行桥接。
[0050]如图9所示，旁路元件30可包括附加旁路沟道352，所述附加旁路沟道352由第二控制模块363进行控制。第二控制模块363可被耦合到第一控制模块361，并接收用于指示检测到的条件的输入信号Sc。输入信号Sc可指示以下条件之一:
[0051]指示第一条件的第一信号值，所述第一条件为光伏器件中没有光伏模块是运行的(当没有太阳辐射被接收时)。
[0052]指示第二条件的第二信号值，所述第二条件为所述被监控光伏模块正常工作。
[0053]指示第三条件的第三信号值，所述第三条件为其他的光伏模块正常工作而所述被监控光伏模块没有正常工作。
[0054]第二控制模块363可具有统计分析各种条件的发生并且根据这种分析使将附加旁路沟道352从通常为截止的状态设置为永久导电状态的装置。例如，如果检测到直到超过阈值时间间隔还没有检测到第二条件，则附加旁路沟道352可被设置为永久导电状态。在维护期间，可出现的是被监控光伏模块仅为暂时出现故障，例如由于监控光伏模块上存在灰尘引起的故障。在这种情况下，为了使被监控光伏模块能够恢复正常操作，可提供一种能够产生在正常情况下不发生照明的序列(例如光脉冲序列)的工具。控制模块36可具有检测这种光序列的复位设施。所述复位设施可以例如为第二控制模块363的一部分，来检测在第一条件和第二条件之间的快速交替。
[0055]如图7D中所示的实施例中，可存在故障保存设施。
[0056]根据本发明的第二方面，可通过以下步骤制造根据本发明的第一方面的光伏器件。
[0057]在步骤SI处，提供第一电极层，所述第一电极层包括导电材料的电支撑层，并包括排列在所述电支撑层的平面内的导电电极线的第一结构。所述电支撑层包括集流线的第二结构，所述集流线也排列在所述电支撑层的平面内并具有一大于所述电极线宽度的宽度。所述电支撑层包括多个彼此隔离的横向部分。
[0058]在步骤S2处，在所述电支撑层处安装至少一个条件电旁路元件。所述条件电旁路元件具有第一电端子，所述第一电端子与所述电支撑层的彼此相邻的第一和第二部分中的第一部分的集流线电接触。所述条件电旁路元件具有第二电端子，所述第二电端子与所述电支撑层的彼此相邻的第一和第二部分中的第二部分的集流线电接触。所述条件电旁路元件具有在所述第一端子与所述第二端子之间的条件导电沟道。
[0059]在步骤S3处，在所述电支撑层结构的多个横向部分上施加导电透明材料的相应的第一电极层部分。
[0060]在步骤S4处，在第二电极层部分上施加相应的光伏层部分。
[0061]在步骤S5处，在光伏层部分上施加相应的第二电极层部分。于是，在每个第二电极层部分与相邻的第一电极层部分的集流线之间形成电连接。值得注意的是，层可被形成为堆叠的子层。
[0062]上述步骤不一定要以这里提出的顺序来执行。作为替代的可能性是:首先，根据步骤S1、S3、S4和S5制造光伏电池，并且随后执行步骤S2，其中条件电旁路元件被安装在所述电支撑层处。在另一实施例中，至少一个条件旁路元件被集成于在光伏电池下方的箔片中，步骤S2可以是首个步骤并且接着是步骤S1、S3、S4和S5。
[0063]现在对根据本发明的第二方面的方法的实施例进行更加详细地描述。
[0064]图10示出了根据第二方面的方法的第一实施例。在该实施例中，第一步骤SI包括图1OA-1OE中所示的四个子步骤S101、S102、S103、S104。
[0065]更加具体地，提供第一电极40的第一步骤SI包括图1OA所示的第一子步骤SlOl，
其中，提供第一金属基底10。
[0066]如图1OB所示，在步骤SI的第二子步骤S102中，对金属基底的第一主表面11进行图案化。于是，在所述第一主表面11中产生突起12和凹陷部分13。
[0067]如图1OC所示，在第三子步骤S103中，在金属基底10的第一主表面11处沉积电绝缘的透明支撑层20。
[0068]如图1OD和IOE所示，在第四子步骤104中，将在金属基底的与其第一主表面11相对的第二主表面15处的材料从金属基底上去除。图1OE示出了根据图1OD中的XIE的俯视图。图1OD为根据图1OE中的D-D的横截面。于是，由于从金属基底10去除材料，导致在凹陷部分13消失的地方，电绝缘的透明支撑层20被暴露出来。因此，形成包括导电电极线42A、42B的结构的电支撑层41，所述导电电极线42A、42B被布置在所述电支撑层的平面内，并被嵌入在电绝缘的透明支撑层20中。电支撑层41形成电极40。在W02011/1016724中给出这种用于提供第一电极40的方法的更多细节。
[0069]在第二子步骤S102中产生突起12和凹陷部分13的图案，使得电支撑层41包括多个彼此电绝缘的横向部分41A、41B。即，在每两个区域之间产生一横向部分，突起12和凹陷部分13的图案被无突起部分的边界区域中断。每个电支撑层部分41A、41B包括带有电极线42A、42B的第一结构和带有集流线44A、44B的第二结构。每个电支撑层部分41A、41B的第一结构和第二结构相互之间电连接。
[0070]图1OF以横截面的形式示出第二步骤S2，图1OG以根据图1OF中的XIG的俯视图的形式示出第二步骤S2。图1OF示出了根据图1OG中的F-F的横截面。在步骤S2中，至少一个条件电旁路元件30被安装在所述电支撑层41处。正如在图1OF中所看到的，条件电旁路元件30的第一电端子31与电支撑层41的彼此相邻的部分41A、41B中的第一部分41A的集流线44A电接触。条件电旁路元件30的第二电端子32与电支撑层41的彼此相邻的部分41A、41B中的第二部分41B的集流线44A电接触。
[0071]步骤S3、S4和S5分别在图10HU0J和IOL以横截面的形式示出，并分别在图101、IOK和IOM中以俯视图的形式示出。图10HU0J和IOL分别为根据图101中的H-H的横截面，根据图1OK中的J-J的横截面和根据图1OM中的L-L的横截面。俯视图的方向对应于针对图1OE和IOG的俯视图定义的方向。
[0072]图1OH和101示出了第三步骤S3的结果，其中，相应的(诸如氧化铟锡(ITO)或PEDOT之类的导电透明材料的)导电透明层部分43A、43B被施加到所述电支撑层结构41的多个横向部分41A、41B上。支撑层结构41的横向部分41A和导电透明层部分43A—起形成电极层40的横向部分40A。支撑层结构41的横向部分41B和导电透明层部分43B —起形成电极层40的横向部分40B。
[0073]图1OJ和IOK示出了第四步骤S4的结果，其中，相应的光伏层部分50A、50B被施加到导电透明层部分43A、43B上。可替代地，光伏层部分50A、50B可被直接施加到电支撑层结构41的横向部分41A、41B上。
[0074]图1OL和IOM示出了第五步骤S5的结果，其中，相应的第二电极层部分60A、60B被施加到光伏层部分50A、50B上。第二电极层部分60B延伸到其相应的光伏层50B之外，到达支撑层41的横向部分41A的集流线44A的上方，其中横向部分41A为相邻的第一电极层部分40A的部分。于是，在第二光伏模块B的第二电极层部分60B与第一光伏模块A的第一电极部分40A之间形成电连接。在这种情况下，第二电极层部分60B直接延伸到模块A的电支撑层结构41的横向部分41A的集流线44A的上方。可替代地，该电连接可通过中间层或层的组合来形成。例如，在第二电极层部分60B与第一电极层部分40A之间的电连接可通过所述第一电极层部分40A的透明层43A来形成。尽管为了清楚起见，仅示出在一个第二电极层部分60B与一个第一电极层40A之间的电连接，但是应该清楚的是，在实践中光伏器件可具有更多个以这种方式被串联排列的光伏模块，例如，如图1或2所示。[0075]图11A-11H示出了根据本发明的第二方面的方法的第二实施例。在这个实施例中，提供包括电支撑层41的第一电极40的步骤SI包括如下更详细地描述的子步骤S111、S112、S113 和 S114。
[0076]根据这些子步骤的第一子步骤S111，如图1lA所示，提供基底10。任何材料可被用于该基底10，只要该材料可被相对容易地在后期的工艺中例如通过蚀刻、溶解或剥离被去除。进一步优选地，但不是必要的是:材料是柔性的，使得其可在卷绕工艺中被处理。通常使用具有在50微米到0.5毫米范围内的厚度H的箔片。该箔片例如为诸如铝箔或铜箔之类的金属箔片。
[0077]图1lB示出了这些子步骤中的第二子步骤S112，其中，在基底的第一主侧11上沉积具有电支撑层部分的电支撑层41。为了清楚起见，仅示出了这些电支撑层部分的集流线44A、44B。电支撑层41可以任一方式进行沉积，例如，通过印刷，通过气相沉积法或通过电镀进行沉积。电支撑层41形成具有第一电极层部分40A、40B的第一电极层40。
[0078]基底10是临时存在的，在S113，将电支撑层41嵌入到透明层20中之后，在S114，该基底被去除。
[0079]更具体地，图1lD示出了子步骤S113的结果，其中，电支撑层41被嵌入在透明层20中。嵌入在透明层中的子步骤可包括在电支撑层41上沉积一个或多个层。例如可(例如，通过旋覆)在电支撑层上沉积单一层。可替代地，可沉积堆叠的子层作为透明层20。该堆叠可例如为包括无机层和有机层的阻隔堆叠，所述无机层和有机层可相互交替或不同类型的无机层之间相互交替。图1lE示出了子步骤S114的结果，其中，基底被从嵌入有电支撑层41的透明层20去除。在所示的实施例中，在将电支撑层41沉积S112在基底5的第一主侧的子步骤之后，并在将电支撑层41嵌入S113在透明层20中的子步骤之前，执行将条件电旁路元件30安装S2 (图11C)在电支撑层41处的步骤。
[0080]在W02011/016725中给出这种用于提供第一电极40的方法的更多细节。
[0081]在临时基底5被去除之后，执行步骤S3和S4。图1lF示出了这些步骤的结果。在步骤S3中，将导电透明材料层的相互分离的横向部分43A、43B分别施加到所述电支撑层结构41的多个横向部分41A、41B上。在步骤S4中，将光伏层部分50A、50B分别施加到层43的这些横向部分43A、43B上。然后，如图1lG所示，步骤S5，将第二电极层部分60A、60B分别施加到光伏层部分50A、50B上。第二电极层部分60B延伸到其相应的光伏层部分50B之夕卜，到达相邻的光伏模块的第一电极层部分的空闲部分的上方。在这种情况下，第二电极层部分60B直接延伸到电支撑层结构41的横向部分41A的集流线44A的上方，从而在第二电极层部分60B与包括相邻模块的横向部分41A的第一电极层部分之间形成电连接。在所示的方法的实施例中，阻隔层70被沉积。该阻隔层70可包括与针对层20所述类似的堆叠的子层。
[0082]图1lI示出了可替代地，可在将基底10从嵌入的电支撑层41去除的子步骤S114之后，执行将至少一个条件电旁路元件30安装在所述电支撑层41处的步骤S2。在这种情况下，与如图1IF和IlG中所示类似，可在步骤S2之后执行步骤S3、S4和S5。
[0083]可替代地，还有这种可能:假如条件电旁路元件30可被安装在电支撑层结构41的空闲区域部分中，并且条件电旁路元件30的端子与电支撑层部分41A、41B电接触，那么将至少一个条件电旁路元件30安装在所述电支撑层41处的步骤S2被推迟直到步骤S3、S4和S5中的一个或多个步骤被执行之后再执行。可替代地，在条件电旁路元件30的端子与相应的电支撑层部分41A、41B之间的电连接可通过在电支撑层部分41A、41B处的相应透明导电层部分形成。
[0084]图12A到12C示出了执行提供具有电支撑层41的第一电极40的步骤SI的替代方式。图12A示出了第一和第二子步骤的结果。第一子步骤S121包括在透明基底4上提供第一无机层21。第二子步骤S122包括在第一无机层21上提供第一有机去耦层22。随后，如图12B所示，执行子步骤S123，其中至少一个沟槽13被形成在有机去耦层中。
[0085]为了在有机去耦层中形成至少一个沟槽13，可应用例如软光刻技术(在部分反应的有机层中压印PDMS橡胶图章)。采用这种方式，可形成具有高达10的纵横比的沟槽13。这里该纵横比被考虑为沟槽的深度D3除以其最小的横向尺寸。
[0086]进一步地，在压印后，对有机去耦层进行充分固化，例如通过利用热处理或UV-辐射的聚合来进行固化。
[0087]沟槽13可被处理为使得位于第一无机阻隔层21顶部的沟槽的底部没有有机物残留。等离子体蚀刻可以被用于这种清除。剩余的有机材料可形成水分的扩散路径。
[0088]随后，在子步骤S124中，如图12C所示，提供第二无机层23。
[0089]一种同样公知的内联式基于真空或空气的棍对棍卷绕涂覆(web coating)系统可被用于涂敷有机层22和无机层21、23。该涂覆系统由多个部分组成，所述多个部分结合了在多个处理室中进行的展开、重绕，所述处理室专用于例如:预处理基底表面，或在基底表面涂覆无机层，或在基底表面涂覆有机层，或在基底表面涂覆图案化有机层，或固化有机涂层表面。
[0090]无机层21、23可通过各种物理气相沉积法和各种化学气相沉积法进行涂敷，所述物理气相沉积法例如热蒸发、电子束蒸发、溅射、磁控管溅射、反应溅射、反应蒸发等，所述各种化学气相沉积法例如热化学气相沉积(CVD)、光辅助化学气相沉积(PACAD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。
[0091]有机层22可通过各种涂覆技术和各种印刷技术进行涂敷，所述涂覆技术例如旋转涂覆、槽模涂覆、吻合涂覆、热熔涂覆、喷涂等，所述印刷技术例如喷墨印刷、凹版印刷、柔性版印刷、丝网印刷、旋转丝网印刷等。
[0092]在沉积第二无机层23之后，如图12D所示，子步骤S125被执行，其中，导电材料被沉积在至少一个沟槽13中。该导电材料形成具有电支撑层部分41A、41B的电支撑层结构41。假如至少一个沟槽13由单一沟槽形成，那么相互断开连接的电支撑层部分41A、41B可通过将导电材料沉积在该单一沟槽的相应部分中来形成。可替代地，可提供分离的沟槽来形成每个电支撑层部分41A、41B。
[0093]为了减轻导电材料在表面的扩散，所述顶部表面被制作为疏水的并且所述沟槽被制作为亲水的。沟槽13 (参见图12B)可在单一步骤中被填充，例如通过溅射，或通过气相沉积(例如M0CVD)，以及通过将其与抛光或蚀刻的步骤相结合。优选地，沟槽13通过两步法被填充。例如，沟槽13可被气相化的金属(例如，铝，如在EP1693481A1中所描述的)或被液态金属(例如，银、金、铜)填充，并执行额外的烘烤步骤(低于150度)。下一步用来完全充满沟槽13以弥补沟槽中的材料的收缩。在第二步骤期间施加的导电材料可以是相同的，但也可以是不同的材料。例如，金属银、金和铜具有高反射率，因此优选作为第二导电材料。在该工艺期间，注意力应放在结构设计上，使得(将与输电部件组装的)功能部件的一个导电层的接触区并不与该功能部件的另一导电层直接接触，以防止短路。在一个可替换的方法中，在单一步骤中施加导电材料。
[0094]在W02010/016763中给出这种用于提供第一电极40的方法的更多细节。
[0095]下一步，如图12E所示，将至少一个条件电旁路部件30安装(S2)在电支撑层处。随后，如图13所示，可以与参照图1OJ到IOM所描述的方式类似的方式来执行步骤S3到S5,从而获得根据本发明的第一方面的光伏器件
[0096]可替代，该光伏器件可根据不同的程序来完成。例如，光活性层部分50A、50B可被直接施加在电支撑层41A、41B处。
[0097]如本文所用，术语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它变形，意在覆盖非排他性的包括。例如，包括一系列元件的工艺、方法、产品或装置并不一定仅限于这些元件，而是可以包括其它未明确列出的或这种工艺、方法、产品或装置固有的元件。进一步地，除非明确地进行相反表述，否则“或”涉及包含性的或而不是排他的或。例如，在下列任一种情况下，满足条件A或B:A将为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B都为真(或存在)。
[0098]同样，使用“一”或“一个”来描述本发明的元件和部件。这样做仅仅是为了方便并给出本发明的一般意义。这种描述应被理解为包括一个或至少一个，并且除非明显地另指他意，否则单数也包括复数。
【权利要求】
1.一种光伏器件，包括叠层，所述叠层包括:第一电极层(40)、第二电极层(60)以及光活性层(50 )，所述光活性层(50 )被布置在所述第一电极层和所述第二电极层之间。所述第一电极层(40)至少包括电支撑层(41)，所述电支撑层(41)具有导电电极线(42A、42B)的第一结构和导电集流线(44A、44B)的第二结构，所述导电集流线(44A、44B)比所述导电电极线(42A、42B)宽，所述电极线(42A、42B)与所述集流线(44A、44B)被布置在所述电支撑层的平面内，所述光伏器件具有多个光伏模块(A，B…)，每个所述光伏模块包括所述叠层的相应横向部分，其中一横向部分包括第一电极层部分(40A、40B)、第二电极层(60)的第二电极层部分(60A、60B)以及光活性层(50)的光活性层部分(50A、50B)，所述第一电极层部分(40A、40B)具有第一电极层(40)的电支撑层部分(41A、41B)，其中，所述电支撑层部分(41A、41B)具有第一结构的相应部分和第二结构的相应部分，所述第二结构的所述相应部分电连接到所述第一结构的所述相应部分，所述光伏模块被布置为串联连接，其中，彼此邻接的光伏模块通过电连接进行耦合，所述电连接为从所述彼此邻接的光伏模块(A)中的第一光伏模块的第一电极层部分(40A)的集流线(44A)到所述彼此邻接的光伏模块中的第二光伏模块(B)的第二电极层部分(60B)的电连接，并且其中，至少一个条件电旁路元件(30)被紧靠所述电支撑层(41)进行安装，所述条件电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)分别与彼此不同的相邻电支撑层部分(41A、41B)的相应集流线(44A、44B)相连接，所述条件电旁路元件(30)具有在所述第一端子和所述第二端子之间的条件导电沟道(35 )。
2.根据权利要求1所述的光伏器件，其中，所述条件导电沟道(35)为二极管。
3.根据权利要求1所述的光伏器件，其中，所述条件导电沟道(35)为开关元件。
4.根据权利要求3所述的光伏器件，其中，所述条件电旁路元件(30)进一步包括控制器(36)，所述控制器(36)用于控制所述开关元件(35)并从旁路元件的所述第一端子和第二端子(31、32)被供电。
5.根据权利要求4所述的光伏器件，其中，所述控制器包括控制模块(361)和电源模块(362)，其中，所述控制模块(361)基于在端子(31、32)上所感应到的电压来对所述开关元件(35 )进行控制，并且其中，所述电源模块(362 )根据存在于旁路元件(30 )的端子(31、32 )上的输入电压来提供稳压电源(V)。
6.根据权利要求5所述的光伏器件，其中，所述电源模块(362)包括整流器元件、储能元件和电压转换装置中的一个或多个。
7.—种制造光伏器件的方法，包括以下步骤: 提供(SI)第一电极层(40)，所述第一电极层(40)至少包括导电材料的电支撑层(41)，所述电支撑层(41)包括导电电极线(42A、42B)的第一结构和导电集流线(44A、44B)的第二结构(44)，所述导电集流线(44A、44B)比所述电极线(42A、42B)宽，所述第一结构和所述第二结构彼此电连接，并且所述电极线(42A、42B)和所述集流线(44A、44B)被布置在所述电支撑层的平面内，所述第一电极层(40)被划分为多个彼此绝缘的具有各自的电支撑层部分(41A、41B)的横向部分，其中，所述电支撑层部分(41A、41B)具有所述第一结构的相应部分和所述第二结构的相应部分，所述第二结构的相应部分电连接到所述第一结构的相应部分； 将至少一个条件电旁路元件(30 )安装(S2 )在所述电支撑层(41)处，所述条件电旁路元件(30 )具有第一电端子(31)和第二电端子(32 )，所述第一电端子(31)和所述第二电端子(32)分别与所述电支撑层(41)的彼此相邻的第一和第二部分(41A、41B)的相应集流线(44A、44B)电接触，所述条件电旁路元件具有在所述第一端子和第二端子之间的条件导电沟道； 在第一电极层部分(40A、40B)上施加(S4)相应的光伏层部分(50A、50B)； 在所述光伏层部分(50A、50B)上施加(S5)相应的第二电极层部分(60A、60B)，并在每个第二电极层部分(60B)与第一电极支撑层部分(41A)的集流线(44A)之间形成电连接。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括以下步骤: 将附加透明电极层施加到所述电支撑层(41)上。
9.根据权利要求7或8所述的制造光伏器件的方法，其中，提供第一电极层(40)的步骤(SI)包括以下子步骤: 提供(SlOl)第一金属基底(10)； 将所述金属基底的第一主表面(11)进行图案化(S102)，从而在所述第一主表面(11)中产生突起(12)和凹陷部分(13)； 在所述金属基底(10 )的第一主表面(11)处沉积(S103 )电绝缘的透明支撑层(20 ); 从金属基底的与所述第一主表面(11)相对的第二主表面(15)处去除(S104)材料，从而暴露出与所述凹陷部分相对的所述电绝缘的透明支撑层(20)，并形成嵌入到所述电绝缘的透明支撑层(20)中的电支撑层(41)，所述电支撑层结构包括多个相互之间电绝缘的横向部分(41A、41B)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述在所述金属基底(10)的第一主表面(11)处沉积(S103)电绝缘的透明支撑层(20)的子步骤包括: 随后沉积一无机层、一有机层和一无机层。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述在每个第二电极层部分(60B)与相邻的第一电极层部分(40A)之间形成电连接的步骤(S5)包括: 将所述第二电极层部分(60B)施加为延伸到所述第一电极层部分的空闲部分之上的第二层部分。
12.根据权利要求7或8所述的方法，其中，提供第一电极层(40)的步骤(SI)包括以下子步骤: 提供(Slll)基底； 将所述电支撑层(41)置于(S112)所述基底的第一主侧上； 将所述电支撑层嵌入到(S113)透明层中； 从所嵌入的电互联的开放分流结构去除(S114)所述基底。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在将所述电支撑层(41)置于(S112)所述基底的第一主侧上的子步骤之后，并在将所述电支撑层嵌入到(S113)透明层中的子步骤之前，执行将所述至少一个条件电旁路元件(30 )安装(S2 )在第一电极层(40 )处的步骤。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，在从所嵌入的电互联的开放分流结构去除(S114)所述基底的子步骤之后，执行将所述至少一个条件电旁路元件(30)安装(S2)在所述电支撑层处的步骤。
15.根据权利要求7或8所述的方法，其中，提供第一电极层(40)的步骤(SI)包括以下子步骤: 提供(S121)第一无机层； 在所述第一无机层上提供(S122)第一有机去耦层； 在所述有机去耦层中形成(S123)至少一个沟槽； 提供(S124)第二无机层； 在所述至少一个沟槽中沉 积(S125)导电材料。
【文档编号】H01L27/30GK103563082SQ201280025658
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月25日 优先权日:2011年5月27日
【发明者】E·W·A·杨 申请人:荷兰应用自然科学研究组织Tno