本发明涉及由相互之间通过可见的电互连线和电绝缘线进行连接的薄层太阳能电池构成的半透明光伏模块，并且更具体地涉及通过在所述薄层的结构中创建密度更高或更低的几何透明区域的网而获得其透明率的光伏模块。
背景技术：
光伏模块由大量串联连接的光伏电池构成。每个电池由按照以下顺序布置的薄层的堆叠构成：透明衬底（例如矿物或有机玻璃），然后是一般由透明传导氧化物（下文中称为术语“tco”（英文术语“transparentconductiveoxide（透明传导氧化物）”的首字母缩写））构成的前透明传导电极，然后是一般称为“吸收器”的光活化层，然后是一般称为“后接触件”的后传导电极，其通常为金属。每个薄层的厚度变化几百纳米到几微米。
在建筑行业，人们非常寻求光伏模块的透明度，并且通过对各种薄层的各种蚀刻和/或光刻方法获得透明度（例如sanyo的us4,795,500中描述的）。更近些年，通过所述薄层的激光烧蚀方法获得透明度。专利us6,858,461描述了一种对垂直于电池的电互连线和电绝缘线的线进行激光烧蚀的技术。所述互连线和绝缘线在下文中用“划线”（英文单词scribe）表示。在专利us2011/0017280a中，在电池结构中实现微孔，并且这些孔的直径取决于激光束的能量和直径，该直径不超过40μm。为了增加透明度，nexpower（专利us7,951,725）通过在两个不同的薄层中的激光烧蚀依次实现堆叠的且具有不同直径的两个孔。较小的孔在透明电极中（在沉积光活化层和金属之前），第二大的孔在沉积光活化层和后金属接触件之后。
在薄层光伏模块的情况下，划线是称为p1、p2和p3的一般通过激光来实现的线。存在引起透明现象并且不需要任何烧蚀的其它构造（wo2008/093933和us2013/0247969），但是没有描述关于装置的光学品质的任何具体特征。
如果通过光伏模块的透明度的均质性来定义光伏模块的视觉品质，则也可以将这个品质定义为处于大约30cm距离的观察者的眼睛能在其表面上看到的几何形状、比色和对比度的不连续性的不存在或最小视觉区分度。然而，电池的互连线和绝缘线（划线）相对于透明区域的尺寸和位置会产生几何形状和对比度的不连续性，这一般会被眼睛觉察并且使所寻求的视觉品质降级。对于光伏玻璃，一般寻求这样良好水平的视觉品质。
发明目标
下文中，本发明描述一种装置，其允许改善由通过电互连线和电绝缘线（划线）连接的大量薄层电池构成的光伏表面的视觉品质，该视觉品质的改善是通过使所述互连线和绝缘线对于处于离所述光伏表面大约40cm的观察者来说的可见度更小甚至不可见而获得的。
技术实现要素：
本发明的主题是一种半透明光伏模块，其包括：
-一方面，薄层的堆叠，其中包括至少一个具有前电极的功能的透明薄层、一个具有吸收器的功能的光伏薄层和一个具有后电极的功能的金属薄层；所述薄层被设置在透明衬底上；所述光伏模块被划分成多个电池n,n+1,...n+x，其之间通过电互连线p2以及通过电绝缘线来进行电连接，所述电互连线p2用作电池n的后电极与电池n+1的前电极之间的接合，所述电绝缘线用作电池n的后电极与电池n+1的后电极之间的绝缘p3和电池n的前电极与电池n+1的前电极之间的绝缘p1；
-另一方面，大量透明区域，其至少被布置在所述后金属电极中和所述吸收器光伏薄层中；所述透明区域全部具有相同的几何形状，并且被相对于彼此布置成形成一个或多个网，使得在视觉上显现出大量的纵轴平行的直带区域；所述透明区域中的某些按照具有高透明度密度的带进行设置，并且所述透明区域中的某些按照具有低透明度密度的带进行设置，
-其特征在于，所述电绝缘线p1和p3被布置在所述具有高透明度密度的直带中，并且所述电互连线p2被布置在所述具有低透明度密度的直带中，以便降低所述电绝缘线和电互连线p1、p2和p3对于裸眼的可见度。
实际上，电互连线p2和绝缘线p1和p3具有不同的颜色和透明度，这是根据所述线是否位于透明区域中，并且是根据制造是通过激光烧蚀（直接烧蚀薄层）还是通过光刻方法（穿过掩模对层进行蚀刻）来进行的。对各种可能情况的分析（见下文对图2和3的详细描述）看出，当所述线（p1、p2、p3）位于其颜色或透明度根据情况与其相似的直带区域中时，所述线（p1、p2、p3）的可见度降低。一种典型的特殊情况是，其局部透明度是通过烧蚀具有圆盘形状的区域、孔的网来实现的光伏表面的情况。在这种情况下，圆盘不应当接触，以便使电流能从一个电池流动到另一个电池。孔之间的间隙对齐并且形成大量的具有低透明度的直带区域。于是，就是在这个具有低透明度的区域中，合理地放置本身不透明的连接件p2。绝缘线p1和p3是分别在前电极和后电极中划出的线，于是将这些线合理地放置在沿着通过烧蚀区域中心（这里是圆孔的中心）的线形成的具有高透明度的直带区域中。在这种情况下，线p1和p3当然将是透明的。使这些线p1、p2和p3彼此平行以便使它们不会重叠的必要性，以及产生具有低透明度和高透明度的直带区域以最佳地允许所述线p1、p2和p3的“伪装”的必要性，一方面要求选择透明区域的网的尺寸（间隔、宽度、设置、透明率）和底部（base）的形状，并且另一方面要求选择三条线p1、p2和p3的宽度和间隔的尺寸，以便使所有这些元件的组合会彼此相容并且达成所寻求的结果。
在一个特定实施例中，构成所述按序排列的网的透明区域的几何形状选自下面的形状或其彼此的组合：圆盘、椭圆形、多边形、六边形、正方形表面。有利地，圆盘相对于多边形形状允许最小化衍射效应。
在另一特定实施例中，所述三条电互连线和电绝缘线（p1、p2、p3）的宽度小于100微米。
这个宽度允许将互连线p2容易地放置在具有低透明度的带中，从而在透明区域中不可见。
根据实施例的变型，分隔两条连续的电互连线或电绝缘线（p1、p2、p3）的距离大于100微米。可以看出，在这种配置中，所述三条线处于眼睛分辨能力的极限，对于在离模块40cm以上的距离处的观察来说，基本上为116μm。
在另一特定实施例中，所述透明区域的几何形状具有大于400微米的其最大尺寸。这样的尺寸尤其是通过减少模糊来改善半透明光伏模块的光学品质。
根据另一特定实施例，分隔所述透明区域的不透明区域具有小于100微米的其最小尺寸。
附图说明
现在借助于对编号为1至7的各图的描述来更具体地描述本发明。
图1是由薄层构成的光伏模块的横截面图。
图2示出了概括在通过激光烧蚀实现透明度的情况下的电连接线的各种外观的表格。
图3示出了概括在通过光刻实现透明度的情况下的电连接线的各种外观的表格。
图4示出了在激光烧蚀或通过光刻方法的情况下的划线的未优化的布置的示例。
图5示出了在激光烧蚀或通过光刻方法的情况下的划线的优化布置（于是变得不可见）的示例。
图6示出了圆形透明区域网以及划线的最佳布置和尺寸的计算的示例。
图7示出了蜂窝状六边形透明区域的示例。
具体实施方式
图1示出了光伏模块（1）的截面图，并且它的组成：电池n、n+1、n+x…以串联模式连接。所有电池具有相同的宽度l并且由下面的堆叠构成：透明衬底（5），一般由玻璃或塑料制成；透明传导氧化物薄层（2），也称为前电极，其沉积在透明衬底（5）上；吸收器薄层（3），其是如例如非晶硅制成的光伏层；然后是称为后电极的传导金属薄层（4）。电池（n，n+t，n+x，...）的分隔是通过tco（2）中的绝缘线（p1）实现的，这些绝缘线一般通过激光划线或通过与光刻方法相关联的化学蚀刻来实现。第二蚀刻线（p2）被实现在吸收器（3）中，吸收器（3）然后被填充金属并且形成电池（n）的前电极（2）与后电极（4）之间的接触件，使其成为互连线。在后电极（4）中实现绝缘线（p3）。出于实际的原因，线p3的蚀刻一般进行到电池（n）的前电极（2）。线p1、p2和p3不呈现相同的颜色，因为它们不被同一种材料覆盖。根据应用的类型而定，可以从后接触件（4）一侧或者从透明衬底（5）一侧观察该装置。在从金属侧（4）看该装置的情况下，线p1被金属（4）覆盖，并且因此只有很少可见或者完全不可见。线p2也被金属覆盖，但是如果tco（2）/金属（4）界面带有纹理则线p2可能更加可见，而线p3完全透明因而相对于金属形成对比，这让其变得可见。在从透明衬底（5）一侧看装置的情况下，线p1呈现光伏层（3）的颜色，线p2呈现金属（4）的颜色，并且线p3保持完全透明。绝缘线和互连线（p1、p2、p3）的宽度从十来微米到百来微米变化，并且线之间的距离也从十来微米到百来微米变化。
图2是有两个条目的表格，其适用于激光蚀刻的电池，并且表现了连接线p1、p2、p3中的每一条（第一列显示其原有颜色）与其在透明区域外部（外）或在透明区域内部（中）的可能位置之间的对应关系。所设想的每种情况提供了六种组合，六个格子的或暗或亮的外观体现出每条线（p1、p2、p3）的视觉显现的情况。因此可以看出，原本不透明的p1和p2当处于透明区域外部（外）时在烧蚀之后仍然是暗的，但是只有p1在透明区域中（中）变透明，而p2仍然是不透明的，原本透明的p3在烧蚀之后在透明区域中（中）和在透明区域外（外）一样都仍然是透明的。第四列指示对于三条线（p1、p2、p3）中的每一条线的最佳光学布置选择（中或外）。因此，合理地将p1和p3布置在透明区域中（中）并将p2布置在不透明区域中（外），以便使其对于裸眼的可见度尽可能最低。
图3是有两个条目的表格，其适用于通过光刻蚀刻方法实现的电池，并且表现了连接线p1、p2、p3中的每一条（第一列显示其原有颜色）与其在透明区域外部（外）或在透明区域内部（中）的可能位置之间的对应关系。所设想的每种情况提供了六种组合，六个格子的或暗或亮的外观体现出每条线（p1、p2、p3）的视觉显现的情况。因此可以看出，原本不透明的p1和p2当处于透明区域外部（外）时在蚀刻之后仍然是暗的，并且原本透明的p3在这个透明区域外部（外）仍然是透明的。相反，所有划线p1、p2和p3在蚀刻之后在透明区域中（中）都是透明的。第四列指示对于三条线（p1、p2、p3）中的每一条线的最佳布置选择（中或外）。因此，合理地将p1和p3布置在区域（中）中，而光学上可以将线p2无区别地布置在区域（中）或（外）中。然而，因为p2是前电极与后电极之间的电互连线，因此如果将它放置在区域（中）中，则只有该线的一部分会有效地用于两个电极的互连。这样将有增加电池的电阻并且因此降低光伏模块的电性能的影响。因此，出于产生电力的原因，互连线p2应当有利地放置在透明区域外部（外）。
因此可以看出，无论模块的烧蚀方法如何（激光或光刻），划线的最佳布置选择（第4列）都是相同的。
图4示出了在透明区域（6）（这里是圆盘）是通过激光烧蚀形成的情况下并且在划线的位置未经优化时的两个电池n与n+1之间的接合。在大多数情况下，入射的激光束首先穿过透明衬底。由于组成电池的各种材料对激光束的吸收率不同——所述吸收率是根据激光的波长和固有通量，所以电池的一些薄层可以是透明的。例如，532nm波长的绿色脉冲激光将被用于烧蚀光活化层。tco对于该激光波长是透明的，然后首先在光活化层中进行烧蚀，其喷洒放置在后面的具有较小厚度的金属。如果划线p1位于透明区域中，则划线p1的内容物与光活化层同时被烧蚀，而仅包含金属的划线p2不会被激光烧蚀（在相同的通量下）。因此，p2穿过透明区域仍然是可见的。这就是该图4所显示出的。在视觉水平上，垂直的一整排圆盘（7）于是变得更暗，并且透明的划线p3增加了垂直的一整排圆盘（8）的透明度，因为所述划线p3大部分被布置在不透明区域（9）中，这将被观察者的眼睛察觉为放大的对比度缺陷。
图5重复上述图4的示例，但是这次通过遵循图2的表格的列（4）中的指导来优化划线的位置。划线p1和p3被放置在透明区域中（中，6），也即基本上在中心并且平行于具有高透明度的平行的带（7，8），并且划线p2被放置在不透明区域中（外），也即基本上在中心并且平行于具有低透明度的平行的带（9）。“具有高或低透明度的平行的带”是指观察者察觉到的亮带或暗带的相应外观，观察者处在距透明区域超过其眼睛的分辨能力的距离则不能区分所述带的内容物。在上述图4和5的示例中，所述具有高透明度的带（7，8）由透明圆盘（6）的排列构成，并且所述具有低透明度的带（9）由被包括在透明圆盘（6）的排列之间的间隙构成。
图6示出了用于计算应当通过激光烧蚀而显现出半透明的光伏模块的两排圆盘（6）的中心之间的距离d的计算方法。如果r是圆盘（6）的半径，并且cd是分隔圆盘的距离，则几何公式为：
如果组成模块的每个电池的宽度，即两条连续线p1之间的距离为l，则线p1和p3在每个互连处被布置在透明图案（6）的中心处的条件是每个电池的宽度l与距离d成比例：
换句话说，每个电池的宽度l和各透明区域（6）的几何形状之间的距离d由关系式l=kd给出；k是整数。
在实施例中，如果通过圆孔线实现透明度，则在各层被沉积被实现在tco中的划线p1期间预先设定电池的宽度l。在每个互连处，通过根据透明率调节圆孔的半径r及其之间的距离cd，来优化划线相对于一般在沉积光伏模块的薄层之后实现的具有高或低透明度的带的布置。这个优化通过本领域的技术人员已知的简单的算法进行，以便满足关系式（2）。
在与第一实施例相当、但是其中预先根据设定的透明率确定圆孔的半径r和它们之间的距离cd的第二实施例中，于是在实现绝缘划线p1之前计算电池的宽度l以满足关系式（2）。
在前述两个实施例的情况下，一旦设定了划线p1的布置，就根据圆孔的尺寸r和孔之间的距离cd对划线p2和p3进行布置。
在第三实施例的情况下，在沉积构成光伏模块的各层期间预先设定划线，划线p2位于划线p1和p3之间的半距（mi-distance）处。在烧蚀过程期间，借助于相机检测它们的位置。在第二步骤中，对于所有所述形状或者可替换地对于靠近划线的形状，逐渐地进行对透明区域的几何形状的尺寸或所述形状之间的距离的校正。可以借助于驱动激光的程序来进行该校正，以便将具有高透明度密度的带布置在绝缘线p1和p3处，并且将具有低透明度密度的带布置在线p2处。
在几何形状的尺寸的校正发生在靠近划线的透明区域上的情况下，可能显现出两个或三个透明区域网，而不是在所有电池上重复的单个透明区域网。
图7示出了划线p1、p2和p3在六边形孔的网中的优化布置的另一示例。p1和p3被放置在透明区域中（中），也即，基本上在中心并且平行于具有高透明度的平行的带（7，8），并且p2被放置在不透明区域中（外），也即基本上在中心并且平行于具有低透明度的平行的带（9）。
本发明的优点
最终，本发明通过允许改善由通过电互连线和电绝缘线（p1、p2、p3）来接线的大量薄层电池构成的光伏模块（1）的视觉品质而很好地回应了所设定的目标，通过关于所述线（p1、p2、p3）的外观颜色的相似性关系将所述线（p1、p2、p3）放置在透明区域或不透明区域中而使得所述电互连线和电绝缘线可见度更低、甚至不可见来获得视觉品质的这种改善。