CN101454904B - 具有内部间隔的非平面式太阳能单元的组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池装配件，其包括太阳能电池组件，该组件具有在一个共用平面内彼此平行或大致平行排列的非平面式太阳能单元。在多个太阳能单元中的第一和第二非平面式太阳能单元通过间隔件而彼此间隔一定距离，从而允许直射太阳光在该非平面式太阳能单元之间通过。多个太阳能单元中的每个非平面式太阳能单元与安装表面之间至少间隔一段分隔距离。
Description
相关申请交叉引用
本发明要求于2006年3月30日提交的申请号为11/396,069的美国专利申请的优先权，在此全部引入作为参考。
1.技术领域
本发明涉及太阳能单元的装配。具体而言，本发明涉及将非平面式太阳能单元空间排列在太阳能电池板或太阳能电池阵列内以优化太阳能转化为电能的系统和方法。
2.背景技术
公用事业公司当前所需要面对的一个问题是：电网上总电能需量在一天当中的高峰时段与非高峰时段之间的巨大变化。这是电力工业特别需要考虑的问题。所谓的高峰需求时段或负载流泻(shedding)时间间隔是指在发电设备上需求量非常高的时段，需要负载流泻以维持电网的正常服务。这会发生在，例如，夏季高温天气时广泛地同时使用电空调装置时。典型地，负载流泻时间间隔可能持续很长时间，通常发生在一天中最热的时段，例如正午12点至下午6点之间。高峰时段也可能发生在冬天最冷的几个月内对电取暖设备大量使用的地区。事实上，独立需求的变化可能不仅仅是由于电能消费者为了实现其预期目的而对电能需求有所变化，也可能由于与电能价格有关的环境调节和市场压力。过去，为了适应非常高的峰值需量，电力工业被迫花费巨 款用于投资额外的发电能力和设备，或者从其它已经进行了这种投资的公用事业部门购买所述的“高峰”电能。
为了满足上下波动的电能需量，电力生产企业可以单独调节他们生产和输出的电能，和/或与另一电力生产企业合作以共同调节他们的输出电能。减轻公用事业公司基础建设需求的一个方法是使用可替代电力产生源，例如太阳能电池。然而，太阳能电池的发电量取决于太阳能电池暴露于太阳辐射的时间长短。本领域现有的太阳能电池在中午前后(即进入的太阳辐射具有较小入射角时)能够达到最高容量。通常，太阳能电池系统的最高效率发生在高峰用电量之前。如图1B和1C所示，一天当中高峰用电量相对于地理位置和季节的改变而变化。例如，如图1C所示，在一年中的12月份加利福尼亚的电力需求高峰出现在傍晚6点至傍晚7点左右。在2006年3月28日的加拿大安大略省，电力需求高峰几乎出现了两次，一次是在上午9点左右，而另一次是在晚间9点左右。图1B示出了1998年加利福尼亚的电力需求的大比例变化。大体上，1998年加利福尼亚的电力需求高峰出现在下午4点左右。图1B还示出了从高峰时刻到傍晚时分的变化主要是由于居住用电力使用。因此，高压输电线路网管理者例如独立电力系统经营者(IESO)和阿尔伯达电力系统经营者(AESO)开发了复杂的系统以跟踪作为时间函数的电力需求和使用。可以从独立电力系统经营者(IESO)、阿尔伯达电力系统经营者(AESO)的主页上、以及AC Propulsion公司处获得有关作为时间函数的高压输电线路网要求的其它信息。
太阳能电池通常被制造成具有4—6平面厘米或更大的聚光表面的单独物理实体。因此，用来发电标准做法是在支撑衬底或板上将电池安装成平层阵列，从而它们的聚光表面形成一个大致单个的大聚光表面。此外，由于每个 太阳能电池本身只能产生很少的电量，可以通过串联和/或并联矩阵形式阵列的电池来实现所需的电压和/或电流。
图1A示出了现有技术的传统太阳能电池结构。由于不同层之间具有很宽的厚度，因此它们均被示意性地描述。另外，图1是高度示意性的，从而其代表“厚膜”太阳能电池和“薄膜”太阳能电池的特性。通常，使用间接带隙材料以吸收光的太阳能电池被构造为“厚膜”太阳能电池，因为为了吸收足够的光量需要厚膜的吸收层。使用直接带隙材料以吸收光的太阳能电池通常被构造为“薄膜”太阳能电池，因为仅直接带隙材料薄层需要吸收足量的光。
在图1A顶部的箭头示出了电池上的直接太阳能照射源。层102是衬底。玻璃或金属是常用衬底材料。在薄膜太阳能电池中，衬底102可以是基于聚合物的隔板、金属或玻璃。在一些情况下，还有封装层(未示出)包覆衬底102。层104是与太阳能电池接触的背电极。
层106是半导体吸收体层。背电接触点104与吸收体层106之间欧姆接触。在许多但并非所有的情况下，吸收体层106是p型半导体。吸收体层106足够厚以吸收光。层108是半导体结接合配件(junction partner)，其与半导体吸收体层106一同完成p-n结的形成。p-n结是太阳能电池中常用结的类型。在基于p-n结的太阳能电池中，当半导体吸收体层106是p型掺杂材料时，接合配件108是n型掺杂材料。反过来，当半导体吸收体层106是n型掺杂材料时，接合配件108是p型掺杂材料。一般地，接合配件108比吸收体层106薄很多。例如，在一些情形下，接合配件108的厚度是大约0.05微米。接合配件108对于太阳辐射是高度透明的。接合配件108也称为窗口层，因为它让光线穿过而射向吸收体层106。
在典型的厚膜太阳能电池中，吸收体层106和窗口层108可以由相同的半导体材料制成，但却具有不同的载体类型(掺杂物)和/或载体浓度，以便给予这两层它们独特的p型和n型特性。在其中在吸收体层106是铜-铟-镓-二硒化物的薄膜太阳能电池中，用CdS形成接合配件108可以获得高效电池。可用于接合配件108的其它材料包括但不限于，SnO2、ZnO、ZrO2和掺杂的ZnO。
层110是对电极(coter electrde)，其使发挥功能的太阳能电池变得完整。对电极110被用于引导电流流出该结，因为接合配件108通常电阻太大以致不能提供这个功能。同样地，对电极110应该高度导电并对光透明。对电极110事实上可以是印在层108上类似梳子结构的金属，而不是形成单独的层。对电极110通常是透明导电氧化物(TCO)，例如掺杂的氧化锌(例如，掺杂了铝的氧化锌)、氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO2)、或氧化铟锌。然而，即使存在TCO层，传统的太阳能电池通常也需要汇流式网络114，以引导电流流出，因为TCO的电阻太大，以致不能在更大的太阳能电池中有效地实现这一功能。网络114缩短了TCO层中电荷载体为到达金属接触点所必须移动的距离，从而降低电阻损耗。金属母线，也被称为栅极线，可以由例如银、钢铁或铝的任何适当导电金属制得。在网络114的设计中，存在一种在导电性能较强却阻碍较多光线的厚栅极线与导电性能较弱却阻碍较少光线的薄栅极线之间的交替设计。该金属母线优选地以类似梳子的形式构造以允许光线穿过层110。汇流式网络层114和层110结合在一起作为单一冶炼单元，功能性地与第一欧姆接触点相接触以形成电流收集电路。在Sverdrp等的专利号为6,548,751的美国专利(在此结合其全部内容作为参考)中，相互结合的银母线网络和氧化铟锡层作为单一的、透明的ITO/Ag层。
层112是增透涂层，其可以允许大量的额外光线进入电池。依据太阳能电池的预定使用，增透涂层可以直接沉积在上导体上，如图1A所示。可选地，增透涂层112可以沉积在与上电极110相交叠的单独防护玻璃罩上。理想地，增透涂层将电池的反射在发生光电吸收的光谱区内减少到几乎接近零，并同时提高其在其它光谱区内的反射以减少发热。在Aguilera等的专利号为6,107,564的美国专利(在此结合其全部内容作为参考)中描述了本领域公知的典型增透涂层。在一些情况下，增透涂层112由TiOx沉积制得，例如通过化学沉积。在一些情况下，增透涂层112由SiNx沉积制得，例如通过加强等离子的化学蒸气沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition)。在一些实施方案中，存在一层以上的增透涂层。例如，可以应用具有λ/4设计、从空气到半导体接合层的成长指数的双层涂层。一个这样的设计使用了蒸发的SZn和MgF2。
太阳能电池通常只产生小的电压。例如，基于硅的太阳能电池产生大约0.6伏特(V)的电压。因而，将太阳能电池串联或并联地内连，以获得更大的电压。当串联连接时，单个电池的电压相加而电流保持相同。因此，与相似的并联装配的太阳能电池相比，串联装配的太阳能电池降低了流过这些电池的电流量，从而提高了效率。如图1A所示，使用内连116来实现太阳能电池的串联装配。一般的，内连116将一个太阳能电池的第一电极与邻接的太阳能电池的对电极电连接。
如上所述，和如图1A所示，传统的太阳能电池通常形成板结构。虽然这样的电池在其较小时非常高效，但是较大的平面太阳能电池效率降低，因为很难制造形成这种太阳能电池板的结的半导体膜。此外，在较大的平面太阳能电池中出现针孔和类似裂纹的情况大大增加了。这些特点可能导致结上的 分流。圆柱形太阳能电池消除了平面的太阳能电池的一些缺点。圆柱形太阳能电池的构造技术能够降例如低针孔和类似裂纹出现的几率。圆柱形太阳能电池的例子例如可以在以下文献中找到：Asia等的专利号6,762,359B2的美国专利；Mlavsky的专利号3,976,508的美国专利；Weinstein和Lee的专利号3,990,914的美国专利；以及Toppan Printing公司的申请号为S59-125670的日本专利申请。
现有技术中的太阳能电池有很大用处。它们可以用作解决公用事业公司面对的一些问题。此外，他们提供了洁净的可替代能源，可以减少煤电、水电、核电资源负载。实际上，太阳能电池可以被应用在广阔的领域，并以这种方式有助于现有电网。另外，太阳能电池可以被单个家庭和建筑使用，以降低传统用电成本。然而，既便是现有技术中的圆柱形太阳能电池也存在缺点，不能完全解决公用事业公司和能源消费者所要面对的问题。首先，在太阳辐射收集过程中，圆柱形的太阳能电池被加热到很高温度，这就需要冷却。其次，当排列成平面阵列时，圆柱形太阳能电池经常在邻接电池上投射阴影，从而导致暴露于直接太阳辐射中的太阳能电池表面区域的面积减小。这就是被人们所知的遮蔽效应。第三，通常需要为这样的太阳能电池装备精细的跟踪机构，以确保太阳能电池全天都面向太阳。这就是公知的跟踪需求。
参照图1D详细描述遮蔽效应。圆柱形的太阳能电池1彼此相邻被放置成在衬底4上。在清晨或傍晚时分，进入的太阳辐射5以小的入射角度照射太阳能电池表面。结果，太阳能电池在邻接电池上投射大的阴影。如图1D所示，在相邻的太阳能电池直接的遮蔽区域3存在阴影，缺少直接太阳辐射。遮蔽效应解释了已知太阳能系统的午后容量峰值。然而许多社区的电力需量高峰都出现在傍晚时分，即当人们返回家中并需要烹调食物、加热或冷却他们的 房间，和当建筑的屋顶在白天长时间暴露开始加热建筑物从而增加空调的负载。太阳能高峰容量和电力需量高峰之间的差异阻碍了对传统的圆柱形太阳能电池的使用。因此，本领域需要减低或消除来自相邻太阳能电池或者来自太阳能电池安装环境中的其它物体的遮蔽效应。
许多传统的圆柱形太阳能电池系统连接的跟踪装置是不利的。在本领域中使用跟踪装置以加强太阳能电池系统的效率。随时间移动，跟踪装置移动太阳能电池以跟踪太阳。为了跟踪太阳的移动，太阳能电池系统的光轴被连续性或周期性地机械调节，以便全天候直对太阳。在一些实施方案中，跟踪装置在不止一个轴移动。传统的跟踪装置加强了太阳能电池的电力输出。然而，跟踪装置的周期性机械调节需要较复杂、精细、且通常是昂贵的结构。此外，也需要电力来调节跟踪装置，从而降低系统的总体效率。
以上每一个缺点都对圆柱形太阳能电池的性能和/或制造圆柱形太阳能电池的成本有不利影响。具有遮蔽缺点的示例性太阳能电池包括圆柱形或非圆柱形太阳能电池，例如在以下文献中所公开的：Asia等的专利号6,762,359 B2的美国专利；Mlavsky的专利号3,976,508的美国专利；Weinstein和Lee的专利号3,990,914的美国专利；以及Toppan Printing公司的申请号为S59-125670的日本专利申请。
冷却太阳能电池的方法(例如让冷却剂穿过太阳能电池中的管或将太阳能电池放置在能自身冷却的衬底上)已经被现有技术中公开。例如，参见Asia等的专利号为6,762,359 B2的美国专利，和于1995年5月24日公开的TwinSolar-Technik Entwichlungs-GmbH的德国未审查专利申请DE4339547A1(以下称为“成对太阳能(Twin Solar)”)。然而，在这些参考文献中所公开的系统并不令人满意，因为它们太过昂贵。
根据上述背景，本领域所需的是具有成本效率方法和系统，以用于冷却圆柱形太阳能电池和降低相邻圆柱形太阳能电池在彼此上的遮蔽效应，特别是在电力需量高峰时刻。优选地，这样的系统和方法具有最小的跟踪需求。
在此讨论和引入的参考文献将不会被认为是承认这样的参考文献为本发明的现有技术。
3.发明内容
本发明的一个方面提供了一种太阳能电池装配件，其包括第一太阳能电池组件，该第一太阳能电池组件具有在共用平面内彼此平行或大致平行排列而形成第一组多个相邻的非平面式太阳能单元对的第一组多个非平面式太阳能单元。如在此所使用的，术语“太阳能电池对”仅仅用于表示两个太阳能单元，它们在太阳能电池装配件中彼此相邻。太阳能单元，例如，可以是一个太阳能电池、包括多个太阳能电池的整体集成的太阳能电池模块、或者包括多个太阳能电池的非整体集成的太阳能电池模块。第一组多个非平面式太阳能单元中的多个相邻的非平面式太阳能单元对中的第一和第二非平面式太阳能单元彼此间隔一分离器距离，从而允许直射的太阳光穿过非平面式太阳能单元之间。在第一组多个非平面式太阳能单元中的每个非平面式太阳能单元与安装表面相隔至少一分隔距离。在一些实施方案中，该分隔距离大于分离器距离。在其它实施方案中，该分隔距离小于分离器距离。
在一些实施方案中，该太阳能电池装配件还包括第二太阳能电池组件，该第二太阳能电池组件具有在共用平面内彼此平行或大致平行排列而形成第二组多个相邻的非平面式太阳能单元对的第二组多个非平面式太阳能单元。在第二组多个非平面式太阳能单元中的多个相邻的非平面式太阳能单元对中 的第一和第二非平面式太阳能单元彼此间隔一分离器距离，从而允许直射的太阳光穿过非平面式太阳能单元之间。在第二组多个非平面式太阳能单元中的每个非平面式太阳能单元与安装表面相隔至少一分隔距离。此外，该第一太阳能单元组件和第二太阳能单元组件彼此间隔一通道距离。在一些实施方案中，该分隔距离大于该通道距离。
在一些实施方案中，太阳能电池装配件具有20个或更多、100个或更多、500个或更多个非平面式太阳能单元。在一些实施方案中，多个非平面式太阳能单元中的一个非平面式太阳能单元的直径为2厘米—6厘米之间、5厘米或更大、或者10厘米或更大。在一些实施方案中，分离器距离为0.1厘米或更大、1厘米或更大、5厘米或更大、或者小于10厘米。在一些实施方案中，分离器距离至少等于或大于第一组多个非平面式太阳能单元中的一个非平面式太阳能单元的直径。在一些实施方案中，分离器距离至少等于或大于第一组多个非平面式太阳能单元中的一个非平面式太阳能单元的直径的两倍。在一些实施方案中，第一组多个非平面式太阳能单元中的第一相邻非平面式太阳能单元对中的第一和第二太阳能单元之间的分离器距离不同于第一组多个非平面式太阳能单元中的第二相邻非平面式太阳能单元对中的第一和第二非平面式太阳能单元之间的分离器距离。在一些实施方案中，在第一组多个非平面式太阳能单元中的每个相邻非平面式太阳能单元对中的每个第一和第二非平面式太阳能单元之间的分离器距离相同。
在一些实施方案中，安装表面与反照表面相交叠。在一些实施方案中，这个反照表面具有至少60％的反照率。在一些实施方案中，反照表面是朗伯(Lambertian)表面或漫反射表面。在一些实施方案中，反照表面与自清洁 (self-cleaning)表面相交叠。在一些实施方案中，分隔距离为25厘米或更大、或者2米或更大。
在一些实施方案中，第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元包括(i)管状或者(ii)刚性固体杆状的衬底、环绕设置在衬底上的背电极、环绕设置在背电极上的半导体结层，和环绕设置在半导体结上的透明导电层。在一些实施方案中，太阳能电池装配件还包括环绕密封在非平面式太阳能电池上的透明管形套。在一些情况下，该透明管形套由塑料或玻璃制成。在一些情况下，衬底包括塑料、玻璃、金属或金属合金。在一些情况下，衬底为管状并且流体穿过该衬底。在一些情况下，半导体结包括吸收体层和结匹配层，从而使结匹配层环绕设置在吸收体层上。在这样一些实施方案中，吸收体层为铜-铟-镓-二硒化物，而结匹配层为In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-XMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2、或者掺杂的ZnO。
本发明的其它实施方案中还提供了多个内反射器。多个内反射器中的每个内反射器被构建在多个非平面式太阳能单元中相应的第一和第二非平面式太阳能单元之间，从而从各个内反射器反射的太阳光的一部分被反射在相应的第一非平面式太阳能单元上。在一些实施方案中，多个内反射器中的一个内反射器具有中空孔。在一些实施方案中，多个内反射器中的一个内反射器包括塑料套，该塑料套具有沉积在其上的反射材料层。在一些实施方案中，该层反射材料为抛光铝、铝合金、银、镍或钢。在一些实施方案中，多个内反射器中的一个内反射器为由反射材料(例如，抛光铝、铝合金、银、镍或钢)制出的单片。在一些实施方案中，在多个内反射器中的一个内反射器包括塑料套，在其上涂附有一层金属箔胶带(例如，铝箔胶带)。
本发明的另一方面还提供了一种太阳能电池装配件，其包括太阳能电池组件，该太阳能电池组件具有在共用平面内彼此平行或大致平行排列而形成多个相邻的非平面式太阳能单元对的多个非平面式太阳能单元。该太阳能电池装配件还包括盒状套，该盒状套具有一个底部和多个透明侧面板。该盒状套包覆太阳能电池组件。在第一组多个非平面式太阳能单元中的多个相邻非平面式太阳能单元对中的第一和第二非平面式太阳能单元彼此间隔一分离器距离，从而允许直射的太阳光穿过非平面式太阳能单元之间并照射在盒状套的底部上。多个非平面式太阳能单元中的每个非平面式太阳能单元与该底部相隔至少一分隔距离。此外，在一些实施方案中，该分隔距离大于分离器距离。在其它实施方案中，该分隔距离小于分离器距离。在一些实施方案中，盒状套还包括上层，该上层密封盒状套并遮蔽所述多个非平面式太阳能单元以免受直接的太阳辐射。在一些实施方案中，上层的第一侧涂覆有增透涂层，而上层的第二侧涂覆有反射涂层，从而使该第一侧从盒状套面向外，而该第二侧从盒状套向内面向多个非平面式太阳能单元。在一些实施方案中，多个透明侧面板包括透明塑料或玻璃。在一些实施方案中，多个透明侧面板包括铝矽酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、双色玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、碱石灰玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化玻璃、含铅玻璃或者cereated玻璃。在一些实施方案中，多个透明侧面板包括氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、聚酰胺、聚烯烃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基碳氟化合物(PFA)、尼龙/聚酰胺、交联聚乙烯(PEX)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性共聚物、聚亚安酯/聚氨酯、透明聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、或者上述材料的任意组合。
4.附图说明
图1A示出了现有技术的内连式(interconnected)太阳能电池；
图1B示出了利用现有技术的情况下1998年加利福尼亚的电力需求的大比例变化；
图1C示出了利用现有技术的情况下在一年中的12月份加利福尼亚的傍晚6点至傍晚7点左右时的电力需求高峰；
图1D示出了与现有技术的太阳能电池相关的遮蔽效应；
图2A示出了根据本说明书中的一个实施方案的非平面式太阳能电池的横截面视图；
图2B示出了根据本说明书中的一个实施方案的太阳能电池模块的立体图和横截面视图；
图3A示出了根据本说明书中的一个实施方案的太阳能电池组件的立体图；
图3B示出了根据本说明书中的一个实施方案的太阳能电池组件的横截面视图；
图3C示出了根据本说明书中的一个实施方案的太阳能电池组件的顶视图；
图3D示出了根据本说明书中的一个实施方案的太阳能电池组件的局部横截面视图；
图3E示出了根据本说明书中的一个实施方案的太阳能电池组件的局部横截面视图；
图3F示出了根据本说明书中的一个实施方案的太阳能电池组件的局部横 截面视图；
图4A示出了根据本说明书中的一个实施方案的封装起来的太阳能电池组件的立体图；
图4B示出了根据本说明书中的一个实施方案的封装起来的太阳能电池组件的横截面视图；
图4C示出了根据本说明书中的一个实施方案封装起来的的太阳能电池组件的顶视图；
图4D示出了根据本说明书中的一个实施方案的封装起来的太阳能电池组件的局部横截面视图；
图4E示出了根据本说明书中的一个实施方案的具有背反射器的封装起来的太阳能电池组件的横截面视图；
图4F示出了根据本说明书中的一个实施方案的具有内反射器的封装起来的太阳能电池组件的局部横截面视图；
图4G示出了根据本说明书中的一个实施方案的对静态聚光器的使用；
图5A示出了根据本说明书中的一个实施方案的倾斜的太阳能电池组件的立体图；
图5B示出了根据本说明书中的一个实施方案的太阳能电池组件的顶视图；
图5C示出了根据本说明书中的一个实施方案的太阳能电池组件的侧视图；
图6示出了根据本说明书中的一个实施方案的封装起来的太阳能电池组件的侧视图；
图7A-7D示出了在本说明书的实施方案中的各种太阳能单元中所用的半 导体结；
图8A-8C示出了根据本说明书的实施方案的示例性太阳能电池装配件；
图9A-9C示出了根据本说明书的某些实施方案的太阳辐射的性能；
图10示出了根据本发明的一个实施方案的太阳能电池组件的太阳能吸收图解；
图11A-11D示出了根据本发明实施方案的太阳能电池组件的太阳能收集图解；
图12A-12C在现有技术实施方案与根据本说明书的实施方案之间比较了全年电能吸收。
在各个附图中，相似的附图标记表示相应的部分。各附图中的尺寸并不是按比例绘制的。
5.具体实施方式
本文公开的是非平面式太阳能单元内元件的示例性结构，该非平面式太阳能单元构成一些实施方案的新型太阳能电池装配件的一部分。在某些实施方案中，非平面式太阳能单元可以是下面结合图2A所描述的太阳能电池，或者是下面结合图2B所描述的太阳能电池模块。在某些实施方案中，太阳能电池装配件包括单个太阳能电池板。在某些实施方案中，太阳能电池装配件包括多个太阳能电池板。
5.1.基本结构
图2A示出了太阳能电池200的非平面式太阳能单元的示例性实施方案的横截面视图。在某些实施方案中，非平面的衬底是(i)管状的，或(ii)刚性固体。在某些实施方案中，非平面的衬底是柔性管、刚性管、刚性固体或柔性固体。 如图2A所示，太阳能电池200包括衬底102、背电极104、半导体结206、可选的本征层215、透明导电层110、可选的电极带220、可选的填充层230，和可选的透明管形套210。在一些实施方案中，非平面式太阳能单元200也包括可选的荧光粉涂层和/或反反射涂层，以进一步加强对太阳辐射的吸收。
非平面式衬底102。非平面式衬底102作为太阳能电池200的衬底。在一些实施方案中，衬底102的全部或部分是非平面闭合形状。例如，在一些实施方案中，衬底102的全部或部分是刚性管或刚性固体杆。在一些实施方案中，衬底102的全部或部分是任何固体或中空的圆柱形。在一些实施方案中，衬底102是由塑料金属或玻璃制出的刚性管。在一些实施方案中，太阳能单元200的整体外形与衬底102的形状相同。在一些实施方案中，太阳能单元200的整体外形与衬底102的形状不同。在一些实施方案中，衬底102是非纤维的。
在一些实施方案中，衬底102是刚性的。可利用各种不同计量，包括但不限于杨氏模数来度量材料的刚性。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杨氏模数。在下表中给出各种材料的杨氏模数。
在本发明的一些实施方案中，当材料(例如，衬底102)由杨氏模量为20GPa或更大、30GPa或更大、40GPa或更大、50GPa或更大、60GPa或更大、或者70GPa或更大的材料来制备时，其被认为是刚性的。在本发明的一些实施方案中，当材料的杨氏模量在应变范围上恒定不变时，该材料(例如，衬底102)被认为是刚性的。这样的材料被称为是线性的，并遵循胡克定律(Hooke’sLaw)。在一些实施方案中，衬底102由遵循胡克定律的线性材料制出。线性材料的例子包括但不限于钢、碳化纤维和玻璃。橡胶和土壤(除非处于非常低的应变下)是非线性材料。
本发明不限于具有刚性圆柱形或者是固体杆的衬底。衬底102的全部或一部分可由图2A中所示的圆形之外的若干形状中的任意一种限定形成的横截面来表征。该限定形状可以是圆形、卵形或由一个或更多平滑曲面表征的任何形状、平滑曲面的任何接合中的任意一种。该限定形状可以具有n角，其中n是3、5或大于5。该限定形状也可以本质上为线性的，包括三角形、矩形、五角形、六角形、或具有任意数量的线性分段表面的形状。或者，该横截面可以由线性表面、弓形表面、或者曲面的任意组合来限定形成。如在此所述，仅为了便于讨论，示出多面圆形横截面来表示光电装置的非平面实 施方案。但是，应当注意，任意横截面几何形状都可被用于在实际中非平面的光电装置10。
在一些实施方案中，衬底102的第一部分的特征在于第一横截面形状，衬底102的第二部分特征在于第二横截面形状，其中第一和第二横截面形状是相同或不同的。在一些实施方案中，衬底102长度的至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或者全部的特征在于第一横截面形状。在一些实施方案中，第一横截面形状是平面的(例如，没有弓形侧)，而第二横截面形状具有至少一个弓形侧。
在一些实施方案中，非平面式衬底102为(i)管状或者(ii)刚性固体。在一些实施方案中，非平面式衬底102是柔性管、刚性管、刚性固体或柔性固体。例如，在一些实施方案中，非平面式衬底102是空的柔性纤维。在一些实施方案中，非平面式衬底102是由塑料金属或玻璃制出的刚性管。在一些实施方案中，非平面式衬底102由塑料、金属、金属合金或玻璃制得。在一些实施方案中，衬底102由氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、聚苯并咪唑、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰胺—酰亚胺、基于玻璃基酚、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66、乙酸丁酸纤维素、醋酸纤维素、刚性乙烯树脂、塑性乙烯树脂或者聚丙烯制得。在一些实施方案中，衬底102由铝矽酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、双色玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、碱石灰玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化玻璃、玻璃基酚(glass-based phenolic)、含铅玻璃或者cereated玻璃制得。
在一些实施方案中，非平面式衬底102由例如聚苯并咪唑(例如， 
可从德克萨斯Shiner的Boedeker Plastics公司获得)的材料制得。 在一些实施方案中，非平面式衬底102由聚酰胺(例如，特拉华Wilmington的DuPontTM、
或者DupontTM 
)制得。在一些实施方案中，非平面式衬底102由聚四氟乙烯(PTFE)或者聚醚醚酮(PEEK)(它们每一个都可以从Boedeker Plastics公司获得)制得。在一些实施方案中，非平面式衬底102由聚酰胺—酰亚胺(例如，乔治亚Alpharetta的
PAI，Solvay AdvancedPolymers)制得。
在一些实施方案中，衬底102由基于玻璃基酚制得。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”。可以使用各种树脂类型及布材料来制造具有一定范围机械、热及电特性的热固性叠层。在一些实施方案中，衬底102是具有NEMA级G-3、G-5、G-7、G-9、G-10或G-11的酚叠层。示例酚叠层可从Boedeker Plastics，Inc.购得。
在一些实施方案中，衬底102由聚苯乙烯制得。聚苯乙烯的例子包括常用聚苯乙烯和耐冲性聚苯乙烯，如McGraw-Hill公司在1987年出版的《Marks’Standard Handbook for Mechanical Engineers》第九版第6-174页所述的耐冲性聚苯乙烯，在此引入其全部内容作为参考。在其它实施方案中，衬底102由交联聚苯乙烯制得。交联聚苯乙烯的一个例子是
(从加利福尼亚National City的San Diego Plastics公司获得)。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。
在其它实施方案中，衬底102由聚碳酸酯制得。这样的聚碳酸酯可以包含各种量的玻璃纤维(例如，10％、20％、30％或40％)，以调节材料的拉伸 强度、硬度、压缩强度和热膨胀系数。聚碳酸酯的例子是
M和
W，它们可以从Boedeker Plastics公司获得。
在一些实施方案中，衬底102由聚乙烯制得。在一些实施方案中，衬底102由低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或超高分子量聚乙烯(UHMW PE)制得。HDPE的化学特性在McGraw-Hill公司1987年出版的Marks的Standard Handbook for Mechanical Engineers第九版第6-173页中进行了描述，在此引入其全部内容作为参考。在一些实施方案中，衬底102由丙烯腈—丁二烯—苯乙烯、聚四氟乙烯(Teflon)、聚甲基丙烯酸酯(透明合成树脂或树脂玻璃)、尼龙66、醋酸丁酸纤维素、醋酸纤维素、刚性乙烯树脂、塑性乙烯树脂或聚丙烯制得。这些材料的化学特性在McGraw-Hill公司1987年出版的Marks的Standard Handbook for Mechanical Engineers第九版第6-172至6-175页中有描述，在此引入其全部内容作为参考。
可用于形成衬底102的其它示例性材料在以下文件中找到：McGraw-Hill公司出版的Modern Plastics Encyclopedia》；Butterworth出版的《Fibres，Plasticsand Rubbers》中的“reinhold plastics applications series，Reinhold Roff”；McGraw-Hill公司出版的Lee和Neville的Epoxy Resins；Interscience出版的Bilmetyer的Textbook of polymer science；McGraw-Hill出版的Schmidt和Marlies的principles of high polymer theory and practice；Beadle编，Plastics，Morgan-Grampiand，Ltd.，Vol.2，1970；Tobolsky和Mark(编)，Polyner Scienceand Materials，Wiley 1971；Glanville，The Plastics’s Engineer’s Data Book，Industrial Press，1971；Mohr(编辑和资深作家)、Oleesky、Shook和Meyers，SPIHandbook of Technology and Engineering of Reinforced Plastics Composites，VanNostrand Reinhold，1973；在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，衬底102的横截面是圆周，并且包含3mm-100mm、4mm-75mm、5mm-50mm、10mm-40mm或14mm-17mm的外径。在一些实施方案中，衬底102的横截面是圆周，并且具有1mm-1000mm的外径。
在一些实施方案中，衬底102是具有中空内部的管。在这样的实施方案中，衬底102的横截面的特征在于限定形成中空内部的内半径和外半径。内半径和外半径之间的差值是衬底102的厚度。在一些实施方案中，衬底102的厚度在0.1mm-20mm、0.3mm-10mm、0.5mm-5mm或1mm-2mm之间。在一些实施方案中，内半径在1mm-100mm、3mm-50mm或5mm-10mm之间。
参照图2B，在一些实施方案中，衬底102的长度l在5mm-10,000mm、50mm-5000mm、100mm-3000mm或500mm-1500mm之间。在一个实施方案中，衬底102是具有15mm外径、1.2mm厚度和1040mm长度的中空管。
背电极104。背电极104环绕设置在衬底102上。背电极104用作第一电极。通常，背电极104由能够支持由非平面式太阳能电池200产生的光电电流并具有可忽略电阻损耗的任何材料制成。在一些实施方案中，背电极104由任何导电材料制成，例如铝、钼、钨、钒、铑、铌、铬、钽、钛、钢、镍、铂、银、金，上述金属的合金，或其任意组合。在一些实施方案中，背电极104由任何导电材料制成，例如氧化铟锡、氮化钛、氧化锡、掺氟氧化锡、掺杂氧化锌、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、掺硼氧化锌、氧化铟锌、金属-碳黑填充氧化物、石磨-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、导电玻璃或导电塑料。如在此所定义的，导电塑料是通过化合技术包含导电填充物，从而将它们的导电特性传递给该塑料的材料。在一些实施方案中，导电塑料被用于形成包含填充物的背电极104，该填充物在塑 料基质中形成足量的导电电流输送路径以支持非平面式太阳能电池200所产生的光电电流并具有可忽略的阻抗损耗。导电塑料的塑料基质通常是绝缘的，但产生的合成物显示出填充体的导电特性。
半导体结206。半导体结206围绕背电极104形成。半导体结206是具有吸收体层106的任意光电同质结、异质结、异质面结、掩埋同质结、p-i-n结或串联结，该吸收体层106是直接的带-隙吸收体(例如，结晶硅)或间接的带-隙吸收体(例如，无定型硅)。这些结的描述可见以下文献：Imperial CollegePress(伦敦)1998年出版的Bube的Photovoltaic Materials第一章，和英格兰West Sussex的John Wiley & Sons有限公司于2003年发行的Lugue和Hegedus的Handbook of Photovoltaic Science and Engineearing，在此引入其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，半导体结包括吸收体层106和结匹配层108，其中结匹配层108环绕设置在吸收体层106上。在一些实施方案中，吸收体层106是铜-铟-镓-二硒化物(CIGS)，结匹配层108是In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-XMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2或掺杂ZnO。在一些实施方案中，吸收体层108的厚度为0.5μm-2.0μm。在一些实施方案中，吸收体层108中Cu/(In+Ga)的构成比为0.7-0.95。在一些实施方案中，吸收体层108中Ga/(In+Ga)的构成比为0.2-0.4。在一些实施方案中，吸收体层108包括具有<110>结晶方向、<112>结晶方向的CIGS或随机定向的CIGS。
在以下第5.4节详细描述了半导体结206的示例性类型。除了在以下第5.4节中公开的示例性结，结206可以是多结，其中光线横穿结206的核而穿过多个结，该多个结优选地具有更小的带间隙。
可选的本征层215。可选地，具有薄本征层(i-层)215，其环绕设置在半导 体结206上。该i-层215可以使用任意非掺杂透明氧化物制成，该非掺杂透明氧化物包括但不限于氧化锌、金属氧化物或高度绝缘的任意透明材料。在一些实施方案中，i-层215是高纯度的氧化锌。
透明导电层110。透明导电层110环绕设置在半导体结层206上，从而使太阳能电池200的电路完整。如上所示，在一些实施方案中，薄i-层215环绕设置在半导体结206上。在这样的实施方案中，透明导电层110环绕设置在该i-层215上。在一些实施方案中，透明导电层110由以下材料制成：碳纳米管、氧化锡SnOx(含氟掺杂或不含氟掺杂)、氧化铟锡(ITO)、掺杂氧化锌(例如，掺铝氧化锌)、氧化铟锌、掺杂氧化锌、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、掺硼氧化锌、或其任意组合。碳纳米管是商业可得的，例如，来自Eikos(马萨诸塞州，富兰克林)并且在美国专利号6,988,925中所描述的，在此结合其全部内容作为参考。在一些实施方案中，透明导电层110是p-掺杂或是n-掺杂的。例如，在结206的外部半导体层是p-掺杂的实施方案中，透明导电层110可以是p-掺杂。同样地，在结206的外部半导体层是n-掺杂的实施方案中，透明导电层110可以是n-掺杂。一般地，透明导电层110优选由具有非常低的阻抗、合适的光学传播特性(例如，大于90％)和不会破坏半导体结206和/或光学i-层215下层的沉积温度的材料制得。在一些实施方案中，透明导电层110是导电的聚合物材料，例如导电的聚噻吩(polytiophene)、导电的聚苯胺、导电的聚吡咯、掺PSS的PEDOT(例如，Bayrton)，或者上述任何材料的衍生物。在一些实施方案中，透明导电层110不止一层，包括第一层和第二层，其中第一层包含氧化锡SnOx(含氟掺杂或不含氟掺杂)、氧化铟锡(ITO)、铟-氧化锌、掺杂氧化锌(例如，掺铝氧化锌)或其任意组合，而第二层包含导电的聚噻吩、导电的聚苯胺、导电的聚吡咯、掺PSS的PEDOT(例如，Bayrton)，或者上述 任何材料的衍生物。可用于形成透明导电层110的其它合适的材料在Pichler的美国专利公开2004/0187917A1中被披露，在此结合其全部内容作为参考。
可选的电极带220。在一些实施方案中，对电极带或导线220被设置在透明导电层110上，以便于电流流动。在一些实施方案中，对电极带220是导电材料的薄带，其沿细长的太阳能电池的长轴纵向延伸。在一些实施方案中，可选的电极带间隔设置在透明导电层110的表面上。例如，在图2A中，对电极带220彼此平行地延伸并且沿太阳能电池的长轴间隔开90度的间隔。在一些实施方案中，对电极带220在透明导电层110的表面上隔开5度、10度、15度、20度、30度、40度、50度、60度、90度或180度的间隔。在一些实施方案中，在透明导电层110的表面上只有单个对电极带220。在一些实施方案中，在透明导电层110的表面上没有对电极带220。在一些实施方案中，在透明导电层110的表面上存在2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、15个或更多、30个或更多的对电极带220，它们都沿太阳能电池的长轴彼此平行或大致平行地延伸。在一些实施方案中，对电极带220围绕透明导电层110的圆周等间隔设置，例如，如图2A所示。在可选实施方案中，对电极带220围绕透明导电层110的圆周非等间隔设置。在一些实施方案中，对电极带220只在非平面式太阳能电池200的一个面上。在一些实施方案中，图2A的元件102、104、206、215(可选的)和110共同包括太阳能电池200。在一些实施方案中，对电极带220由导电环氧化物、导电墨水、铜及其合金、铝及其合金、镍及其合金、银及其合金、金及其合金、导电胶水、或者导电塑料制得。
在一些实施方案中，存在沿非平面式太阳能电池200的长轴延伸的对电极带。这些对电极带通过栅极线彼此互相连接。这些栅极线可以比电极带更 厚、更薄、或具有相同宽度。这些栅极线可以由与对电极带220的相同或不同的电学材料制得。
可选的填充层230。在一些实施方案中，如图2A所示，例如乙烯醋酸乙烯(EVA)、硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯丁缩醛(PVB)、热塑性聚亚安酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物和/或聚氨酯的密封剂制成的填充层230环绕设置在透明导电层110上以密封阻隔空气。
在一些实施方案中，填充层230是Q型硅、硅倍半氧烷、D型硅或M型硅。然而，在一些实施方案中，当同时有一个或多个电极带220时，甚至可以不需要可选的填充层230。用于可选填充层的其它合适材料在2006年3月18日提交的、名称为“Elongated Photovoltaic Solar Cells in Tubular Casings”、代理机构案号为11653-008-999的共同未决的美国专利申请号11/378,847中被描述，在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，可选填充层230是叠层，例如公开于在2007年3月13日提交的、名称为“A Photovoltaic Apparatus Having a Laminate Layer andMethod for Making the Same”、代理机构案号为11653-032-888的申请号待定的美国临时专利申请中的任何叠层，在此结合其全部内容进行参考。在一些实施方案中，填充层230具有小于1×106cP的粘度。在一些实施方案中，填充层230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，填充层230包括聚二甲基硅氧烷聚合物。在一些实施方案中，填充层230按比重包括：小于50％的绝缘胶或形成绝缘胶的组分；和至少30％的透明硅油，该透明硅油的开始粘度不超过绝缘胶或形成绝缘胶的组分的开始粘度的一半。在一些实施方案中，填充层230具有大于500×10-6/℃的热膨胀 系数，并且按比重包括：小于50％的绝缘胶或形成绝缘胶的组分；和至少30％的透明硅油。在一些实施方案中，填充层230由硅油与绝缘胶混合形成。在一些实施方案中，硅油是聚二甲基硅氧烷聚合物流体，并且绝缘胶是第一有机硅弹性体和第二有机硅弹性体的混合物。在一些实施方案中，填充层230按比重由X％的聚二甲基硅氧烷聚合物流体、Y％的第一有机硅弹性体和Z％的第二有机硅弹性体形成，其中X、Y和Z的和为100。在一些实施方案中，聚二甲基硅氧烷聚合物流体具有化学式(CH3)3SiO[SiO(CH3)2]nSi(CH3)3，其中n是被选的整数范围，其使聚合物流体的平均体积粘度为50厘斯托克(centistokes)-100厘斯托克范围内。在一些实施方案中，第一有机硅弹性体按比重包括至少60％的二甲基乙烯—封端的二甲基硅氧烷，和3％-7％的硅酸盐。在一些实施方案中，第二有机硅弹性体按比重包括：(i)至少60％的二甲基乙烯—封端的二甲基硅氧烷；(ii)10％—30％的氢—封端的二甲基硅氧烷；和(iii)3％—7％的三甲基硅石。在一些实施方案中，X为30—90；Y为2—20；而Z为2—20。
可选的透明非平面式管形套210。在一些不具有可选的填充层230的实施方案中，透明非平面式管形套210环绕设置在透明导电层110上。在一些不具有可选的填充层230的实施方案中，透明非平面式管形套210由塑料或玻璃制得。在一些实施方案中，太阳能电池200被密封在透明非平面式管形套210中。在一些实施方案中，如图2A所示，透明非平面式管形套210形成太阳能电池200的最外层。可以用加热收缩、喷射模制或真空负荷等方法构建透明非平面式管形套210，从而将氧气和水排出系统，并且为太阳能电池200的下层提供互补配合。
在一些实施方案中，可选的透明非平面式管形套210由铝矽酸盐玻璃、 硼硅酸盐玻璃、双色玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、碱石灰玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化玻璃、含铅玻璃或cereated玻璃制得。在一些实施方案中，透明非平面式管形套210由氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、硅、硅胶、环氧化合物、聚酰胺或聚烯烃制得。
在一些实施方案中，可选的透明非平面式管形套210由以下材料制得：氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、含氟聚合物、硅、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅胶、环氧化物、乙烯醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基碳氟化合物(PFA)、尼龙/聚酰胺、交联聚乙烯(PEX)、聚烯烃、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性共聚物(例如，，其从乙烯和四氟乙烯的聚合获得：
单体)、聚亚安酯/聚氨酯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、
、乙烯树脂、或者上述材料的任意组合或其变体。用于可选的透明非平面式管形套210的其它合适材料公开于在2006年3月18日提交的、名称为“ElongatedPhotovoltaic Solar Cells in Tubular Casings”、代理机构案号为11653-008-999的共同未决的美国专利申请号11/378,847中，在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，透明非平面式管形套210包括多个透明非平面式管形套层。在一些实施方案中，每个透明非平面式管形套层由不同的材料组成。例如，在一些实施方案中，透明非平面式管形套210包括第一透明非平面式管形套层和第二透明非平面式管形套层。依据太阳能电池的精确构造，第一透明非平面式管形套层置于透明导电层110、可选的填充层230或防水(waterresistant)层上。第二透明非平面式管形套层置于第一透明非平面式管形套层上。
在一些实施方案中，每个透明非平面式管形套层具有不同的特性。在一个实施方案中，外部透明非平面式管形套层具有UV屏蔽性，而内部透明非平面式管形套层具有防水性。此外，使用多个透明非平面式管形套层可以降低成本和/或改善透明非平面式管形套210的整体特性。例如，一层透明管形套层可以由具有理想的物理特性的昂贵材料制得。通过使用一层或多层其它透明非平面式管形套层，可减少昂贵的透明非平面式管形套层的厚度，从而节省材料成本。在另一实施方案中，一层透明非平面式管形套层可以具有优异的光学特性(例如，折射率等)但却太重。通过使用一层或多层其它透明非平面式管形套层，可以减少重的透明非平面式管形套层的厚度，从而降低透明非平面式管形套210的整体重量。
可选的防水层。在一些实施方案中，一层或多层防水层被涂覆在太阳能电池200上。在一些实施方案中，在沉积可选的填充层230和可选地将太阳能电池200包覆在透明非平面式管形套310中之前，将这样的防水层置于透明导电层110之上。在一些实施方案中，在可选地将太阳能电池200包覆在透明管形套210中之前，将这样的防水层置于可选的填充层230上。在一些实施方案中，这样的防水层被置于透明非平面式管形套210自身上，从而形成太阳能电池200。在一些实施方案中，提供防水层来密封太阳能电池的内层以阻隔水，应当注意，防水层的光学特性不应干扰太阳能电池200对入射太阳辐射的吸收。在一些实施方案中，防水层由纯净硅制得。例如，在一些实施方案中，防水层由Q型硅、硅倍半氧烷、D型硅或M型硅制得。在一些实施方案中，防水层由纯净硅、SiN、SiOxNy、SiOx或Al2O3制得，其中x和y是整数。
可选的增透涂层。在一些实施方案中，太阳能电池包括一个或多个增透 涂层，以使太阳能电池的效率最大化。在一些实施方案中，存在防水层和增透涂层。在一些实施方案中，只具有一个层，起到防水层和增透涂层的双重功能。在一些实施方案中，增透涂层由MgF2、硝酸硅、硝酸钛、一氧化硅或氮氧化硅(silicone oxide nitrite)制成。在一些实施方案中，存在不止一层的增透涂层。在一些实施方案中，存在不止一层的增透涂层，并且每层由相同材料制得。在一些实施方案中，存在不止一层的增透涂层，并且每一层由不同的材料制得。在一些实施方案中，增透涂层置于层110、层230和/或层210之上。
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)被涂覆在一层太阳能电池200的表面上。在一些实施方案中，太阳能电池200包括透明非平面式管形套210，并且荧光材料涂覆在透明非平面式管形套210的发光表面和/或外部表面上。在一些实施方案中，荧光材料涂覆在透明导电层的外侧表面上。在一些实施方案中，太阳能电池200包括透明非平面式管形套210和可选的填充层230，并且荧光材料涂覆在可选的填充层上。在一些实施方案中，太阳能电池200包括防水层，并且荧光材料涂覆在防水层上。在一些实施方案中，太阳能电池200的不止一个表面被涂覆了可选的荧光材料。在一些实施方案中，荧光材料吸收蓝色和/或紫外线光，一些半导体结206不用这些光来转换成电，并且荧光材料发出可见光和/或红外线光，在一些示例性太阳能电池200中用于发电。
荧光的、发光的或磷光的材料可以吸收蓝色的或UV范围的光并发出可见光。磷光材料，或磷，通常包括合适的主材料和活化剂材料。该主材料典型地是锌、镉、锰、铝、硅或不同的稀土金属的氧化物、硫化物、硒化物、卤化物或硅酸盐。加入所述活化剂以延长发光时间。
在一些实施方案中，磷光材料被用于提高太阳能电池200的光吸收。在一些实施方案中，磷光材料被直接加入用于制造可选透明管形套210的材料中。在一些实施方案中，磷光材料与粘结剂混合，作为透明涂料来涂覆每个太阳能电池200的不同外层或内层，如上所述。
示例性磷包括但不限于，活性铜硫化锌(ZnS：Cu)和活性银硫化锌(ZnS：Ag)。其它示例性磷光材料包括但不限于，硫化锌和硫化镉(ZnS：CdS)，由铕活化的锶铝酸盐(SrAlO3：Eu)，由镨和铝活化的钛酸锶(SrTiO3：Pr，Al)，具有含铋的硫化锶的硫化钙((Ca，Sr)S：Bi)，活性铜和镁硫化锌(ZnS：Cu，Mg)，或其任意组合。
本领域已知生产磷的方法。例如，制造ZnS：Cu或其它有关磷光材料的方法描述于Butler等的美国专利号2,807,587、Morrison等的美国专利No.3,031,415、Morrison等的美国专利号3,031,416、Strock的美国专利No.3,152,995、Payne的美国专利号3,154,712、Lagos等的美国专利号3,222,214、Poss的美国专利No.3,657,142、Reilly等的美国专利号4,859,361和Karam等的美国专利号5,269,966，在此结合其每个的全部内容作为参考。制造ZnS：Ag或有关磷光材料的方法描述于Park等的美国专利号6,200,497、Ihara等的美国专利号6,025,675、Takahara等的美国专利号4,804,882和Matsuda等的美国专利号4,512,912，在此结合其每个的全部内容作为参考。通常，磷的持续性随波长的减小而增大。在一些实施方案中，量子点(quantum dot)的CdSe或类似磷光材料可被用于获得相同效果。参见Dabbousi等，1995，“Electroluminescencefrom CdSe quantum-dot/polymer composites”，Applied Physics Letters 66(11)：1316-1318；Dabbousi等，1997，“(CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots：Synthesisand Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites”，J.Phys.Chem.B，101：9463-9475；Ebenstein等，2002，“Fluorescence quantum yield of CdSe：ZnS nanocrystals investigated by correclated atomic-force andsingle-particle fluorescence microscopy”，Applied Physics Letters 80：4033-4035；和Peng等，2000，“Shape control of CdSe nanocrystals”，Nature 404：59-61；在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，荧光增白剂可被用于可选的荧光层。荧光增白剂(也已知为光学增白剂、荧光增白剂、荧光发白剂)是染料，其吸收电磁光谱的紫外线和紫色区域中的光并再发出蓝色区域的光。这样的混合物包括二苯乙烯(例如，反-1，2-二苯乙烯或(E)-1，2-二苯乙烯)。另一可用于可选的荧光层的示例性荧光增白剂是伞形酮(7-羟基香豆素)，其也吸收光谱UV部分的能量。该能量之后被再发出在可见光谱的蓝色部分。关于荧光增白剂的更多信息参见Dean，1963，“Naturally Occurring Oxygen Ring Compounds”，Butterworths，伦敦；Joule和Mills，2000，“Heterocyclic Chemistry”，第4版，Blackwell Science，英国牛津大学；和Barton，1999，Comprehensive Natural Products Chemistry2：677，Nakanishi and Meth-Cohn编，Elsevier，英国牛津大学，在此结合其全部内容作为参考。
环绕设置。在本发明中，多层材料被相继环绕设置在非平面式衬底之上，以形成太阳能电池。如在此所使用的，术语“环绕设置”并非表示每一层这样的材料必须沉积在下层之上或者光电池的形状是圆柱形。实际上，本发明提供了方法，通过该方法一些这样的层可以被模制到或用其它方式形成在下层上。此外，如上结合讨论衬底102而进行的讨论，在衬底和下层可能具有任意几个不同的非平面形状。然而，术语“环绕设置”意味着上层被设置在下层上，从而使得上层与下层之间没有空隙(例如，非环形空隙)。另外，如在此所使用的，术语“环绕设置”意思是上层被设置在下层的至少50％周长之上。还有，如在 此所使用的，术语“环绕设置”意思是上层沿下层长度的一半以上设置。
环绕密封。如在此使用的，术语“环绕密封”并非指上层或结构必须被沉积在下层或结构之上。事实上，这样的层或结构(例如，透明管形套210)可以被模制到或以其它方式形成在下层或结构之上。然而，术语“环绕密封”意味着上层或结构被设置在下层或结构之上，从而使得上层或结构与下层或结构之间没有环形空隙。另外，如在此所使用的，术语“环绕密封”是指上层被设置在下层的全部周长上。在典型实施方案中，一层或结构环绕密封下层或结构，此时其沿圆周地环绕下层或结构的全部周长并在给定太阳能电池中沿下层或结构的全部长度设置。然而，设计一些实施方案，其中环绕密封的层或结构并不沿给定太阳能电池的下层或结构的全部长度延伸。
在一些实施方案中，太阳能单元是太阳能电池模块。如在此所使用的，术语“太阳能电池模块”是指在非平面式衬底上彼此电连接的多个太阳能电池。该多个太阳能电池可以是单片集成的或非单片集成的。
参见图2B，在一些实施方案中，太阳能单元是单片集成的太阳能电池模块270，其包括以单片集成的方式在非平面式衬底102上线性或非线性排列的多个太阳能电池200。参见图2B，太阳能电池模块270包括与多个非平面式光电池200共用的衬底102。衬底102具有第一端和第二端。多个非平面式太阳能电池200如图2B所示线性地或非线性地排列在衬底102上。多个太阳能电池包括第一和第二非平面式太阳能电池200。多个非平面式太阳能电池200中的每个非平面式太阳能电池200包括环绕设置在共用非平面式衬底102上的背电极104和环绕设置在背电极104上的半导体结206。在图2B的例子中，半导体结206包括吸收器106和窗口层108。多个非平面式太阳能电池200中的每个非平面式太阳能电池200还包括环绕设置在半导体结206上的透明导 电层110。在图2B的例子中，在多个太阳能电池中，第一非平面式太阳能电池200的透明导电层110与第二光电池的背电极通过通路280串联电连接。这样，第一和第二非平面式太阳能电池200串联连接。在一些实施方案中，每个通路280延伸环绕太阳能电池的全部圆周。在一些实施方案中，每个通路280不延伸环绕太阳能电池的全部圆周。事实上，在一些实施方案中，每个通路只延伸环绕太阳能电池的一小部分圆周。在一些实施方案中，每个非平面式太阳能电池200可以包括一个、二个、三个、四个或多个、十个或多个、或者一百个或多个通路280，该通路280将非平面式太阳能电池200的透明导电层110与相邻非平面式光电池199的背电极104串联连接。图2B只示出了一个太阳能电池模块270的结构。其它太阳能电池模块结构270公开于美国专利申请号11/378,835中，在此结合其全部内容作为参考。
5.2.具有空间间隔的太阳能电池系统
为了最优化太阳辐射的吸收，用非平面式太阳能单元来形成太阳能电池组件。也为了进一步改善该组件的太阳辐射吸收性能，在此公开的太阳能电池组件中的非平面式太阳能单元被排列成使其彼此空间间隔开。在一些实施方案中，非平面式太阳能单元是如图2B所述的单片集成的太阳能电池模块270。在一些实施方案中，太阳能单元是非单片集成的。在这样的实施方案中，太阳能单元具有如图2A所描述的沿太阳能单元长轴的全部长度和部分长度的结构。应当理解，太阳能单元可以是如图2A描述的太阳能电池200，其中衬底上只有单个太阳能电池，或者，事实上，太阳能单元可以是太阳能电池模块270，其中沿衬底的长轴的长度有多个太阳能电池，太阳能电池模块中的每个这样的太阳能电池具有多层如图2A所描述的太阳能电池200。在一些组 件中，太阳能电池200(非单片集成)和太阳能电池模块270(单片集成)混合。为了标识以下附图中的太阳能单元，太阳能单元被标记成“太阳能单元1000”。本领域技术人员应当理解，这样的太阳能单元100可以是太阳能电池模块270(例如，如图2B中的单片集成的或其它单片集成的结构)或是单个太阳能电池200(如图2A中的非单片集成的或其它非单片集成的结构)，或者是一些其它形式的非平面式太阳能电池模块。
5.2.1.未被包覆的由分离器间隔的太阳能组件
在一些实施方案中，非平面式太阳能单元1000被排列成使相邻的平行太阳能单元1000彼此空间间隔开。在一些实施方案中，每个非平面式太阳能单元1000包括在第5.1节所述的任意结构。非平面式太阳能单元1000被设置成可以以多种结构安装的组件。
图3A示出了依据一个实施方案的太阳能电池组件300。每个太阳能电池组件300包括非平面式(例如，圆柱形)太阳能单元1000，该太阳能单元1000以共面的形式彼此平行排列。在相邻的一对太阳能单元之间存在电池分离器距离306。太阳能组件300被可选的通道距离312彼此间隔开。安装太阳能组件300使其以分隔距离314位于反照表面316的上方。在给定的太阳能电池装配件中，一个太阳能电池组件的分隔距离314可以与另一个太阳能电池组件的分隔距离314相同或不同。
对可以用于形成太阳能电池组件300的非平面式太阳能单元1000的数量没有限制。在一些实施方案中，太阳能组件300包括5个或更多个、10个或更多个、20个或更多个、50个或更多个、100个或更多个、200个或更多个、或者500个或更多个非平面式太阳能单元1000。
5.2.1.1.太阳能单元的特性
在一些实施方案中，太阳能电池组件300包括太阳能电池面板和/或支持该太阳能电池面板并保持太阳能电池效率的外围设备和系统。
太阳能电池尺寸。参照图3A-3C，在一些实施方案中，每个非平面式太阳能单元1000是具有横截面直径302的圆柱形(无论太阳能单元1000是如图2A所示的非单片集成的太阳能电池200，或是如图2B所示的单片集成的太阳能电池模块270)或者一些其它结构。在一些实施方案中，太阳能单元200是圆柱形的，并且尺寸302是圆柱形太阳能单元200的直径。例如，在一些实施方案中，尺寸302是非平面式太阳能单元1000的外半径(例如，图2B所示的r0)的值的两倍。在一些实施方案中，非平面式太阳能单元1000的尺寸302为2厘米至6厘米。然而，对非平面式太阳能单元1000的尺寸没有限制。在一些实施方案中，尺寸302是0.5厘米或更大、1厘米或更大、2厘米或更大、5厘米或更大、或者10厘米或更大。
分离器距离306。相邻的平行非平面式太阳能单元1000由分离器距离306间隔开。从非平面式太阳能单元的一边至相邻的非平面式太阳能单元1000的距离是距离304。在一些实施方案中，距离304是太阳能单元1000尺寸302和分离器距离306的总和，如图3B所示。类似地，对分离器距离306也没有限制。在一些实施方案中，分离器距离306是0.1厘米或更大、0.5厘米或更大、1厘米或更大、2厘米或更大、5厘米或更大、10厘米或更大、或者20厘米或更大。在一些实施方案中，分离器距离306至少等于或大于非平面式太阳能单元1000的尺寸302。在一些实施方案中，分离器距离306为1×、1.5×、2×、2.5×非平面式太阳能单元1000的尺寸302。在一些实施方案中，每对相邻的太阳能单元1000之间的分离器距离306相同。在一些实施方案中，组件 300中的一对或多对相邻的太阳能单元1000之间的分离器距离306不同。在一些实施方案中，每对相邻的太阳能单元1000之间的分离器距离306在制造阈值范围内。例如，在一些实施方案中，在组件300中的每对相邻的太阳能单元1000之间的分离器距离306为固定值的10％、5％、1％或0.5％之内。
5.2.1.2.太阳能单元组件的其它特性
安装表面380。参照图3A，其上安装有太阳能电池组件300的表面380可被分为两个类型：表面覆盖区域和表面非覆盖区域。表面覆盖区域处于非平面式太阳能单元1000的阴影中，从而避开了直接太阳辐射。表面覆盖区域与非平面式太阳能单元1000的尺寸302成正比，而与分离器距离306的长度成反比。表面非覆盖区域暴露在直接太阳辐射下。到达表面380的表面非覆盖区域的太阳辐射的量代表没有直接接触非平面式太阳能单元1000表面的能量。加强太阳能电池组件300的太阳能吸收的一个方法是改变太阳辐射的方向，使太阳辐射从非覆盖区域再照射到非平面式太阳能单元1000。参见图3C，在太阳能电池组件300的边界内，覆盖区域和非覆盖区域的概念可以由以下例子表示。假设非平面式太阳能单元1000的长度为l，分离器距离306(dl)和电池尺寸302(al)的总和为cl，其中cl＝al+dl，并且太阳能电池组件300中有n个太阳能单元。当n充分大并且当太阳光直接照射在太阳能电池组件300上时，假定dl不变，表面380上覆盖区域的能量为l×al×n的乘积，非覆盖区域的能量为l×dl×n的乘积。表面380被覆盖的比例可以通过改变al和dl的值来调整。
通道312。相邻的太阳能电池组件300通过通道312彼此间隔开。如图3所示，两个太阳能电池组件300被安装在安装表面380的上方。太阳能电池 组件300共面或接近共面。由太阳能电池组件300限定的平面或大致平面平行于由表面380所限定的平面。在它们的共面结构中，如图3C所示，相邻的太阳能电池组件300被排列成彼此相邻，从而使太阳能单元的长轴彼此平行。在一些实施方案中，两个相邻太阳能电池组件300的太阳能单元1000的末端成直线(例如，图3C中的305)。将相邻的并排的太阳能电池组件300间隔开的空间为通道312，如图3B和3C所示。通道312的尺寸也有助于太阳能电池组件300的效率。在一些实施方案中，与分离器距离306类似，通道312的存在提高了太阳能电池组件300的效率。在一些实施方案中，通道312等于或小于图3B的距离314。
反照层316。在一些实施方案中，将高反照率材料(例如，白色涂料)沉积在其上安装有太阳能电池组件300的表面380上，从而形成反照层316。在一些实施方案中，如图3A-3C所示，反照层316平行于由太阳能电池组件300限定的平面。反照率是表面或主体的反射率的测量值，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。设置反照层316的目的是改变照射到表面非覆盖区域的太阳辐射的方向，使之从非覆盖区域再照射到组件300的非平面式太阳能单元1000上。
在一些实施方案中，通过在相邻太阳能电池组件的表面涂覆反射的白色，使之具有高反照率。在一些实施方案中，也可以使用具有高反照率的其它材料。例如，环绕这样的太阳能单元的一些材料的反照率接近或超过70％、80％或90％。例如，参见Boer，1977，Solar Energy，19，525，在此引入全部内容作为参考。然而，也可以是具有任何反照率的表面(例如，50％或更大、60％或更大、70％或更大)。在一个实施方案中，太阳能电池组件成排设置在砂砾(gravel)表面上方，其中该砂砾被涂覆成白色以提高其反射性能。通常， 任意朗伯表面或漫反射表面可被用于提供高反照表面。可使用的反照表面的更多描述公开于美国专利申请号11/315,523中，在此引入全部内容作为参考。在一些实施方案中，在反照表面316涂覆自清洁层。这种自清洁层的更多描述公开于美国专利申请号11/315,523中，在此引入全部内容作为参考。
分隔距离314。参考图3A-3C，在一些实施方案中，太阳能单元1000安装在安装表面380上方至少一段分隔距离314处。这意味着，组件中的任意太阳能单元1000的任何部分与安装表面之间的最接近的点间隔至少一些有限的分隔距离314。分隔距离314大于0。在一些实施方案中，太阳能单元1000以一个相对于安装表面的角度安装。在这样的实施方案中，每个太阳能单元1000的大部分与安装表面380间隔开一段距离，该距离远大于最小的分隔距离314。然而，在这样的实施方案中，每个太阳能单元1000的所有部分都与安装表面380间隔开一段等于或大于分隔距离314的距离。在一些实施方案中，太阳能电池组件中的一些太阳能单元1000的全部或部分小于最小分隔距离314。然而，这样的实施方案并非最优选的。
在一些实施方案中，安装表面380上沉积有高反照率材料(例如，白色涂料)，从而形成高反照表面316。在一些实施方案中，分隔距离314大于分离器距离306的长度。在一些实施方案中，分隔距离314大于通道312的宽度。在一些实施方案中，分隔距离314大于分离器距离306的长度且分隔距离314大于通道312的宽度。在一些实施方案中，太阳能电池组件300所限定的平面或近似平面与高反照表面316和/或安装表面380分开25厘米或更大(例如，距离314为25厘米或更大)。在一些实施方案中，例如，太阳能电池组件300所限定的平面与表面316分开2米或更大。在一些实施方案中，太阳能电池组件300所限定的表面相对于安装表面380成一定角度。在一些实施方案中， 高反照表面316为多层建筑的顶、大规模建筑的顶或娱乐设施的顶。在一些实施方案中，在高反照表面316与太阳能电池组件300所限定的平面之间有导管或其它物体。在这样的实施方案中，这样的障碍物本身涂覆有反照率材料，以便在太阳能电池组件300所限定的平面下方形成反照率环境。
太阳能电池组件还可能存在其它特征。例如，参见Durisch等，1997，“Characterization of a large area photovoltaic laminate”，Bulletin SEV/VSE10：35-38；Durisch等，2000，“Characterization of photovoltaic generators”，AppliedEnergy 65：273-284；Durisch等，1996，“Characterization of Solar Cells andModules under Actual Operating Conditions”，Proceedingsof the WorldRenewable Energy Congress 1：359-366；在此结合其全部内容作为参考。
5.2.2.被包覆的分离器间隔开的太阳能电池组件
套402。参考图4A，在一些实施方案中，太阳能单元1000被例如盒状套402包覆以形成太阳能电池组件400。参考图4A-4C，套402包括可选的顶层404、底部406和多个透明侧面板408。虽然未被示出，但套402可以具有斜面拐角和外壳，并且实际上可以具有任意三维形状。在一些实施方案中，顶面404是透明层，其将太阳能单元1000密封在太阳能电池组件中。在一些实施方案中，顶面404上没有透明层，并且非平面式太阳能单元1000暴露在直接的太阳辐射下。
在一些实施方案中，当被包覆的太阳能电池组件400具有可选的顶面404时，顶面404可以调整成有利于通过非平面式太阳能单元1000吸收太阳能。在一些实施方案中，顶面404是玻璃层，优选地由低离子玻璃(low ion glass)制成，以减少太阳辐射的吸收。在一些实施方案中，顶面404是有织纹的玻 璃表面。在玻璃表面生成图案以减轻耀眼效应。在一些实施方案中，顶面404由聚合物材料制得，优选使用在UV辐射中稳定的材料。在一些实施方案中，其它合适的透明材料也可以用于形成顶面404。在一些实施方案中，顶面404在其一侧涂覆有增透涂层。
类似于顶面404，在一些实施方案中，侧面板408是透明的，并且可以由例如塑料或玻璃制得，以减小或消除非平面式太阳能单元1000的遮蔽效应。在一些实施方案中，可选的顶盖层404也可以由透明塑料或玻璃材料制得。在这样的实施方案中，透明盖层404和透明侧面板408密封非平面式太阳能单元1000以阻隔外部环境。有利地，具有密封顶面404的被包覆的太阳能电池组件400更易清洁、维护和运输。侧面板408可以用任何用来制造顶面404的材料制成。另外，侧面板408可以涂覆有增透涂层。
透明顶盖层404和透明侧面板408可以由用于制造透明管形套210的相同材料制成。在一些实施方案中，透明顶盖层404和透明侧面板408由铝矽酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、双色玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、碱石灰玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化玻璃、含铅玻璃或者cereated玻璃制得。在一些实施方案中，透明顶盖层404和/或侧面板408由氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、硅、硅胶、环氧化物、聚酰胺或聚烯烃制得。
在一些实施方案中，透明顶盖层404和/或透明侧面板408由以下材料制得：氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、含氟聚合物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基碳氟化合物(PFA)、尼龙/聚酰胺、交联聚乙烯(PEX)、聚烯烃、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性共聚物(例如，
，其 从乙烯和四氟乙烯的聚合获得：单体)、聚亚安酯/聚氨酯、透明聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、
乙烯树脂、
或者上述材料的任意组合或变体。
在一些实施方案中，透明顶盖层404和/或透明侧面板408包括多个透明涂层。例如，在一些实施方案中，透明顶盖层404和/或透明侧面板408涂覆有增透涂层和/或防水层。在一些实施方案中，透明顶盖层404和/或透明侧面板408具有优异的UV屏蔽特性。此外，使用多个透明顶盖层404和/或透明侧面板408可以降低成本以及/或者改善透明顶盖层404和/或透明侧面板408的整体性能。例如，一层顶盖层404和/或透明侧面板408可以由具有理想的物理特性的昂贵材料制得。通过使用更多一个或多个其它层，昂贵层的厚度可被减小，从而节省材料成本。在另一个实施方案中，一层透明顶盖层404和/或透明侧面板408具有理想的光学特性(例如，折射率等)但却太致密。通过使用一层或多层其它透明层，致密层的厚度可被减小，从而降低透明顶盖层404和/或透明侧面板408的整体重量。用于制造透明顶盖层404和/或透明侧面板408的其它参考在美国专利申请号11/378,847中描述，在此结合其全部内容作为参考。
然而，顶盖层404的存在也可阻止太阳辐射产生的热量从被包覆的太阳能电池组件400中释放出去。在一些实施方案中，在透明侧面板408、底部406或甚至是顶面404中形成开口，以加强太阳能电池组件400和外部环境之间的空气循环。在一些实施方案中，开口可以是具有1毫米或更大、2毫米或更大、5毫米或更大的直径的小孔。在一些实施方案中，开口可以是或不是圆形的，总开口面积在0.1平方毫米-10,000平方毫米。在一些实施方案中，这些孔可被网丝覆盖以避免碎片进入组件400。在一些实施方案中，这样的网丝 由透明塑料制得。
在太阳能电池组件400中，非平面式太阳能单元1000也由尺寸302限定，并由分离器距离306彼此间隔开。在太阳能电池组件300的一些实施方案中，距离304被定义为分离器距离306和尺寸302的总和。可选的顶盖层404、透明侧面板408和底部406一起影响非平面式太阳能单元1000周围的空气循环。在一些实施方案中，太阳能电池组件400中不存在可选的顶盖层404。在这样的实施方案中，太阳辐射产生的热量被更有效地从太阳能电池组件400中释放。在一些实施方案中，特别当不存在可选的顶盖层404时，排水系统(例如，底部406中的一个或多个孔)可用在太阳能电池组件400中以排流降水。
在每个被包覆的太阳能电池组件中，非平面式太阳能单元1000与底部406分隔距离314。参见图4D，非平面式太阳能单元1000被分离器距离306间隔，以减小或消除由相邻非平面式太阳能单元1000引起的遮蔽效应。
在一些实施方案中，直射的太阳光穿过分离器距离306，并且照射在底部406和/或层316。底部406不同于透明侧面板408或可选的顶面404，因为不需要底部406是透明的。相反，底部406在一些实施方案中是高反射性的。在一些实施方案中，底部406能够将太阳辐射反射(相比由非平面式太阳能单元1000吸收的太阳能)回非平面式太阳能单元1000上，以提高圆柱形太阳能单元对太阳辐射的吸收。在一些实施方案中，底部406是定向反射的面，其将太阳辐射反射到非平面式太阳能单元1000上，以提高太阳辐射的吸收。在一些实施方案中，高反照层316沉积在底部406上，以将太阳辐射反射到太阳能单元1000上。一些实施方案的底部406和安装表面380的反射特性的其它信息可以在下文5.2.3节找到。在一些实施方案中，反照表面316平行于太阳能电池组件400中的非平面式太阳能单元1000所限定的平面。反照表面316 和非平面式太阳能单元1000所限定的平面以距离314彼此间隔开。此外，在一些实施方案中，被包覆的太阳能电池组件400以通道312彼此间隔开。
在一些实施方案中，如图4F所示，太阳能电池组件480平行于底部406安装。在这种平行构造中，在非平面式太阳能单元1000之间可以收集降水。在一些实施方案中，非平面式太阳能单元1000安装成使该单元的长轴相对于底部308成一定角度，如图5A和6A所示，以有利于太阳能电池组件480的排水。在一些实施方案中，最终的太阳能电池组件中没有套402。例如，非平面式太阳能单元1000和渐开线的内反射器420直接装配在连接装置310中。
5.2.3.聚光器和反射器
在一些实施方案中，底部406(图4)和/或安装表面380被设计成使太阳辐射更有效地反射到非平面式太阳能单元1000上。在一些实施方案中，聚光器(例如，图4E中的聚光器410)和/或反射表面可以被设计在底部406和/或安装表面380中，以改变太阳辐射的方向使之照射到太阳能单元1000上并改善太阳能电池组件的性能。图4E中示出了在一个示例性实施方案中使用静态聚光器，其中静态聚光器410被置于底部表面406上以提高太阳能电池组件的效率。静态聚光器410可以与太阳能电池组件300(例如，如图3所示)、被包覆的太阳能电池组件400(例如，如图4所示)、或任意其它实施方案一同使用。当反射装置例如静态聚光器410与太阳能电池组件(例如，图3中的太阳能电池组件300)一同使用又不存在盒状套时，静态聚光器410可以被置于安装表面380上。
静态聚光器410可以由任意本领域已知的静态聚光器材料形成，例如，由简单适度弯曲或模制的铝片，或聚亚安酯上的反射器膜形成。反射器410 的形状被设计成将太阳辐射反射到非平面式太阳能单元1000上。在一些实施方案中，反射器是抛物线槽状反射器，如图4E所示。在一些实施方案中，聚光器410是低集中度、非成像、复合抛物线聚光器(CPC)型收集器。即，任意(CPC)类型的收集器均可以与太阳能电池组件一同使用。关于(CPC)类型收集器的更多信息，参见Pereira和Gordon，1989，“Journal of Solar EnergyEngineering，111”，第111-116页，在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，使用如图4G所示的静态聚光器410。此外，静态聚光器410可以与太阳能电池组件300(例如，如图3所示)、被包覆的太阳能电池组件400(例如，如图4所示)，或任意其它在此公开的实施方案一同使用。图4G中的静态聚光器410包括亚毫米V-沟道，其被设计成捕获并反射入射到太阳能单元1000的光线。这种聚光器的更多细节可在以下文献中找到：Uematsu等，2001年，“Solar Energy Materials & Solar Cell 67，425-434”；和Uematsu等，2001年，“Solar Energy Materials & Solar Cell 67，441-448”；在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，聚光器是任意类型的聚光器，例如那些在2003年由Luque and Hegedus(编辑)在英格兰西苏塞克斯的Wiley & Sons出版的《Handbook of Photovoltaic Science and Engineearing》中所讨论的聚光器，在此引入其全部内容作为参考。这样的聚光器包括但不限于：抛物线聚光器、复合的抛物线聚光器、V-槽聚光器、反射透镜，具有次级光学元件(例如，V-槽、折射CPC、折射井(silo)等)的聚光器、静态聚光器(例如，依靠总的内反射的绝缘棱镜)、RXI聚光器、绝缘的单镜二阶(D-SMTS)槽聚光器，等等。其它聚光器可见于：Luque，“Solar Cells and Optics for PhotovoltaicConcentration”，Adam Hilger，布里斯托尔，费城(1989)，在此结合其全部内 容作为参考。在一些实施方案中，使用简单的反射表面。
其它可被使用的聚光器公开于：Uematsu等，1999年，“Proceedings of the11th International Photovoltaic Science and Engineering Conference”，日本札幌，第957—958页；Uematsu等，1998年，“Proceedings of the Second WorldConference on Photovoltaic Solar Energy Conversion”，奥地利维也纳，第1570—1573页；Warabisako等，1998年，“Proceedings of the Second World Conferenceon Photovoltaic Solar Energy Conversion”，奥地利维也纳，第1226—1231页；Eames等，1998年，“Proceedings of the Second World Conference on PhotovoltaicSolar Energy Conversion”，奥地利维也纳，第2206—2209页；Bowden等，1993年，“Proceedings of the 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference”，第1068—1072页；和Parada等，1991年，“Proceedings of the 10th EC Photovoltaic SolarEnergy Conference”，第975—978页；在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，内反射器被添加在太阳能单元1000之间，以提高太阳辐射的吸收。如在此所使用的，术语“内反射器”是指任意类型的反射装置，其位于太阳能单元1000之间，并通常与太阳能单元组件中的太阳能单元1000位于同一平面。内反射器具有增加相邻太阳能单元1000在太阳辐射中的暴露的一般特性。然而，内反射器在某种程度上消除了所公开的装置的一个主要优点，即遮蔽效应减小。因此，在一些实施方案中，不使用内反射器。在一些实施方案中，虽然使用内反射器，但将其设计成使遮蔽最小化。
例如，参见图4F，渐开线内反射器420被附着到非平面式太阳能单元1000的每一侧，以改变太阳辐射的方向使之照向太阳能单元。每个渐开线的反射器的形状与对应的非平面式太阳能单元1000的形状互补。在相邻的非平面式太阳能单元1000上的渐开线内反射器420以分离器距离306间隔开。在一些 实施方案中，如图4F所示，非平面式太阳能单元1000和渐开线反射器(例如，图4F中的太阳能电池组件480)的组合阵列与表面406和/或安装表面380分隔距离314。在一些实施方案中，高反照层316沉积在表面406和/或安装表面380上。在一些实施方案中，底部406和/或安装表面380由反照率材料制得。在这样的实施方案中，不需要反照层316。
反射材料可以通过使用例如真空沉积技术沉积在反射表面380、406、410和/或420上。在一些实施方案中，开发出滚式涂覆方法以在具有保护性氧化铝涂层的反射表面380、406、410和/或420上涂覆第一反射涂层(例如，表面银镜)。在一些实施方案中，通过真空蒸发方法，将反射层涂覆在沉积在衬底表面(例如，在反射表面380、406、410和/或420上)的金属层上。在一些实施方案中，通过离子柱辅助沉积方法沉积保护性氧化铝涂层。
在一些实施方案中，反射表面380、406、410和/或420上的反射涂层大于0.5微米、1微米或更大、2微米或更大、或者5微米或更大。在一些实施方案中，高于90％的镜面反射可以在反射表面380、406、410和/或420上维持至少10年。
5.2.4.太阳能电池组件的安装
具有涂层或没有涂层的太阳能电池组件(例如，图3和5中的太阳能电池组件300或者图5和6中的太阳能电池组件400)可以与安装表面380和/或底部406平行安装，或者与安装表面380和/或底部406成倾斜角度安装。例如，参照图5A，太阳能电池组件300可以以一倾斜角度(例如，图5A中的θ或506)安装。倾斜角506是由太阳能电池组件300的太阳能单元的长轴形成的平面与其上安装太阳能电池组件的表面之间的夹角。在一些实施方案中，如图5C 所示，倾斜角是太阳能电池组件300的平面和反照涂覆表面316之间的夹角。可以调整倾斜角506以使长的太阳能单元1000在太阳辐射中的暴露最大化。在一些实施方案中，倾斜角506相对于太阳能电池组件的地理位置而改变。例如，如果太阳能电池组件接近赤道安装，则太阳能电池组件300的倾斜角506可以接近于零度，而安装在加利福尼亚州萨克拉曼多的太阳能电池组件300的倾斜角506可能要远远大于零度。在一些实施方案中，倾斜角506可以是0-2度、2-5度、2度或更大、10度或更大、20度或更大、30度或更大、或者50度或更大。
太阳辐射的入射角度每天都在改变。可以利用太阳辐射的季节变化使太阳能电池组件(例如，太阳能电池组件300或400)的太阳辐射吸收最大化。在一些实施方案中，安装太阳能电池组件的倾斜角506可随季节改变。
可以通过使用支撑件508(例如，如图5A所示的框状支撑件)来以倾斜角506安装太阳能电池组件300。在一些实施方案中，框状支撑件可以具有简单的内部机构，以允许太阳能电池组件(例如，图5中的太阳能电池组件300或图6中的太阳能电池组件400)以多个倾斜角被安装。例如，框状支撑件508可包含一个或多个与太阳能电池连接装置310连接的设置(例如，多个内部沟道的一个)。
在一些实施方案中，如图5C所示，太阳能电池组件300和反照表面316之间的分隔距离314是太阳能单元1000的任意部分和反照表面316之间的最小距离。
在一些实施方案中，被包覆的太阳能电池组件400也可以以一倾斜角安装。太阳能组件的倾斜不同于倾斜角504(在图5中示出)。太阳能电池组件400的倾斜角是太阳能电池组件400的平面和安装表面380之间的夹角。在被包 覆的太阳能电池组件400的一些实施方案中，高反照层316沉积在套402的底部406上。在这些实施方案中，太阳能单元和底部反照层316之间的距离大致等于每个非平面式太阳能单元1000的长轴。因此，太阳能电池组件400的倾斜角不会影响太阳辐射反射到太阳能单元1000。然而，太阳能电池组件400的倾斜角影响所吸收太阳辐射产生的热量从太阳能电池组件400释放。一般而言，较大的太阳能电池组件400倾斜角能更有效地促进热量从太阳能电池组件400释放。当太阳能电池组件400被安装在屋顶的顶部时，由太阳能单元吸收的太阳辐射经常产生大量热量，而使屋顶顶部显著升温。例如，当太阳能电池组件400以倾斜角604安装时，如图6所示，太阳能电池组件400和支撑框架508之间的空间使得空气循环可以流动，从而有效地使非平面式太阳能电池200降温。在较低温度，非平面式太阳能单元1000向屋顶顶部辐射较少热量。
图5B示出了两个太阳能电池组件300的相对位置，这两个太阳能电池组件300以前后结构排列。这种前后结构与图4C中的并排结构不同。如图5A-5C所示，前后结构的相邻太阳能电池组件排列在一条线上。前后结构的相邻太阳能电池组件以距离504彼此间隔开。距离504随倾斜角506改变。当倾斜角506变为零度时(即，太阳能电池组件300平行于安装表面380和高反照表面316)，相邻的非平面式太阳能单元1000可被排列成首尾相连(例如，504为0)，以获得安装表面380的最大覆盖。也可以通过减小分离器距离306至零来获得安装表面380的最大覆盖，即彼此相邻地排列非平面式太阳能单元。
5.3.太阳能电池组件的优点
有利地，空间间隔的太阳能单元1000所形成的太阳能电池组件300和400 能更加有效地吸收射入的太阳辐射，更能抵御不利天气条件，并且对其周围产生更小的负面影响(例如，加热安装表面例如建筑屋顶)。
通过最小化遮蔽效应而提高收集效率。相邻非平面式太阳能单元1000的遮蔽效应取决于太阳辐射触及表面的位置。例如，当太阳辐射以理想垂直角度(例如，在图3D中所示的当入射角为0度)照射非平面式太阳能单元的顶部时，相邻太阳能电池不会产生遮蔽效应。实际上，在这个太阳辐射位置，每个非平面式太阳能单元1000的半个表面暴露在直射的太阳光中。然而，这样的直接的太阳辐射在一天当中仅仅出现非常有限的一段时间，例如正午前后。在一天中的大部分时间里，太阳辐射都是以不垂直于非平面式太阳能单元1000顶部的角度照射到非平面式太阳能单元1000上的。在这些情况下，对于给定的非平面式太阳能单元1000而言，当相邻单元1000彼此非常接近时，射入的太阳辐射的一部分将被邻接非平面式太阳能单元100阻隔。在由邻接太阳能单元1000产生的阴影中的光电表面有效地避开了直接的太阳辐射。因此，太阳辐射吸收被削弱。
有利地，分离器距离306的存在允许非平面式太阳能单元1000最大范围地暴露在太阳辐射中，并因此通过提高太阳能吸收而提高其效率。参见图3E，两个非平面式太阳能单元1000以分离器距离306隔开。以任意给定的射入太阳辐射的角度，遮蔽效应由分离器距离306确定。当入射角相对于太阳能单元1000限定的平面变大时，相邻的非平面式太阳能单元1000在邻接的太阳能单元1000上投射更大的阴影区域。通过隔开非平面式太阳能单元1000，如图3E所示，阴影区域减小。在一些实施方案中，调节分离器距离306，使得来自相邻非平面式太阳能单元1000的遮蔽效应在一天中的大部分时间被最小化。
同样有利地，分离器距离306的存在允许太阳能单元1000暴露在太阳辐射中的时间更长，从而在此公开的太阳能电池组件保持高效率直到下午4或5点或甚至是傍晚。为了完全利用太阳电能，光电高峰效率需要对抗高峰电性负荷。高峰电性负荷决定于地理位置、地方工业和人口分布。例如，在亚利桑那州，在炎热的夏季里，高峰电性负荷可能出现在大多数人在家中或单位打开他们的空调时。在一些情况下，高峰电性负荷出现在当大多数人回到家中的傍晚。然而，晚上没有太阳光。对于最传统的太阳能电池系统而言，光电效率高峰出现在正午前后，此时最大量的太阳辐射直接投射在太阳能单元1000上。因此傍晚的高峰电性负荷需要依赖天然气或其它资源发电。收集效率可以使用Durisch等，“Efficiency of Selected Photovoltaic Modules and AnnualYield at a Sunny Site in Jordan”，Proceedings of the World Renewable EnergyCongress VIII(WREC 2004)：1-10中提及的方法计算，在此引入其全部内容作为参考。
通过降低非平面式太阳能单元的发热来提高收集效率。当太阳能电池组件(例如，图3和5中的太阳能电池组件300或者图5和6中的太阳能电池组件400)中的太阳能单元1000吸收太阳辐射时，它们的温度升高。多数太阳能单元1000的电能转换效率受到太阳能电池面板温度升高的不利影响。在多数太阳能电池系统中观测到与高温有关的效率降低，例如，具有基于CIGS和结晶硅的半导体系统的太阳能电池系统的效率随着太阳能电池组件的温度每升高一度而下降0.5％。关于太阳能电池性能和效率的其它信息可以在以下文献中找到:Burgess和Pritchard，1978，“Performance of a One Kilowatt ConcentratorPhotovoltaic Array Utilizing Active Cooling”，IEEE photovoltaic specialistsconference，华盛顿，DCCONF-780619-5；和Yoshida等，1981，“High Efficiency large area AlGaAs/GaAs Concentrator solar cells”，Photovoltaic Solar EnergyConference，Proceedings of the Third International Conference A82-2410110-44：970-974，在此结合其全部内容作为参考。
有利地，分离器距离306、通道312和高度314的存在促进了太阳能电池组件300内的空气循环。在一些实施方案中，当高度314至少大于分离器距离306或通道312时，将有效冷却太阳能单元1000。图3F示出了分离器距离306、通道312和高度314利于冷却热的太阳能电池组件的可能机构。由于有分离器距离306、通道312和分隔距离314，非平面式太阳能单元1000周围的空气与环境空气流动连通。来自非平面式太阳能单元1000的热量以许多气流的形式被释放，例如，如图3F所示的气流320、330和340。此外，自然对流例如风也进一步促进热量从热的非平面式太阳能单元1000中释放。涉及自然对流和传热的通用参考文献包括：Lin和Churchill，1978，“Turbulent FreeConvection From a Vertical Isothermal Plate”，Numerical Heat Transfer，1：129-145；Siebers等，1985，“Experimental，Variable Properties Natural ConvectionFrom a Large，Vertical，Flat Surface”，ASME J.Heat Transfer，107：124-132；以及Warner和Arpaci，1968，“An Experimenal Investigation of Turbulent NaturalConvection in Air along a Vertical Heated Flat Plate”，Intl.J.Heat & MassTransfer，11：397-406；在此引入其全部内容作为参考。更多的涉及太阳能电池系统的指定参考文献包括：M.J.O’Neill，“Silicon Low-Concentration，Line-Focus，Terrestrial Modules”，Solar Cells and their Applications的第10章，John Wiley & Sons，New York，1995；以及Sandberg和Moshfegh，2002，“Buoyancy-Induced Air Flow in Photovoltaic Facades-Effect of Geometry of theAir Gapand Location of Solar Cell Modules”，Building and Environment，37：211-218(8)；在此结合其全部内容作为参考。
基于降低风负载影响的较佳结构完整性。太阳能电池面板的结构完整性对于装置的使用寿命而言是很重要的。强风虽然对于降低太阳能单元1000的温度很有帮助，但是它通常会引起太阳能电池面板的结构损坏。有利地，在此公开的太阳能电池组件(例如，太阳能电池组件300)由空间上间隔开的太阳能单元1000形成。因此，它们更能抵御不利天气条件，例如带有强风的暴风雨雪天气。如图3F所示，由于有分离器距离306、高度314和通道312，能够有效地降低太阳能电池组件300的整体风负载。关于风负载和光电模块性能的其它参考文献可见，例如：Munzer等，1999，“Thin Monocrystalline siliconSolar Cells”，IEEE Transactions on Electron Devices 46(10)：2055-2061；Hirasawa等，1994，“Design and drawing support system for photovoltaic array structure”，Photovoltaic Energy Conversion，Conference Record of the Twenty Fourth IEEEPhotovoltaic Specialists Conference 1：1127-1130；Dhere等，“Investigation ofDegradation Aspects of Field Deployed Photovoltaic Modules”，NCPV and SolarProgramm Review Meeting 2003NREL/CD-520-33586：958；Wohlgemuth，1994，“Reliability Testing of PV Modules”，IEEE First World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion 1：889-892；以及Wohlgemuth等，2000，“Reliability and performance testing of photovoltaic modules”，PhotovoltaicSpecialists Conference，Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE：1483-1486；在此结合其全部内容作为参考。
对周围环境的负面影响减小。由于吸收进入的太阳辐射，太阳能电池模块被加热到很高的温度。这样的高温可能对太阳能电池模块的周围环境产生不利影响。例如，高温太阳能电池模块使得建筑物屋顶的温度过热，并且有的时候引起火灾。如图3F所示，分离器距离306、通道312和高度314有助于降低太阳能电池模块的温度，从而也使得屋顶的加热效应更低。在一些实 施方案中，通过在太阳能电池组件300中实施其它特征而进一步减小这样的降低对周围环境的负面影响。例如，加入反射的反照层和/或通过在支撑框架508上安装太阳能电池组件而抬高太阳能电池组件远离安装表面380。
跟踪。所公开的装置还提供了自跟踪的其它好处。即，不需要使用跟踪装置来安置太阳能单元1000的组件而使它们面对太阳光。如上所述，跟踪装置在本领域被用于加强太阳能电池的效率。跟踪装置跟随太阳的移动而随时间移动。而且，由于太阳能单元1000之间的间隔以及太阳能单元1000限定的平面与安装表面380和/或底部406之间的间隔，太阳能单元1000将在一天中的主要时段将相同大小的光电表面积直接面对太阳光。
5.4示例性的半导体结
参照图7A，在一个实施方案中，半导体结206是异质结，位于设置在背电极104上的吸收体层106和设置在吸收体层106上的结匹配层108之间。层106和108由具有不同带隙和电子亲合性的不同半导体组成，从而使结匹配层106的带隙比吸收体层108的带隙更大。在一些实施方案中，吸收体层106是p—掺杂的而结匹配层108是n—掺杂的。在这样的实施方案中，透明导电层110(未示出)是n+—掺杂的。在可选实施方案中，吸收体层106是n—掺杂的而透明导电层110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，被列举在Pandey，“Handbook ofSemiconductor Electrodeposition”，Marcel Dekker Inc.，1996，附件5(在此结合其全部内容作为参考)上的半导体被用于形成半导体结206。
5.4.1基于铜铟二硒化物和其它类型I-III-VI材料的薄膜半导体结
继续参考图7A，在一些实施方案中，吸收体层106是I-III-VI2化合物， 例如铜铟二硒化物(CuInSe2；也称为CIS)。在一些实施方案中，吸收体层106是I-III-VI2三重化合物，选自p-型或者n-型的以下物质(当这种化合物已知存在时)：CdGeAs2、ZnSnAs2、CuInTe2、AgInTe2、CuInSe2、CuGaTe2、ZnGeAs2、CdSnP2、AgInSe2、AgGaTe2、CuInS2、CdSiAs2、ZnSnP2、CdGeP2、ZnSnAs2、CuGaSe2、AgGaSe2、AgInS2、ZnGeP2、ZnSiAs2、ZnSiP2、CdSiP2或CuGaS2。
在一些实施方案中，结匹配层108是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一个实施方案中，吸收体层106是p-型CIS而结匹配层108是n-型CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。这样的半导体结406在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第六章中有描述，在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，吸收体层106是铜-铟-镓-二硒化物(CIGS)。这样的层已知为Cu(InGa)Se2。在一些实施方案中，吸收体层106是铜-铟-镓-二硒化物(CIGS)，而结匹配层108是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一些实施方案中，吸收体层106是p-型CIGS，而结匹配层108是n-型CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。这样的半导体结406在Handbook of Photovoltaic Science andEngineering，2003，Luque and Hegedus编，Wiley & Sons，West Sussex，England第12章的第十三节中有描述，在此结合其全部内容作为参考。在一些实施方案中，层106厚度为0.5μm-2.0μm。在一些实施方案中，层502中Cu/(In+Ga)的构成比为0.7-0.95。在一些实施方案中，层106中Ga/(In+Ga)的构成比为0.2-0.4。在一些实施方案中，CIGS吸收体具有<110>结晶方向。在一些实施方案中，CIGS吸收体具有<112>结晶方向。在一些实施方案中，CIGS吸收体为随意定向。
5.4.2基于无定形硅或多晶硅的半导体结
在一些实施方案中，参考图7B，半导体结206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714包括SnO2(Sb)，层712包括非掺杂无定形硅，而层710包括n+掺杂无定形硅。
在一些实施方案中，半导体结206是p-i-n型结。例如，在一些实施方案中，层714是p+掺杂无定形硅，层712是非掺杂无定形硅，而层710是n+无定形硅。这样的半导体结206在Bube，Photovoltaic Materials，1998，ImperialCollege Press，London的第三章中有描述，在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，半导体结406基于薄膜多晶硅。参考图7B，在依据这样实施方案的一个实施例中，层710是p-掺杂多晶硅，层712是耗尽型多晶硅，而层714是n-掺杂多晶硅。这样的半导体结在Green，Silicon Solar Cells：Advanced Principles & Practice，Centre for Photovoltaic Devices and Systems，University of New South Wales，Sydney 1995和Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London，第57-66页中有描述，在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，使用在无定形Si:H太阳能电池中使用的基于p-型微晶Si:H和微晶Si:C:H的半导体结406。这样的半导体结在Bube，PhotovoltaicMaterials，1998，Imperial College Press，London，第66-67页中描述，在此结合其全部内容作为参考。
在一些实施方案中，半导体结206是串联结(tandem junction)。串联结描述在例如：Kim等，1989，“Lightweight(AlGaAs)GaAs/CuInSe2 Tandem junctionsolar cells for space applications”，Aerospace and Electronic Systems Magazine，IEEE Vol.4，1989年11月11日，第23-32页；Deng，2005，“Optimization of a-SiGe based triple，tandem and single-junction solar cells”，Photovoltaic SpecialistsConference，2005 Conference Record of the Thirty-first IEEE 3-7，2005年1月，第1365-1370页；Arya等，2000，“Amorphous Silicon based tandem junctionthin-film technology：a manufacturing perspective”，Photovoltaic SpecialistsConference，2000，Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE 15-22，2000年9月，第1433-1436页；Hart，1988，“High altitude current-voltage measurementof GaAs/Ge Solar Cells”，Photovoltaic Specialists Conference，1988，ConferenceRecord of the Twentieth IEEE 26-30，1988年9月，第764-765页，vol.1；Kim，1988，“High efficiency GaAs/CuInSe2 Tandem junction solar cells”，PhotovoltaicSpecialists Conference，1988，Conference Record of the Twentieth IEEE 26-30，1988年9月，第457-461页，vol.1；Mitchell，1988，“Single and tandem junctionCuInSe2 cell and module technology”，Photovoltaic Specialists Conference，1988，Conference Record of the Twentieth IEEE 26-30，1988年9月，第1384-1389页，vol.2；以及Kim，1989，“High specific power(AlGaAs)GaAs/CuInSe2 tandemjunction solar cells for space applications”，Energy Conversion EngineeringConference，1989，IECEC-89，Proceedings of the 24th Intersociety 6-11，1989年8月，第779-784页，vol.2；在此结合其全部内容作为参考。
5.4.3.基于砷化镓和其它类型III-V材料的半导体结
在一些实施方案中，半导体结206基于砷化镓(GaAs)和其它III-V材料，例如InP、AlSb和CdTe。GaAs是具有1.43eV带隙的直接带隙材料，并在大约2微米厚时能吸收的97％的AM1辐射。可作为半导体结的合适类型III-V结在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第四 章中有描述，在此结合其全部内容作为参考。
另外，在一些实施方案中，半导体结206是混和的多结太阳能电池，例如GaAs/Si机械堆叠的多结(在Gee和Virshup，1988，20th IEEE PhotovoltaicSpecialist Conference，IEEE Publishing，New York，第754页中有描述，在此结合其全部内容作为参考)，由GaAs薄膜顶电池和ZnCdS/CuInSe2薄膜底电池组成的GaAs/CuInSe2MSMJ四端装置(Stanbery等，19th IEEE PhotovoltaicSpecialist Conference，IEEE Publishing，New York，第280页和Kim等，20thIEEE Photovoltaic Specialist Conference，IEEE Publishing，New York，第1487页中有描述，在此结合其全部内容作为参考)。其它的混和多结太阳能电池在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London，第131-132页中有描述，在此结合其全部内容作为参考。
5.4.4基于碲化镉和其它类型II-VI材料的半导体结
在一些实施方案中，半导体结206基于II-VI化合物，其能以n-型或者p-型形式制备。因此，在一些实施方案中，参照图7C，半导体结206是p-n异质结，其中，层720和740是在下表中列出的任意组合或者它们的合金。
制造半导体结206的方法基于II-VI化合物，其在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London的第四章中有描述，在此结合其全部内容作为参考。
5.4.5基于结晶硅的半导体结
尽管优选由薄膜半导体膜制得的半导体结206，但也可以使用其它结。例如，在一些实施方案中，半导体结206基于结晶硅。例如，参考图7D，在一些实施方案中，半导体结206包括一层p-型结晶硅740和一层n-型结晶硅750。制造结晶硅半导体结206的方法在Bube，Photovoltaic Materials，1998，ImperialCollege Press，London第二章中有描述，在此结合其全部内容作为参考。
5.5示例性尺寸
如图2B所示，太阳能电池模块270具有大于其横截面宽度w的长度l。在一些实施方案中，太阳能电池模块270的长度l为10毫米-100,000毫米，而宽度w为3毫米-10,000毫米。在一些实施方案中，太阳能电池模块的长度l为10毫米-5,000毫米，而宽度d为10毫米-1,000毫米。在一些实施方案中，太阳能电池模块270的长度l为40毫米-15000毫米，而宽度d为10毫米-50毫米。
在一些实施方案中，太阳能电池模块270可以如图2B所示被拉长。如图2B所示，拉长的太阳能电池模块270用纵向尺寸l和宽度尺寸w表征。在拉长的太阳能电池模块270的一些实施方案中，纵向尺寸l超出了宽度尺寸w乘以至少一个系数4、至少一个系数5或至少一个系数6。在一些实施方案中，太阳能电池模块270的纵向尺寸l是10厘米或更大、20厘米或更大，或者100厘米或更大。在一些实施方案中，太阳能电池模块270的宽度w(例如，在太阳能电池为圆柱形的实例中的直径)是5毫米或更大、10毫米或更大、50毫米 或更大、100毫米或更大、500毫米或更大、1000毫米或更大，或者2000毫米或更大。
6.实施例
非平面式太阳能单元1000彼此平行或大致平行地排列，具有空间间隔或不具有空间间隔。用计算机模拟分析比较太阳能单元1000的不同空间排列下太阳辐射的吸收程度。这样的建模是可能的，因为已知与太阳能电池有关的光学原理。即，对于非平面式太阳能单元1000的任意给定几何排列，可以精确计算来自镜面、散射面和反照面的太阳能吸收、反射、衍射和背反射。此外，太阳辐射的特征已经被很好地研究。在任何给定时间，太阳在天空中的位置可以由纬度和方位角精确确定。此外，太阳能电池组件的特点可被很好定义(例如，太阳能电池尺寸、太阳能电池组件和安装表面之间的分离器距离和分隔距离的尺寸)。因此，可以计算辐射的程度、入射角和任何太阳能组件收集的太阳能能量。在这一节给出计算机模拟数据，以说明具有太阳能单元分离器距离306和分隔距离314的太阳能单元1000的组件比具有很小或没有没有电池分离器距离306且位于衬底上因而没有分隔距离314的紧密封装太阳能电池组件更有效地收集太阳辐射。
6.1.太阳能电池组件中的空间间隔
在图8A-8C中示出了非平面式太阳能单元1000的不同空间排列。计算由具有这些不同排列的非平面式太阳能单元1000收集的太阳能，并相互比较。在图8A中，非平面式太阳能单元1000被排列成长轴沿北-南方向对齐。非平面式太阳能单元1000的尺寸是a1，而圆柱形太阳能单元和相邻的圆柱形太阳能单元之间的距离为c1。因为c1包括这两个太阳能单元1000之间的分离器 距离306，安装表面的覆盖率可以大体表述为a1对c1的比率，例如a1/c1。对于给定类型的太阳能电池装配件，太阳能电池组件的太阳能单元1000覆盖率a1/c1与材料成本按比例关联。当太阳能单元之间的分离器距离基本变为0时，太阳能单元覆盖率a1/c1达到1。太阳能单元覆盖率a1/c1为0.5，表示太阳能单元与等于太阳能单元1000宽度的分离器距离306间隔开。
在图8B中，非平面式太阳能单元1000被排列成每个太阳能单元1000的长轴沿东-西方向对齐，垂直于图8A中的太阳能单元1000的方向。类似于图8A的情况，图8B中安装表面的覆盖率也可以大体表示为a1对c1的比率，例如a1/c1。在图8A和8B中，非平面式太阳能单元1000与相邻太阳能单元1000间隔开距离(分离器距离306)地安装。这样的排列也被称为水平格网布置。
在图8C中，非平面式太阳能单元1000相互抵靠而被紧密封装，从而使得相邻非平面式太阳单元1000之间的分离器距离306最小。图8C表示太阳能单元1000的标准现有技术结构。实质上，非平面式太阳能单元1000形成双面板。在图8C中，因为分离器距离306是可以忽略的，因此建模研究引入新的覆盖率定义以获得图8A和8B中所示结构所定义的百分比覆盖率概念。如图8C所示，太阳能电池组件的大小可以由其宽度a2和长度l定义。太阳能电池组件的安装面积可以由面板间隔c2和电池长度l定义。因此，如图8C所示的双面板的管覆盖率也可估算为a2/c2。
根据为图8中显示的双面板实施方案限定的安装面积的这些定义，相对于不同的倾斜角度(如图8C所示)来分析收集的太阳能能量。更具体地，对这三个结构(图8A、8B和8C)的每一个分析两个不同倾斜角度(38.3度和10度)收集的太阳能。对使用不同太阳能电池装配件而收集的模拟年度太阳能进行 比较研究。分析结果如下所述。
6.2.空间上间隔的太阳能单元能更有效地收集太阳能
实施计算机模拟实验来估算在上一节描述的由每个太阳能电池装配件收集的年度太阳能。图10总结并比较了模拟研究的结果。每个太阳能电池装配件收集的总的年度太阳能被绘制为每类太阳能电池装配件的管覆盖率值的函数。图10显示如图8A和8B所示的空间间隔的太阳能电池装配件比如图8C所示的面板形现有技术太阳能电池装配件在收集太阳能方面更加有效。图10也说明，如果太阳能电池组件的空间间隔相同，太阳能电池组件的方向不会影响太阳能的能量收集。南-北方向管的能量收集曲线与东-西方向管的能量收集曲线几乎相同(例如，如图10中曲线I和II所示)。图10也说明，由非平面式太阳能电池形成的太阳能电池面板不具有取决于倾斜角度的太阳能收集分布图。例如，在图8C中示出的太阳能电池面板没有示出当倾斜38.3度或10度时收集的太阳能有很大不同(例如，如图10中曲线III和IV所示)。
6.3.年度太阳辐射的变化和组成
在图9A-9C中，分析了太阳辐射的自然变化。如图9A-9C所示，太阳能电池收集的总太阳辐射被分为两个部分：直射和散射。总的辐射指由太阳能电池组件吸收的太阳辐射的总量。直射是以直接入射光的形式吸收的总能量的部分。散射表示来自由大气中的灰尘和其它小颗粒散开太阳光的能量，假设地面的反射率为0。
图9A示出了纬度38.3度处正午的每年日晒变化。如能量曲线所示，来自总的辐射、直射和散射的能量，都在大约第175天(即在北半球当太阳能电池暴露在太阳辐射下的夏至前后)达到高峰。毫不奇怪，所有三种形式的能量 在冬至前后达到最小。
类似地，在一天中太阳辐射也可以相对于不同时段而变化。例如，如图9B所示，只有在纬度38.3度的第150天，所有三种形式能量峰值出现在正午前后。在图9B中，x轴上的时间被定义为接收到的太阳辐射的入射角的太阳时间。例如，当太阳在地平线上，入射角为90度，即1/2π或1.57。正午，入射角为0，太阳时为0π或0。图9B因此示出从日出到日落的太阳辐射的变化。
图9C示出了由太阳能电池组件收集的总能量的相对组成。来自直接太阳辐射的能量为能量的主要形式，而来自散射的能量为能量的非主要形式。
6.4.由不同排列吸收的能量的组成
除了直射和散射，加入反照层还引入一种新形式的能量，其也由太阳能单元1000吸收，即反照下形式(sub-form)的能量。当地面或其它表面反射太阳辐射到太阳能单元1000时，将出现反照下形式的能量。在模拟研究中，80％的反照率值被用于计算反照反射中收集的能量。
在图11A-11D中，图10中示出的四个总的能量吸收曲线被进一步分为3个子形式：直射、散射和反照。如图11A-11D所示，来自直接的太阳辐射的能量仍然是所有四种不同布置中太阳能单元1000吸收的能量的主要形式。在所有类型的布置中，能量吸收随管覆盖率的提高而按比例提高。
有趣的是，可以确定反照层对吸收能量的总量做出显著贡献。在所有四种不同的排列下，当有显著量的安装表面暴露时(安装表面被高反照率材料覆盖)，由于高反照层而吸收的能量要比由于散射而吸收的能量要高。例如，在0.3的覆盖率下，即只有三分之一的安装表面被覆盖时，由于高反照层而吸收的能量要比由于散射而吸收的能量要高。当管覆盖率提高时，由于反照而吸 收的能量将降低。即使反照的能量仍然是由太阳能单元1000所吸收的总能量的一小部分，但是当考虑到太阳能单元1000的成本时必须要考虑到反照的因素。当管覆盖率提高超过0.6时，生产太阳能单元1000变得非常昂贵，这就使得具有这样高的管覆盖率的排列变得根本不现实。
图12A和12B比较在两个不同的地理位置：Newark和Churchill收集的模拟能量。Newark和Churchill均位于北半球，其纬度分别是40.7和58.4。除了在以上第6.1节中描述的太阳能电池装配件外，将由普通单面(genericmonofacial)太阳能面板所收集的能量作为在模拟研究中的对照。在两个位置中，模拟每个太阳能电池装配件的太阳辐射吸收。对于每种排列，在四个不同的管覆盖率水平(0.2、0.3、0.4和0.5)进行模拟。不同太阳能电池装配件的研究包括具有反照层的水平格网排列(例如，图12A和12B中的1202)，没有反照层的水平格网排列(例如，图12A和12B中的1204)，具有20度倾斜角度的单面和双面平面式面板排列(例如，图12A中的1206和1208)，具有40度倾斜角度的单面和双面平面式面板排列(例如，图12B中的1212和1214)，以及没有反照的水平放置的平面式排列(例如，图12A和12B中1210)。
在图12C中，通过计算机模拟分析每个太阳能电池装配件收集散射太阳辐射的能力。图12C证明水平格网太阳能电池装配件的高效率主要是由于它们在收集散射太阳辐射中的效率。以上模拟数据证明，在不同的位置，具有反照率的水平格网排列对于收集太阳辐射是最高效的排列形式。这样的高效不取决于管覆盖率。
6.5.结论
在一个平面或相邻平面组件中彼此平行排列而使得该组件中的每个太阳 能单元1000与相邻太阳能单元1000具有明显分离器距离306的非平面式太阳能单元1000的阵列在收集太阳能方面非常高效。由非平面式太阳能单元1000形成的太阳能电池组件对于该组件与安装表面之间的倾斜角度不敏感。当非平面式太阳能单元1000被排列成太阳能单元之间具有空间间隔时，它们相对于其中所有的太阳能单元1000相互抵靠而紧密封装的排列能更有效地收集太阳能。
7.参考文献
为此，在此引入的全部参考文件在此结合其全部内容作为参考，并且在相同程度上，如同每个单独的出版物或专利或专利申请被明确和单独指出以结合其全部内容作为参考。
对于所属领域的技术人员而言，很显然，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以产生所公开的装置和方法的许多变型和变化。在此描述的特定实施方案仅仅是通过示例性方式提供，并且本发明将仅通过所附权利要求书、连同被授权的这些权利要求的等同物的全部范围来限定。
Claims (61)
1.一种用于安装在平面安装表面的太阳能电池装配件，其包括：
(A)第一太阳能电池组件，其包括在共用平面内彼此平行或大致平行排列的第一组多个非平面式太阳能单元，其中
在所述第一组多个非平面式太阳能单元中的每个非平面式太阳能单元与所述安装表面相隔至少一分隔距离；并且
在所述第一组多个非平面式太阳能单元中的第一非平面式太阳能单元和第二非平面式太阳能单元彼此间隔一分离器距离，从而允许直射的太阳光穿过所述第一非平面式太阳能单元和第二非平面式太阳能单元之间而照射到所述安装表面上，且所述第一非平面式太阳能单元和第二非平面式太阳能单元被设置成吸收从沉积在所述安装表面上的反照层反射的光；以及
(B)第一支撑装置，其将所述第一组多个非平面式太阳能电池单元与所述安装表面间隔开至少所述分隔距离，其中所述分隔距离大于所述分离器距离，且其中所述分离器距离大于所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元的宽度，
所述第一太阳能电池组件和所述第一支撑装置被构造成空气流过所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元，在所述第一组多个非平面式太阳能单元的非平面式太阳能单元之间的空间以及所述第一组多个非平面式太阳能单元和所述安装表面之间的空间流动，其中非平面式太阳能单元周围的空气与环境空气流动连通。
2.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其还包括：第二太阳能电池组件，该第二太阳能电池组件包括在共用平面内彼此平行或大致平行排列的第二组多个非平面式太阳能单元，其中
在所述第二组多个非平面式太阳能单元中的第三非平面式太阳能单元和第四非平面式太阳能单元彼此间隔所述分离器距离，从而允许直射的太阳光穿过所述第三非平面式太阳能单元和第四非平面式太阳能单元之间而照射到所述安装表面上；其中所述第三非平面式太阳能单元和第四非平面式太阳能单元被设置成吸收从沉积在所述安装表面上的反照层反射的反照光；以及
第二支撑装置，其将所述第二组多个非平面式太阳能单元与所述安装表面间隔开至少所述分隔距离；
其中所述第一太阳能电池组件和所述第二太阳能电池组件彼此间隔一通道距离。
3.如权利要求2所述的太阳能电池装配件，其中所述分隔距离大于所述通道距离。
4.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元包括20个或更多的非平面式太阳能单元。
5.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元包括100个或更多的非平面式太阳能单元。
6.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元包括500个或更多的非平面式太阳能单元。
7.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元的横截面是圆形，并且具有1毫米-1000毫米的外直径。
8.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元的横截面是圆形，并且具有14毫米-17毫米的外直径。
9.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元的横截面是圆形，并且具有10厘米或更大的外直径。
10.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述分离器距离为0.1厘米或更大。
11.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述分离器距离为1厘米或更大。
12.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述分离器距离为5厘米或更大。
13.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述分离器距离小于10厘米。
14.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述分离器距离至少等于或大于所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元的直径的两倍。
15.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中在所述第一组多个非平面式太阳能单元中的第一非平面式太阳能单元和第二非平面式太阳能单元之间的所述分离器距离与在所述第一组多个非平面式太阳能单元中的第三非平面式太阳能单元和第四非平面式太阳能单元之间的分离器距离不相同。
16.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元中的所述第一非平面式太阳能单元和所述第二非平面式太阳能单元之间的所述分离器距离与所述第一组多个非平面式太阳能单元中的第三非平面式太阳能单元和第四非平面式太阳能单元之间的分离器距离相同。
17.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述分隔距离为25厘米或更大。
18.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述分隔距离为2米或更大。
19.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元包括：
衬底，其中所述衬底的至少一部分是刚性的和非平面式的；
背电极，其环绕设置在所述衬底上；
半导体结层，其环绕设置在所述背电极上；以及
透明导电层，其环绕设置在所述半导体结上。
20.如权利要求19所述的太阳能电池装配件，其中所述非平面式太阳能单元还包括透明非平面式套，该透明非平面式套环绕密封在所述非平面式太阳能单元上。
21.如权利要求20所述的太阳能电池装配件，其中所述透明非平面式套由塑料或玻璃制得。
22.如权利要求19所述的太阳能电池装配件，其中所述衬底包括塑料、玻璃、金属或金属合金。
23.如权利要求19所述的太阳能电池装配件，其中所述衬底为管状，而流体穿过所述衬底。
24.如权利要求19所述的太阳能电池装配件，其中所述半导体结包括吸收体层和结匹配层，并且其中所述结匹配层环绕设置在所述吸收体层上。
25.如权利要求24所述的太阳能电池装配件，其中所述吸收体层为铜-铟-镓-二硒化物，而所述结匹配层为In2Se3、In2S3、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn2Se4、Zn1-xMgxO、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2或者掺杂的ZnO。
26.如权利要求19所述的太阳能电池装配件，其中所述衬底具有20GPa或更大的杨氏模量。
27.如权利要求19所述的太阳能电池装配件，其中所述衬底具有40GPa或更大的杨氏模量。
28.如权利要求19所述的太阳能电池装配件，其中所述衬底具有70GPa或更大的杨氏模量。
29.如权利要求19所述的太阳能电池装配件，其中所述衬底由线性材料制得。
30.如权利要求19所述的太阳能电池装配件，其中所述衬底的全部或部分是刚性管或刚性固体杆。
31.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其还包括：
多个内反射器，其中所述多个内反射器中的每个单独的内反射器被构建在所述第一组多个非平面式太阳能单元中对应的第一非平面式太阳能单元和第二非平面式太阳能单元之间，从而使从各个内反射器反射的太阳光的一部分被反射到所述对应的第一非平面式太阳能单元上。
32.如权利要求31所述的太阳能电池装配件，其中所述多个内反射器中的一个内反射器具有中空孔。
33.如权利要求31所述的太阳能电池装配件，其中所述多个内反射器中的一个内反射器包括塑料套，该塑料套具有沉积在其上的反射材料层。
34.如权利要求33所述的太阳能电池装配件，其中所述反射材料层为抛光铝、铝合金、银、镍或钢。
35.如权利要求31所述的太阳能电池装配件，其中所述多个内反射器中的一个内反射器为反射材料制成的单片。
36.如权利要求35所述的太阳能电池装配件，其中所述反射材料为抛光铝、铝合金、银、镍或钢。
37.如权利要求31所述的太阳能电池装配件，其中所述多个内反射器中的一个内反射器包括塑料套，在该塑料套上涂附有一层金属箔胶带。
38.如权利要求37所述的太阳能电池装配件，其中所述金属箔胶带为铝箔胶带。
39.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述多个太阳能单元中的所述第一非平面式太阳能单元和所述第二非平面式太阳能单元串联电连接。
40.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个太阳能单元中的第一非平面式太阳能单元和第二非平面式太阳能单元并联电连接。
41.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个太阳能单元中的所述第一非平面式太阳能单元和所述第二非平面式太阳能单元彼此电绝缘。
42.如权利要求1所述的太阳能电池装配件，其中在所述第一组多个太阳能单元中的非平面式太阳能单元包括：
(A)非平面式衬底，其具有第一端和第二端；和
(B)线性排列在所述衬底上的多个太阳能电池，该多个太阳能电池包括第一太阳能电池和第二太阳能电池，在所述多个太阳能电池中的每个太阳能电池包括：
背电极，其环绕设置在所述衬底上；
半导体结层，其环绕设置在所述背电极上；以及
透明导电层，其环绕设置在所述半导体结上；其中
所述多个太阳能电池中的第一太阳能电池的透明导电层与所述多个太阳能电池中的第二太阳能电池的背电极串联电连接。
43.如权利要求42所述的太阳能电池装配件，其中所述多个太阳能电池包括：
位于所述非平面式衬底的第一端的第一终端太阳能电池；
位于所述非平面式衬底的第二端的第二终端太阳能电池；和
位于所述第一终端太阳能电池和所述第二太阳能电池之间的至少一个中间太阳能电池，其中所述至少一个中间太阳能电池中的每个中间太阳能电池的透明导电层与所述多个太阳能电池中的相邻太阳能电池的背电极串联电连接。
44.如权利要求43所述的太阳能电池装配件，其中所述相邻太阳能电池是所述第一终端太阳能电池或所述第二终端太阳能电池。
45.如权利要求43所述的太阳能电池装配件，其中所述相邻太阳能电池是另一中间太阳能电池。
46.如权利要求42所述的太阳能电池装配件，其中所述多个太阳能电池包括3个或更多太阳能电池。
47.如权利要求42所述的太阳能电池装配件，其中所述多个太阳能电池包括10个或更多太阳能电池。
48.如权利要求42所述的太阳能电池装配件，其中所述多个太阳能电池包括50个或更多太阳能电池。
49.如权利要求48所述的太阳能电池装配件，其中所述多个太阳能电池包括100个或更多太阳能电池。
50.如权利要求49所述的太阳能电池装配件，其还包括透明非平面式套，该透明非平面式套环绕密封在所述多个太阳能电池中的全部或部分太阳能电池的透明导电层上。
51.如权利要求50所述的太阳能电池装配件，其中所述透明非平面式套由塑料或玻璃制得。
52.如权利要求51所述的太阳能电池装配件，其中所述透明非平面式套包括铝矽酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、双色玻璃、锗／半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐／熔融石英玻璃、碱石灰玻璃、石英玻璃、硫属化物／硫化物玻璃、氟化玻璃、或者含铅玻璃。
53.如权利要求51所述的太阳能电池装配件，其中所述透明非平面式套包括含氟聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基碳氟化合物(PFA)、尼龙、交联聚乙烯(PEX)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)或聚偏二氟乙烯(PVDF)。
54.如权利要求42所述的太阳能电池装配件，其中所述非平面式衬底包括塑料、金属或玻璃。
55.如权利要求42所述的太阳能电池装配件，其中所述非平面式衬底包括氨基甲酸脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、聚苯并咪唑、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰胺一酰亚胺、玻璃基酚、聚苯乙烯、交联聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈一丁二烯-苯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸酯、尼龙66、乙酸丁酸纤维素、醋酸纤维素、刚性乙烯树脂、塑性乙烯树脂或者聚丙烯。
56.一种太阳能电池装配件，其包括：
(A)第一太阳能电池组件，其包括在共用平面内彼此平行或大致平行排列的第一组多个非平面式太阳能单元；
(B)平面安装表面，其中(i)所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元与所述安装表面间隔开至少一分隔距离，(ii)所述第一组多个非平面式太阳能单元中的第一非平面式太阳能单元和第二非平面式太阳能单元彼此间隔开一分离器距离，从而允许直射的太阳光穿过所述第一非平面式太阳能单元和第二非平面式太阳能单元之间而照射到所述安装表面上，且(iii)所述第一非平面式太阳能单元和第二非平面式太阳能单元被设置成吸收从所述安装表面反射的反照光，其中在所述安装表面上沉积反照层，并且其中所述反照层具有超过90％的反照率；以及
(C)第一支撑装置，其将所述第一组多个非平面式太阳能电池单元与所述安装表面间隔开至少所述分隔距离，其中所述分隔距离大于所述分离器距离，且其中所述分离器距离大于所述第一组多个非平面式太阳能单元中的发挥功能的太阳能电池的宽度，
所述第一太阳能电池组件和所述第一支撑装置被构造成空气流过所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元，在所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元之间的空间以及所述第一组多个非平面式太阳能单元和所述安装表面之间的空间流动，其中非平面式太阳能单元周围的空气与环境空气流动连通。
57.如权利要求56所述的太阳能电池装配件，其中所述反照层是白色涂料。
58.如权利要求56所述的太阳能电池装配件，其中所述发挥功能的太阳能电池包含衬底、放置在所述衬底上的背电接触点、放置在所述背电接触点上的半导体结、和使所述发挥功能的太阳能电池变得完整的、放置在所述半导体结上的透明导电层。
59.如权利要求58所述的太阳能电池装配件，其中所述发挥功能的太阳能电池还包括透明非平面式管形套，该透明非平面式管形套环绕设置在透明导电层上。
60.如权利要求56所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面式太阳能单元是太阳能电池。
61.如权利要求56所述的太阳能电池装配件，其中所述第一组多个非平面式太阳能单元中的非平面太阳能单元是多个单片集成的太阳能电池。
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