高利用率光伏器件的制作方法
【专利摘要】一种制品(400)，其包括形成光伏(PV)模块电路的很多光伏电池(102)，以第一汇流条(106)与所述PV模块电路的一个端点电偶联和第二汇流条(206)与所述PV模块的第二端点电偶联。所述汇流条(106,206)布置在与所述PV电池(104,204)的光入射侧相反的PV电池侧上。
【专利说明】高利用率光伏器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及改进的光伏器件，并更具体地(但非专门地)涉及具有提高的有效太阳能面积(active solar area)利用率的光伏器件。
【背景技术】
[0002]当前已知的光伏(PV)器件包括有效太阳能面积(其是PV器件中接收光子并将其转变成可利用的电能的部分)。在许多器件中，所述有效太阳能面积存在未利用的部分(该部分保留给电连接组件元件例如汇流条)和/或被所述电连接组件元件遮蔽的区域。因此，某些类型的已知PV器件不能利用相当部分的有效太阳能面积来捕获光子。在某些应用中，例如整合到建筑产品中的PV器件，其中可利用的表面积是预定的，单位面积捕获的太阳能是优先考虑的并且可影响安装是否是经济上可行的。对于建筑一体化PV装置还期望所述PV器件与原来产品相同的形状因素，例如屋顶板一体化的PV器件应该可与屋顶板或一组屋顶板的物理空间互换。
[0003]与这种技术相关的文献当中包括WO 2009/006230 A2和EP1544921A1。
【发明内容】
[0004]本公开在一个方面包括一种制品，所述制品包含具有至少一个光伏(PV)电池的PV模块、与所述至少一个PV电池电偶联并形成模块电路的多个导电元件、与所述模块电路的第一电端点偶联的第一汇流条、和与所述模块电路的第二电端点偶联的第二汇流条。所述模块还包括光入射侧，并且所述至少一个PV电池中的PV电池布置在所述光入射侧和所述第一汇流条之间，并且可以为所述至少一个PV电池中的相同或不同的PV电池的PV电池布置在所述光入射侧和所述第二汇流条之间。
[0005]本公开另外的或可替代的方面的特征还在于任何一个或多个以下特征:所述PV模块具有多个PV电池，所述PV电池的每个相邻的对具有布置在其间的电介质，其中所述导电元件各自与至少一个PV电池电偶联并且电连接所述多个PV电池，并且其中第一 PV电池插置在所述第一汇流条和所述光入射侧之间并且第二 PV电池插置在所述第二汇流条和所述光入射侧之间，所述第一汇流条与所述第一 PV电池的光入射侧电偶联，并且汇流条分隔电介质布置在所述第一汇流条和所述第一 PV电池之间；所述汇流条分隔电介质还包括布置在所述第一 PV电池外面部分上的一部分；所述第二汇流条与所述第二 PV电池的所述光入射侧的相反侧电偶联；电介质布置在所述第二汇流条和所述第二 PV电池之间；所述模块电路按并联、串联或串联-并联布置；所述模块电路、第一汇流条和第二汇流条形成电组件，所述电组件封装在封装材料中；结构背衬限定建筑材料单元的单元形状，并且封装材料布置在所述结构背衬和所述第二汇流条之间，其中第二汇流条插置在所述封装材料和所述第二 PV电池之间；结构背衬限定建筑材料单元的单元形状，并且封装材料布置在所述结构背衬和所述第二汇流条之间，其中第二汇流条插置在所述封装材料和所述第二 PV电池之间并且所述第一汇流条插置在所述封装材料和所述第一 PV电池之间；和/或多个PV模块各自具有相应的模块电路，其中所述第一汇流条与各个相应的模块电路的第一电端点电偶联，并且其中所述第二汇流条与各个相应的模块电路的第二电端点电偶联。
[0006]本公开另外的或替代的方面是利用制品的方法，包括形成电组件，并且在所述形成之后将所述电组件封装在封装材料中。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是第一汇流条和布置在所述第一汇流条与PV模块的光入射侧之间的第一 PV电池的示意图。
[0008]图2是第二汇流条和布置在所述第二汇流条与PV模块的光入射侧之间的第二 PV电池的示意图。
[0009]图3是第二汇流条和布置在所述第二汇流条与PV模块的光入射侧之间的第二 PV电池的替代实施方式。
[0010]图4是PV模块的示意图。
[0011]图5是包括PV模块的制品的示意性侧视图。
【具体实施方式】
[0012]参考图1，显示了 PV模块的图示100的部分。第一 PV电池104与第一汇流条16电偶联。用于本发明中的PV电池包括由PV材料形成的元件，所述PV材料可以是对入射电磁(EM)辐射产生电响应的任何材料，并且在某些实施方式中包括对EM辐射产生商业上可行的电响应和/或对在商业上可行的频率内的入射EM辐射产生电响应的任何材料。商业上可行应该以广义理解，并且可以包括至少产生的电量、EM辐射类型和/或量的可利用性，并且还可以是应用依赖性的。应用依赖性可以与所述应用的表面积、所述应用的安装表面的取向、所述应用的电需求、应用位置处替代电源的可利用性、应用对资金或运营成本的敏感性有关，但不限于这些。示例而非限制性的PV材料包括铜硫属元素化物型电池(例如硒化铜铟镓、硒化铜铟、硫化铜铟镓、硫化铜铟、硒化硫化铜铟镓，等等)、无定形硅电池、晶体硅电池、薄膜II1-V族电池、有机光伏器件、纳米粒子光伏器件、染料敏化太阳能电池和/或所述材料的组合。
[0013]导电元件108 (其中为举例说明目的显示了单个连接)将第一 PV电池104与另一个PV电池102连接并且与第一汇流条106连接。在图示100中，介电材料IlOa布置在第一汇流条106和第一 PV电池104之间，例如用于确保第一 PV电池104和第一汇流条106之间除了通过导电元件108的电连接以外的电分离。在某些实施方式中，所述介电材料包括布置在第一 PV电池104的外面部分上的部分110b。在图示100中，第一 PV电池104是一起形成PV模块的多个PV电池的一个末端处的末端PV电池。
[0014]在某些实施方式中，相邻的PV电池对102、104具有布置在其间的电介质112。在图示100中，包括第一 PV电池104的PV模块的光入射侧在第一 PV电池104上方，并且第一 PV电池104布置在所述光入射侧和第一汇流条106之间。因此，第一汇流条106不遮蔽第一 PV电池104或其他PV电池102的任何一个，并且第一汇流条106不需要任何保留空间并因此不与PV电池竞争在包含所述PV模块的器件的有效太阳能面积内的空间。第一 PV电池104示例为直接在第一汇流条106的上方，然而第一 PV电池104可以布置在第一汇流条106和所述光入射侧之间的任何地方，例如第一汇流条106完全或部分地布置在所述PV模块中一个或多个其他PV电池的下方。
[0015]参考图2，显示了图示200的PV模块的一部分。图示200包括第二 PV电池，例如第二 PV电池204，其与第二汇流条206电偶联。图示200包括与PV电池204物理偶联的第二汇流条206，例如通过焊接或粘合剂直接接触。然而，第二汇流条206和第二 PV电池204的电偶联包括本领域了解的任何机制。在图示200中，第二汇流条206与第二 PV电池204的相反侧而不是光入射侧电偶联，然而可设想与任一侧的连接。导电元件108将第二 PV电池204与另一 PV电池102电偶联。电介质112布置在相邻的PV电池之间。参考图3，第二汇流条206可以从第二 PV电池204移离。从第二 PV电池204移离的第二汇流条206利用例如导线电偶联，并还可以例如利用电介质312与第二电池204隔离，以确保仅仅所称的电通路将第二汇流条206与第二 PV电池204连接。
[0016]参考图4，制品400包括具有多个PV电池(例如PV电池102、104、204)的PV模块，其中每个相邻的PV电池对包括其间的电介质112。在某些实施方式中，装置(例如建筑物一体化材料单元例如屋顶板)包含多个PV模块。另外的或替代地，每个汇流条106、206可以将多个所述PV模块电偶联在一起，例如第一汇流条106与每个所述模块的一个末端偶联并且第二汇流条206与每个所述模块的第二末端偶联。在存在多个PV模块的情况下，所述模块可以根据所述PV模块组的期望电特性而串联、并联和/或混合串联-并联地电偶联。
[0017]在每种情况下电介质112在制品400内都显示为在所述PV电池之一上，然而两个PV电池或其中任何一个可以具有与其偶联的电介质。另外的或替代地，所述电介质可以布置在所述PV电池之间而不与任一个偶联。在相邻PV电池之间的电介质112用于提供充分的电隔离的尺寸和布置对于本领域技术人员根据本公开的教导是机械步骤。PV电池102、104,204与多个导电元件108电连接，形成模块电路。制品400的模块电路按串联电路描绘。然而，所述模块电路可以是串联、并联和/或混合串联-并联的。
[0018]制品400包含与所述模块电路的第一电端点偶联的第一汇流条106，和与所述模块电路的第二电端点偶联的第二汇流条206。第一汇流条106布置在PV电池的第一电池104下面，因此所述第一 PV电池104布置在第一汇流条106和制品400的光入射侧之间。第二汇流条206布置在PV电池的第二电池204下面，因此第二 PV电池204布置在第二汇流条206和制品400的光入射侧之间。设想汇流条106、206布置在不是末端电池的一个或多个PV电池下方(例如插置在所述光入射侧和所述汇流条之间的PV电池是在所述汇流条的“上方”)，且因此进一步设想第一 PV电池104和/或第二 PV电池204不是所述PV模块的电端点。在某些实施方式中，所述汇流条106、206可以布置在同一 PV电池下方，和/或可以具有所述汇流条106、206布置在其下方的一个或多个共用PV电池。
[0019]为了描述和描绘清楚起见，本文中描述的实施方式包括与所述模块电路的每个电端点偶联的单一汇流条。然而，在某些实施方式中，制品400在所述模块电路的每个电端点处包括超过一个汇流条；所述模块电路的每个电端点处的汇流条数量根据所选择的PV电池104、204的互连方案决定，并且是本领域技术人员考虑互连方案并根据本文的公开内容可以理解的。
[0020]虽然图4的例子示出了具有多个PV电池102、104、204的制品400，但设想PV模块可以只包含单个PV电池。用于具有单个PV电池的实施方式的汇流条106、206两者布置为使得所述单个PV电池插置在光入射侧和汇流条106、206之间。汇流条106、206彼此电隔离，包括通过电介质或绝缘材料例如封装材料电隔离。汇流条106、206之一可以与所述单个PV电池直接接触，这取决于所述单个PV电池的电取向和制品400的所期望的结构，然而汇流条106、206 二者与所述单个PV电池除了通过导电元件108连接以外也可以进行电隔离。
[0021]设想本文中描述的装置和制品的某些实施方式包括许多的层和/或组件，例如但不限于目前待决的国际专利申请N0.PCT/US09/042496中描述的各种实施方式的特征，所述专利申请为了所有目的以其整体通过引用并入本文中。参考图5，制品500示意性地以剖面侧视图描绘。制品500包括多个PV电池，例如PV电池102、104、204，它们电连接以形成模块电路。第一 PV电池104布置在所述模块电路的第一电端点处，而第二 PV电池204布置在所述模块电路的第二电端点处。第一汇流条106与PV电池的第一电池104电偶联，而第二汇流条206与PV电池的第二电池204电偶联。所述模块电路、第一汇流条106、和第二汇流条206 —起形成电组件。制品500还包含封装材料508，其封装所述电组件。封装材料508可以以一个或多个层提供，和/或可以用任何其他方式模制或装配。其实例和非限制性封装材料包括聚烯烃、乙烯-乙酸乙酯(ethyl-vinyl-acetate)和/或聚合物绝缘材料。封装材料508的一个或多个层可以由相同或不同的材料形成。
[0022]示例制品500包括在制品500的光入射侧510提供的透明板502。板502对PV电池104、204、102适宜的光频率是可透过的，所述光频率可以包括全部或部分的可见光谱，并且可以替代地或另外地包括高于或低于可见光频率的部分光谱。板502可以提供物理保护和/或环境保护。在某些实施方式中，在PV电池104、204、102上方可以提供附加层，以对制品500提供额外的保护或希望的特征。
[0023]示例制品500还包括限定制品500形状的结构背衬504。结构背衬504提供在相对于所述制品的光入射侧510的相反侧512。结构背衬504在该实例中与板502偶联，然而可存在其他的层或偶联部件。制品500还包括环境阻挡板506，例如为了防止水和/或其他物质侵入所述电组件中，和/或为了提供与例如屋顶或安装表面的电绝缘。制品500中可以存在任何其他的包装、线网、阻挡层、构造层和/或支撑材料。所描述的制品500的元件是非限制性例子，并且所描述的元件在具体的实施方式中可以存在或不存在。在某些实施方式中，制品500形成为屋顶板或形成为大小适合替代一组屋顶板的单元。在某些实施方式中，制品500形成为建筑物墙板的单元。在某些实施方式中，制品500形成为建筑物一体化PV产品。在某些实施方式中，制品500具有与替代的常规建筑制品相同的厚度，不具有比替代的常规建筑制品更大的厚度，或不具有比建筑制品的规定厚度更大的厚度。在某些实施方式中，制品500不包括接线盒。
[0024]示例制品500包括光入射侧510的相反侧512，其中第二汇流条206与第二 PV电池204的相反侧512电偶联。制品500还包括限定建筑材料单元(例如屋顶板、墙板单元和/或其群组)的单位形状的结构背衬504、插置在结构背衬504和第二汇流条206之间的封装材料508、和插置在封装材料508和第二 PV电池204之间的第二汇流条206。制品500还包括插置在结构背衬504和第一汇流条106之间的封装材料508，其中第一汇流条106插置在封装材料508和第一 PV电池104之间。在图5的例子中，汇流条106、206在电池104、204的电取向是有利的情况下可以与电池104、204接触，或者与电池104、204分离并用封装材料508和/或用电介质IlOa隔离。取决于制品500的期望结构，无论电池104、204的电取向如何，汇流条106、206都可以与电池104、204分离。
[0025]以下的示意性流程描述提供了执行利用PV制品的程序的说明性实施方式。所说明的操作应理解为仅仅是示例性的，并且操作可以合并或分开及添加或除去，以及全部或部分地重新排序，除非本文中明确地有相反的说明。所说明的某些操作可以通过执行在计算机可读介质上的计算机程序产品的计算机来实施，其中所述计算机程序产品包括使所述计算机执行一个或多个所述操作或者向其他装置发布执行一个或多个所述操作的命令的指令。
[0026]示例程序包括形成电组件的操作，所述电组件包括具有多个电偶联PV电池的模块电路、与所述模块电路的第一端点电偶联的第一汇流条和与所述模块电路的第二端点电偶联的第二汇流条。所述PV电池的电偶联可以是串联、并联、或混合串联-并联的。所述程序还包括在所述形成之后将所述电组件封装在封装材料中的操作。
[0027]上面应用中列举的任何数值包括以一个单位的增量从较低值到较高值的所有值，条件是在任何较低值和任何较高值之间相隔至少2个单位。例如，如果说明了组分的量或工艺变量(例如温度、压力、时间等)的值是例如I到90、还包括20到80、也包括30到70的话，意图的是例如15到85、22到68、43到51、30到32等等的值都在本说明书中被明确列举。一个单位被认为是所公开的最精确单位，例如0.0001,0.001,0.01或0.1，视情况而定。这些只是具体想到的例子，而所列举的最低值和最高值之间数值的所有可能的组合将被认为以类似方式在本公开中被明确说明。
[0028]除非另有说明，所有范围包括两个端点以及端点之间的所有数字。所有论文和参考文献、包括专利申请和公布的公开内容，为了所有目的通过引用并入。使用术语“包含”或“包括”来描述本文中的元件、成分、部件或步骤的组合也设想到基本由所述元件、成分、部件或步骤组成的实施方式。使用不带数量指示的物品或部件和/或单数物品或特征的公开设想存在超过一个所述物品或特征，除非有明确的相反说明。
[0029]本发明的示例实施方式已经公开。然而，本领域的普通技术人员将认识到，对所公开的实施方式的某些修改在本公开教导的范围内。因此，应该研究以下权利要求来确定本发明的真实范围和内容。
【权利要求】
1.一种制品，所述制品包含: 包含至少一个光伏(PV)电池的PV模块； 多个导电元件，每个所述导电元件与所述至少一个PV电池电偶联并形成模块电路； 与所述模块电路的第一电端点偶联的第一汇流条，其中所述PV模块还包括光入射侧，并且其中所述至少一个PV电池中的PV电池插置在所述第一汇流条和所述光入射侧之间；和 与所述模块电路的第二电端点偶联的第二汇流条，并且其中所述至少一个PV电池中的PV电池插置于所述第二汇流条和所述光入射侧之间。
2.权利要求1所述的制品: 其中所述PV模块包括多个PV电池，每个相邻的PV电池对具有布置在其间的电介质； 其中所述多个导电元件各自与所述多个PV电池中的至少一个电偶联，并且其中所述导电元件电连接所述PV电池；和 其中插置在所述第一汇流条和所述光入射侧之间的PV电池包括第一 PV电池，并且其中插置于所述第二汇流条和所述光入射侧之间的PV电池包括第二 PV电池。
3.权利要求2所述的制品，其还包含在所述光入射侧与所述PV电池的第一电池电偶联的所述第一汇流条，所述制品还包含布置在所述第一汇流条和所述PV电池的第一电池之间的汇流条分隔电介质。
4.权利要求3所述的制品，其中所述汇流条分隔电介质还包括布置在所述PV电池的第一电池的外面部分上的一部分。
5.权利要求2至4任一项所述的制品，其中所述PV模块还包括所述光入射侧的相反侦U，并且其中所述第二汇流条与所述PV电池的第二电池的相反侧电偶联。
6.权利要求2至5任一项所述的制品，所述制品包含布置在所述第二汇流条和所述PV电池的第二电池之间的电介质。
7.权利要求2至6任一项所述的制品，其中所述模块电路包括选自串联电路、并联电路和串联-并联电路的电路布置。
8.前述权利要求任一项所述的制品，其中所述模块电路、所述第一汇流条和所述第二汇流条形成电组件，所述制品还包括结构形成为用于封装所述电组件的至少一种封装材料。
9.利用权利要求8所述的制品的方法，所述方法包括形成所述电组件，和在所述形成之后在所述至少一种封装材料中封装所述电组件。
10.权利要求2至7任一项所述的制品，其中所述PV模块还包括所述光入射侧的相反侦牝并且其中所述第二汇流条与所述PV电池的第二电池的相反侧电偶联，所述制品还包括限定建筑材料单元的单元形状的结构背衬、插置在所述结构背衬和所述第二汇流条之间的封装材料，并且其中所述第二汇流条插置在所述封装材料和所述PV电池的第二电池之间。
11.权利要求10所述的制品，其还包含插置在所述结构背衬和所述第一汇流条之间的封装材料，并且其中所述第一汇流条插置在所述封装材料和所述PV电池的第一电池之间。
12.前述权利要求任一项所述的制品，其还包含多个PV模块，所述模块各自包含相应的模块电路，其中所述第一汇流条与各个相应的模块电路的第一电端点电偶联，并且其中所述第二汇流条与各个相应的模块电路的第二电端点电偶联。
【文档编号】H01L31/02GK104335356SQ201380028685
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】A·纳姆约施, M·W·德格鲁特, L·C·洛佩斯, R·K·费斯特, L·A·克拉克 申请人:陶氏环球技术有限责任公司