用具有旁路二极管的串联连接的太阳能电池发电的电路布置的制作方法

本发明涉及一种用具有旁路二极管的串联连接的太阳能电池发电的太阳能电池组件。

背景技术：

太阳能电池，也称为光伏电池，是一种电子元件，通过其能够将辐射能(特别是光)转换为电能。太阳能电池包括光伏活性材料。在光伏活性材料中，可以通过电磁辐射产生自由电荷载流子。两个电极邻接光伏活性材料的相对侧。光伏活性材料则位于两个电极之间。

光伏活性材料可以是pn半导体。所产生的自由电荷载流子例如通过电场，如通过pn半导体的内部电场被引出光伏活性材料。以这种方式所产生的电流可以经由邻接的电极供应到用电器。

pn半导体是具有两个相反掺杂区域的半导体。一个区域是负掺杂区域，而邻接区域是正掺杂区域。产生具有结层(势垒层)的pn结，当施加外部电压时，该结层允许电流仅沿一个方向流动，即其允许电流沿一个方向通过并阻止电流沿另一个方向流动。因此，位于两个电极之间的pn半导体是二极管，该二极管可以通过电磁波的照射产生电流，即其作为太阳能电池工作。然后所产生的电流在二极管的阻断方向上流动。

已知将多个光伏电池彼此电串联以能够产生更高的电压。然后相同的电流流过所有串联连接的太阳能电池。

太阳能电池组件是包括彼此电连接的多个光伏电池的组件。太阳能电池组件的光伏电池可以位于共有衬底(基底)上。太阳能电池组件出于保护的原因可以包括框架和/或一个或多个保护层。保护层保护光伏电池免受有害外部影响。保护层可以由玻璃或塑料组成。

在具有串联连接的太阳能电池的太阳能电池组件中，如果单个太阳能电池被照亮的程度小于相邻太阳能电池被照亮的程度或根本未被照亮，则其他太阳能电池继续提供电流。在被遮挡的太阳能电池处，当前电压升高。如果能运转的和被照射的串联连接的太阳能电池的电压超过未被照射的太阳能电池的阻断电压，则这甚至会导致未被照射的太阳能电池的损坏。由于其他太阳能电池继续提供电流，因此在该位置处发生过热，从而导致起火。这种效应也称为“热斑”。当单个太阳能电池由于其他原因而不能充分运转时，会发生同样的问题。

为了避免这种问题，可以将二极管与太阳能电池并联连接。这种二极管被称为旁路二极管，并且由专利公开us2003/0000565a1已知。旁路二极管可以电学上桥接被遮挡的太阳能电池或由于其他原因而无法充分运转的太阳能电池。

由de29923380u1已知一种具有串联连接的太阳能电池的太阳能电池组件。太阳能电池相继布置在共有衬底上。与这些太阳能电池并联且相邻的二极管串联连接在同一衬底上，并且相继布置。串联连接的二极管和太阳能电池均由正面和背面电极层以及布置在其间的光伏活性层组成。

技术实现要素：

本发明的目的是能够以技术上简单的方式制造功能可靠的太阳能电池组件。

该目的通过具有权利要求1的特征的太阳能电池组件以及通过具有附加权利要求的特征的方法来实现。有利的实施方案由从属权利要求得出。

该太阳能电池组件包括第一多个太阳能电池，该第一多个太阳能电池相继(一个接一个地)布置并且电串联。用于电桥接的旁路二极管与每个太阳能电池电并联连接。相继布置旁路二极管。每个太阳能电池和每个旁路二极管包括光伏活性层、下导电层和上导电层。每个下导电层和上方的上导电层邻接位于它们之间的光伏活性层。每个旁路二极管布置在太阳能电池之间。因此，可以存在第二多个太阳能电池，该第二多个太阳能电池相继布置并且电串联连接。然后将来自第一多个太阳能电池的太阳能电池与来自第二多个太阳能电池的太阳能电池电并联连接。

相继布置是指空间布置。太阳能电池和/或旁路二极管形成一条线。通常，相继布置的太阳能电池和/或相继布置的旁路二极管是沿着一条直线布置的。然而，弯曲的路线也是可能的。原则上，相继布置的太阳能电池和/或相继布置的旁路二极管位于共有衬底上。

“每个旁路二极管布置在太阳能电池之间”是指在每个旁路二极管的两个相对侧与可以并且应该通过电磁波的照射而产生电流的区域邻接。与旁路二极管的相对侧邻接的区域与位于其间的旁路二极管电并联连接。因此，第一多个太阳能电池和第二多个太阳能电池是可能的。第一多个太阳能电池中的太阳能电池彼此电串联连接，以提供比单个太阳能电池可提供的电压更高的电压。出于相同的原因，第二多个太阳能电池中的太阳能电池也彼此电串联连接。第一多个太阳能电池和第二多个太阳能电池可以在空间上彼此平行地延伸。每个旁路二极管用于电桥接与其侧向邻接的太阳能电池。然后，在空间上相继布置的旁路二极管位于第一多个太阳能电池和第二多个太阳能电池之间。

“光伏活性层”是指该层由光伏活性材料组成。

这种结构使得以技术上简单的方式制造太阳能电池组件成为可能。可以通过在制造过程中提供合适的沟槽来实现适合于此的结构化。可以填充沟槽。如可以存在填充有电导体的沟槽以将导电层彼此连接。可以存在填充有材料的沟槽以使其更易于制造。可以存在填充有半导体材料或电绝缘材料的沟槽，以将导电层在电学上彼此分开。

为了特别简单地制造，第一旁路二极管可以通过两个沟槽与邻接的第二旁路二极管分开。电导体可以在两个沟槽之间延伸，以导电的方式将太阳能电池的上导电层彼此连接，其侧向地邻接第一旁路二极管。电导体可以在两个沟槽之间延伸，以导电的方式将太阳能电池的下导电层彼此连接，其侧向地邻接第二旁路二极管。

电导体可以由上导电层形成。电导体可以由下导电层形成。电导体可以位于两个光伏活性层之间。

通过两个沟槽将第一旁路二极管与邻接的第二旁路二极管分开的两个沟槽可以填充有空气或另一种电绝缘材料。

下导电层优选地位于非导电层上以简化制造。非导电层可以是自支撑层，即衬底。可以将非导电层施加在衬底上。非导电层可以是柔性的。非导电层可以是刚性的。

第一太阳能电池的上导电层优选地通过电导体导电地连接到邻接的第二太阳能电池的下导电层，以便将两个太阳能电池电串联，即顺序彼此连接。两个太阳能电池都属于第一多个太阳能电池或属于第二多个太阳能电池。

将第一太阳能电池的上导电层与邻接的第二太阳能电池的下导电层电连接的电导体优选将第一太阳能电池的光伏活性层与第二太阳能电池的光伏活性层分开。此处是指空间上分开。如果第一太阳能电池的光伏活性层完全或至少主要位于电导体的一侧并且第二太阳能电池的光伏活性层完全或至少主要位于电导体的另一侧，则存在这样的空间上的分开。然后电导体位于沟槽中，该沟槽在上述意义上在两个光伏活性层之间延伸。另外，还可以存在在上述意义上在两个光伏活性层之间延伸的另一沟槽。该另一沟槽可以例如填充有电绝缘材料。填充有导电材料以形成所述电导体的沟槽可以在空间上与填充有电绝缘材料的沟槽相邻。

第一太阳能电池的下导电层优选地通过第一沟槽与邻接的第二太阳能电池的下导电层分开。第一太阳能电池的上导电层通过第二沟槽与邻接的第二太阳能电池的上导电层分开。第一沟槽应当将两个相邻太阳能电池的两个下导电层在电学上彼此分开。第一沟槽可以填充有例如半导体材料或电绝缘体以实现电学上的分开。不必为了实现电分开而填充第一沟槽。第一沟槽可以填充有构成与其邻接的光伏活性层的材料，以便能够以改进的方式特别简单地制造。

第二沟槽将两个相邻太阳能电池的两个上导电层电学上彼此分开。第二沟槽可以填充有电绝缘体或半导体以实现该目的。第二沟槽的底部可以由下导电层形成。然后，第二沟槽在上述意义上将第一太阳能电池的光伏活性层与第二太阳能电池的光伏活性层分开。第二沟槽特别地位于将两个相邻太阳能电池彼此串联连接的所述电导体的附近。

旁路二极管的下导电层可以通过沟槽与电并联连接的太阳能电池的相邻下导电层分开，以使所述下导电层彼此电学上分开。沟槽可以填充有例如半导体材料或电绝缘体以实现电学上分开。不必为了实现电学上分开而填充沟槽。为了能够特别简单地制造，沟槽可以填充有构成由邻接的光伏活性层的材料。沟槽可以穿过所有层，即穿过上导电层和下导电层，并且因此还穿过光伏活性层。

将旁路二极管的下导电层与电并联连接的太阳能电池的相邻导电层分开的沟槽可以填充有组成邻接的光伏活性层的材料。该实施方案以进一步改进的方式简化制造。

旁路二极管的上导电层可以通过沟槽与电并联连接的太阳能电池的相邻上导电层分开，以便以进一步改进的方式简化制造。

将旁路二极管的上导电层与电并联连接的太阳能电池的相邻上导电层分开的沟槽的底部可以由下导电层形成，以便以进一步改进的方式简化制造。

旁路二极管的上导电层可以通过电导体导电地连接到电并联的第一太阳能电池的相邻下导电层。旁路二极管的下导电层可以通过电导体导电地连接到电并联的第二太阳能电池的相邻上导电层。因此，可以以进一步改进的方式实现制造优势。

将旁路二极管的导电层与电并联连接的太阳能电池的相邻导电层电连接的电导体可以将旁路二极管的光伏活性层与太阳能电池的光伏活性层分开以实现制造优势。

第一旁路二极管可以通过至少一个沟槽与邻接的第二旁路二极管分开，这可以以技术上简单的方式制造。

第一旁路二极管可以通过两个沟槽与邻接的第二旁路二极管分开。导电体可以在两个沟槽之间延伸，该导电体将侧向邻接第一旁路二极管的太阳能电池的上导电层彼此导电连接，并且将侧向邻接第二旁路二极管的太阳能电池的下导电层彼此导电连接。由此以进一步改进的方式使得技术上简单的方式制造成为可能。

将第一旁路二极管与邻接的第二旁路二极管分开的一个或多个沟槽可以穿过两个旁路二极管的所有层。然后，这样的沟槽从旁路二极管的上导电层的顶侧延伸到下导电层的底侧。这可以以技术上简单的方式制造。

光伏活性层可以由pn半导体组成。

太阳能电池和旁路二极管优选地布置在一个平面中。特别地，太阳能电池的下导电层和旁路二极管具有相同的厚度并且位于相同的平面中。特别地，太阳能电池的上导电层和旁路二极管具有相同的厚度并且位于相同的平面中。特别地，太阳能电池的光伏活性层和旁路二极管具有相同的厚度并且位于相同的平面中。

优选地，旁路二极管被遮挡以使电功率损耗最小化。如果旁路二极管被遮挡，则没有电磁辐射，尤其是没有光，可以以能够通过旁路二极管产生电流的方式撞击旁路二极管。遮挡可以通过相应地不透明的清漆以技术上简单的方式实现。遮挡可以通过相应地不透明的一层或多层以技术上简单的方式实现。

每个旁路二极管的顶侧优选小于每个太阳能电池的顶侧，以允许高电功率。特别地，每个太阳能电池的顶侧至少是每个旁路二极管的顶侧的两倍大。顶侧是指在太阳能电池组件的俯视图中看到的表面。

利用根据本发明的太阳能电池组件，可以提供具有旁路二极管的工业上易于制造且有效的太阳能电池组件。本发明基于以下认识，即在现有技术中已知的具有旁路二极管的太阳能电池组件中，通常需要技术上复杂的结构来将旁路二极管集成到太阳能电池组件中。

本发明能够实现直线结构化和互连，这简化了生产。有利地，可以省去成角度的结构沟槽。

根据本发明，提供了一种具有串联连接的太阳能电池的太阳能电池组件，其中太阳能电池组件的每个太阳能电池与至少一个旁路二极管并联，在该太阳能电池完全或部分遮挡或者其功能降低的情况下，该旁路二极管可以使所产生的电流绕过该太阳能电池。

太阳能电池组件可以具有顶衬结构(顶板结构)以及衬底结构(基底结构)。

顶衬结构包括衬底、沉积在其上的第一电极层(正面电极层)、施加于其上的光伏活性层以及随后的第二电极层(背面电极层)。导电层形成电极层。在顶衬结构中，衬底和正面电极层是透明的，使得辐射可以依次穿透该层。

在衬底结构中，涂覆顺序相反：首先将在这种结构中透明的背面电极层施加到衬底上，然后施加光伏活性层，最后施加正面电极层。然后首先通过透明的背面电极层照射到光伏活性层上。

可以自由选择在太阳能电池技术中通常使用的所有衬底或顶衬作为衬底，特别是cigs(铜-铟-镓二硒化物)薄膜太阳能电池技术以及cdte(碲化镉)薄膜太阳能电池技术，例如，玻璃/钼作为cigs的衬底或玻璃/tco作为cdte的顶衬。

前述衬底和顶衬在薄膜硅太阳能电池中是常见的。当前，相关的薄膜技术是cdte和cigs，其中cdte通常应用于玻璃/tco顶衬，而cigs通常应用于玻璃/钼衬底。

衬底可以包括功能层，其用于改善光散射或用于改善载体上的接触层的生长。

对于第一导电层，可以选择材料诸如mo或ag(用于衬底结构)或zno、sno2或ito(用于顶衬结构)。在这种由衬底和第一导电层构成的层结构上，光伏活性层还可以施加在带状第一导电层上或沟槽上。

根据本发明的太阳能电池组件包括：相继布置的电串联连接的多个太阳能电池，该多个太阳能电池具有包括正面电极层和背面电极层以及设置在其间的光伏活性层的层结构，以及与各个太阳能电池并联的多个旁路二极管，该多个旁路二极管具有类似于太阳能电池的层结构，其中相邻的旁路二极管彼此不导电接触，并且每个旁路二极管与太阳能电池分别并联在右侧和左侧。

下面将基于示例性实施方案和附图更详细地解释本发明，而这不会限制本发明。

附图说明

下面基于附图更详细地说明本发明的示例性实施方案。附图示意性地示出了：

图1：通过太阳能电池组件的太阳能电池10、11、12和13

图2a：太阳能电池组件的俯视图

图2b：图2a中太阳能电池组件的等效电路图

图3：图2a中通过太阳能电池组件的剖视图

图4：图2a中通过太阳能电池组件的剖视图

图5：根据第二示例性实施方案的太阳能电池组件的俯视图

具体实施方式

图1示出了通过太阳能电池组件的太阳能电池10、11、12和13的截面。

首先，如图1所示，已经在非导电衬底30上制造了导电层31，使得层31相继施加在衬底30上，并且通过沟槽1彼此电学上分开。沟槽1可以填充有光伏活性材料，但是这对于太阳能电池组件发挥功能不是必需的。可以通过印刷工艺将层31施加在衬底30上。然而，也可以先将连续的导电层施加到衬底30上，该层在施加之后被沟槽1分开。

在下一步骤中，施加光伏活性材料，并且如有需要，以这样的方式施加和处理光伏活性材料，使得形成相继布置的层32，该层通过填充有导电材料的沟槽2彼此分开。由于制造过程，光伏活性材料可能已经进入沟槽1。但这不是必须的。

光伏活性材料最初可以作为连续层被施加，在施加之后通过去除材料将要填充导电材料的沟槽引入到该连续层中。另选地，可以通过印刷工艺在仅一个步骤中施加层32，而无需随后去除材料以形成将用导电材料填充的沟槽，并且如有必要，还可以施加另外的沟槽3。

在下一步骤中，将导电材料以层形式施加到层32上，并且如果需要，以这样的方式进行处理，使得这些导电材料通过沟槽2与导电层31电接触，并作为层33存在，该层通过沟槽3彼此电分开。可以通过去除材料来制造沟槽3。沟槽3可以邻接最下面的导电层31。然而，沟槽3也可以通过印刷形成。

以这种方式，制造了太阳能电池组件的相继布置的电串联连接的太阳能电池10、11、12、13。每个太阳能电池包括下层形电极31和上层形电极32。两个电极31和32通过光伏活性半导体层32彼此分开。太阳能电池10、11、12和13相继布置并且通过填充有导电材料的沟槽2电串联。

在图2a中，示出了具有这种太阳能电池10、11、12、13的太阳能电池组件的俯视图。图1中的截面沿着图2a中所示的剖面线ab延伸。

现在，为了获得根据本发明的太阳能电池组件，如图2a所示，制造了与太阳能电池10、11、12、13并联的旁路二极管20、21、22、23。为了制造与太阳能电池10、11、12、13并联连接的旁路二极管20、21、22、23，沟槽1、2、3不仅在与太阳能电池10、11、12、13侧向的方向上制造，而且成对地与太阳能电池10、11、12、13平行。图2a中的附图标记1a、2a、3a以及1b、2b、3b是指侧向制造的沟槽。这些侧向制造的沟槽1a、2a、3a和1b、2b、3b可以以参照图1描述的相同方式制造。沟槽1a、1b可以像沟槽1一样填充有光伏活性材料，但这对于太阳能电池组件的功能来说不是必须的。与沟槽2一样，沟槽2a和2b填充有导电材料。沟槽3a，3b可以邻接最下面的导电层31。

图3以沿着图2a的剖面线ef的剖视图示出了这一点。

另外，如图4所示，通过沿着图2a的剖面线cd的剖面图产生了沟槽4。沟槽4延伸到衬底30。特别地，通过随后去除材料来制造沟槽4。但是，也可以通过印刷直接制造这些沟槽4。

通过这些附加的沟槽，太阳能电池不仅串联，而且还并联。这在图2a中通过大括号示出，上面太阳能电池用“o”标记，下面太阳能电池用“u”标记。标有“o”的太阳能电池形成相继布置的第一多个太阳能电池，它们彼此电串联连接。标有“u”的太阳能电池形成相继布置的第二多个太阳能电池它们彼此电串联连接。旁路二极管位于两个电并联连接的太阳能电池之间。

图2a示出了每个太阳能电池10、11、12、13的每个顶侧或表面大于每个旁路二极管的每个顶侧或表面。图2a示出了技术上易于制造的直线结构足以制造太阳能电池组件。

图2b示出了图2a的太阳能电池组件的等效电路。二极管10、11、12、13彼此串联电连接。为此，在左上方示出的太阳能电池10的阳极侧14通过电导体16与在空间上紧跟的邻接太阳能电池11的阴极侧15连接。后面的太阳能电池11相应地以导电方式连接到后面太阳能电池12。太阳能电池12导电地连接到后面的太阳能电池13。这适用于上面多个太阳能电池板和下面多个太阳能电池10、11、12、13。太阳能电池10、11、12、13的构造类似于二极管20、21、22、23。

如果二极管作为太阳能电池工作，然后用电磁辐射(特别是光)照射太阳能电池，就会产生电流，在没有照明的情况下，二极管不会让电流通过。如果太阳能电池10、11和13产生电流，而并联的太阳能电池12不产生电流，则所产生的电流从右向左流动。经由导体16来自并联的上部太阳能电池13的电流经由电导体17和18通过旁路二极管22，从而桥接与之并联的两个太阳能电池12。经由电导体16来自下部太阳能电池13的电流经由电导体19、17、18和旁路二极管22桥接两个太阳能电池22。

图5所示的实施方案示出了图2b所示的电路也可以通过不同地布置的直线沟槽来实现，并且可以省略成角度的沟槽的产生。如在图2a中，太阳能电池10、11、12、13通过直线沟槽1、2、3相互连接。如所描述的，沟槽1可以再次填充有由光伏活性层32组成的半导体材料。如前所述，沟槽2填充有导电材料。如前所述，沟槽3可以填充有非导电材料。

借助于侧向于沟槽1、2、3延伸的沟槽4，上部太阳能电池板和下部太阳能电池10、11、12、13与旁路二极管20、21、22、23适当地分开。与该沟槽平行延伸的沟槽1a、2a、3a、2b可以如上所述填充或填充有其他材料以形成太阳能电池组件，从而得到根据图2b的等效电路图。

同样，直线布置的结构足以形成根据本发明的太阳能电池组件。不再需要形成成角度的沟槽。

图2a和图5示出了具有沿直线延伸的结构的实施方案。由于制造原因，通常首选这种直行路线。但是，弯曲的路线也是可能的，如果安装情况需要弯曲的路线，这可能会引起关注。诸如图2a和图5所示的那些平行结构路线也不是必须的。相反，例如，可以用矩形几何形状以实施本发明。

附图标记：

1：根据结构化步骤p1的沟槽1

2：根据结构化步骤p2的沟槽2

3：根据结构化步骤p3的沟槽3

4：根据结构化步骤p4的沟槽4

1a：根据结构化步骤p1a的沟槽1a

2a：根据结构化步骤p2a的沟槽2a

3a：根据结构化步骤p3a的沟槽3a

1b：根据结构化步骤p1b的沟槽1b

2b：根据结构化步骤p2b的沟槽2b

3b：根据结构化步骤p3b的沟槽3b

10：太阳能电池

11：太阳能电池

12：太阳能电池

13：太阳能电池

14：阳极侧

15：阴极侧

16：电导体

17：电导体

18：电导体

19：电导体

20：旁路二极管

21：旁路二极管

22：旁路二极管

23：旁路二极管

30：衬底层

31：电极层

32：半导体层

33：电极层