全密封的非平面太阳能电池的制作方法

专利名称：全密封的非平面太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及将太阳能转换成电能的全密封太阳能电池。

背景技术：
太阳能电池通常被制造为具有4-6cm2量级或更大聚光表面积的分离物理实体。为此，用于发电应用领域中的通常作法是将扁平阵列的电池安装在支撑衬底或面板上，使得其聚光表面提供类似于单一大聚光表面的聚光表面。此外，因为每个电池自身仅产生少量电力，故通过将电池阵列以串联及/或并联矩阵互连来实现所需的电压及/或电流。
图1中示出了常规现有技术的太阳能电池结构。因为不同层的厚度的较大范围，仅示意性地将其示出。此外，图1为高度示意性的，由此图1表示了“厚膜”太阳能电池及“薄膜”太阳能电池两者的特征。一般而言，因为需要吸收器层的厚膜来吸收足够量的光，故使用间接能带隙材料来吸收光的太阳能电池通常被设置为“厚膜”太阳能电池。因为仅需要直接能带隙材料的薄层来吸收足够量的光，故使用直接能带隙材料来吸收光的太阳能电池通常被设置为“薄膜”太阳能电池。
在图1的顶部的箭头示出了电池上直接太阳照明源。层102是衬底。玻璃或金属是常见衬底。在薄膜太阳能电池中，衬底102可以是聚合物基材、金属或玻璃。在一些情况下，存在附涂衬底102的包裹层(未示出)。层104是用于太阳能电池的后方电触点。
层106是半导体吸收器层。后方电触点104与吸收器层106欧姆接触。在很多但并非全部情况下，吸收器层106是p型半导体。吸收器层106足够厚以吸收光。层108是半导体结匹配器(junction partner)，其与半导体吸收器层106一起，形成p-n结。p-n结是在太阳能电池中常见类型的结。在p-n结基太阳能电池中，当半导体吸收器层106是p型掺杂材料时，结匹配器108就是n型掺杂材料。相反地，当半导体吸收器层106是n型掺杂材料时，结匹配器108是p型掺杂材料。通常，结匹配器108比吸收器层106薄得多。例如，在一些情况下，结匹配器108具有约0.05微米的厚度。结匹配器108对太阳辐射高度透明。因为其使光向下穿过到达吸收器层106，故结匹配器108也被称为窗层(window layer)。
在常规厚膜太阳能电池中，吸收器层106及窗层108可由相同半导体材料制成，但具有不同载体类型(掺杂)及/或载体浓度，以使得两层具有不同的p型及n型特性。在其中铜铟镓联硒化合物(CIGS)是吸收器层106的薄膜太阳能电池中，使用CdS来形成结匹配器108已经制成高效电池。可用于结匹配器108的其它材料包括但不限于In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-xMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2以及掺杂ZnO。
层110是对电极，其完成功能电池。通常使用对电极110将电流从结引离，因为结匹配器108通常阻抗过大而难以实现该功能。因此，对电极110应当导电性高并对光透明。对电极110实际上可以是在层108上印刷的金属梳状结构，而非形成独立的层。对电极110通常是透明导电氧化物(TCO)，诸如掺杂氧化锌(例如，铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌)、铟锡氧化物(ITO)、氧化锡(SnO2)、或者铟锌氧化物。但是，即使当存在TCO层时，在常规太阳能电池中通常需要母线网络114来引离电流，因为TCO阻抗过大而难以在较大的太阳能电池中有效地实现该功能。缩短了距离电荷载体的网络114必须在TCO层内移动以到达金属端子，由此减小阻抗损耗。金属母线(也被称为栅极线)可由任何合适的导电金属(例如银、钢或铝)制成。在网络114的设计中，在导电性更高但会阻挡更多光线的厚栅极线与导电性较差但阻挡更少光线的薄栅极线之间实现设计平衡。金属母线优选地被设置为梳状设置以允许光线通过TCO层110。母线网络层114与TCO层110组合作为单冶金单元发挥作用，与第一欧姆端子功能性交互以形成集电电路。在授权给Sverdrup等人的美国专利号6,548,751(通过引用将其完整结合在本说明书中)中，组合的银母线网络与铟锡氧化物层起单一透明ITO/Ag层的作用。
层112是允许大量额外的光进入电池的增透涂层。如图1所示，取决于电池的用途，可将其直接沉积在顶部导体上。可替代地或额外地，可使增透涂层112沉积在遮掩顶电极110的独立盖玻璃上。理想地，增透涂层在发生光电吸收的光谱范围上将电池的反射减小至极为接近零，并且同时增大在其它光谱范围中的反射以减少热量。授权给Aguilera等人的美国专利号6,107,564(通过引用将其完整结合在本说明书中)描述了本领域公知的代表性的增透涂层。
太阳能电池通常仅产生低电压。例如，硅基太阳能电池产生约0.6伏特(V)的电压。因此，太阳能电池串联或并联互连以实现更大电压。当串联连接时，在电流保持相同的同时，各个电池的电压相加在一起。因此，相较于并联设置的类似的太阳能电池，串联设置的太阳能电池减小了通过电池的电流量，由此提高了效率。如图1所示，利用互连构件116来实现串联的太阳能电池设置。通常而言，互连构件116使一个太阳能电池的第一电极与相邻的太阳能电池的对电极电连通。
许多太阳能电池结对湿气敏感。经过一段时间后，湿气渗透到太阳能电池中，并造成太阳能电池结腐蚀。为了防止这些湿气进入太阳能电池，通常用玻璃嵌板封装太阳能电池。因此，如图1所示，玻璃嵌板可以加到顶电极110和增透涂层112之间或加到增透涂层之上。通常，用有机硅层或EVA层将玻璃嵌板密封到太阳能电池上。因此，在该玻璃嵌板和衬底102之间可以防止太阳能电池受潮。这种设计的弱点在于太阳能电池边缘。太阳能电池边缘的一个实例是如图1所示的太阳能电池的侧边160。在本领域中，这些边缘已用有机聚合物涂覆，从而避免湿气腐蚀太阳能电池结。不过，尽管这些有机聚合物耐水，但是它们并非对水密封，经过一段时间，渗透到太阳能电池中的水引起太阳能电池腐蚀。因此，本领域需要用于太阳能电池边缘的真正防水的密封。
在这里对参考文献的讨论或引用并不构成对上述参考文献是本申请的现有技术的承认。


发明内容
一方面，本申请提供了太阳能电池单元，其包括非平面太阳能电池。该非平面太阳能电池具有第一端及第二端，并包括如管状或刚性实心棒状的衬底、周向沉积在所述衬底上的后电极、周向沉积在所述后电极上的半导体结层和周向沉积在所述半导体结上的透明导电层。透明管状壳体周向沉积在非平面太阳能电池上。第一密封剂封盖全密封到非平面太阳能电池的第一端。
在一些实施方案中，太阳能电池单元进一步包括全密封到非平面太阳能电池第二端由此使得所述太阳能电池单元防水的第二密封剂封盖。在一些实施方案中，第一密封剂封盖由金属、合金或玻璃制成。在一些实施方案中，第一密封剂封盖全密封到透明管状壳体的内表面或外表面。在一些实施方案中，透明管状壳体由硼硅酸盐玻璃制成，第一密封剂封盖由Kovar合金制成。在一些实施方案中，透明管状壳体由钠钙玻璃制成，第一密封剂封盖由低膨胀的不锈钢合金制成。
在一些实施方案中，第一密封剂封盖由铝、钼、钨、钒、铑、铌、铬、钽、钛、钢、镍、铂、银、金、其合金、或者其任意组合制成。在一些实施方案中，第一密封剂封盖由铟锡氧化物、氮化钛、氧化锡、氟掺杂氧化锡、掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌或铟-氧化锌制成。在一些实施方案中，第一密封剂封盖由铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化物玻璃、pyrex玻璃、玻璃基酚、cereated玻璃或火石玻璃制成。
在一些实施方案中，第一密封剂封盖用连续的密封剂带密封到太阳能电池单元上。例如，连续的密封剂带可以在第一密封剂封盖的内边缘上、在第一密封剂封盖的外边缘上、在透明管状壳体的外边缘上、或在透明管状壳体的内边缘上。在一些实施方案中，连续的密封剂带由玻璃粉、溶胶-凝胶或陶瓷结合剂形成。
在一些实施方案中，第一密封剂封盖和所述后电极电接触，且第一密封剂封盖作为该后电极的电极。在一些实施方案中，第一密封剂封盖和透明导电层电接触，且第一密封剂封盖作为所述透明导电层的电极。
在一些实施方案中，太阳能电池单元进一步包括全密封到非平面太阳能电池由此使得太阳能电池单元能够防水的第二密封剂封盖。第一密封剂封盖和第二密封剂封盖分别由导电金属制成。在这些实施方案中，第一密封剂封盖和后电极电接触，且第一密封剂封盖作为后电极的电极。而且，在这些实施方案中，第二密封剂封盖和透明导电层电接触，且第二密封剂封盖作为透明导电层的电极。



图1示出了根据现有技术的相互连接的太阳能电池。
图2A示出了根据实施方案的具有管状壳体的光电元件。
图2B示出了根据实施方案的在透明管状壳体中的加长太阳能电池的剖视图。
图3A-3K示出了根据实施方案用于形成单片集成太阳能电池单元的操作步骤。
图3L示出了根据实施方案将可选的填充层周向沉积到太阳能电池单元上。
图3M示出了根据实施方案将透明管状壳体周向放置到太阳能电池单元上。
图3N-3O示出了根据实施方案与太阳能电池单元的透明管状壳体的外边缘形成防水密封的密封剂封盖。
图3P-3Q示出了根据实施方案与太阳能电池单元的透明管状壳体的内边缘形成防水密封的密封剂封盖。
图3R-3S示出了根据实施方案与太阳能电池单元的透明管状壳体的内边缘的某些部分和外边缘的某些部分一起形成防水密封的密封剂封盖。
图3T-3U示出了根据实施方案与太阳能电池单元的衬底的外边缘和透明管状壳体的内边缘一起形成防水密封的密封剂封盖。
图4A-4D示出了示例性半导体结。
图5A-5B示出了根据实施方案将密封剂封盖用作电极。
图6示出了根据实施方案的密封剂封盖的另一形状。
在各个附图中，类似的标号表示相应的部件。尺寸非依比例绘制。

具体实施例方式 本申请公开了用于将太阳能转换成电能的太阳能电池组件，更具体地，公开了改进的防水太阳能电池。本发明的太阳能电池具有加长的非平面的形状。
5.1 基本结构 示例性的透视图2A和剖视图2B示出了单独周向覆盖的非平面的太阳能电池单元300。在太阳能电池单元300中，加长的非平面太阳能电池402被透明管状壳体310周向覆盖。太阳能电池单元300包括被透明非平面壳体310涂覆的太阳能电池402。在某些实施方案中，加长太阳能电池402只有一端被透明非平面壳体310暴露，以便与相邻的太阳能电池402或其它电路形成电连接。在某些实施方案中，加长太阳能电池402的两端都被透明非平面壳体310暴露，以便与相邻的太阳能电池402或其它电路形成电连接。
这里所说的非平面物体是这样的物体，其中该物体的全部或一部分是刚性圆柱形、实心棒状、和/或其特征为由除图2所示的圆形外不同的任意一种形状界定的剖面。界定剖面的形状可以是，例如，圆形、卵形或是由一个或多个平滑曲面表征的任意形状，或是平滑曲面的任何接合其中的任意一种。剖面界定的形状可以是n边形，n为3、5或大于5。剖面界定的形状在本质上可以是线性的，包括三角形、五边形、六边形或具有任意数量的线性分段表面的形状。或者，剖面可以由线性表面、弓形表面或曲面的任意组合来界定。如这里所述，仅为了便于讨论，以多面圆形剖面来代表非平面实施方案。在某些实施方案中，非平面物体是圆柱形的或近似圆柱形的。在某些实施方案中，非平面物体由不规则的剖面来表征，只要该物体从整体上看大致为圆柱形就可以。这样的圆柱形形状可以是实心的(例如，棒)，或是空心的(例如，管)。
尽管太阳能电池单元300在封装实施方案或周向覆盖实施方案的上下文中描述，但可以使用任意的透明非平面壳体，只要该壳体为加长的太阳能电池提供支持和保护并允许加长的太阳能电池之间电连接。
衬底403。衬底403用作太阳能电池402的衬底。在某些实施方案中，衬底403由塑料、金属、金属合金或玻璃制成。衬底403是非平面的。在某些实施方案中，衬底403具有中空的心，如图2B所示。在某些实施方案中，衬底403是实心的。在某些实施方案中，衬底403是圆柱形的或仅仅近似于圆柱形，意味着沿着与衬底403的长轴成一适当角度的方向所截取的剖面显示不同于圆形的界定结构。当该术语在本文中使用时，这种近似形状的物体仍被当作是圆柱形的。
在某些实施方案中，衬底403是由例如塑料、玻璃、金属或金属合金制成的实心圆柱体。在某些实施方案中，衬底403对于被太阳能电池通常用来产生电的波长是透明的。在某些实施方案中，衬底403不透光。
在某些实施方案中，衬底403的整体或一部分是刚性圆柱形的、实心棒形的，和/或由图2所示的圆形以外的任意一种形状界定的剖面来表征。例如，剖面界定的形状可以是圆形、卵形、以一个或多个平滑曲表面来表征的任意形状、或平滑曲面的任意接合中的任意一种。剖面的界定形状可以是n边形，其中n为3、5或大于5。剖面的界定形状也可以在本质上是线性的，包括三角形、矩形、五边形、六边形的，或具有任意数目的线性分段面的形状。或者，剖面可以由线性表面、弓形表面或弯曲表面的任意组合来界定。如这里所述，仅仅为了便于表达，用多面圆形剖面来表示非平面的衬底403。在某些实施方案中，衬底403是圆柱形的或是近似圆柱形的。在某些实施方案中，衬底403由非规则的剖面来表征，只要衬底总体上大致为圆柱形的就可以。这种圆柱形的形状可以是实心的(例如，棒)，也可以是空心的(例如，管)。
在某些实施方案中，衬底403的第一部分的特征在于第一剖面形状，而衬底403的第二部分的特征在于第二剖面形状，其中第一和第二剖面形状是相同的或是不同的。在某些实施方案中，衬底403的长度的至少百分之十、至少百分之二十、至少百分之三十、至少百分之四十、至少百分之五十、至少百分之六十、至少百分之七十、至少百分之八十、至少百分之九十或全部长度的特征在于第一剖面形状，而衬底403的其余部分的特征在于不同于第一剖面形状的一个或多个剖面形状。在某些实施方案中，第一剖面形状是平面的(例如，不具有弓形侧)，而第二剖面形状具有至少一个弓形侧。
在某些实施方案中，衬底403由氨基甲酸乙酯聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰胺-酰亚胺、玻璃基酚、聚苯乙烯、交联聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚四氟-乙烯、聚甲基丙烯酸酯、尼龙6，6、醋酸丁酸纤维素、醋酸纤维素、刚性乙烯、塑料乙烯或聚丙烯制成。在某些实施方案中，衬底403由铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃(例如，Pyrex、Duran、Simax等)、二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化物玻璃、pyrex玻璃、玻璃基酚、cereated玻璃、或火石玻璃制成。
在一些实施方案中，衬底403由诸如聚苯并咪唑的材料(例如，

，可以从Boedeker Plastics，Inc.，Shiner，Texas购得)制成。在一些实施方案中，衬底403由聚酰亚胺(例如，DuPontTM

，或者DuPontTM

，Wilmington，Delaware)制成。在一些实施方案中，衬底403由聚四氟乙烯(PTFE)或者聚醚醚酮(PEEK)制成，其各自可从Boedeker Plastics，Inc.购得。在一些实施方案中，衬底403由聚酰胺-酰亚胺(例如，

PAI，Solvay AdvancedPolymers，Alpharetta，Georgia)制成。
在一些实施方案中，衬底403由玻璃基酚制成。通过对浸满合成热固性树脂的纸、帆布、亚麻布或玻璃布料层施加热量及压力来制成酚叠层。当热量及压力施加在这些层上时，化学反应(聚合)将分离的层转换为具有不会再次软化的“固定”形状的单一层叠材料。因此，这些材料被称为“热固性的”。在一些实施方案中，衬底403是具有NEMA级G-3、G-5、G-7、G-9、G-10或G-11的酚叠层。示例性酚叠层可从Boedeker Plastics，Inc.购得。
在某些实施方案中，衬底403由聚苯乙烯制成。聚苯乙烯的示例包括常用聚苯乙烯及在Marks的Standard Handbook for Mechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-174页中详述的高抗冲击聚苯乙烯，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。在其它实施方案中，衬底403由交联聚苯乙烯制成。交联聚苯乙烯的一个示例是

(可从San Diego Plastics Inc.，National City，California购得)。Rexolite是热固性塑料，特别是通过交联聚苯乙烯与二乙烯基苯制成的刚性且透明的塑料。
在其它实施例中，衬底403由聚碳酸酯制成。这些聚碳酸酯可含有不同量的玻璃纤维(例如10％、20％、30％或40％)，以调节材料的张力强度、硬度、压缩强度、以及热膨胀系数。示例性聚碳酸酯是

M及

W，其可从Boedeker Plastics，Inc.购得。
在某些实施方案中，衬底403由聚乙烯制成。在某些实施方案中，衬底403由低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、或者超高分子量聚乙烯(UHMW PE)制成。HDPE的化学特性在Marks的Standard Handbook forMechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-173页中进行了描述。在某些实施方案中，衬底403由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚四氟乙烯(Teflon)、聚甲基丙烯酸酯(甲基丙烯酸或树脂玻璃)、尼龙6，6、丁酸醋酸纤维素、醋酸纤维素、刚性乙烯、塑料乙烯或聚丙烯制成。在Marks的StandardHandbook for Mechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-172至6-175页描述了这些材料的化学特性。
在Modern Plastics Encyclopedia，McGraw-Hill；Reinhold PlasticsApplications Series，Reinhold Roff，Fibres，Plastics and Rubbers，Butterworth；Lee和Neville，Epoxy Resins，McGraw-Hill；Bilmetyer，Textbook of Polymer Science，Interscience；Schmidt和Marlies，Principles of high polymer theory and practice，McGraw-Hill；Beadle(编)，Plastics，Morgan-Grampiand，Ltd.，第2卷，1970；Tobolsky和Mark(编)，Polymer Science and Materials，Wiley，1971；Glanville，The Plastics′s Engineer′s Data Book，Industrial Press，1971；Mohr(编辑和资深作者)，Oleesky，Shook和Meyers，SPI Handbook of Technology and Engineering ofReinforced Plastics Composites，Van Nostrand Reinhold，1973中可找到可用于形成衬底403的其它示例材料，通过引用将各文献全部内容分别包含在本说明书中。
在某些实施方案中，衬底403的剖面为圆周形并且外径为3mm至100mm之间、4mm至75mm之间、5mm至50mm之间、10mm至40mm之间、或者14mm至17mm之间。在一些实施方案中，衬底403的剖面为圆周形且具有1mm至1000mm之间的外径。
在某些实施方案中，衬底403为具有中空内部的管。在这些实施方案中，衬底403的剖面由限定中空内部的内径以及外径表征。内径与外径之间的差是衬底403的厚度。在一些实施方案中，衬底403的厚度介于0.1mm至20mm之间、0.3mm至10mm之间、0.5mm至5mm之间、或者1mm至2mm之间。在一些实施方案中，内径介于1mm至100mm之间、3mm至50mm之间、或5mm至10mm之间。
在某些实施方案中，衬底403的长度(垂直于图2B所定义的平面)介于5mm至10,000mm之间、50mm至5,000mm之间、100mm至3000mm之间、或500mm至1500mm之间。在一实施方案中，衬底403是外径15mm及厚度1.2mm以及长度1040mm的中空管。尽管在图2中衬底403示为实芯，但应当理解在很多实施方案中，衬底403将具有中空芯并将采用诸如由玻璃管形成的刚性管结构。
在一些实施方案中，衬底403是刚性的。可利用各种不同计量(包括但不限于杨氏模数)来测量材料的刚性。在固体力学中，杨氏模数(E)(也称为杨氏模量、弹力模数、弹性模数或张力模数)是对给定材料的硬度的度量。对于小的应变，其被定义为应力的变化率对应变的比率。可通过试验根据在材料样本上进行张力测试过程中产生的应力-应变曲线的斜率来获得这种比率。在下表中给出各种材料的杨氏模数。

在本申请的一些实施方案中，当材料由具有20GPa或更大、30GPa或更大、40GPa或更大、50GPa或更大、60GPa或更大、或者70GPa或更大的杨氏模数的材料制成时，该材料(例如，衬底403)被视为刚性的。在本申请的一些实施方案中，当材料的杨氏模数在应变范围内恒定时，该材料(例如，衬底403)被视为刚性的。这些材料被称为线性的，并遵循Hooke定律。因此，在一些实施方案中，衬底403由遵循Hooke定律的线性材料制成。线性材料的示例包括但不限于钢、碳纤维以及玻璃。橡胶及土壤(除了在非常低应变的情况下)是非线性材料。
后电极104。后电极104周向沉积在衬底403上。后电极104作为组件中的一个电极。通常，后电极104由能够支持由太阳能电池单元300产生的光伏电流而阻抗损耗可忽略的的任意材料制成。
在一些实施方案中，后电极104由任意导电材料构成，例如铝、钼、钨、钒、铑、铌、铬、钽、钛、钢、镍、铂、银、金、其合金(例如，Kovar合金)、或者其任意组合。在一些实施方案中，后电极104由任意导电材料构成，例如铟锡氧化物、氮化钛、氧化锡、氟掺杂氧化锡、掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、铟-氧化锌、金属碳黑填充氧化物、石墨-碳黑填充氧化物、碳黑-碳黑填充氧化物、超导碳黑填充氧化物、环氧化物、导电玻璃、或者导电塑料。导电塑料是通过合成技术包含导电填充体(其继而将其导电特性赋予塑料)的塑料。在一些实施方案中，导电塑料被用于形成后电极104，且该导电塑料包含填充体，该填充体通过塑料基体形成充分导电电流输送路径，以支持由太阳能电池单元300产生的光伏电流，而伴随可忽略的阻抗损耗。导电塑料的塑料基体通常绝缘，但产生的合成物显示出填充体的导电特性。
半导体结410。半导体结410形成在后电极104周围。半导体结410是具有吸收器层(其是直接能带隙吸收器(例如，结晶硅)或间接能带隙吸收器(例如，无定形硅))的任意光伏同质结、异质结、异质面结、掩埋同质结、p-i-n结或串联结。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第一章，以及Lugue和Hegedus，2003，Handbook of Photovoltaic Science andEngineering，John Wiley & Sons，Ltd.，West Sussex，England中描述了这些结，通过引用将两者的全部内容结合于本说明书中。以下在部分5.2中详细描述了根据本申请的半导体结410的示例类型。此外，结410可以是多结，其中光通过多结(优选具有适当的较小能带隙)横穿进入结410的芯。在一些实施方案中，半导体结410包括铜铟镓联硒化合物(CIGS)吸收器层。
可选本征层415。可选地，薄本征层(i-层)415周向包覆半导体结410。可利用任意未掺杂的透明氧化物(包括但不限于氧化锌、金属氧化物)，或者高度绝缘的任意透明材料来形成i-层415。在一些实施方案中，i-层415是高纯度氧化锌。
透明导电层110。透明导电层110周向沉积在半导体结层410上，从而完成电路。如上所述，在一些实施方案中，薄i-层415周向沉积在半导体结410上。在这些实施方案中，透明导电层110周向沉积在i-层415上。在一些实施方案中，透明导电层110由氧化锡SnOx(掺杂或未掺杂氟)、铟锡氧化物(ITO)、掺杂氧化锌(例如，铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌)、铟锌氧化物，或者其任意组合制成。在一些实施方案中，透明导电层110是p掺杂或n掺杂的。在一些实施方案中，透明导电层110由碳纳米管制成。碳纳米管例如可从Eikos(Franklin，Massachusetts)商购获得，并在美国专利6,988,925中进行了描述，通过引用将其全文结合在本说明书中。例如，在结410的外半导体层是p掺杂的实施方案中，透明导电层110可以是p掺杂。类似的，在结410的外半导体层是n掺杂的实施方案中，透明导电层110可以是n掺杂的。通常，透明导电层110优选由具有极低阻抗、合适的光学传导特性(例如，大于90％)、并且其沉积温度不会损坏下层的半导体结410层及/或可选i-层415的材料制成。在一些实施方案中，透明导电层110是导电聚合物材料，例如导电聚噻吩、导电聚苯胺、导电聚吡咯、PSS-掺杂PEDOT(例如，Bayrton)或者前述任意一种的衍生物。在一些实施方案中，透明导电层110包括多于一层，包括包含氧化锡SnOx(掺杂或未掺杂氟)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物、掺杂氧化锌(例如，铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌)或者其组合的第一层，以及包含导电聚噻吩、导电聚苯胺、导电聚吡咯、PSS-掺杂PEDOT(例如，Bayrton)或者前述任意一种的衍生物的第二层。在Pichler的美国专利公开号2004/0187917A1中公开了可被用于形成透明导电层的其它合适的材料，通过引用将其全部内容包含于本说明书中。
可选电极带420。在根据本发明的一些实施方案中，对电极带或引线420被沉积在透明导电层110上，以便于电流流动。在一些实施方案中，电极带420是沿圆柱形太阳能电池的长轴(圆柱轴)纵长地行进的导电材料薄带，如图2A中所示。在一些实施方案中，可选的电极带被间隔设置在透明导电层110的表面上。例如，在图2B中，电极带420彼此平行，并且沿太阳能电池的圆柱轴以九十度间隔隔开。在一些实施方案中，电极带420在透明导电层110的表面上以5度、10度、15度、20度、30度、40度、50度、60度、90度或180度的间隔隔开。在一些实施方案中，在透明导电层110的表面上存在单一电极带420。在一些实施方案中，在透明导电层110的表面上不存在电极带420。在一些实施方案中，在透明导电层110上存在两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个、十五个或更多、或三十个或更多的电极带，其全部彼此平行或接近平行沿太阳能电池的长(圆柱)轴行进。在一些实施方案中，例如图2B所示，电极带420围绕透明导电层110的周向等间隔设置。在替代实施方案中，电极带420围绕透明导电层110的周向非等间隔设置。在一些实施方案中，电极带420仅处于太阳能电池的一面上。图2B的元件403、104、410、415(可选)以及110共同组成图2A的太阳能电池402。在一些实施方案中，电极带420由导电环氧化物、导电墨、铜或其合金、铝或其合金、镍或其合金、银或其合金、金或其合金、导电胶、或者导电塑料制成。
在一些实施方案中，存在沿太阳能电池的长(圆柱)轴行进的电极带，并且这些电极带通过网格线互连。这些网格线可以比电极带更厚、更薄、或具有相同厚度。这些网格线可以由与电极带相同或不同的电学材料制成。
在一些实施方案中，利用喷墨印刷将电极带420沉积在透明导电层110上。可用于这些条带的导电墨实例包括但不限于银载或镍载导电墨。在一些实施方案中，环氧化物及各向异性导电粘合剂可被用于构成电极带420。在常规实施方案中，这样的墨水或环氧化物被热硬化以形成电极带420。
可选填充体层330。在本发明的一些实施方案中，如图3B所示，密封剂(例如，乙烯-醋酸乙烯(EVA)、有机硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、以及/或者氨基甲酸乙酯)的填充体层330被包覆在透明导电层110上，以隔离空气并可选地向透明非平面壳体310提供互补配合。在一些实施方案中，填充体层330是Q型有机硅、倍半硅氧烷、D型硅或者M型硅。但是，在一些实施方案中，即使存在一个或更多电极带420时，也不需要可选的填充体层330。在一些实施方案中，填充体层330用诸如氧化钙或氧化钡的干燥剂饰边。
在一些实施方案中，可选的填充体层330是叠层，例如在2007年3月13日提交的申请号为60/906,901、题为“具有叠层的光电设备和其制造方法(APhotovoltaic Apparatus Having a Laminate Layer and Method for Making theSame)”的美国临时专利申请中公开的叠层中的任何一种，这里通过引用将其全部内容包含于本说明书中。在一些实施方案中，填充体层330具有低于1×106cP的粘性。在一些实施方案中，填充体层330具有大于500×10-6/℃或大于1000×10-6/℃的热膨胀系数。在一些实施方案中，填充体层330包括聚二甲基硅氧烷聚合物。在一些实施方案中，填充体层330包含重量百分比低于50％的电介质胶或形成电介质胶的成份；以及至少30％的透明硅油，透明硅油具有不超过电介质胶或形成电介质胶的成份的起始粘性的一半的起始粘性。在一些实施方案中，填充体层330具有大于500×10-6/℃的热膨胀系数，并包含重量百分比低于50％的电介质胶或形成电介质胶的成份，以及至少30％的透明硅油。在一些实施方案中，填充体层330由与电介质胶混合的硅油形成。在一些实施方案中，硅油是聚二甲基硅氧烷聚合物液体，并且所述电介质胶是第一有机硅弹性体与第二有机硅弹性体的混合物。在一些实施方案中，填充体层330由占X％重量的聚二甲基硅氧烷聚合物液体、占Y％重量的第一有机硅弹性体、以及占Z％重量的第二有机硅弹性体形成，其中X、Y及Z总和为100。在一些实施方案中，聚二甲基硅氧烷聚合物液体具有化学式(CH3)3SiO[SiO(CH3)2]nSi(CH3)3，其中n是被选择使得聚合物液体具有落入介于50厘斯托克与100,000厘斯托克之间的范围内的平均体粘度的整数范围。在一些实施方案中，第一有机硅弹性体包括至少占重量百分之六十的二甲基乙烯基端二甲基硅氧烷，以及占重量百分比3至7之间的硅酸盐。在一些实施方案中，第二有机硅弹性体包括(i)至少占重量百分之六十的二甲基乙烯基端二甲基硅氧烷；(ii)占重量百分比十至三十之间的氢端二甲基硅氧烷；以及(iii)占重量百分比3至7之间的三甲基二氧化硅。在一些实施方案中，X介于30至90之间；Y介于2至20之间；Z介于2至20之间。
在一些实施方案中，填充体层330包含有有机硅凝胶组合物，该组合物含有(A)100重量份数的第一聚二有机硅氧烷(polydiorganosiloxane)，该聚二有机硅氧烷的每个分子平均含有至少两个硅连接的烯基基团，且在25℃时粘度为0.2-10Pa·s；(B)至少0.5-10重量份数的第二聚二有机硅氧烷，该聚二有机硅氧烷的每个分子平均含有至少两个硅连接的烯基基团，其中所述第二聚二有机硅氧烷在25℃时的粘度至少是第一聚二有机硅氧烷在25℃时的粘度的四倍；(C)有机氢硅氧烷(organohydrogensiloxane)，该有机氢硅氧烷的平均分子式为R7Si(SiOR82H)3，其中R7为1-18个碳原子的烷基或芳基，R8为1-4个碳原子的烷基，在合并的组分(A)和(B)中，其量足以提供每个烯基基团0.1-1.5个硅连接的氢原子；以及(D)硅氢化催化剂，其量足以固化美国专利6,169,155中公开的组合物，该专利通过引用并入本发明。
透明的非平面壳体310。透明的非平面壳体310周向沉积在透明导电层110和/或可选的填充体层330上。在一些实施方案中，非平面壳体310由塑料或玻璃制成。在一些实施方案中，加长太阳能电池402被密封在透明非平面壳体310中。透明非平面壳体310装配在加长太阳能电池402的最外层上。在一些实施方案中，加长太阳能电池402在透明非平面壳体310内，因此，除了太阳能电池末端外，邻近的加长太阳能电池402不会彼此电连接。可以使用诸如热收缩、注模成型、真空装载等方法来构造透明非平面壳体310，使得其将氧及水排除在系统之外，同时提供与其下的细长太阳能电池402的互补配合。
在一些实施方案中，透明非平面壳体310由氨基甲酸乙酯聚合物、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、含氟聚合物、有机硅、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅胶、环氧化物、乙烯-醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基氟碳(PFA)、尼龙/聚酰胺、交联聚乙烯(PEX)、聚烯烃、聚丙烯(PP)、聚乙烯对苯二甲酸乙二醇(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑共聚物(例如，通过乙烯及四氟乙烯

单体)聚合而获得的

聚氨酯/氨基甲酸乙酯、聚乙烯氯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、

乙烯基、

或其任意组合或变体制成。
在一些实施方案中，透明非平面壳体310包含多个透明管状壳体层。在一些实施方案中，每个透明管状壳体均由不同材料构成。例如，在一些实施方案中，透明非平面壳体310包括第一透明管状壳体层及第二透明管状壳体层。取决于太阳能电池的具体构造，第一透明管状壳体层被沉积在透明导电层110、可选填充体层330或阻水层上。第二透明管状壳体层沉积在第一透明管状壳体层上。
在一些实施方案中，每个透明管状壳体层具有不同特性。在一个实施例中，外部透明管状壳体层具有极佳的防UV特性，而内部透明管状壳体层具有极佳的防水特性。此外，多个透明管状壳体层可被用于降低成本和/或改进透明管状壳体310的整体特性。例如，一个透明管状壳体层可由具有所需物理特性的昂贵材料制成。通过使用一个或更多额外的透明管状壳体层，可以减小昂贵透明管状壳体层的厚度，由此实现材料成本的节省。在另一实施例中，一个透明管状壳体层可具有极佳的光学特性(例如，折射率等)，但非常重。通过使用一个或更多额外透明管状壳体层，可以减小笨重透明管状壳体层的厚度，由此降低透明管状壳体310的整体重量。
可选的阻水层。在一些实施方案中，一层或更多层阻水层包覆在太阳能电池402上以防水。在一些实施方案中，在沉积可选填充体层330并将太阳能电池402装入透明非平面壳体310中之前，将该阻水层周向包覆在透明导电层110上。在一些实施方案中，在将太阳能电池402装入透明非平面壳体310中之前，将这样的阻水层周向包覆在可选填充体层330上。在一些实施方案中，将这些阻水层周向包覆在透明非平面壳体310自身上。在设置阻水层以将水分子从太阳能电池402密封隔离开的实施方案中，阻水层的光学特性不干扰太阳能电池402对入射太阳辐射的吸收。在一些实施方案中，该阻水层由纯净有机硅、SiN、SiOxNy、SiOx或者Al2O3制成，其中x及y是整数。在一些实施方案中，阻水层由Q型有机硅、倍半硅氧烷、D型硅、或者M型硅制成。
可选的增透涂层。在一些实施方案中，可选的增透涂层也被周向沉积在透明的非平面壳体310上以使太阳能电池的效能最大化。在一些实施方案中，在透明的非平面壳体310上沉积了阻水层与增透涂层。在一些实施方案中，单层即可实现阻水层及增透涂层两者的功效。在一些实施方案中，增透涂层由MgF2、硝酸有机硅、硝酸钛、一氧化硅(SiO)、或者氮氧化硅(silicone oxidenitrite)制成。在一些实施方案中，存在超过一层增透涂层。在一些实施方案中，存在超过一层增透涂层并且每层都由相同材料制成。在一些实施方案中，存在超过一层增透涂层并且每层都由不同材料制成。
在一些实施方案中，多层太阳能电池402的一些层用圆柱磁控溅射技术构造。在一些实施方案中，多层太阳能电池402的一些层使用常规溅射方法或反应溅射法在长管或带上构造。例如，用于长管和带的溅射涂覆方法在下述文献中进行了公开Hoshi等人的“Thin Film Coating Techniques on Wires andInner Walls of Small Tubes via Cylindrical Magnetron Sputtering”(1983，Electrical Engineering in Japan 10373-80)；Lincoln和Blickensderfer的“AdaptingConventional Sputtering Equipment for Coating Long Tubes and Strips”(1980，J.Vac.Sci Technol.171252-1253)；Harding的“Improvements in a dc ReactiveSputtering System for Coating Tubes”(1977，J.Vac.Sci.Technol.141313-1315)；Pearce的“A Thick Film Vacuum Deposition System for MicrowaveTube Component Coating”(1970，Conference Records of 1970 Conference onElectron Device Techniques 208-211)；以及Harding等人的“Production ofProperties of Selective Surfaces Coated onto Glass Tubes by a MagnetronSputtering System”(1979，Proceedings of the International Solar Energy Society1912-1916)；上述每篇文献通过引用整体作为本发明的参考。
可选的荧光材料。在一些实施方案中，荧光材料(例如，发光材料、磷光材料)包覆在太阳能电池300的一层的表面上。在一些实施方案中，荧光材料包覆在发光表面以及/或透明非平面壳体310的外表面上。在一些实施方案中，荧光材料包覆在透明导电氧化物110的外表面上。在一些实施方案中，太阳能电池300包括可选填充体层300，并且荧光材料包覆在可选填充体层上。在一些实施方案中，太阳能电池300包括阻水层，并且荧光材料包覆在阻水层上。在一些实施方案中，太阳能电池300超过一个表面包覆有可选荧光材料。在一些实施方案中，荧光材料吸收蓝色及/或紫外光，本发明的一些半导体结410并不使用这些光转换为电，并且荧光材料发出可见及/或红外光，其可用于本发明的一些太阳能电池300的电生成。
荧光、发光、或磷光材料可吸收蓝色或UV范围内的光并发出可见光。磷光材料或磷光体(phosphor)，通常包括适当的基材料及活化材料。基材料通常是锌、镉、锰、铝、硅、或各种稀土金属的氧化物、硫化物、硒化物、卤化物或硅酸盐。加入活化剂以延长发光时间。
在一些实施方案中，磷光材料被结合在本发明的系统及方法中以提高太阳能电池300的光吸收。在一些实施方案中，磷光材料被直接加到用于制造可选透明非平面壳体310的材料中。在一些实施方案中，使磷光材料与粘合剂混合以用作透明涂层来如上所述包覆太阳能电池300的各个外层或内层。
示例性磷光体包括但不限于铜活化的硫化锌(ZnS:Cu)以及银活化的硫化锌(ZnS:Ag)。其它示例磷光材料包括但不限于硫化锌和硫化镉(ZnS:CdS)、铕活化的锶氧化铝(SrAlO3:Eu)、镨及铝活化的锶氧化钛(SrTiO3:Pr，Al)、硫化钙和硫化锶和铋((Ca，Sr)S:Bi)、铜及镁活化的硫化锌(ZnS:Cu，Mg)、或者其任何组合。
本领域公知用于生成磷光体的方法。例如，在授权给Butler等人的美国专利号2,807,587；授权给Morrison等人的美国专利号3,031,415；授权给Morrison等人的美国专利号3,031,416；授权给Strock的美国专利号3,152,995；授权给Payne的美国专利号3,154,712；授权给Lagos等人的美国专利号3,222,214；授权给Poss的美国专利号3,657,142；授权给Reilly等人的美国专利号4,859,361；以及授权给Karam等人的美国专利号5,269,966中描述了用于制备ZnSCu或其它相关磷光材料的方法，这里通过引用将其内容完整包含于本说明书中。在授权给Park等人的美国专利号6,200,497；授权给Ihara等人的美国专利号6,025,675；授权给Takahara等人的美国专利号4,804,882；以及授权给Matsuda等人的美国专利号4,512,912中描述了用于制备ZnS:Ag或相关磷光材料的方法，这里通过引用将各文献内容完整包含于本说明书中。通常，磷光体的持续性随波长的减小而延长。在一些实施方案中，可以使用量子计量的CdSe或者类似磷光材料来获得相同效果。参见Dabbousi等人，1995，“Electroluminescence from CdSe quantum-dot/polymer composites，”Applied Physics Letters 66(11)1316-1318；Dabbousi等人，1997“(CdSe)ZnSCore-Shell Quantum DotsSynthesis and Characterization of a Size Series ofHighly Luminescent Nanocrystallites，”J.Phys.Chem.B，1019463-9475；Ebenstein等人，2002，“Fluorescence quantum yield of CdSeZnS nanocrystalsinvestigated by correlated atomic-force and single-particle fluorescencemicroscopy，”Applied Physics Letters 804033-4035；以及Peng等人，2000，“Shape control of CdSe nanocrystals，”Nature 40459-61；这里通过引用将各文献完整包含于本说明书中。
在一些实施方案中，在本发明的可选荧光层中使用光学增亮剂。光学增亮剂(也称为光学发亮剂、荧光发亮剂或荧光增白剂)是吸收电磁光谱中紫外及紫色区域中的光，并再发射蓝色区域中的光的染料。这样的化合物包括二苯乙烯(例如，反式-1，2-二苯乙烯或(E)-1，2-二苯乙烯)。另一个可被用于本发明的可选荧光层中的示例光学增亮剂是伞形酮(7-羟基香豆素)，其也吸收光谱的UV部分的能量。然后在可见光谱的蓝区中再发射该能量。在Dean，1963，Naturally Occurring Oxygen Ring Compounds，Butterworths，London；Joule和Mills，2000，Heterocyclic Chemistry，第4版，Blackwell Science，Oxford，UnitedKingdom；以及Barton，1999，Comprehensive Natural Products Chemistry 2677，Nakanishi和Meth-Cohn编，Elsevier，Oxford，United Kingdom，1999中给出了更多关于光学增亮剂的信息。
周向沉积。在本文公开的装置中，材料层连续地周向沉积在非平面衬底403上以形成太阳能电池。在这里，术语周向沉积并不意味着这些材料层必须沉淀在下层之上。事实上，本申请给出了方法，通过这些方法可将上述层模制或以其它方式形成在下层上。此外，如以上对衬底403的讨论中所述的，衬底及下层可具有数种不同的非平面形状的任意一种。然而，术语周向沉积指上层沉积在下层上，由此在上层与下层之间不存在环形空间。此外，在这里，术语周向沉积指上层沉积在下层的周长的至少50％的部分上。此外，在这里，术语周向沉积指上层沿下层的长度的至少一半沉积。
周向密封。在本申请中，术语周向密封并不意在表示上面的覆盖层或覆盖结构必须沉淀在下层或结构上。事实上，本发明给出了方法，通过这些方法，这些层或结构(例如，透明非平面壳体310)被模制或以其它方式形成在下层或下面结构上。然而，术语周向密封指上面的覆盖层或覆盖结构沉积在下层或下面结构上，使得在上面的覆盖层或覆盖结构与下层或下面结构之间不存在环形空间。此外，在这里，术语周向密封指上层沉积在下层的整个周长上。在典型实施方案中，当层或结构围绕下层或下面结构的整个周长并沿下层或结构的整个长度周向沉积时，该层或结构周向密封下层或结构。但是，本发明包含其中周向密封层或密封结构并未沿下层或下面结构的全长延伸的实施方案。
密封剂封盖612。本发明的优点是末端460用密封剂封盖密封(图2A中未显示)。例如，根据本发明的密封剂封盖的实例在图3N至3U所公开。图3N至3U中的每个示例都提供了太阳能电池单元300的透视图。在每个透视图的下面是太阳能电池单元300相应的剖视图。在典型的实施方案中，图3N至3U所示的太阳能电池单元300不具有导电衬底403。可替换地，在衬底403导电的实施方案中，衬底周向用绝缘层包裹，从而使得单个太阳能电池700的后电极彼此电绝缘。该应用不限于图3中所示的单片集成实施方案。事实上，任何管套管的太阳能电池，无论是否为单片集成的，都可用本发明的密封剂封盖密封。例如，美国专利申请号11/378,847中公开的任何太阳能电池都可以用密封剂封盖612密封，该专利申请通过引用整体结合到本发明中。
在一些实施方案中，太阳能电池单元300的第一端处有第一密封剂封盖，太阳能电池单元300的第二端处有第二密封剂封盖，由此可以使得太阳能电池单元300与水密封隔离。例如，参考图3N至3O，密封剂封盖612密封太阳能电池单元300的末端460。在图3N至3O中所示的实施方案中，密封剂封盖612密封在透明非平面壳体310的外表面上。不过，密封剂封盖612也可以是其它构造的。例如，参考图3P至3Q，密封剂封盖612密封在透明非平面壳体310的内表面上。密封剂封盖612的混合实施方案也是可以的。例如，参考图3R至3S，封盖612的第一部分密封在透明非平面壳体310的内表面上，而封盖612的第二部分密封在透明非平面壳体310的外表面上。在图3R和3S中，该第一部分几乎是封盖612周长的一半。不过，在其它的实施方案中，该第一部分不是封盖612周长的一半。在一些实施方案中，第一部分是封盖612周长的四分之一，第二部分是封盖612周长的四分之三。在一些实施方案中，第一部分是封盖612周长的1％或更多、10％或更多、20％或更多、30％或更多，第二部分补足封盖612。在一些实施方案中，封盖612含有多个第一部分和多个第二部分，其中每个第一部分密封到透明非平面壳体310的内表面上，其中封盖612的每个所述第二部分密封到透明非平面壳体310的外表面上。在图3T和3U所示的实施方案中，密封剂封盖612密封到透明非平面壳体310的内表面上和衬底403的外表面上。在图3T和3U中，衬底403是中空的。不过，在其它实施方案中，衬底403是实心的，没有中空的芯。
密封剂封盖612也可以是其它构造。例如，在一些实施方案中，密封剂封盖612结合到透明非平面壳体310的外表面上和衬底403的外表面上。在一些实施方案中，密封剂封盖612结合到透明非平面壳体310的外表面上和衬底403的内表面上。在一些实施方案中，密封剂封盖612结合到透明非平面壳体310的内表面上和衬底403的内表面上。
有利的是，在一些实施方案中，典型用于制备密封剂封盖612的金属被选择和玻璃的热膨胀系数匹配。例如，在一些实施方案中，透明非平面壳体310由钠钙玻璃(CTE约为9ppm/C)制成，密封剂封盖612由低膨胀不锈钢合金如410(CTE约为10ppm/C)制成。在一些实施方案中，透明非平面壳体310由硼硅酸盐玻璃(CTE约为3.5ppm/C)制成，密封剂封盖612由Kovar合金(CTE约为5ppm/C)制成。Kovar合金是铁-镍-钴合金。在一些实施方案中，密封剂封盖612由任意导电材料制成，如由铝、钼、钨、钒、铑、铌、铬、钽、钛、钢、镍、铂、银、金、其合金(例如Kovar合金)、或者其任意组合制成。在一些实施方案中，密封剂封盖612由任意防水导电材料制成，如由铟锡氧化物、氮化钛、氧化锡、氟掺杂氧化锡、掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌或铟锌氧化物制成。在一些实施方案中，密封剂封盖612由铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃(如Pyrex、Duran、Simax等)、二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化物玻璃、pyrex玻璃、玻璃基酚、cereated玻璃或火石玻璃制成。
在密封剂封盖612由金属制成的实施方案中，小心确保密封剂封盖不与透明导电层110和后电极104形成电连接。这可以通过多种方法实现。在图3N至3O所示的实施方案中，填充体层560被设置在末端460和密封剂封盖612之间。填充体层560将密封剂封盖612与透明导电层110和后电极104电隔离。在一些实施方案中，填充体层560含有乙烯-醋酸乙烯(EVA)、有机硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、以及/或者氨基甲酸乙酯。在一些实施方案中，填充体层560为Q型有机硅、倍半硅氧烷、D型硅、或者M型硅。在一些实施方案中，填充体层560含有EVA、硅橡胶或固体橡胶。在一些实施方案中，填充体层用干燥剂如氧化钙或氧化钡饰边。在一些实施方案中，除了使用填充体层560外，对密封剂封盖612塑形，从而使其不和透明导电层110和后电极104接触。图6示出了密封剂封盖612的一种形状。从图6可以看出，相对于太阳能电池单元300，密封剂封盖612突出，从而不会和透明导电层110、后电极104电接触。图6仅仅用以显示密封剂封盖612可以采用任何形状，只要其能与太阳能电池单元300形成密封。
有利的是，密封剂封盖612可以作为透明导电层110或后电极104的电引线。因此，在一些实施方案中，太阳能电池单元300的第一端用第一密封剂封盖612密封，该第一密封剂封盖612和透明导电层110电连接，太阳能电池单元300的第二端用第二密封剂封盖612密封，该第二密封剂封盖612和后电极104电连接。更典型的，太阳能电池单元300的第一端用第一密封剂封盖612密封，该第一密封剂封盖612和后电极104电连接，该后电极104和透明导电层110电连接；同时，太阳能电池单元300的第二端用第二密封剂封盖612密封，该第二密封剂封盖612和后电极104电连接，该后电极104和透明导电层110电隔离。例如，参考图5B，在一些实施方案中，第一密封剂封盖612A和后电极104电连接，该后电极104和透明导电层110电连接；第二密封剂封盖612B和后电极104电连接，该后电极104和透明导电层110电隔离。在这些实施方案中，第一密封剂封盖612作为透明导电层110的电极，而第二密封剂封盖612作为后电极104的电极。参考图3N至3O，例如，在密封剂封盖612由金属制成的实施方案中，密封剂封盖612和透明导电层110、后电极104之间没有形成电接触。因此，在密封剂封盖612由金属制成的实施方案中，密封剂封盖612和透明导电层110、后电极104中的至少一个电隔离。
参考图5A，在一个实施例中，密封剂封盖612A包括设置在密封剂封盖612A之中的电触点540，由此这些电触点和后电极104形成电接触(如图5A所示)。引线542然后作为透明导电层110(如图5A所示)的电引线，因为透明导电层110和后电极104在电极540的接触处电连通。参考图5B，密封剂封盖612A用密封剂614和/或616密封在太阳能电池单元300上。因此，电触点540和后电极电接触。在优选的实施方案中，在将密封剂封盖612密封到太阳能电池单元上以防止空气被封装在太阳能电池中之前，空间560用非导电填充体填充，如乙烯-醋酸乙烯(EVA)、有机硅、有机硅凝胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、以及/或者氨基甲酸乙酯等。在一些实施方案中，电触点540配合至后电极104上而非密封剂封盖612上。在一些实施方案中，电触点540简单地为后电极104的延伸。
在一些实施方案中，密封剂封盖612由玻璃制成。在这些实施方案中，透明导电层110或后电极104有引线穿过密封剂封盖612(未示)。在这些实施方案中，密封剂封盖612可以直接靠着侧末端460。因此，在这些实施方案中，填充体层560是可选的。
在一些实施方案中，密封剂封盖612用丁基橡胶(如聚异丁烯)密封到太阳能电池单元上。在这些实施方案中，填充体层560为丁基橡胶，而且不需要用玻璃胶或陶瓷将密封剂封盖612密封到太阳能电池单元300上，因为丁基橡胶具有该功能。在一些实施方案中，该丁基橡胶用活性干燥剂如CaO或BaO掺杂。在用丁基橡胶密封的实施方案中，太阳能电池单元的水蒸气透过率低于10-4g/m2·天。在将丁基橡胶用于填充体层560的实施方案中，不需要密封剂封盖612。在这些实施方案中，太阳能电池单元300的末端用丁基橡胶密封。在使用丁基橡胶而不用密封剂封盖612的实施方案中，引线，如图5A中的引线540和542，可以用于将太阳能电池单元300和其它太阳能电池单元300或其它电路电连接。
在一些实施方案中，密封剂封盖612用玻璃-玻璃、金属-金属、陶瓷-金属或玻璃-金属封接密封到太阳能电池单元300上。有两种典型的玻璃-金属全密封封接在不同的示例性实施方案中使用匹配封接和非匹配封接(压缩)。匹配的玻璃-金属全密封封接由具有类似热膨胀性能的金属合金和衬底403/透明非平面壳体310形成。非匹配或压缩玻璃-金属全密封封接以钢或不锈钢密封剂封盖612为特点，该密封剂封盖612比玻璃太阳能电池有更高的热膨胀率。冷却时，密封剂封盖612沿着玻璃收缩，产生在化学和机械上增强的全密封。在一些实施方案中，全密封是水蒸气透过率为10-4g/m2·天或更好的任何密封。在一些实施方案中，全密封是水蒸气透过率为10-5g/m2·天或更好的任何密封。在一些实施方案中，全密封是水蒸气透过率为10-6g/m2·天或更好的任何密封。在一些实施方案中，全密封是水蒸气透过率为10-7g/m2·天或更好的任何密封。在一些实施方案中，全密封是水蒸气透过率为10-8g/m2·天或更好的任何密封。
在一些实施方案中，密封剂封盖612和太阳能电池单元300之间形成的密封其水蒸气透过率(WVTR)为10-4g/m2·天或更小。在一些实施方案中，密封剂封盖612和太阳能电池单元300之间形成的密封其水蒸气透过率(WVTR)为10-5g/m2·天或更小。在一些实施方案中，封盖612和太阳能电池单元300之间形成的密封其水蒸气透过率(WVTR)为10-6g/m2·天或更小。在一些实施方案中，封盖612和太阳能电池单元300之间形成的密封其水蒸气透过率(WVTR)为10-7g/m2·天或更小。在一些实施方案中，封盖612和太阳能电池单元300之间形成的密封其水蒸气透过率(WVTR)为10-8g/m2·天或更小。密封剂封盖612和太阳能电池单元300之间的密封可以通过玻璃或更常用的陶瓷材料实现。在优选的实施方案中，该玻璃或陶瓷材料的熔点温度在200℃-450℃之间。在一些实施方案中，该玻璃或陶瓷材料的熔点温度在300℃-400℃之间。在一些实施方案中，该玻璃或陶瓷材料的熔点温度在350℃-400℃之间。有很多玻璃或陶瓷材料可以用于形成全密封。实例包括但不限于氧化物陶瓷，包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、硅酸铝、氧化镁和其它基于金属氧化物的材料，以二氧化铝、硝酸铝、氧化铝、氧化锆铝为主体的陶瓷，以及以二氧化硅为主体的玻璃。
参考图3N，在一些实施方案中，通过沿着密封剂封盖612内侧边缘放置密封剂614的连续带，将密封剂封盖612密封到太阳能电池单元300上。仍然参考图3N，在一些实施方案中，将密封剂616的连续带放置在透明非平面壳体310的外侧边缘上。典型的，使用密封剂614(沿着密封剂封盖612的内侧边缘)或密封剂616(沿着透明非平面壳体310的外侧边缘)，但不同时使用二者。
在一些实施方案中，密封剂614和/或密封剂616为玻璃胶。有不同类型的玻璃胶可以在不同的温度用于不同类型的玻璃。本发明和玻璃胶或玻璃类型无关。在优选的实施方案中，玻璃胶的熔点为200℃-450℃之间。这些材料，也称之为焊接玻璃，可以从多种途径获得，包括Ferro公司(Cleveland，Ohio)、Schott Glass(Elmsford，New York)和Asahi Glass(Tokyo，Japan)。有利的，使用低温熔化的焊接玻璃限制了太阳能电池中的活性成分在密封形成过程中暴露于极端温度下。在优选的实施方案中，玻璃胶是压缩或烧结的预成品，将其制成应用的合适形状(在使用密封剂616时，用于配合透明非平面壳体310的外侧边缘；或在使用密封剂614时，配合密封剂封盖612的内侧边缘)。在一些实施方案中，焊接玻璃悬浮在有机粘合剂材料中，或是以干燥粉末施用。在密封剂614和/或616为玻璃胶的实施方案中，温度增加到能够使连续的玻璃胶软化的值。加热可以通过下述方法实现，如直接和热表面接触、感应加热金属部分、接触火焰或热空气，或通过激光吸热。一旦玻璃胶软化，密封剂封盖612被压到太阳能电池单元300上。软化的玻璃胶和被连接的部分形成结，从而形成全密封。
在一些实施方案中，密封剂614和/或密封剂616为溶胶-凝胶材料。公知的是，溶胶-凝胶材料在两种状态之间转化，一种是固体颗粒在液体中的胶体状悬浮液，另一种状态是两相材料，其中固体外壳内充满溶剂。当除去溶剂时，例如暴露到环境大气压，形成稠度与低密度玻璃的稠度类似的干凝胶材料。也是公知的，溶胶-凝胶材料可以通过将一定量的硅酸钾(kasil)(如120克)和相对较少量的甲酰胺(如7-8克)组合配制。在替代实施方案中，更少量的kasil(如12克)可以和更少量的碳酸丙二酯(如2-3克)组合。另一种形成溶胶-凝胶材料的方法涉及TEOS-H2O和甲醇的混合物，并使该混合物水解。在密封剂614和/或616为溶胶-凝胶的实施方案中，密封剂封盖612被压到太阳能电池单元300上，并将溶胶-凝胶固化。在一些实施方案中，溶胶-凝胶在环境温度和环境大气压下固化。在替代实施方案中，固化过程可以通过其它方法加速，如用加热或用红外热源加热。在溶胶-凝胶为聚碳酸酯-kasil混合物的情况下，溶胶-凝胶材料在室温下固化约5-10分钟。溶胶-凝胶在Madou的Fundamentals of Microfabrication，The Science of Miniaturization(2002，第二版，CRC Press，New York，第156-157页)中进行了讨论，该文献的整体通过引用并入本发明。
在一些实施方案中，密封剂614和/或密封剂616为陶瓷结合剂材料。这些材料可以从供应商处很容易得到，如Aremco(Valley Cottage，New York)和Sauereisen(Pittsburgh，Pensylvania)。这些材料是相对便宜的，并且对玻璃或金属有很强的粘接作用。但是，根据它们的性能，这些结合剂形成多孔陶瓷，该多孔陶瓷不能提供防水全密封。但是可以使这些材料不透水。小于陶瓷孔尺寸的焊接玻璃颗粒悬浮液可以在挥发性液体中制成。然后该液体通过毛细管作用可以进入这些陶瓷孔中。随后的加热使得焊接玻璃熔化，从而润湿陶瓷材料，并因此密封陶瓷，形成全密封。Aremco出售这种用途的产品(AremcoSeal 617)。不过，AremcoSeal 617玻璃的缺点是必须在高温下处理。因此，在优选的实施例中，用悬浮在结合剂中的低熔点焊接玻璃(如DieMat提供的DM2700P密封玻璃膏)替换。多孔陶瓷和溶胶-凝胶都可以用这些技术使之不透水。
根据图3N至3O的一实施方案，DM2700P(DieMat，Byfield，Massachusetts)被涂覆到透明非平面壳体310的外周上以形成密封剂616，并使该膏状物干燥。然后，由不锈钢制成的密封剂封盖612在烤盘上加热到约420℃。接着，将太阳能电池的涂覆端手工插入到热封盖中，同时仍放在烤盘上。将密封玻璃膏熔化并将密封剂封盖612的表面润湿。从烤盘上移走太阳能电池，并使之冷却。
根据图3N至3O的另一实施方案，DM2700P涂层用于密封剂封盖612的内周，从而形成密封剂614。将该膏状物干燥。接着，将不锈钢封盖在烤盘上加热到约420℃，直至密封玻璃熔化。将太阳能电池的一端手工插入到不锈钢封盖中，同时该封盖仍放在烤盘上。将密封玻璃膏熔化并将透明非平面壳体310表面的外表面润湿。然后从烤盘上移走组件，并使之冷却。
参考图3P，密封剂618和/或620用于将密封剂封盖612密封到太阳能电池300上。密封剂618和/或620可以用上述讨论的、用于制备密封剂614和/或616的任何组合物进行制备。参考图3R，使用密封剂622和/或624将密封剂封盖612密封到太阳能电池300上。密封剂622和/或624可以用上述讨论的、用于制备密封剂614和/或616的任何组合物进行制备。参考图3T，密封剂626和/或630与密封剂628和/或632一起用于将密封剂封盖612密封到太阳能电池300上。密封剂626和/或628和/或630和/或632可以用上述讨论的、用于制备密封剂614和/或616的任何组合物进行制备。
5.1.1 在衬底上制造单片电路太阳能电池 图3A-3K示出了使用级联技术制造太阳能电池单元300的示例工艺步骤。2006年3月18日提交的美国专利申请序列号11/378,835中公开了单片集成太阳能电池的制造技术和可以用于本申请的单片集成太阳能电池的其它形式，该专利文献通过引用整体并入本发明。图3A-3K中的各个视图示出了各个制造阶段中太阳能电池单元300的透视图。在各个透视图下方是相应的太阳能电池单元300的一个半球的相应剖视图。在典型的实施方案中，图3中示出的太阳能电池单元300不具有导电衬底403。在替代实施方案中，在衬底403导电的实施方案中，利用绝缘层周向包覆衬底，使得各个太阳能电池700的后电极104彼此电隔离。
参考图3K，太阳能电池单元300包括多个光伏电池700共用的衬底403。衬底403具有第一端及第二端。如图3K所示，多个光伏电池700线性设置在衬底403上。多个光伏电池700包括第一和第二光伏电池700。多个光伏电池700中的各个光伏电池700包括周向沉积在共用衬底403上的后电极104以及周向沉积在后电极104上的半导体结406。在图3K的情况下，半导体结406包括吸收器层106及窗层108。多个光伏电池700中的各个光伏电池700还包括周向沉积在半导体结406上的透明导电层110。在图3K的情况下，第一光伏电池700的透明导电层110通过导孔280与多个光伏电池中的第二光伏电池的后电极串联电连接。在一些实施方案中，各个导孔280延伸在太阳能电池的整个外周。在一些实施方案中，各个导孔280并未延伸在太阳能电池的整个外周。事实上，在一些实施方案中，各个导孔仅延伸在太阳能电池的一小部分外周上。在一些实施方案中，各个太阳能电池700可具有一个、两个、三个、四个或更多、十个或更多、或者一百个或更多导孔280，其将太阳能电池700的透明导电层110与相邻太阳能电池700的后电极104串联电连接。
现结合图3A至图3K来描述用于制造示例性太阳能电池单元300的示例过程。在本说明书中，将描述用于太阳能电池单元300各部件的示例材料。但是，在上述5.1部分中提供了对太阳能电池单元300的各个部件的合适材料的更详细描述。参考图3A，制造过程始于衬底403。接着，在图3B中，后电极104沉积在衬底403上。可通过各种技术，包括2006年3月18日提交的美国专利申请序列号11/378,835中描述的一些技术，来沉积后电极104。在一些实施方案中，通过溅射将后电极104周向沉积在衬底403上。在一些实施方案中，通过电子束蒸发将后电极104周向沉积在衬底403上。在一些实施方案中，衬底403由导电材料制成。在这些实施方案中，能够利用电镀将后电极104周向沉积在衬底403上。在一些实施方案中，衬底403是不导电的，但被诸如钢箔或钛箔的金属箔包裹。在这些实施方案中，能够利用电镀技术将后电极104电镀在金属箔上。在其它实施方案中，通过热浸将后电极104周向沉积在衬底403上。
参考图3C，后电极104被图案化以生成沟槽292。沟槽292沿后电极104的全周长行进，由此将后电极104划分为不连续部分。各个部分用作相应太阳能电池700的后电极104。沟槽292的底部使下层衬底403暴露。在一些实施方案中，使用具有被后电极104吸收的波长的激光束来刮刻出沟槽292。激光划片提供了优于传统机器切割方法的多个优点。当利用激光处理薄膜时，术语激光划片、蚀刻及消蚀可互换使用。金属材料的激光切割可被划分为两种主要方法气化切割及熔喷切割。在气化切割中，材料被迅速加热至蒸发温度并作为蒸汽自发地去除。熔喷方法将材料加热至熔化温度，同时喷气流将熔化物吹离表面。在一些实施方案中，使用惰性气体(例如，Ar)。在其它实施方案中，使用反应性气体来通过与熔化物的放热反应来增强对材料的加热。通过激光划片技术处理的薄膜材料包括半导体(例如，碲化镉、铜铟镓联硒化合物以及硅)、透明导电氧化物(例如，氟掺杂氧化锡以及铝掺杂氧化锌)、以及金属(例如，钼及金)。这些激光系统全部可商业获得，并基于脉冲持续时间及波长来选择。可用于激光划片的一些示例激光系统包括但不限于Q切换Nd:YAG激光系统、Nd:YAG激光系统、铜蒸气激光系统、XeCl-准分子激光系统、KrF准分子激光系统以及二极管激光泵Nd:YAG系统。可用于本发明的激光划片系统和方法的详细说明参见Compaan等人，1998，＂Optimization oflaser scribing for thin film PV module，＂National Renewable Energy Laboratoryfinal technical progress report 1995年4月-1997年10月；Quercia等人，1995，＂Laser patterning of CuInSe2/Mo/SLS structures for the fabrication of CuInSe2sub modules，＂于Semiconductor Processing and Characterization with LasersApplication in Photovoltaics，First International Symposium，173/174期，Numbercom P53-58中；以及Compaan，2000，＂Laser scribing creates monolithic thinfilm arrays，＂Laser Focus World 36147-148、150和152。在一些实施方案中，利用机械装置来划刻沟槽292。例如，剃刀刀片或其它锋利工具在后电极104上拖刮由此产生沟槽292。在一些实施方案中，利用平版印刷蚀刻法来形成沟槽292。
图3D-3F示出了半导体结406包括单一吸收器层106及单一窗层108的情况。但是，本发明并不受限于此。例如，结层406可以是同质结、异质结、异质面结、掩埋同质结、p-i-n结或串联结。参考图3D，吸收器层106周向沉积在后电极104上。在一些实施方案中，通过热蒸发将吸收器层106周向沉积在后电极104上。例如，在一些实施方案中，吸收器层106是利用以下文献中公开的技术沉积的CIGSBeck和Britt，Final Technical Report，2006年1月，NREL/SR-520-391 19；和Delahoy和Chen，2005年8月，＂Advanced CIGSPhotovoltaic Technology，＂subcontract report；Kapur等，2005年1月subcontractreport，NREL/SR-520-37284，＂Lab to Large ScaleTransition for Non-VacuumThin Film CIGS Solar Cells＂；Simpson等人，2005年10月subcontract report，＂Trajectory-Oriented and Fault-Tolerant-Based Intelligent Process Control forFlexible ClGS PV Module Manufacturing，＂NREL/SR-520-38681；以及Ramanathan等人，31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition，Lake Buena Vista，Florida，2005年1月3-7日，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。在一些实施方案中，吸收器层106通过来自元素源(elementsource)的蒸气周向沉积在后电极104上。例如，在一些实施方案中，吸收器层106是通过来自元素源的蒸气周向生长在钼后电极104上的CIGS。一种这样的气化工艺是三阶段工艺，例如在Ramanthan等人，2003，＂Properties of19.2％ Efficiency ZnO/CdS/CuInGaSe2 Thin-film Solar Cells，＂Progress inPhotovoltaicsResearch and Applications 11，225中所描述的，通过引用将其全部内容包含在本说明书中，或者是该三阶段工艺的变化工艺。在一些实施方案中，利用单阶段气化工艺或两阶段气化工艺将吸收器层106周向沉积在后电极104上。在一些实施方案中，通过溅射将吸收器层106周向沉积在后电极104上。通常，这样的溅射需要热衬底403。
在一些实施方案中，利用电镀，作为吸收器层106构成金属或金属合金的单独层，吸收器层106被周向沉积在后电极104上。例如，考虑吸收器层106是铜铟镓联硒化合物(CIGS)的情况。CIGS的各个构成层(例如，铜层、铟镓层、硒)可以一层层地被电镀在后电极104上。在一些实施方案中，通过溅射将吸收器层的各个层周向沉积在后电极104上。无论吸收器层106的各个层是通过溅射或电镀或其组合周向沉积，在常规实施方案中(例如，活性层106是CIGS)，一旦构成层已经被周向沉积，则在迅速热处理步骤中迅速加热这些层，使得它们彼此发生反应以形成吸收器层106。在一些实施方案中，硒并未通过电镀或溅射被传输。在这些实施方案中，硒在低压加热阶段以元素硒气体形式或在低压加热阶段以硒化氢气体形式被传输至吸收器层106。在一些实施方案中，铜铟镓氧化物周向沉积在后电极104上，然后被转变为铜铟镓联硒化合物。在一些实施方案中，使用真空处理来沉积吸收器层106。在一些实施方案中，使用非真空处理来沉积吸收器层106。在一些实施方案中，室温下处理来沉积吸收器层106。在其它实施方案中，使用高温处理来沉积吸收器层106。本领域的技术人员可理解，这些处理仅是示例，存在可用于沉积吸收器层106的各种其它工艺。在一些实施方案中，使用化学气相沉积来沉积吸收器层106。
参考图3E及3F，窗层108周向沉积在吸收器层106上。在一些实施方案中，利用化学浴沉积法来使吸收器层106周向沉积在窗层108上。例如，在窗层108是诸如硫化镉缓冲层的情况下，镉及硫化物可被分别独立地在溶液中提供，当反应时，形成从溶液沉淀出的硫化镉。其它可用作窗层的组分包括但不限于硫化铟、氧化锌、硫氢氧化锌或其它类型的缓冲层。在一些实施方案中，窗层108是n型缓冲层。在一些实施方案中，窗层108被溅射在吸收器层106上。在一些实施方案中，窗层108被蒸发在吸收器层106上。在一些实施方案中，利用化学气相沉积将窗层108周向沉积在吸收器层106上。
参考图3G及3H，半导体结406(例如，层106及108)被图案化成产生沟槽294。在一些实施方案中，沟槽294沿半导体结406的整个周长行进，由此将半导体结406划分为不连续区域。在一些实施方案中，沟槽294并未沿半导体结406的整个周长行进。事实上，在一些实施方案中，各个沟槽仅在半导体结406的周长的较小一部分上延伸。在一些实施方案中，各个太阳能电池700可具有围绕半导体结406的周长设置的一个、两个、三个、四个或更多、十个或更多、或一百个或更多凹坑而非给定沟槽294。在一些实施方案中，利用具有由半导体结406吸收的波长的激光束来划刻沟槽294。在一些实施方案中，利用机械装置来划刻沟槽294。例如，在半导体结406上拖拉剃刀刀片或其它锋利器具由此产生沟槽294。在一些实施方案中，利用平版印刷蚀刻法来形成沟槽294。
参考图3I，透明导电层110周向沉积在半导体结406上。在一些实施方案中，通过溅射使透明导电层110周向沉积在后电极104上。在一些实施方案中，溅射是反应性溅射。例如，在一些实施方案中，在存在氧气的情况下使用锌靶以制造包含氧化锌的透明导电层110。在另一反应性溅射实施例中，在存在氧气的情况下使用铟锡靶以制造包含铟锡氧化物的透明导电层110。在另一反应性溅射实施例中，在存在氧气的情况下使用锡靶以制造包含氧化锡的透明导电层110。大体上，可以使用任意宽带隙导电透明材料作为透明导电层110。在这里，术语“透明”指在从约300纳米至约1500钠米的波长范围内被视为透明的材料。但是，在该全波长范围内非透明的成分也可作为透明导电层110，特别是如果其具有其它诸如高导电性的特性由此可以使用这些材料的超薄层的话。在一些实施方案中，透明导电层110是任何导电的且可反应性地或利用陶瓷靶通过溅射沉积的透明导电氧化物。
在一些实施方案中，使用直流(DC)二极管溅射、射频(RF)二极管溅射、三极管溅射、DC磁控溅射或RF磁控溅射来沉积透明导电层110。在一些实施方案中，利用原子层沉积来沉积透明导电层110。在一些实施方案中，利用化学气相沉积来沉积透明导电层110。
参考图3J，透明导电层110被图案化形成沟槽296。沟槽296沿透明导电层110的整个周长延伸以将透明导电层110划分为不连续部分。沟槽296的底部暴露下层半导体结406。在一些实施方案中，沟槽298被图案化在太阳能电池单元300的端部以将被沟槽298暴露的后电极104连接至电极或其它电子电路。在一些实施方案中，利用具有被透明导电层110吸收的波长的激光束来划刻沟槽296。在一些实施方案中，利用机械装置来划刻沟槽296。例如，在后电极104上拖拉剃刀刀片或其它锋利器具来产生沟槽296。在一些实施方案中，利用平版印刷蚀刻法来形成沟槽296。
参考图3K，利用常规沉积技术来使可选增透涂层112周向沉积在透明导电层110上。在一些实施方案中，太阳能电池单元300装在透明非平面壳体310中。在2006年3月18日递交的共同未决美国专利申请序列号11/378,847中描述了如何将诸如太阳能电池单元300的加长太阳能电池装在透明管状壳体内的细节。在一些实施方案中，可选填充体层330用于确保太阳能电池单元300的外层和透明非平面壳体310之间没有空气坑。
在一些实施方案中，利用喷墨印刷将可选电极带420沉积在透明导电层110上。可用于这些条带的导电墨的例子包括但不限于银载或镍载导电墨水。在一些实施方案中，环氧化物及各向异性导电粘合剂可被用于构成电极带420。在常规实施方案中，这样的墨水或环氧化物被热硬化以形成电极带420。在一些实施方案中，在太阳能电池单元300中不存在这样的电极带。事实上，使用本发明的单片集成设计的主要优点在于，因为独立的太阳能电池700，太阳能电池单元300整个长度上的电压得以增大。因此，电流减小，由此减小了各个太阳能电池700的电流要求。因此，在很多实施方案中，无需电极带420。
在一些实施方案中，沟槽292、294及296并非如图3所示同心。相反，在一些实施方案中，上述槽沿衬底403的管状(长)轴盘旋向下。图3的单片集成法具有面积最小和工艺步骤最少的优点。
参考图3L，可选填充体层330周向沉积在透明导电层110或增透涂层112上。参考图3M，依据实施方案，透明非平面壳体310周向配置在可选填充体层330(如果存在)、或增透涂层112(如果存在，且可选填充体层330不存在)或透明导电层110(如果可选的填充体层330和增透涂层112不存在)上。
5.1.2 透明非平面壳体 如图2A和2B所示，透明非平面壳体310密封太阳能电池单元300，从而为太阳能电池提供支撑和保护。透明非平面壳体310的尺寸和维度取决于太阳能电池组建单元300中的单个太阳能电池700的尺寸和维度。透明非平面壳体310由玻璃、塑料或其它任何合适的材料制成。可以用于制备透明非平面壳体310的材料实例包括但不限于玻璃(如钠钙玻璃)、丙烯酸类如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、含氟聚合物(如Tefzel或Teflon)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、Tedlar或其它一些合适的透明材料。
玻璃制成的透明管状壳体。在一些实施方案中，透明非平面壳体310由玻璃制成。本发明涵盖用于透明非平面壳体310的各种玻璃，其中的一些在本部分进行了描述，其它的一些是相关领域技术人员熟悉的。普通玻璃中约含有70％的无定形二氧化硅(SiO2)，其与石英和其多晶型沙中发现的化学化合物相同。本发明的一些实施方案中用普通玻璃制备透明非平面壳体310。不过，普通玻璃易碎，且会破碎成尖锐的碎片。因此，在一些实施方案中，通过加入其它化合物或加热处理对普通玻璃的性能进行改性，或者甚至完全改变。
纯的二氧化硅(SiO2)的熔点约为2000℃，可以制成特殊用途的玻璃(如熔融石英)。通常在普通玻璃中加入两种其它物质简化制造工艺。一种是苏打(即碳酸钠Na2CO3)或碳酸钾，等同的钾化合物，它们将熔点降低到约1000℃。但是，碳酸钠使得玻璃水溶，这是不期望的，因此氧化钙(CaO)是第三种组分，加入它以恢复不溶性。得到的玻璃含有约70％的二氧化硅，且被称为钠钙玻璃。钠钙玻璃在本发明中的一些实施方案中用于制备透明非平面壳体310。
除了钠钙，大多数普通玻璃含有加入的其它组分以改变其性能。铅玻璃，如铅晶质玻璃或火石玻璃，更“明亮”，因为增加的折射率使其更加“眩目”，而加入硼以改变热学和电学性能，如Pyrex玻璃。加入钡也增加折射率。氧化钍使得玻璃具有高的折射率和低分散率，以前用于产生高质量的透镜，但是由于其放射性，已经在现代玻璃中被氧化镧取代。在吸收红外能量的玻璃中使用大量的铁，如用于电影投影机的热吸收过滤器，而氧化铈(IV)可以用于吸收UV波长(生物破坏性的致电离辐射)的玻璃。在本发明的一些实施方案使用具有一种或多种这些添加剂的玻璃来制备透明非平面壳体310。
玻璃材料的普通实例包括但不限于硅铝酸盐、硼硅酸盐(例如，Pyrex、Duran、Simax等)、二色性的、锗/半导体、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英、钠钙、石英、硫属化物/硫化物、cereated玻璃和氟化物玻璃，透明非平面壳体310可以由这些材料中的任何材料制成。
在一些实施方案中，透明非平面壳体310由钠钙玻璃制成。钠钙玻璃比硼硅酸盐和石英玻璃软，使其划片切割更容易更快捷。钠钙玻璃成本很低，易于大规模生产。不过，钠钙玻璃的热冲击阻抗很差。因此，钠钙玻璃最好用于加热均匀和缓慢的热环境中的透明非平面壳体310。因此，当太阳能电池700被由钠钙玻璃制成的透明非平面壳体310包裹时，这些电池最好用于温度变化不剧烈的场合。
在一些实施方案中，透明非平面壳体310由玻璃材料如硼硅酸盐玻璃制成。硼硅酸盐玻璃的商品名包括但不限于

(Corning)、

(Schott Glass)和

(Kavalier)。象大多数玻璃一样，硼硅酸盐玻璃的主要组分是二氧化硅，同时加入硼和其它多种元素。硼硅酸盐玻璃比其它材料如石英更易耐热，从而使得制造成本更低。硼硅酸盐玻璃的材料成本也比熔融石英大大降低。和大多数玻璃相比，除了熔融石英，硼硅酸盐玻璃的膨胀系数低，比钠钙玻璃低三倍。这使得硼硅酸盐玻璃在热环境中很有用，避免了由于温度激增导致破裂的风险。和钠钙玻璃一样，可以用浮法工艺制备相对低成本的、光学质量的、具有不同厚度的硼硅酸盐玻璃片，厚度从小于1mm到超过30mm。相对于石英，硼硅酸盐玻璃易于模压。此外，当模制和火焰处理时，硼硅酸盐玻璃具有最小的抗结晶性。这表明，当模制和热弯时，可以保持高性能的表面。当温度高达500℃时，硼硅酸盐玻璃是热稳定的，可以继续使用。和家用钠钙玻璃相比，硼硅酸盐玻璃更耐非含氟化学物质，并且机械强度更强和更硬。硼硅酸盐通常比钠钙玻璃贵2-3倍。
仅给出钠钙和硼硅酸盐玻璃作为例子来说明当用玻璃材料制造透明非平面壳体310时对各方面的考量。前述的讨论对本发明的范围没有任何限制。事实上，透明非平面壳体310可以用玻璃制成，如铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃(如

二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、cereated玻璃或氟化物玻璃。
塑料制成的透明管状壳体。在一些实施方案中，透明非平面壳体310由透明塑料制成。塑料比玻璃便宜。不过，塑料材质通常在热的情况下较不稳定，光学性能较差，且不能防止水分子透过透明非平面壳体310。最后一个因素，如果得不到纠正，会破坏太阳能电池700，并严重降低其寿命。相应地，在一些实施方案中，当透明非平面壳体310由塑料制成时，上述的阻水层被用于防止水渗透到太阳能电池402中。
很多材料可以用于制造透明非平面壳体310，包括但不限于乙烯-醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基氟碳(PFA)、尼龙/聚酰胺、交联聚乙烯(PEX)、聚烯烃、聚丙烯(PP)、聚乙烯对苯二甲酸乙二醇(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑共聚物(例如，通过乙烯及四氟乙烯(

单体)聚合而获得的

聚氨酯/氨基甲酸乙酯、聚乙烯氯(PVC)、或者聚偏氟乙烯(PVDF)、

乙烯基和
为了使太阳辐射的输入最大化，太阳能电池700以外的任何层(例如，可选的填充体层330或透明非平面壳体310)优选地不要对太阳能电池的入射辐射性能产生不良影响。在将太阳能电池402的效率最优化时应考虑很多因素。有关太阳能电池生产的一些因素描述如下。
透明度。为了太阳能电池吸收层(如半导体结410)获得最大的输入，太阳能电池402外的任何层对入射辐射的吸收都要避免或最小化。这种透明度的要求作为太阳能电池700下方的半导体结410的吸收性能函数而变化。通常，透明非平面壳体310和可选的填充体层330优选对半导体结410吸收的波长尽可能是透明的。例如，当半导体结410是基于CIGS时，用于制备透明非平面壳体310和可选填充体层330的材料优选为对波长范围为500nm至1200nm的光是透明的。
紫外稳定性。用于构造太阳能电池700外层的任何材料优选为化学稳定的，并且特别是，暴露于UV辐射时是稳定的。更加具体的，这种材料在暴露于UV时不能变得较不透明。普通玻璃能够部分阻隔UVA(波长为400和300nm)，并能完全阻隔UVC和UVB(波长低于300nm)。玻璃的UV阻滞效应通常是由于玻璃中的添加剂，如碳酸钠。在一些实施方案中，由玻璃制成的透明非平面壳体310中的添加剂能够给予壳体310完全的UV保护性。在这些实施方案中，由于透明非平面壳体310提供完全的UV波长保护，对下方的可选填充体层330的UV稳定性要求降低。例如，当透明非平面壳体310由UV保护性玻璃制成时，EVA、PVB、TPU(氨基甲酸乙酯)、有机硅、聚碳酸酯和丙烯酸类物质可以用于形成填充体层330。或者，在其中透明非平面壳体310由塑料材质制成的一些实施方案中，优选需要UV稳定性。
对UV辐射敏感的塑料材料优选不用于透明非平面壳体310，因为材料和/或可选填充体层330的变黄阻止了太阳能电池402的辐射输入，并降低了太阳能电池的效率。此外，由于暴露于UV，透明非平面壳体310的开裂会永久性破坏太阳能电池402。例如，诸如ETFE和THV(Dyneon)的含氟聚合物是UV稳定性的，并是高度透明的，而PET是透明的，但是对UV的稳定性不充分。在一些实施方案中，透明非平面壳体310由含氟聚合物制成，该含氟聚合物基于单体四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯。此外，聚乙烯氯(“PVC”或“乙烯基”)，最普通的一种合成材料，也对UV暴露敏感。已经开发方法使得PVC是UV稳定的，但是甚至是UV稳定的PVC通常也不能持久(例如，PVC产品的变黄和开裂会在相对短时间的使用后发生)。氨基甲酸乙酯更适合，但是取决于聚合物主链具体的化学性能。当聚合物主链由反应性低的化学基团(如脂肪或芳香的)形成时，氨基甲酸乙酯材料是稳定的。另一方面，当聚合物主链由反应性高的基团(如双键)形成时，由于UV催化的双键断裂，导致材料变黄。类似地，当持续暴露于UV光时，EVA和PVB会变黄。其它的选择是聚碳酸酯(光照暴露下能够抗UV多达10年)或丙烯酸类(本身是UV稳定的)。
反射性能。为了最大化太阳辐射的输入，透明非平面壳体310的外侧表面的反射应该最小化。增透涂层，作为独立的层或者和防水涂层组合，可以用于透明非平面壳体310的外侧。在一些实施方案中，增透涂层由MgF2制成。在一些实施方案中，增透涂层由硝酸有机硅或硝酸钛制成。在其它实施方案中，增透涂层由一层或多层一氧化硅(SiO)制成。例如，抛亮硅可以作为镜子，反射超过30％的照射其上的光线。单层SiO将表面反射降低至约10％，第二层SiO能够将反射降低至小于4％。在美国专利号6,803,172中公开了其它有机增透材料，特别是，能够防止半导体设备中较低层表面的背反射和消除由于晶片上的较低层和感光层薄片的不同光学性能产生的驻波和反射刻痕的有机增透材料。其它的增透涂层材料和方法在美国专利号6,689,535、6,673,713、6,635,583、6,784,094和6,713,234中有描述。
可替换地，透明非平面壳体310的外侧表面可以有纹理从而降低反射辐射。化学蚀刻形成圆锥和角锥图案，这些图案可以捕获光线，否则这些光线从电池偏射出去。反射光重新被反射到电池内，从而获得又一次被吸收的机会。美国专利6,039,888、6,004,722和6,221,776中公开了通过蚀刻或蚀刻和涂层技术的组合制备增透涂层的材料和方法。
折射性能。在一些实施方案中，填充体层330的折射率比透明非平面壳体310的折射率大，因此光可以弯向太阳能电池402。在这种状况下，经过两个反射过程后，透明非平面壳体310上的每个入射波束将会弯向太阳能电池402。不过，在实践中，可选的填充体层330由类似流体的材料(虽然有时是非常粘的类似流体的材料)制成，使得可以如上所述实现太阳能电池402在透明非平面壳体310的嵌入。在实践中，通过选择其折射率接近透明非平面壳体310的折射率的填充体材料来获得有效的太阳辐射吸收。在一些实施方案中，形成透明非平面壳体310的材料包含折射率约为1.5的透明材料(玻璃或塑料或其它合适的材料)。例如，熔融石英玻璃的折射率为1.46。硼硅酸盐玻璃材料的折射率在1.45和1.55之间(如

玻璃的折射率为1.47)。具有不同含量的铅添加剂的火石玻璃材料的折射率在1.5和1.9之间。普通塑料材料的折射率介于1.46和1.55之间。
具有用于形成填充体层330的合适光学性能的示例性材料进一步包含有机硅、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅胶、环氧化物和丙烯酸类材料。由于基于有机硅的粘合剂和密封剂具有高度的弹性，它们缺乏其它环氧化物或丙烯酸类树脂的强度。透明非平面壳体310、可选的填充体层330、可选的增透涂层、阻水层或其任意组合形成包装，以最大化和保持太阳能电池的效率，提供物理支撑，并延长太阳能电池700的寿命。
在一些实施方案中，玻璃、塑料、环氧化物或丙烯酸类树脂可以用于形成透明非平面壳体310。在一些实施方案中，可选的增透涂层和/或防水涂层周向沉积在透明非平面壳体310上。在这样的一些实施方案中，用更柔软和更有弹性的光学合适的材料形成填充体层330，如硅胶。例如，在一些实施方案中，填充体层330由硅胶形成，如有基于机硅的粘合剂或密封剂。在一些实施例中，填充体层330由GE RTV 615有机硅形成。RTV 615有机硅是光学透明的、双组份的可流动的有机硅产品，该产品需要SS4120作为聚合的引物。RTV615-1P和SS4120二者都可以从General Electric(Fairfield，Connecticut)获得。基于有机硅的粘合剂或密封剂基于韧性有机硅弹性技术。
有利地，有机硅粘合剂具有高度的弹性且耐受非常高的温度(高至600℉)。基于有机硅的粘合剂和密封剂具有高度的弹性。许多技术(或固化系统)可获得基于有机硅的粘合剂和密封剂。这些技术包括压力敏感、辐射固化、湿气固化、热固和室温硬化(RTV)。在一些实施方案中，基于硅的密封剂用两组分添加或浓缩固化系统或单组分(RTV)形式。RTV形式通过与空气中湿气反应方便地固化，并在固化期间释放出酸性烟雾或其它副产物蒸气。
压力敏感有机硅粘合剂用很小的压力粘附到多数表面上，并保持其粘性。这种类型的材料形成粘弹性结合，该结合是高度和永久粘性的，不超过手指或手的压力就能粘附。在一些实施方案中，辐射用于固化基于有机硅的粘合剂。在一些实施方案中，紫外线、可见光或电子束照射用于引发密封剂的固化，这样就可以在不加热或产生过量的热的情况下获得永久的结合。尽管基于UV的固化要求衬底对UV透明，电子束可以穿透对UV光线不透明的材料。某些基于潮气或水固化机理的有机硅粘合剂和氰基丙烯酸盐需要额外的能合适粘附到太阳能电池并不影响太阳能电池的本身功能的试剂。热固有机硅粘合剂和有机硅密封剂是用热或热与压力固化的交联聚合物树脂。固化的热固树脂在加热时不会熔化或流动，但是可以软化。硫化是涉及使用硫化剂及热和/或压力的热固反应，该反应使得橡胶类似材料形成大大增加的强度、稳定性和弹性。RTV硅橡胶是室温硫化材料。硫化剂是交联化合物或催化剂。在根据本发明的一些实施方案中，硫被作为传统硫化剂加入。
例如，在一些实施方案中，当不具有可选填充体层330时，环氧化物或丙烯酸类材料可以直接用于太阳能电池700，以直接形成透明非平面壳体310。在这些实施方案中，要小心确保非玻璃透明非平面壳体310也有耐水性和/或增透性能，以确保在合理的使用期间内能有效工作。
电绝缘。透明非平面壳体310和可选填充体层330的一个重要特点就是这些层能提供完全的电绝缘。不应使用导电材料形成透明非平面壳体310或可选的填充体层330。
尺寸要求。在一些实施方案中，太阳能电池402外的每层的总宽度(如透明非平面壳体310和/或可选的填充体层330的组合)为
参考图3B，其中 ri是太阳能电池402的半径，假设半导体结410是薄膜结； r0为透明非平面壳体310和/或可选的填充体层330最外层的半径；以及 η外环为透明非平面壳体310和/或可选的填充体层330最外层的折射率。
如上所述，用于制备透明非平面壳体310和/或可选的填充体层330的许多材料的折射率约为1.5。因此，在典型的实施例中，小于1.5×ri的r0值是允许的。该限制对透明非平面壳体310和/或可选的填充体层330组合的容忍厚度设定了界限。
5.2 示例半导体结 参考图4A，在一个实施方案中，半导体结410是位于设置在后电极104上的吸收器层502与设置在吸收器层502上的结匹配层504之间的异质结。吸收器层502及结匹配层504由具有不同带隙及电子亲和力的不同半导体构成，由此结匹配层504具有比吸收器层502更大的带隙。在一些实施方案中，吸收器层502是p掺杂的，而结匹配层504是n掺杂的。在这些实施方案中，透明导电层110是n+-掺杂的。在替代实施方案中，吸收器层502是n掺杂的而透明导电层504是p掺杂的。在这样的实施方案中，透明导电层110是p+-掺杂的。在一些实施方案中，在Pandey，Handbook of SemiconductorElectrodeposition，Marcel Dekker Inc.，1996，附录5中列出的半导体被用于形成半导体结410，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
5.2.1 基于铜铟联硒及其它类型I-III-VI材料的薄膜半导体结 继续参考图4A，在一些实施方案中，吸收器层502是诸如铜铟联硒(CuInSe2；也公知为CIS)的I-III-VI2族化合物。在一些实施方案中，吸收器层502是I-III-VI2族三元化合物，其选自n型或p型的CdGeAs2、ZnSnAs2、CuInTe2、AgInTe2、CuInSe2、CuGaTe2、ZnGeAs2、CdSnP2、AgInSe2、AgGaTe2、CuInS2、CdSiAs2、ZnSnP2、CdGeP2、ZnSnAs2、CuGaSe2、AgGaSe2、AgInS2、ZnGeP2、ZnSiAs2、ZnSiP2、CdSiP2或CuGaS2，如果这些化合物已知存在的话。
在一些实施方案中，结匹配层504是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一个实施方案中，吸收器层502是p型CIS而结匹配层504是n型CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第6章中描述了这些半导体结410，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
在一些实施方案中，吸收器层502是铜铟镓联硒化合物(CIGS)。这些层也公知为Cu(InGa)Se2。在一些实施方案中，吸收器层502是铜铟镓联硒化合物(CIGS)，而结匹配层504是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一些实施方案中，吸收器层502是p-型CIGS，而结匹配层504是n-型CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在Handbook of Photovoltaic Science and Engineering，2003，Luque和Hegedus(编)，Wiley & Sons，West Sussex，England的第13章，第12章中描述了这样的半导体结410，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。在一些实施方案中，用下述文献公开的技术沉积CIGSBeck和Britt，Final TechnicalReport，2006年1月，NREL/SR-520-391 19；和Delahoy和Chen，2005年8月，＂Advanced CIGS Photovoltaic Technology，＂subcontract report；Kapur等，2005年1月subcontract report，NREL/SR-520-37284，＂Lab to Large Scale Transition forNon-Vacuum Thin Film CIGS Solar Cells＂；Simpson等人，2005年10月subcontract report，＂Trajectory-Oriented and Fault-Tolerant-Based IntelligentProcess Control for Flexible ClGS PV Module Manufacturing，＂NREL/SR-520-38681；以及Ramanathan等人，31stIEEE Photovoltaics SpecialistsConference and Exhibition，Lake Buena Vista，Florida，2005年1月3-7日，这些文献的全部内容通过引用并入本发明。
在一些实施方案中，根据Ramanthan等人的2003，＂Properties of 19.2％Efficiency ZnO/CdS/CuInGaSe2 Thin-film Solar Cells，＂Progress in PhotovoltaicsResearch and Applications 11，225中描述的三阶段工艺，CIGS吸收器层502通过元素源的蒸发在钼后电极104上形成，该文献的整体通过引用并入本文。在一些实施方案中，结匹配层504为ZnS(O，OH)缓冲层，如Ramanthan等人的2005年1月的会议论文，＂CIGS Thin-Film Solar Research at NRELFY04Results and Accomplishments，＂NREL/CP-520-37020中所描述的，该文献的整体通过引用并入本文。
在一些实施方案中，吸收器层502的厚度介于0.5μm至2.0μm之间。在一些实施方案中，吸收器层502中Cu/(In+Ga)的成份比率介于0.7至0.95之间。在一些实施方案中，吸收器层502中Cu/(In+Ga)的成份比率介于0.2至0.4之间。在一些实施方案中，CIGS吸收器具有<110>结晶定向。在一些实施方案中，CIGS吸收器具有<112>结晶定向。在一些实施方案中，CIGS吸收器随机定向。
5.2.2 基于无定形硅或多晶硅的半导体结 参考图4B，在一些实施方案中，半导体结410包括无定形硅。在一些实施方案中，这是n/n型异质结。例如，在一些实施方案中，层514包括SnO2(Sb)，层512包括未掺杂无定形硅，层510包括n+型掺杂无定形硅。
在一些实施方案中，半导体结410是p-i-n型结。例如，在一些实施方案中，层514是p+掺杂无定形硅，层512是未掺杂无定形硅，而层510是n+无定形硅。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第3章中描述了这些半导体结410，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
在本申请的一些实施方案中，半导体结410基于薄膜多晶。参考图4B，在根据这些实施方案的一个实例中，层510是p掺杂多晶硅，层512是耗尽多晶硅，而层514是n掺杂多晶硅。在Green，Silicon Solar CellsAdvancedPrinciples & Practice，Centre for Photovoltaic Devices and Systems，University ofNew South Wales，Sydney，1995；以及Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London，第57-66页中描述了这些半导体结，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
在本申请的一些实施方案中，使用在无定形SiH太阳能电池中基于p型微晶Si:H及微晶Si:C:H的半导体结410。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London，第66-67页以及其中所引述的参考文献中描述了上述半导体结，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
在本申请的一些实施方案中，半导体结410是串联结。例如在Kim等人，1989，“Lightweight(AlGaAs)GaAs/CuInSe2 tandem junction solar cells for spaceapplications，”Aerospace and Electronic Systems Magazine，IEEE 4，第23-32页；Deng，2005，“Optimization of a-SiGe based triple，tandem and single-junctionsolar cells”Photovoltaic Specialists Conference，2005年第31次IEEE会议记录，2005年1月3-7日，第1365-1370页；Arya等人，2000，Amorphous silicon basedtandem junction thin-film technologya manufacturing perspective，”PhotovoltaicSpecialists Conference，2000年第28次IEEE会议记录，2000年9月15-22日，第1433-1436页；Hart，1988，“High altitude current-voltage measurement ofGaAs/Ge solar cells，”Photovoltaic Specialists Conference，1988年第20次IEEE会议记录，1988年9月26-30日，第764-765页，第1卷；Kim，1988，“Highefficiency GaAs/CuInSe2 tandem junction solar cells，”Photovoltaic SpecialistsConference，1988年第20次IEEE会议记录，1988年9月26-30日，第457-461页，第1卷；Mitchell，1988，“Single and tandem junction CuInSe2 cell and moduletechnology，”Photovoltaic Specialists Conference，1988年第20次IEEE会议记录，1988年9月26-30日，第1384-1389页，第2卷；以及Kim，1989，“Highspecific power(AlGaAs)GaAs/CuInSe2 tandem junction solar cells for spaceapplications，”Energy Conversion Engineering Conference，1989，IECEC-89，Proceedings of the 24th Intersociety 1989年8月6-11日，第779-784页，第2卷中描述了串联结，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。
5.2.3 基于砷化镓及其它类型III-V材料的半导体结 在一些实施方案中，半导体结410基于砷化镓(GaAs)以及诸如InP、AlSb及CdTe的其它III-V材料。GaAs是具有1.43eV带隙的直接带隙材料并可在约二微米的厚度内吸收AM1辐射的97％。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London第4章中描述了可作为本申请的半导体结410的合适类型的III-V结，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
此外，在一些实施方案中，半导体结410是混合多结太阳能电池，例如由Gee和Virshup，1988，20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference，IEEEPublishing，New York，第754页描述的GaAs/Si机械堆叠多结，通过引用将其全部内容包含在本说明书中；GaAs/CuInSe2 MSMJ四端子装置，其由GaAs薄膜顶电池及ZnCdS/CuInSe2薄底电池组成，如Stanbery等人，19th IEEEPhotovoltaic Specialist Conference，IEEE Publishing，New York，第280页，以及Kim等人，20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference，IEEE Publishing，NewYork，第1487页中描述，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London，第131-132页中描述了其它混合多结太阳能电池，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
5.2.4 基于碲化镉及其它类型II-VI材料的半导体结 在一些实施方案中，半导体结410基于可制备为n型或p型的II-VI化合物。因此，在一些实施方案中，参考图4C，半导体结410是p-n异质结，其中层520及540是下表所列的任意组合或其合金。


在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第4章中描述了用于制造基于II-VI化合物的半导体结410的方法，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
5.2.5 基于结晶硅的半导体结 虽然由薄膜半导体膜制成的半导体结410是优选的，但本申请并不限于此。在一些实施方案中，半导体结410是基于结晶硅的。例如，参考图2B，在一些实施方案中，半导体结410包括p型结晶硅层以及n型结晶硅层。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第2章中描述了用于制造结晶硅半导体结410的方法，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
5.3 反照率实施方案 本申请的太阳能电池设计是有利的，这是因为该设计能通过完全的外周表面集光。相应的，在本申请的一些实施方案中，这些太阳能电池单元件被设置在反射环境中，其中围绕太阳能电池的表面具有一定量的反照率。反照率是对表面或主体的反射性的度量。其是反射的电磁辐射(EM辐射)与入射在其上的量的比率。该比例通常被表示为从0％到100％的百分比。在一些实施方案中，通过将这些表面涂成反射性白色来制备与本申请的太阳能电池单元件邻近的表面使得其具有高反照率。在一些实施方案中，也可使用具有高反照率的其它材料。例如，这些太阳能电池周围的一些材料的反照率接近或超过90％。例如参见Boer，1977，Solar Energy 19，525，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。但是，具有任意量的反照率(例如5％或更多、10％或更多、20％或更多)的表面均落入本发明的范围内。在一个实施方案中，本发明的太阳能电池组件在砾石表面上被成排设置，其中砾石已经被涂为白色以提高砾石的反射特性。通常，可以使用任意朗伯或漫反射器表面来提供高反照率的表面。
5.4 双层芯实施方案 公开了本发明的实施方案，其中本发明的太阳能电池700的导电芯104由均一导电材料制成。本发明不限于这些实施方案。在一些实施方案中，导电芯104事实上设有内芯和外导电芯。在这些实施方案中，内芯可被称为衬底403，而外导电芯被称为后电极104。在这些实施方案中，外导电芯周向沉积在衬底403上。在这些实施方案中，衬底403通常是不导电的，而外芯是导电的。衬底403设有和本发明其它实施方案一致的加长形状。例如，在一实施方案中，衬底403由线形式的玻璃纤维制成。在一些实施方案中，衬底403为导电非金属材料。不过，本发明不限于衬底403是导电的实施方案，因为外芯可以作为电极。在一些实施方案中，衬底是管形(如塑料或玻璃管形)。
在一些实施方案中，衬底403由诸如聚苯并咪唑(如从Boedeker Plastics，Inc.，Shiner，Texas得到的

材料制成。在一些实施方案中，内芯由聚酰亚胺制成(如DuPont TM

或DuPont TM

Wilmington，Delaware)。在一些实施方案中，内芯由聚四氟乙烯(PTFE)或聚醚醚酮(PEEK)制成，这些分别来自Boedeker Plastics，Inc.。在一些实施方案中，衬底403由聚酰胺-酰亚胺(如

PAI，Solvay Advanced Polymers，Alpharetta，Georgia)制成。
在一些实施方案中，衬底403由玻璃基酚制成。通过对浸渗合成热固树脂的纸、帆布、亚麻布或玻璃布料层加热和加压，制成酚叠层。当对这些层加热和加压时，化学反应(聚合反应)使得这些分开的层转化成单一的叠层材料，并具有“固定”的形状，其不会再次软化。因此，这些材料被称为“热固材料”。多种树脂类型和布料可以用于制造具有一定范围的机械、热学和电学性能的热固叠层。在一些实施方案中，衬底403的酚叠层，其具有G-3、G-5、G-7、G-9、G-10或G-11的NEMA等级。示例性的酚叠层从Boedeker Plastics，Inc.获得。
在一些实施方案中，衬底403由聚苯乙烯制成。聚苯乙烯的示例包括常用聚苯乙烯及在Marks的Standard Handbook for Mechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-174页中详述的高抗冲击聚苯乙烯，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。在其它实施方案中，衬底403由交联聚苯乙烯制成。交联聚苯乙烯的一个示例是

(C-Lec Plastics，Inc)。Rexolite是通过交联聚苯乙烯与二乙烯基苯制成的热固性的，特别是刚性且透明的塑料。
在一些实施方案中，衬底403是聚酯线(如

线)。

从DuPontTeijin Films(Wilmington，Delaware)获得。在其它实施方案中，衬底403由

制成，通过用聚酯、乙烯基酯、环氧酯和改性的环氧树脂和玻璃纤维组合一起制成(Roechling Engineering Plastic Pte Ltd.，Singapore)。
在其它实施方案中，衬底403由聚碳酸酯制成。这些聚碳酸酯可具有不同量的玻璃纤维(例如10％、20％、30％或40％)以调节材料的张力强度、硬度、压缩强度、以及热膨胀系数。示例聚碳酸酯是

M及

W，其可从Boedeker Plastics，Inc.购得。
在一些实施方案中，衬底403由聚乙烯制成。在一些实施方案中，衬底403由低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、或者超高分子量聚乙烯(UHMW PE)制成。HDPE的化学特性在Marks的Standard Handbook forMechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-173页中进行了描述，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。在一些实施方案中，衬底403由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚四氟乙烯(Teflon)、聚甲基丙烯酸酯(有机玻璃)、尼龙6，6、丁酸醋酸纤维素、醋酸纤维素、刚性乙烯、塑料乙烯或聚丙烯制成。在Marks的Standard Handbook for Mechanical Engineers，第9版，1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-172至6-175页描述了这些材料的化学特性，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
在Modern Plastics Encyclopedia，McGraw-Hill；Reinhold PlasticsApplications Series，Reinhold Roff，Fibres，Plastics and Rubbers，Butterworth；Lee和Neville，Epoxy Resins，McGraw-Hill；Bilmetyer，Textbook of Polymer Science，Interscience；Schmidt和Marlies，Principles of high polymer theory and practice，McGraw-Hill；Beadle(编)，Plastics，Morgan-Grampiand，Ltd.，第2卷1970；Tobolsky和Mark(编)，Polymer Science and Materials，Wiley，1971；Glanville，The Plastics′s Engineer′s Data Book，Industrial Press，1971；Mohr(编辑和资深作者)，Oleesky，Shook和Meyers，SPI Handbook of Technology and Engineering ofReinforced Plastics Composites，Van Nostrand Reinhold，1973中可找到可用于形成衬底403的其它示例材料，通过引用将各文献全部内容分别包含在本说明书中。
通常，外芯由能够支持太阳能电池产生的光电电流而阻抗损失可忽略不计的材料制成。在一些实施方案中，外芯由导电金属制成，如铝、钼、钢、镍、铂、银、金或其合金。在一些实施方案中，外芯由金属填充氧化物、石墨填充氧化物、炭黑或超导炭黑填充氧化物、环氧化物、玻璃或塑料制成。在一些实施方案中，外芯由导电塑料制成。在一些实施方案中，该导电塑料本身就是导电的，不需加入任何填充剂。在一些实施方案中，内芯由导电材料制成，外芯由钼制成。在一些实施方案中，内芯由非导电材料如玻璃棒制成，外芯由钼制成。
5.5 示例性尺寸 本发明涵盖的太阳能电池组件具有落入宽范围尺寸的任何尺寸。例如，本发明涵盖的太阳能电池组件的长度l介于1cm到50,000cm之间，直径w介于1cm到50,000cm之间。在一些实施方案中，太阳能电池组件的长度l介于10cm到1,000cm之间，直径w介于10cm到1,000cm之间。在一些实施方案中，太阳能电池组件的长度l介于40cm到500cm之间，宽度w介于40cm到500cm之间。
5.6 其它的太阳能电池实施方案 以图3B中元件序号作为参考，在一些实施方案中，铜铟镓联硒化合物(Cu(InGa)Se2)，在此称为CIGS，被用于制备结110的吸收器层。在这些实施方案中，后电极104由钼制成。在这些实施方案中，后电极104包括聚酰亚胺的内芯和在CIGS沉淀前溅射到聚酰亚胺芯上的钼薄膜形成的外芯。在钼的顶部，吸收光线的CIGS膜被蒸发。为了完成半导体结410，将硫化镉(CdS)沉淀到CIGS上。可选的，薄本征层(i-层)415然后周向沉淀在半导体结410上。可利用材料来形成i-层415，该材料包括但不限于氧化锌、金属氧化物、或者高度绝缘的任意透明材料。接着，透明导电层110沉积在i-层(当存在时)或半导体结410上(当不存在i-层时)。透明导电层110由诸如铝掺杂氧化锌(ZnO:Al)、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、铟-锌氧化物或铟-锡氧化物等材料制成。
ITN Energy Systems，Inc.、Global Solar Energy，Inc.和Institute of EnergyConversion(IEC)已经合作研发了在聚酰亚胺衬底上制造CIGS光伏电池的技术，该技术用卷绕(roll-to-roll)共蒸发工艺沉淀CIGS层。在该工艺中，打开一卷钼涂覆的聚酰亚胺薄膜(称为网)，并持续移入并穿过一个或多个沉淀区域。在沉淀区域，将网加热到约450℃，在硒蒸气存在下，将铜、铟和镓通过蒸发沉淀到网上。穿过沉淀区域后，该网冷却并缠绕到拉紧的线轴上。例如，参考2003，Jensen等人，＂Back Contact Cracking During Fabrication of CIGS SolarCells on Polyimide Substrates，＂NCPV and Solar Program Review Meeting 2003，NREL/CD-520-33586，877-881页，其通过引用全部并入本发明。类似地，Birkmire等人，2005，Progress in PhotovoltaicsResearch and Applications 13，141-148(其通过引用全部并入本发明)公开了聚酰亚胺/钼网结构，特别是PI/Mo/Cu(InGa)Se2/CdS/ZnO/ITO/Ni-Al。已经开发了不锈钢箔上类似结构的沉淀。例如，参考Simpson等人，2004，＂Manufacturing Process Advancements forFlexible CIGS PV on Stainless Foil，＂DOE Solar Energy Technologies ProgramReview Meeting，PV Manufacturing Research and Development，P032，其通过引用全部并入本发明。
在本发明的一些实施方案中，吸收器材料沉淀到聚酰亚胺/钼网上，如Global Solar Energy(Tucson，Arizona)开发的网，或者金属箔上(如Sinpson等人公开的箔)。在一些实施方案中，吸收器材料是本发明公开的任何吸收器。在具体的实施方案中，吸收器为Cu(InGa)Se2。在一些实施方案中，加长的芯由非导电材料如未掺杂的塑料制成。在一些实施方案中，加长的芯由导电材料制成，如导电金属、金属填充环氧化物、玻璃或树脂、或导电塑料(如含有导电填充剂的塑料)。接着，通过在吸收器层上沉淀窗层完成半导体结410。在吸收器层为Cu(InGa)Se2时，可以使用CdS。最后，加入可选的i-层415和透明导电层110，以完成太阳能电池。接着，将箔包裹和/或胶粘至线状的或管状的加长芯上。这种制作方法的优点是不能经受吸收器层、窗层、i-层或透明导电层110的沉积温度的材料可以用作太阳能电池的内芯。该制作工艺可以用于制作本发明公开的任何太阳能电池402，其中导电芯402包括内芯和外导电芯。内芯是本发明公开的任何导电或非导电材料，而外导电芯为网或箔，在将该箔卷到内芯上前，吸收器层、窗层和透明导电层沉淀到网或箔上。在一些实施方案中，用合适的胶水将网或箔粘合到内芯上。
本发明的一方面提供了制造太阳能电池的方法，该方法包括将吸收器层沉淀到金属网或导电箔的第一面上。接着，将窗层沉淀到吸收器层上。接着，将透明导电层沉淀到窗层上。然后绕着加长芯卷绕金属网或导电箔，由此形成加长的太阳能电池402。在一些实施方案中，吸收器层为铜铟镓联硒化合物(Cu(InGa)Se2)，窗层为硫化镉。在一些实施方案中，金属网为聚酰亚胺/钼网。在一些实施方案中，导电箔为钢箔或铝箔。在一些实施方案中，加长的芯由导电金属、金属填充的环氧化物、金属填充的玻璃、金属填充的树脂或导电塑料制成。
在一些实施方案中，透明导电氧化物导电膜沉淀在管状或刚性实心棒状芯上，而不是绕着加长芯包裹金属网或箔。在这些实施方案中，管状或刚性实心棒状芯可以是例如塑料棒、玻璃棒、玻璃管或塑料管。这些实施方案需要一定形状的导体和半导体结的内侧面或后端子电联通。在一些实施方案中，在管状或刚性实心棒状加长芯的片段(divots)中填充导电金属从而提供了这种导体。在管状或刚性实心棒状加长芯上沉淀透明导电层或导电性后端子膜之前，将导体插入到片段中。在一些实施方案中，该导体由金属源形成，该金属源沿着加长太阳能电池402侧边纵向延伸。该金属可以通过蒸发、溅射、丝网印刷、喷墨印刷、金属挤压、用于粘附金属线的导电墨水或胶水、或者金属沉积的其它方式沉淀。
现在公开更具体的实施方案。在一些实施方案中，加长芯为具有片段的玻璃管，该片段在玻璃管外表面纵向分布；制作方法包括在卷绕步骤前在片段内沉淀导体。在一些实施方案中，玻璃管具有在玻璃管表面纵向分布的第二片段。在这些实施方案中，第一片段和第二片段在玻璃管大致或恰好相反的周侧。相应的，在这些实施方案中，该方法进一步包括在卷绕步骤前在第二片段内沉淀导体；或者在不用卷绕的实施方案中，在将内透明导电层或导电膜、结和外透明导电层沉积到加长芯上之前在第二片段内沉淀导体。
在一些实施方案中，加长芯为具有第一片段的玻璃棒，该片段沿着玻璃棒表面纵向分布；该方法包括在卷绕前在第一片段内沉淀导体。在一些实施方案中，该玻璃棒具有沿着玻璃棒表面纵向分布的第二片段，第一片段和第二片段在玻璃棒大致或恰好相反的周侧。相应的，在这些实施方案中，该方法进一步包括在卷绕前在第二片段内沉淀导体；或者在不用卷绕的实施方案中，在将内透明导电层或导电膜、结和外透明导电层沉淀到加长芯上之前在第二片段内沉淀导体。用于导体的合适材料是在此描述用于导体的任何材料，包括但不限于铝、钼、钛、钢、镍、银、金或其合金。
本发明的另一方面提供了太阳能电池组件，其包括多个太阳能电池单元300，多个太阳能电池单元中的每个太阳能电池单元具有上述任何实施方案中所示的太阳能电池单元的结构。在一些实施方案中，多个太阳能电池单元中的太阳能电池单元设置为共平面行，以形成所述太阳能电池组件。在一些实施方案中，设置了反照表面，以将阳光反射到多个太阳能电池单元中。例如，可以使用美国专利申请序列号11/315,523中公开的任何自清洁反照表面，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。在一些实施方案中，反照表面的反照率超过40％、50％、60％、70％或80％。在一些实施方案中，多个太阳能电池单元中的第一太阳能电池单元300和第二太阳能电池单元300串联电排列。在一些实施方案中，多个太阳能电池单元中的第一太阳能电池单元300和第二太阳能电池单元300并联电排列。
本发明的一方面提供了太阳能电池组件，其包括多个太阳能电池单元300，多个太阳能电池单元中的每个太阳能电池单元具有上述任何太阳能电池单元的结构。本发明的该方面进一步包括多个内部反射器。例如，可以使用美国专利申请号为11/248,789中描述的任何内部反射器或内部反射器的组合，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。该多个太阳能电池单元和多个内部反射器设置为共平面行，其中多个太阳能电池单元中的内部反射器靠近太阳能电池单元中的太阳能电池单元，由此形成太阳能电池组件。
除非特别说明，本文中此后的术语“％”指基于玻璃总量的“重量％”。“X的含量为0-Y％”的表述指X或者不存在，或者高于0％并不超过Y％。在一些实施方案中，衬底403和/或透明非平面壳体310优选由40-70％，特别优选由45-70％，更加优选由50-65％的SiO2制成。在SiO2的含量不超过70％的一些实施方案中，由于材料易于熔化，所以适合大规模生产。另一方面，当衬底403和/或透明非平面壳体310中的SiO2含量不低于40％时，得到的玻璃保持很高的化学耐久性。在一些实施方案中，衬底403和/或透明非平面壳体310由包括B2O3的玻璃制成。B2O3是改善玻璃可熔性、降低玻璃的密封温度，并增强玻璃的化学耐久性的成分。在一些实施方案中，B2O3的含量为5-20％、优选为8-15％、特别优选为10-15％。当B2O3的含量不高于20％时，可以抑制B2O3从熔融玻璃中的蒸发，从而可以获得均质玻璃。在一些实施方案中，衬底403和/或透明非平面壳体310由包括Al2O3的玻璃制成。Al2O3是改善玻璃化学耐久性的成分。在本发明的一些实施方案中，Al2O3的含量优选为0-15％，更优选为0.5-10％。在一些实施方案中，衬底403和/或透明非平面壳体310由包括MgO、CaO、SrO、BaO和/或ZnO的玻璃制成。这些组分可以提高玻璃的化学耐久性。衬底403和/或透明非平面壳体310中的MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总含量优选为0-45％、更加优选为0-25％、特别优选1-25％、进一步优选为1-20％、最优选为5-20％。当这些组分总的含量不高于45％时，可以获得高度均一的玻璃。在一些实施方案中，衬底403和/或透明非平面壳体310由包括Li2O、Na2O或K2O(它们是碱金属的氧化物)中的至少两种的玻璃制成，这些混合物改善了玻璃的耐侵蚀和电绝缘性能。在本发明的一些实施方案中，这些碱金属氧化物在衬底403和/或透明非平面壳体310中的总含量优选为5-25％、更优选为10-25％、进一步优选为14-20％。当这些碱金属氧化物的总量不高于25％时，得到的玻璃保持了化学耐久性。另一方面，当这些碱金属氧化物的总量不低于5％时，可以获得低的密封温度。根据本发明，Li2O、Na2O或K2O在衬底403和/或透明非平面壳体310中的含量分别优选为0-10％、0-10％和0-15％，更加优选分别为0.5-9％、0-9％和1-10％。当Li2O和Na2O的含量分别不高于10％且K2O的含量不高于15％时，碱金属的混合效果是有效的，由此保持很好的耐侵蚀和高电绝缘性能。Li2O具有降低玻璃密封温度的最好效果。因此，Li2O的含量优选不低于0.5％，特别是不低于3％。除了上述的组分外，在衬底403和/或透明非平面壳体310的玻璃组合物中可以加入如ZrO2、TiO2、P2O5、Fe2O3、SO3、Sb2O3、F和Cl的组分，以改善玻璃的耐侵蚀性、可熔性和精制。
引用的参考文献 如同各独立公开出版物、专利或申请文本为所有目的分别独立具体地指出被完整引入本文一样，本说明书中引用的全部参考文献被完整结合在本说明书中，且以相同程度用于所有目的。
如本领域技术人员可知的，可以对本申请进行各种改变及修改而不脱离本申请的精神及范围。这里所述的具体实施方案仅是示例，且本发明仅由所附权利要求的术语以及这些权利要求的等同物的完整范围来限定。
权利要求
1、太阳能电池单元，其包括
(A)非平面太阳能电池，该非平面太阳能电池包括
非平面衬底；
沉积在该非平面衬底上的后电极；
沉积在该后电极上的半导体结层；以及
沉积在该半导体结层上的透明导电层；
(B)周向沉积在非平面太阳能电池上的透明非平面壳体，该透明非平面壳体具有第一端和第二端；以及
(C)全密封到所述透明非平面壳体第一端的第一密封剂封盖。
2、权利要求1所述的太阳能电池单元，该太阳能电池单元进一步包括全密封到所述透明非平面壳体第二端的第二密封剂封盖。
3、权利要求1或2所述的太阳能电池单元，其中所述的第一密封剂封盖由金属、金属合金或玻璃制成。
4、权利要求1-3中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的第一密封剂封盖全密封到所述透明非平面壳体的内侧表面或外侧表面。
5、权利要求1-4中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的透明非平面壳体由硼硅酸盐玻璃制成，且所述的第一密封剂封盖由Kovar合金制成。
6、权利要求1-4中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的透明非平面壳体由钠钙玻璃制成，且所述的第一密封剂封盖由低膨胀的不锈钢合金制成。
7、权利要求1-4中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的第一密封剂封盖由铝、钼、钨、钒、铑、铌、铬、钽、钛、钢、镍、铂、银、金、其合金、或者其任意组合制成。
8、权利要求1-4中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的第一密封剂封盖由铟锡氧化物、氮化钛、氧化锡、氟掺杂氧化锡、掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌或铟锌氧化物制成。
9、权利要求1-4中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的第一密封剂封盖由铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化物玻璃、pyrex玻璃、玻璃基酚、cereated玻璃或火石玻璃制成。
10、权利要求1-9中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的第一密封剂封盖全密封到所述透明非平面壳体的内侧表面或外侧表面，且其中所述的全密封通过连续的密封剂带形成。
11、权利要求10所述的太阳能电池单元，其中所述的连续的密封剂带在所述第一密封剂封盖的内边缘上、在所述第一密封剂封盖的外边缘上、在所述透明非平面壳体的外边缘上、或在所述透明非平面壳体的内边缘上。
12、权利要求10所述的太阳能电池单元，其中所述的连续的密封剂带由玻璃胶、溶胶-凝胶或陶瓷结合剂形成。
13、权利要求1-12中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的第一密封剂封盖和所述的后电极电接触，且其中所述的第一密封剂封盖作为后电极的电极。
14、权利要求1-12中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的第一密封剂封盖和所述的透明导电层电接触，且其中所述的第一密封剂封盖作为所述的透明导电层的电极。
15、权利要求1或权利要求2-14中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，该太阳能电池单元进一步包括全密封到所述透明管状壳体的第二端的第二密封剂封盖，其中所述第一密封剂封盖和该第二密封剂封盖分别由导电金属制成，且其中
该第一密封剂封盖和所述的后电极的一部分电接触，该后电极部分和所述透明导电层电接触，且其中所述的第一密封剂封盖作为所述透明导电层的电极；以及
第二密封剂封盖和所述的后电极的一部分电接触，该后电极部分和所述透明导电层电隔离，且其中所述的第二密封剂封盖作为所述后电极的电极。
16、权利要求1-15中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底包括塑料、玻璃、金属或金属合金。
17、权利要求1-15中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底包括铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化物玻璃、玻璃基酚、火石玻璃或cereated玻璃。
18、权利要求1-17中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的透明非平面壳体由玻璃制成。
19、权利要求1-17中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的透明非平面壳体包括铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化物玻璃、火石玻璃或cereated玻璃。
20、权利要求1-19中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底是管状的，且流体通过所述衬底。
21、权利要求20所述的太阳能电池单元，其中所述的流体为空气、水、空气、氮气或氦气。
22、权利要求1-19中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底具有实芯。
23、权利要求1-22中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的后电极由铝、钼、钨、钒、铑、铌、铬、钽、钛、钢、镍、铂、银、金、其合金、或者其任意组合制成。
24、权利要求1-22中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的后电极由铟锡氧化物、氮化钛、氧化锡、氟掺杂氧化锡、掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、铟-锌氧化物、金属-炭黑-填充氧化物、石墨-炭黑-填充氧化物、炭黑-炭黑-填充氧化物、超导炭黑-填充氧化物、环氧化物、导电玻璃或导电塑料制成。
25、权利要求1-24中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的半导体结包括同质结、异质结、异质面结、掩埋同质结、p-i-n结或串联结。
26、权利要求1-25中任一权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的透明导电层包括碳纳米管、氧化锡、氟掺杂氧化锡、铟锡氧化物(ITO)、掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、铟-锌氧化物，或者其组合。
27、权利要求1-24中任一项权利要求或权利要求26所述的太阳能电池单元，其中所述的半导体结包括吸收器层和结匹配层；且其中所述的结匹配层周向沉积在所述的吸收器层上。
28、权利要求27所述的太阳能电池单元，其中所述的吸收器层为铜铟镓联硒化合物，且所述的结匹配层为In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-xMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2或掺杂ZnO。
29、权利要求27所述的太阳能电池单元，其中所述的吸收器层包括CIGS。
30、权利要求1-29中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的非平面太阳能电池进一步包括周向沉积在所述半导体结上的本征层，且其中所述的透明导电层沉积在所述的本征层上。
31、权利要求1-30中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其进一步包括周向沉积在所述透明导电层上的填充体层，其中所述的透明管状壳体周向沉积在所述填充体层上，由此周向密封所述非平面太阳能电池。
32、权利要求31所述的太阳能电池单元，其中所述的填充体层包括乙烯-醋酸乙烯(EVA)、有机硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸类、含氟聚合物或者氨基甲酸乙酯。
33、权利要求1-32中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其进一步包括周向沉积在所述透明导电层上的阻水层，其中所述的透明管状壳体周向沉积在所述阻水层上，由此周向密封所述非平面太阳能电池。
34、权利要求33所述的太阳能电池单元，其中所述的阻水层包括透明的有机硅、SiN、SiOxNy、SiOx或Al2O3，其中x和y为整数。
35、权利要求1-30中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其进一步包括
周向沉积在所述透明导电层上的阻水层；以及
周向沉积在所述阻水层上的填充体层，其中所述的透明管状壳体周向沉积在所述填充体层上，由此周向密封所述非平面太阳能电池。
36、权利要求1-30中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其进一步包括
周向沉积在所述透明导电层上的填充体层；以及
周向沉积在所述阻水层上的阻水层，其中所述的透明管状壳体周向沉积在所述阻水层上，由此周向密封所述非平面太阳能电池。
37、权利要求1-36中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其进一步包括周向沉积在所述透明管状壳体上的增透涂层。
38、权利要求37所述的太阳能电池单元，其中所述的增透涂层包括MgF2、硝酸有机硅、硝酸钛、一氧化硅或者氮氧化硅。
39、权利要求1-38中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的非平面太阳能电池是圆柱形的且具有圆柱轴，所述的太阳能电池进一步包括至少一个电极带，其中至少一个电极带中的每个电极带沿着太阳能电池的圆柱轴覆盖在所述透明导电层上。
40、权利要求39所述的太阳能电池单元，其中所述的至少一个电极带包括间隔设置在所述透明导电层上的多个电极带，由此多个电极带沿着所述太阳能电池的圆柱轴彼此平行或基本平行地延伸。
41、权利要求39所述的太阳能电池单元，其中所述的多个电极带中的电极带在所述透明导电层的表面上等间隔隔开。
42、权利要求39所述的太阳能电池单元，其中所述的多个电极带中的电极带在所述透明导电层的表面上非等间隔隔开。
43、权利要求39所述的太阳能电池单元，其中所述的至少一个电极带包括导电环氧化物、导电墨水、铜或其合金、铝或其合金、镍或其合金、银或其合金、金或其合金、导电胶或导电塑料。
44、权利要求1-43中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的非平面太阳能电池的长度介于2厘米到300厘米之间。
45、权利要求1-44中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的太阳能电池单元的水蒸气透过率为10-4g/m2·天或更低。
46、权利要求1-44中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的太阳能电池单元的水蒸气透过率为10-5g/m2·天或更低。
47、权利要求1-44中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的太阳能电池单元的水蒸气透过率为10-6g/m2·天或更低。
48、权利要求1-44中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的太阳能电池单元的水蒸气透过率为10-7g/m2·天或更低。
49、太阳能电池组件，其包括多个太阳能电池单元，该多个太阳能电池单元中的每个太阳能电池单元均具有权利要求1所述的太阳能电池单元的结构，其中所述多个太阳能电池单元中的太阳能电池单元被设置为共平面的行，以形成所述太阳能电池组件。
50、权利要求49所述的太阳能电池组件，其进一步包括设置用于将阳光反射到多个太阳能电池单元内的反照表面。
51、权利要求50所述的太阳能电池组件，其中所述的反照表面的反照率超过80％。
52、权利要求49-51中任一项权利要求所述的太阳能电池组件，其中所述的多个太阳能电池单元中的第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元串联电排列。
53、权利要求49-51中任一项权利要求所述的太阳能电池组件，其中所述的多个太阳能电池单元中的第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元并联电排列。
54、太阳能电池组件，其包括
多个太阳能电池单元，该多个太阳能电池单元中的各个太阳能电池具有权利要求1所述的太阳能电池单元的结构；以及
多个内部反射器，其中，
该多个太阳能电池单元和该多个内部反射器被设置为共平面的行，其中该多个太阳能电池单元中的内部反射器靠近该太阳能电池单元中的太阳能电池单元，由此形成该太阳能电池组件。
55、权利要求1-48中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底为(i)管状或(ii)刚性实心。
56、权利要求1-48中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底的特征在于由圆形或n-边形限定的截面，其中n为3、5或大于5。
57、权利要求1-48中任一项权利要求或权利要求55或56所述的太阳能电池单元，其中所述衬底的杨氏模数为20GPa或更大。
58、权利要求1-48中任一项权利要求或权利要求55或56所述的太阳能电池单元，其中所述衬底的杨氏模数为50GPa或更大。
59、权利要求1-48中任一项权利要求或权利要求55或56所述的太阳能电池单元，其中所述衬底的杨氏模数为70GPa或更大。
60、太阳能电池单元，其包括
(A)太阳能电池，该太阳能电池包括
非平面衬底；
周向沉积在所述衬底上的后电极；
周向沉积在所述后电极上的半导体结；以及
沉积在所述半导体结上的透明导电层；
(B)周向沉积在所述透明导电层上的填充体层；以及
(C)周向沉积在所述填充体层上的透明管状壳体，该透明管状壳体具有第一端；以及
(D)全密封到所述透明管状壳体的第一端的第一密封剂封盖。
61、权利要求60所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底具有实芯。
62、权利要求60或61所述的太阳能电池单元，其中所述的半导体结包括吸收器层和结匹配层；其中
所述的结匹配层沉积在所述的吸收器层上；且
所述吸收器层沉积在所述的后电极上。
63、权利要求60、61或62所述的太阳能电池单元，其中所述的吸收器层为铜铟镓联硒化合物，且所述的结匹配层为CdS、SnO2、ZnO、ZrO2或掺杂的ZnO。
64、权利要求60、61或62所述的太阳能电池单元，其中所述的吸收器层包括CIGS。
65、权利要求60-64中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的透明管状壳体包括多个透明管状壳体层，该多个透明管状壳体层包括第一透明管状壳体层和第二透明管状壳体层，且其中所述第一透明管状壳体层周向沉积在所述填充体层上，且第二透明管状壳体层周向沉积在所述的第一透明管状壳体层上。
66、权利要求60-65中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底为(i)管状或(ii)刚性实心棒状。
67、太阳能电池单元，其包括
(A)太阳能电池，该太阳能电池包括
衬底；
沉积在所述衬底上的后电极；
沉积在所述后电极上的半导体结；以及
沉积在所述半导体结上的透明导电层；
(B)沉积在所述透明导电层上的阻水层；
(C)沉积在所述阻水层上的填充体层；
(D)沉积在所述填充体层上的透明管状壳体，该透明管状壳体具有第一端；以及
(E)全密封到所述透明管状壳体的第一端的第一密封剂封盖。
68、权利要求67所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底是管。
69、权利要求67或68所述的太阳能电池单元，其中所述的衬底为圆柱形的，且其中
ri是所述太阳能电池的半径；
ro为所述透明管状壳体的半径；以及
η外环为所述透明管状壳体的折射率。
70、权利要求67、68或69所述的太阳能电池单元，其中所述的透明非平面壳体包含多个透明非平面壳体层，该多个透明非平面壳体层包括第一透明非平面壳体层和第二透明非平面壳体层，且其中所述的第一透明非平面壳体层周向沉积在所述的填充体层上，且所述第二透明非平面壳体层周向沉积在所述的第一透明非平面壳体层上。
71、太阳能电池单元，其包括
(A)太阳能电池，该太阳能电池包括
衬底，其中所述衬底是管状或刚性实心棒状；
周向沉积在所述衬底上的后电极；
周向沉积在所述后电极上的半导体结；以及
沉积在所述半导体结上的透明导电层；
(B)周向沉积在所述透明导电层上的填充体层；以及
(C)周向沉积在所述填充体层上的阻水层；
(D)周向沉积在所述阻水层上的透明管状壳体，该透明管状壳体具有第一端；以及
(E)全密封到所述透明管状壳体的第一端的第一密封剂封盖。
72、权利要求1-48或55-59中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的透明非平面壳体包含多个透明非平面壳体层，该多个透明非平面壳体层包括第一透明非平面壳体层和第二透明非平面壳体层，且其中所述的第一透明非平面壳体层周向沉积在所述的半导体结层上，且所述第二透明非平面壳体层周向沉积在所述的第一透明非平面壳体层上。
73、权利要求1-48或55-59中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的透明导电层用荧光材料涂覆。
74、权利要求1-48或55-59中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的透明非平面壳体的内腔或外表面用荧光材料涂覆。
75、权利要求1-48或55-59中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的非平面太阳能电池单元包括单片集成的多个太阳能电池。
76、权利要求1-48或55-59中任一项权利要求所述的太阳能电池单元，其中所述的第一密封剂封盖使用丁基橡胶全密封到所述透明管状壳体的第一端。
77、权利要求76所述的太阳能电池单元，其中所述的丁基橡胶掺有活性干燥剂。
78、权利要求77所述的太阳能电池单元，其中所述的活性干燥剂为氧化钙或氧化钡。
79、密封非平面太阳能电池的方法，该方法包括
靠近透明管状壳体的末端涂覆非平面太阳能电池的透明管状壳体的外周，从而沿着该透明管状壳体的外周形成连续的密封剂带；
加热密封剂封盖；
在该密封剂封盖是热的时候，将该密封剂封盖插到该透明管状壳体的末端上；
允许所述的连续的密封剂带熔化并湿润该密封剂封盖的内侧表面；以及
允许该密封剂封盖冷却，由此在该密封剂封盖和该透明管状壳体之间形成全密封。
80、权利要求79所述的方法，其中所述的密封剂封盖被加热到200℃到450℃之间。
81、权利要求79所述的方法，其中所述的密封剂带包括熔点在200℃到450℃之间的玻璃或陶瓷。
全文摘要
本发明提供了具有10-4g/m2天或更低的水蒸气透过率的非平面太阳能电池。该非平面太阳能电池包括非平面衬底、沉积在所述衬底上的后电极、沉积在所述后电极上的半导体结和沉积在所述半导体结上的透明导电层。透明非平面管状壳体沉积在非平面太阳能电池外。第一密封剂封盖全密封到非平面管状壳体的第一端。第二密封剂封盖全密封到非平面管状壳体的第二端。在一些实例中，太阳能电池单元是太阳能电池的单片集成排列。在一些实例中，太阳能电池单元为太阳能电池。
文档编号H01L31/0352GK101490852SQ200780027418
公开日2009年7月22日 申请日期2007年5月18日 优先权日2006年5月19日
发明者布莱恩·H·康普司滕, 本雅明·布勒 申请人:索林塔有限公司