CN101517740A - 非平面太阳能电池的单片集成电路 - Google Patents

Abstract

提供了一种太阳能电池单元，其有具有第一端及第二端的衬底，其中所述衬底的至少一部分为刚性且非平面的。该太阳能电池具有线性设置在所述衬底上的多个光伏电池，包括第一光伏电池及第二光伏电池。所述多个光伏电池中的各个光伏电池包括：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；以及周向沉积在所述半导体结上的透明导电层。所述多个光伏电池中的所述第一光伏电池的所述透明导电层与所述多个光伏电池中的所述第二光伏电池的所述后电极串联电连接。

Description

非平面太阳能电池的单片集成电路

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年3月18日递交的发明名称为“圆柱形太阳能电池的单片集成电路(Monolithic Integration of Cylindrical Solar Cells)”的美国专利申请号11/378,835的优先权。

发明领域

本申请涉及用于将太阳能转换为电能的太阳能电池组件，具体涉及改进的太阳能电池组件。

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，由此其表示“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端子。

层106是半导体吸收器层。后方电端子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。在其中铜铟镓硒(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)、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层110。母线网络114与层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。

如上所述以及如图1所示，常规太阳能电池通常为板状结构。尽管当其较小时这些电池的效能高，但因为较难使在这些电池中形成结的半导体膜一致，较大的平板太阳能电池的效能降低。此外，在较大的平板太阳能电池中，发生针孔以及类似瑕疵的几率增大。这些特征会导致结上的分流(shunt)。因此，本领域需要改进的太阳能电池设计。

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

本申请的一个方面提供了太阳能电池单元，其包括衬底及多个光伏电池。衬底具有第一端及第二端。线性设置在所述衬底上的多个光伏电池包括第一光伏电池及第二光伏电池。多个光伏电池中的各个光伏电池包括：(i)周向沉积在所述衬底上的后电极；(ii)周向沉积在所述后电极上的半导体结层；以及(iii)周向沉积在所述半导体结上的透明导电层。多个光伏电池中的第一光伏电池的透明导电层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，衬底为(i)管状或(ii)刚性实心棒状。

在一些实施方案中，多个光伏电池包括：(i)位于衬底第一端的第一端光伏电池；(ii)位于衬底第二端的第二端光伏电池；以及(iii)位于第一端光伏电池与第二端光伏电池之间的至少一个中间光伏电池。在至少一个中间光伏电池中的各中间光伏电池的透明导电层与多个光伏电池中相邻光伏电池的后电极串联电连接。在一些实施方案中，相邻光伏电池是第一端光伏电池或第二端光伏电池。在一些实施方案中，相邻光伏电池是另一中间光伏电池。在一些实施方案中，多个光伏电池包括三个或更多光伏电池、十个或更多光伏电池、五十个或更多光伏电池、或一百个或更多光伏电池。

在一些实施方案中，由塑料或玻璃制成的透明管状壳体周向沉积在多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的透明导电层上。在一些实施方案中，透明管状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/熔融二氧化硅、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟玻璃、火石玻璃或者cereated玻璃。在一些实施方案中，透明管状壳体包括聚氨脂聚合物、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。在一些实施方案中，透明管状壳体包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯-醋酸乙烯(EVA)、全氟烷氧基氟碳(PFA)、尼龙、交联聚乙烯(PEX)、聚丙烯(PP)、聚乙烯对苯二甲酸乙二醇(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、或者聚偏氟乙烯(PVDF)。

在一些实施方案中，衬底包括塑料、金属或玻璃。在一些实施方案中，衬底包括聚氨脂聚合物、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、硬乙烯、增塑乙烯或聚丙烯制成。在一些实施方案中，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/熔融二氧化硅玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟玻璃、玻璃基酚、火石玻璃或者cereated玻璃。

在一些实施方案中，衬底为管状。在一些实施方案中，诸如空气、氮、水或氦的流体通过衬底。在一些实施方案中，所述衬底包括实心棒。

在一些实施方案中，多个光伏电池中的光伏电池的后电极由铝、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。在一些实施方案中，多个光伏电池中的光伏电池的所述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-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制成。

在一些实施方案中，多个光伏电池中的光伏电池的半导体结包括同质结、异质结、导质面结、掩埋同质结、p-i-n结、或者串联结。在一些实施方案中，多个光伏电池中的光伏电池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-氧化锌、或者其任意组合。

在一些实施方案中，多个光伏电池中的光伏电池的半导体结包括吸收器层及结匹配层，其中结匹配层周向沉积在吸收器层上。在一些实施方案中，吸收器层是铜铟镓硒，且结匹配层是In₂Se₃、In₂S₃、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn₂Se₄、Zn_1-xMg_xO、CdS、SnO₂、ZnO、ZrO₂或者掺杂ZnO。在一些实施方案中，多个光伏电池还包括周向沉积在光伏电池的半导体结上的本征层，并且光伏电池的透明导电层设置在本征层上。在一些实施方案中，本征层包括诸如未掺杂氧化锌的未掺杂透明氧化物。

在一些实施方案中，太阳能电池单元还包括(i)周向沉积在多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的透明导电层上的填充体层，以及(ii)周向沉积在所述填充体层上的透明管状壳体。在一些实施方案中，填充体层包括乙烯-醋酸乙烯(EVA)、硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物或者聚氨脂。在一些实施方案中，太阳能电池单元还包括周向沉积在多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的透明导电层上的阻水层，以及周向沉积在阻水层上的透明管状壳体。阻水层可由例如纯净硅、SiN、SiO_xN_y、SiO_x或Al₂O₃制成，其中x及y是整数。

在一些实施方案中，太阳能电池单元还包括周向沉积在多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的透明导电层上的阻水层，以及周向沉积在阻水层上的透明管状壳体。在一些实施方案中，太阳能电池单元还包括周向沉积在多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的透明导电层上的透明管状壳体；以及周向沉积在透明管状壳体上的增透涂层。在一些实施方案中，所述增透涂层包括MgF₂、氮化硅、氮化钛、一氧化硅、或者氮氧化硅。

在一些实施方案中，增透涂层周向沉积在多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的透明导电层上。在一些实施方案中，增透涂层包括MgF₂、氮化硅、氮化钛、一氧化硅或者氮氧化硅。

在一些实施方案中，太阳能电池的长度介于2厘米至300厘米、2厘米至30厘米、或者30至300厘米之间。

本申请的另一个方面提供了太阳能电池组件，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上述任意太阳能电池单元的结构，由此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行以形成所述太阳能电池组件。

本申请的另一个方面提供了太阳能电池组件，其包括：(A)多个太阳能电池单元，多个太阳能电池单元中的各太阳能电池具有上述的任意太阳能电池单元的结构；以及(B)多个内部反射器。多个太阳能电池单元中的太阳能电池单元以平行或接近平行的方式几何地设置，由此形成具有第一面及第二面的平面阵列。多个内部反射器中的各个内部反射器被设置在多个细长太阳能电池中相应第一与第二太阳能电池单元之间，使得从各个内部反射器反射的太阳光的一部分被反射到相应第一与第二细长太阳能电池。在一些实施方案中，太阳能电池组件还包括：(C)覆盖平面阵列的第一面的全部或一部分的透明电绝缘衬底。在一些实施方案中，太阳组件还包括：(D)透明绝缘罩，其沉积在平面阵列的第二面上，由此将多个细长太阳能电池包装在透明绝缘罩与透明电绝缘衬底之间。在一些实施方案中，所述透明绝缘罩与所述透明绝缘衬底通过密封剂接合在一起。在一些实施方案中，密封剂是乙烯-醋酸乙烯(EVA)、硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、或者聚氨脂。在一些实施方案中，多个太阳能电池单元被构建从而从平面阵列的第一面和第二面接收直接光。在一些实施方案中，太阳能电池组件还包括设置用于将阳光反射进多个太阳能电池单元的反照表面。在一些实施方案中，反照表面具有超过80％的反照率。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与第二太阳能电池单元串联或并联电连接。

本申请的另一个方面提供了太阳能电池组件，其包括：多个太阳能电池单元，多个太阳能电池单元中的各个太阳能电池具有上述任意太阳能电池单元的结构。多个太阳能电池单元中的太阳能电池单元以平行或接近平行的方式几何地设置，由此形成具有第一面及第二面的平面阵列。根据本申请的一个方面，太阳能电池组件还包括(i)透明电绝缘衬底，其覆盖平面阵列的第一面的全部或一部分；以及(ii)透明绝缘罩，其沉积在平面阵列的第二面上，由此将多个细长太阳能电池包装在透明绝缘罩与透明电绝缘衬底之间。在一些实施方案中，透明绝缘罩与透明绝缘衬底通过密封剂接合在一起，所述密封剂例如乙烯-醋酸乙烯(EVA)、硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、或者聚氨脂。

本申请的另一个方面提供了太阳能电池单元，其包括：(A)衬底、(B)第一光伏电池以及(C)第二光伏电池。在一些实施方案中，衬底为(i)管状或(ii)刚性实心棒状。第一光伏电池包括：周向沉积在衬底的第一部分上的第一后电极；周向沉积在第一后电极上的第一半导体结层；以及周向沉积在第一半导体结上的第一透明导电层。第二光伏电池包括：周向沉积在衬底的第二部分上的第二后电极；周向沉积在第二后电极上的第二半导体结层；以及周向沉积在第二半导体结上的第二透明导电层。第一光伏电池与所述第二光伏电池相邻，第一透明导电层与第二后电极串联电连接，第一透明导电层与第二透明导电层电隔离，以及第一后电极与第二后电极电隔离。

本申请的另一个方面提供了太阳能电池单元，其包括：(A)衬底、(B)第一光伏电池、(C)第二光伏电池、(D)绝缘柱以及(E)导电过孔。在一些实施方案中，衬底是(i)管状或(ii)刚性固体棒状。第一光伏电池包括：周向沉积在衬底的第一部分上的第一后电极；周向沉积在第一后电极上的第一半导体结层；以及周向沉积在第一半导体结上的第一透明导电层。第二光伏电池包括：周向沉积在衬底的第二部分上的第二后电极；周向沉积在第二后电极上的第二半导体结层；以及周向沉积在第二半导体结上的第二透明导电层。绝缘柱(i)将第一后电极与第二后电极电隔离，并且(ii)将第一半导体结与第二半导体结电隔离。导电过孔将第一透明导电层与第二后电极串联电连接。

本申请的另一个方面提供了太阳能电池单元，包括：(A)衬底、(B)第一光伏电池、(C)第二光伏电池以及(D)绝缘柱。在一些实施方案中，衬底是(i)管状或(ii)刚性固体棒状。第一光伏电池包括：周向沉积在衬底的第一部分上的第一后电极；周向沉积在第一后电极上的第一半导体结层；以及周向沉积在第一半导体结上的第一透明导电层。第二光伏电池包括：周向沉积在衬底的第二部分上的第二后电极；周向沉积在第二后电极上的第二半导体结层；以及周向沉积在第二半导体结上的第二透明导电层。绝缘柱(i)将第一后电极与所述第二后电极电隔离，并且(ii)将第一半导体结与第二半导体结电隔离。第一透明导电层与第二后电极串联电连接。第一透明导电层与所述第二透明导电层电隔离。

本申请的另一个方面提供了太阳能电池单元，其包括：衬底、第一光伏电池、第二光伏电池、绝缘柱以及导电过孔。在一些实施方案中，衬底是(i)管状或(ii)刚性固体棒状。第一光伏电池包括：周向沉积在衬底的第一部分上的第一后电极；周向沉积在第一后电极上的第一半导体结层；以及周向沉积在第一半导体结上的第一透明导电层；以及沉积在第一透明氧化层的一部分上的电缆。第二光伏电池包括：周向沉积在衬底的第二部分上的第二后电极；周向沉积在第二后电极上的第二半导体结层；以及周向沉积在第二半导体结上的第二透明导电层。绝缘柱(i)将第一后电极与第二后电极电隔离，(ii)将第一半导体结与第二半导体结电隔离；并且(iii)将第一透明导电层与第二透明导电层电隔离。导电过孔将所述电缆与第二后电极串联电连接。

在一些实施方案中，提供太阳能电池单元，其包括具有第一端及第二端的衬底，其中衬底的至少一部分是刚性并且非平面的。太阳能电池单元还包括多个直线设置在衬底上的光伏电池，多个光伏电池包括第一光伏电池及第二光伏电池，多个光伏电池中的各个光伏电池包括：(i)周向沉积在衬底上的后电极，(ii)周向沉积在后电极上的半导体结层，以及(iii)周向沉积在半导体结上的透明导电层。多个光伏电池中第一光伏电池的透明导电层与多个光伏电池中第二光伏电池的后电极串联电连接。

附图说明

图1示出了根据现有技术的互连太阳能电池。

图2A-2K示出了使用根据本申请的级联技术来制造具有衬底的太阳能电池单元的工艺步骤。

图3A-3H示出了使用根据本申请的第一柱吸收器技术来制造具有衬底的太阳能电池单元的工艺步骤；

图4A-4F示出了使用根据本申请的第二柱吸收器技术来制造具有衬底的太阳能电池单元的工艺步骤；

图5A-5D示出了使用根据本申请的第一柱器件技术来制造具有衬底的太阳能电池单元的工艺步骤；

图6A-6H示出了使用根据本申请的第二柱器件技术来制造具有衬底的太阳能电池单元的工艺步骤；

图7是根据本申请的实施方案的光伏电池的剖视图；

图8A-8D示出了用于根据本申请的各个实施方案的各种光伏电池的半导体结；

图9示出了根据本申请的实施方案的具有内部反射器的太阳能电池组件；

在各个视图中类似的标号表示相应的部件；尺寸非依比例绘制；

具体实施方式

这里所述的是非平面太阳能电池单元，其包括以单片集成方式直线设置在衬底上的多个光伏电池。

5.1基本结构

图7示出了光伏电池700的示例实施方案的剖视图。在一些实施方案中，太阳能电池单元包括以单片集成方式直线设置在非平面衬底上的多个光伏电池700。

衬底102。衬底102是太阳能电池单元的衬底。在一些实施方案中，衬底102的全部或一部分为非平面封闭形状。例如，在一些实施方案中，衬底102的全部或一部分为刚性管或刚性实芯棒。在一些实施方案中，衬底102的全部或一部分是任意实芯或中空圆柱形。在一些实施方案中，衬底102是由塑料、金属或玻璃制成的刚性管。在一些实施方案中，太阳能电池270的整体外形与衬底102相同。在一些实施方案中，太阳能电池270的整体外形不同于衬底102的形状。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，当其由具有20GPa或更大、30GPa或更大、40GPa或更大、50GPa或更大、60GPa或更大、70GPa或更大的杨氏模数的材料制成时，该材料(例如，衬底102)被视为刚性的。在本申请的一些实施方案中，当材料的杨式模数在应变范围内恒定时，该材料(例如，衬底102)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102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。

本申请并不限于具有刚性圆柱形状或者是实芯棒的衬底。衬底102的全部或一部分可由图7中所示的圆形之外的若干形状中的任意一种界定的剖面来表征。界定出的形状可以是圆形、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。界定出的形状可以具有n角，其中n是3、5或大于5。界定出的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，剖面可以由线性表面、弓形表面、或者曲面的任意组合来界定。如这里所述，仅为了便于讨论，示出多面圆形剖面来表示光伏器件的非平面实施方案。但是，应当注意，任意剖面几何形状都可被用于在实际中非平面的光伏器件10。

在一些实施方案中，衬底102的第一部分的特征在于第一剖面形状，而衬底102的第二部分的特征在于第二剖面形状，其中第一剖面形状与第二剖面形状相同或不同。在一些实施方案中，衬底102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、或者全部长度的特征在于第一剖面形状。在一些实施方案中，第一剖面形状为平面(例如，无弓形侧)而第二剖面形状具有至少一个弓形侧。

在一些实施方案中，衬底102由刚性塑料、金属、金属合金或玻璃制成。在一些实施方案中，衬底102由聚氨酯聚合物、丙烯酸类聚合物、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、硬乙烯、增塑乙烯或聚丙烯制成。在一些实施方案中，衬底102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/熔融二氧化硅玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟玻璃、玻璃基酚、火石玻璃或者cereated玻璃。

在一些实施方案中，衬底102由诸如聚苯并咪唑(例如，

可以从Boedeker Plastics，Inc.，Shiner，Texas购得)的材料制成。在一些实施方案中，衬底102由聚酰亚胺(例如，DuPont^TM

或者DuPont^TM Wilmington，Delaware)制成。在一些实施方案中，衬底102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102由聚酰胺-酰亚胺(例如，PAI，SolvayAdvanced Polymers，Alpharetta，Georgia)制成。

在一些实施方案中，衬底102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102由交联聚苯乙烯制成。交联聚苯乙烯的一个示例是(San Diego Plastics Inc.，National City，California)。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102由聚乙烯制成。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102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 PolymerScience，Interscience；Schmidt和Marlies，Principles of high polymer theory andpractice，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 andEngineering of Reinforced Plastics Composites，Van Nostrand Reinhold，1973中可找到可用于形成衬底102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。

在一些实施方案中，衬底102的剖面为圆周并具有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之间的外径。在一些实施方案中，衬底102的剖面为圆周且具有1mm至1000mm之间的外径。

在一些实施方案中，衬底102为具有中空内部的管。在这些实施方案中，衬底102的剖面由界定中空内部的内径以及外径表征。内径与外径之间的差异是衬底102的厚度。在一些实施方案中，衬底102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。

在一些实施方案中，衬底102具有介于5mm至10,000mm之间、50mm至5,000mm之间、100mm至3000mm之间、或500mm至1500mm之间的长度(垂直于图7所界定的平面)。在一实施方案中，衬底102是具有15mm外径及1.2mm厚度以及1040mm长度的中空管。尽管在图7中衬底102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。

后电极104。后电极104周向沉积在衬底102上。后电极104在组件中起第一电极的作用。通常，后电极104由能够支持由光伏电池700产生的光伏电流而具有可忽略的阻抗损耗的任意材料制成。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、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。如本文定义，导电塑料是通过合成技术包含导电填充体(其然后将其导电特性赋予塑料)的塑料。在一些实施方案中，用于本申请以形成后电极104的导电塑料包含填充体，该填充体形成通过塑料基体的充分导电电流输送路径以支持由光伏电池700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406。半导体结406形成在后电极104周围。半导体结406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 PhotovoltaicScience and Engineering，John Wiley&Sons，Ltd.，West Sussex，England中描述了这些结，通过引用将两者完整结合于本说明书中。以下在部分5.2中详细描述了根据本申请的半导体结406的示例类型。除了以下在部分5.2中公开的示例性结之外，结406可以是多结，其中光通过多结(优选具有适当的较小能带隙)横穿进入半导体结406的芯。

在一些实施方案中，半导体结包括吸收器层106及结匹配层108，其中结匹配层108周向沉积在吸收器层106上。在一些实施方案中，吸收器层是铜铟镓硒，且结匹配层108是In₂Se₃、In₂S₃、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn₂Se₄、Zn_1-xMg_xO、CdS、SnO₂、ZnO、ZrO₂或者掺杂ZnO。在一些实施方案中，吸收器层108的厚度介于0.5μm至2.0μm之间。在一些实施方案中，吸收器层108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108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，吸收器层108包含具有<110>结晶定向、<112>结晶定向的CIGS，或随机定向的CIGS。在一些实施方案中，半导体结406是所谓的薄膜半导体结。在一些实施方案中，半导体结406是所谓的厚膜(例如，硅)半导体结。

可选本征层415。可选地，薄本征层(i-层)415周向包覆半导体结406。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406上，由此完成电路。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406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由碳纳米管、氧化锡SnO_x(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)、铟-氧化锌、掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌或者其任意组合制成。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，通过引用将其完整结合在本说明书中。在一些实施方案中，透明导电层110是p掺杂或n掺杂的。例如，在半导体结406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，在半导体结406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406层及/或任选的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SnO_x(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)或者其组合的第一层，以及包含导电导电聚噻吩、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。在根据本申请的一些实施方案中，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是沿细长太阳能电池的长轴(圆柱轴)纵长地行进的导电材料的薄带。在一些实施方案中，可选的电极带420间隔设置在透明导电层110的表面上。例如，在图7中，电极带420彼此平行行进，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的表面上以五度、十度、十五度、二十度、三十度、四十度、五十度、六十度、九十度或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7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仅处于光伏电池700的一面上。图7的元件102、104、406、415(可选)以及110共同组成图7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栅极线互连。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电极带相同或不同的电学材料制成。

可选填充体层330。在本申请的一些实施方案中，如图7所示，密封剂(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/或者聚氨脂)制成的填充体层330被包覆在透明导电层110上以隔离空气并可选地提供到透明管状壳体310的互补配合。

在一些实施方案中，填充体层330是Q型硅、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2006年3月18日提交的美国专利申请序列号为11/378,847，律师案号为11653-008-999，名称为“管状保护套中的细长光电太阳能电池(Elongated Photovoltaic Solar Cells in Tubular Casings)”的共同未决申请中公开了用于可选填充体层的其它合适材料。

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、专利申请号待定的、题为“具有叠层的光电设备和其制造方法(A Photovoltaic Apparatus Having a Laminate Layer and Method for Making theSame)”、律师案号为11653-032-888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开始粘性的一半的开始粘性。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硅弹性体与第二硅弹性体的混合物。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％重量的第一硅弹性体、以及占Z％重量的第二硅弹性体形成，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。

可选的透明管状壳体310。在不存在可选的填充体层330的一些实施方案中，透明管状壳体310周向沉积在透明导电层110上。在存在填充体层330的一些实施方案中，透明管状壳体310周向沉积在可选填充体层330上。在一些实施方案中，透明管状壳体310由塑料或玻璃制成。在一些实施方案中，在为了如下所述的进一步包装而被适当地改进之后，太阳能电池402被密封在透明管状壳体310中。如图7所示，透明管状壳体310装配在细长太阳能电池402的最外层上。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管状壳体310，使得其将氧及水排除在系统之外，同时提供与下部细长太阳能电池402的互补配合。

透明管状壳体的可能的几何形状可包括圆柱形、半径尺寸远小于长度的各种细长结构、面板状、具有弓形特征的、盒状、或者任何适于光伏生成的可能的几何形状。

在一些实施方案中，透明管状壳体310由铝硅酸盐、硼硅酸盐、二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融二氧化硅、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟玻璃、火石玻璃或cereated玻璃。在一些实施方案中，透明管状壳体310由聚氨脂聚合物、丙烯酸聚合物、含氟聚合物、硅、硅胶、环氧化物、聚酰胺、或聚烯烃制成。

在一些实施方案中，透明壳体310由聚氨脂聚合物、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/聚氨脂、聚乙烯氯(PVC)、或者聚偏氟乙烯(PVDF)、

乙烯基、

或其任意组合或变体制成。在2006年3月18日提交的美国专利申请序列号为11/378,847，律师案号为11653-008-999，名称为“管状保护套中的细长光电太阳能电池(ElongatedPhotovoltaic Solar Cells in Tubular Casings)”的共同未决申请中公开了用于透明管状壳体的其它合适材料。

在一些实施方案中，透明管状壳体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，透明管状壳体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，一个或更多阻水层包覆在太阳能电池402上，以防止水分子的破坏效果。在一些实施方案中，在沉积可选填充体层330并可选地将太阳能电池402装入透明壳体310中之前，将这些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可选地装入透明管状壳体310中之前将一或多层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管状壳体310自身上。在设置阻水层以将水分子从太阳能电池402密封隔离的实施方案中，应当说明的是，阻水层的光学特性不应干扰太阳能电池402对入射太阳辐射的吸收。在一些实施方案中，该阻水层由纯净硅制成。例如，在一些实施方案中，阻水层由Q型硅、倍半硅氧烷、D型硅、或者M型硅制成。在一些实施方案中，该阻水层由纯净硅、SiN、SiO_xNy、SiO_x或者Al₂O₃制成，其中x及y是整数。

可选的增透涂层。在一些实施方案中，可选的增透涂层也周向沉积在太阳能电池402上以使太阳能电池的效能最大化。在一些实施方案中，在太阳能电池402上沉积了阻水层与增透涂层两者。在一些实施方案中，单层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、氮化硅、氮化钛、一氧化硅(SiO)、或者氮氧化硅制成。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。

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)包覆在光伏电池700的层表面上。在一些实施方案中，光伏电池700包括透明管状壳体310，荧光材料包覆在发光表面以及/或透明管状壳体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的外表面上。在一些实施方案中，光伏电池700包括透明管状壳体310以及可选填充体层330，并且荧光材料包覆在可选填充体层上。在一些实施方案中，光伏电池700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，光伏电池700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，本申请的一些半导体结406并不使用其将光转换为电，并且荧光材料发出可见及/或红外光，其可用于本申请的一些光伏电池700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、或磷通常包括适当的主体材料及活化材料。主体材料通常是锌、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。增加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申请的系统及方法中以提高光伏电池700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管状壳体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光伏电池700的各个外层或内层。

示例性磷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((Ca₅Sr)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材料的方法。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ZnS:Cu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/polymercomposites，”Applied Physics Letters 66(11)：1316-1318；Dabbousi等人，1997“(CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots：Synthesis and Characterization of a SizeSeries of Highly Luminescent Nanocrystallites，”J.Phys.Chem.B，101：9463-9475；Ebenstein  等人，2002，“Fluorescence quantum yield of CdSe:ZnSnanocrystals investigated by correlated atomic-force and single-particlefluorescence microscopy，”Applied Physics Letters 80：4033-4035；以及Peng等人，2000，“Shape control of CdSe nanocrystals，”Nature 404：59-61；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，在本申请的可选的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)。另一个可被用于本申请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色部分中再发射该能量。在Dean，1963，Naturally Occurring Oxygen Ring Compounds，Butterworths，London；Joule和Mills，2000，Heterocyclic Chemistry，第4版，Blackwell Science，Oxford，United Kingdom；以及Barton，1999，Comprehensive Natural Products Chemistry2：677，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。在本申请中，材料层连续地周向沉积在圆柱形衬底上以形成太阳能电池。在这里，术语周向沉积并不意在表示各个这样的材料层必须沉积在下层上或太阳能电池的形状为圆柱形。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102的讨论中所讨论的，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空间(例如，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层或结构必须沉积在下层或结构上。事实上，本申请给出了方法，通过这些方法，这些层或结构(例如，透明管状壳体310)被模制或以其它方式形成在下层或结构上。然而，术语周向密封指上层或结构沉积在下层或结构上，使得在上层或结构与下层或结构之间不存在空间(例如，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，当其围绕下层或结构的整个周长并沿下层或结构的整个长度周向沉积时，层或结构周向密封下层或结构。但是，本申请包含其中周向密封层或结构并未沿下层或结构的全长延伸的实施方案。

5.1.1利用级联技术在衬底上制造单片电路太阳能电池

图2A-2K示出了使用级联技术来制造太阳能电池单元270的工艺步骤。图2中的各个视图示出了制造各个阶段中的太阳能电池单元270的三维管状轮廓。在各个三维管状轮廓下方是太阳能电池单元270的相应一维轮廓。在一维轮廓中示出的是相应太阳能电池单元270的一个半球的剖面。在典型实施方案中，图2中示出的太阳能电池单元270不具有导电衬底102。在替代实施方案中，在衬底102导电的实施方案中，利用绝缘层周向包覆衬底，使得各个光伏电池700的后电极104彼此电隔离。

参考图2K，太阳能电池单元270包括多个光伏电池700共用的衬底102。衬底102具有第一端及第二端。如图2K所示，多个光伏电池700线性设置在衬底102上。多个光伏电池700包括第一光伏电池及第二光伏电池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102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2K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2K的情况下，第一光伏电池700的透明导电层110通过过孔280与多个光伏电池中的第二光伏电池700的后电极串联电连接。在一些实施方案中，各个过孔280延伸在太阳能电池的整个圆周。在一些实施方案中，各个过孔280并未延伸在太阳能电池的整个圆周。事实上，在一些实施方案中，各个过孔仅延伸在太阳能电池的一小部分圆周上。在一些实施方案中，各个光伏电池700可具有一个、两个、三个、四个或更多、十个或更多、或者一百个或更多过孔280，其将光伏电池700的透明导电层110与相邻光伏电池700的后电极104串联电连接。

现结合图2A至图2K来描述用于制造太阳能电池单元270的过程。在本说明书中，将描述用于太阳能电池单元270的各部件的示例材料。但是，在上述部分5.1中提供了对太阳能电池单元270的各个部件的合适材料的更详细描述。参考图2A，工艺始于衬底102。

随后，在图2B中，后电极104周向沉积在衬底102上。可通过各种技术，包括在以下部分5.6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102上。例如参见以下部分5.6.11。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102上。在一些实施方案中，衬底102由导电材料制成。在一些实施方案中，能够利用电镀将后电极104周向沉积在衬底102上。例如参见下述部分5.6.21。在一些实施方案中，衬底102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，能够利用例如下述部分5.6.21的电镀技术将后电极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102上。

参考图2C，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。各个部分用作相应光伏电池700的后电极104。沟槽292的底部使下层衬底102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出沟槽292。激光划片提供了优于常规机器切割方法的多个优点。利用聚焦激光束进行切割、标记或钻孔对于太阳能电池生产是优选的，其精确、快速、并且廉价。激光切割仅在切口周围产生小的受热影响区域。此外，存在极少机械干扰并且没有机加工磨损。当利用激光处理薄膜时，术语激光划片、蚀刻及切除可互换使用。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被自发地去除。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、铜铟镓硒以及硅)、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。对于激光划片系统及方法的详细内容，可参见Compaan等人，1998，″Optimization of laser scribing for thin film PVmodule，″National Renewable Energy Laboratory final technical progress report1995年4月-1997年10月；Quercia等人，1995，″Laser patterning ofCuInSe2/Mo/SLS structures for the fabrication of CuInSe2 sub modules，″于Semiconductor Processing and Characterization with Lasers：Application inPhotovoltaics，First International Symposium，173/174期，Number com P：53-58中；以及Compaan，2000，″Laser scribing creates monolithic thin film arrays，″Laser Focus World 36：147-148、150和152，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，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。在下述部分5.7中描述了平版印刷蚀刻法。

图2D-2F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，本申请并不受限于此。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2D，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CIGS：Beck和Britt，Final Technical Report，2006年1月，NREL/SR-520-39119；和Delahoy和Chen，2005年8月，″Advanced CIGS Photovoltaic Technology，″subcontractreport；Kapur等，2005年1月subcontract report，NREL/SR-520-37284，″Lab toLarge Scale Transition for Non-Vacuum Thin Film CIGS Solar Cells″；Simpson等人，2005年1月subcontract report，″Trajectory-Oriented and Fault-Tolerant-Based Intelligent Process Control for Flexible ClGS PV Module Manufacturing，″NREL/SR-520-38681；或者Ramanathan等人，31^st IEEE Photovoltaics SpecialistsConference 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 of 19.2％Efficiency ZnO/CdS/CuInGaSe₂ Thin-film Solar Cells，″Progress in Photovoltaics：Research 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，通过溅射使吸收器层106周向沉积在后电极104上(例如，参见下述部分5.6.11)。通常，这样的溅射需要热衬底102。

在一些实施方案中，利用电镀，作为吸收器层106的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是铜铟镓硒(CIGS)的情况。CIGS的各个构成层(例如，铜层、铟镓层、硒)可以一层层地电镀在后电极104上。在以下部分5.6.21中描述了电镀。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，硒以在低压加热阶段的元素硒气体或在低压加热阶段的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硒。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，使用室温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。在以下描述了示例化学气相沉积。

参考图2E及2F，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是诸如硫化镉的缓冲层的情况下，镉及硫可被分别独立地提供在溶液中，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。例如参见以下部分5.6.11。在一些实施方案中，窗层108被蒸发在吸收器层106上。例如参见以下部分5.6.10。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。以下描述了示例化学气相沉积技术。

参考图2G及2H，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，各个光伏电池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。在以下部分5.7中描述了平版印刷蚀刻法。

参考图2I，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。对于溅射的描述，参见以下部分5.6.11。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，以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，可以使用各种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，如以下部分5.6.11中所述，使用直流(DC)二极管溅射、射频(RF)二极管溅射、三极管溅射、DC磁电管溅射或RF磁电管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。在以下部分5.6.17中描述了示例原子层沉积技术。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。以下描述了示例化学气相沉积技术。

参考图2J，透明导电层110被图案化成产生沟槽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被图案化成在太阳能电池单元270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。在以下部分5.7中描述了平版印刷蚀刻法。

参考图2K，利用上述沉积技术中的任何一种或以下部分5.6中选定的的一种来使可选增透涂层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270装在透明管状壳体310中。在于2006年3月18日递交的美国专利申请序列号为11/378,847、律师案号为11653-008-999、名称为“管状保护套中的细长光电太阳能电池(Elongated Photovoltaic Solar Cells inTubular Casings)”的共同未决申请中描述了如何将诸如太阳能电池单元270的细长太阳能电池装在透明管状壳体内的细节，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，结合图7如上所述使用可选填充体层330。

在一些实施方案中，利用喷墨打印将可选电极带420沉积在透明导电层110上。在下述部分5.6.9中描述了示例喷墨打印技术。可用于这些条带的导电墨水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可选电极带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270中不存在这样的电极带。事实上，使用本申请的单片集成设计的主要优点在于，因为独立的光伏电池700，太阳能电池单元270整个长度上的电压得以增大。因此，电流减小，由此减小了各个光伏电池700的电流要求。因此，在很多实施方案中，无需可选电极带420。

在一些实施方案中，沟槽292、沟槽294及沟槽296并非如图2所示同心。相反，在一些实施方案中，上述槽沿衬底102的管(长)轴盘旋向下。图2的单片集成法具有面积最小和工艺步骤最少的优点。如结合图7的讨论，本申请并不限于具有圆形剖面的衬底102。以上结合图7提及的任何剖面形状均可被用于以结合图2说明的方式来制造太阳能电池单元270。

5.1.2利用第一柱吸收器技术在衬底上制造单片太阳能电池

图3A-3H示出了利用根据本申请的第一柱吸收器技术来制造具有衬底的太阳能电池单元270的工艺步骤。参考图3A及3B，在第一图案化步骤之前使后电极104、吸收器层106以及窗层108顺序地周向沉积在衬底102上。图3A示出了太阳能电池单元的三维管状轮廓。在该三维管状轮廓下方是相应的在该制造阶段太阳能电池单元270的一维轮廓。与图2的一维轮廓及图3-6的各个组成图中所示的一维轮廓类似，该一维轮廓是相应太阳能电池单元270的一半的剖视图。

参考图3C，一旦窗层108已经被周向沉积，则划刻沟槽302及沟槽304。沟槽302的底部暴露衬底102。沟槽304的底部暴露后电极104。沟槽302沿衬底102的整个周长行进，由此形成图中所示的光伏电池700。相反，并不需要沟槽304沿后电极104的整个周长延伸。在一些实施方案中，沟槽304并未沿后电极104的整个周长行进。事实上，在一些实施方案中，各个沟槽304仅沿后电极104的周长的较小一部分延伸。在一些实施方案中，各个光伏电池700可具有围绕后电极104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304。在一些实施方案中，利用激光束来划刻沟槽302及304。在一些实施方案中，利用机械装置来划刻沟槽302及304。在一些实施方案中，利用平版印刷蚀刻法来形成沟槽302及304。在下述部分5.7中描述了平版印刷蚀刻法。

参考图3D，一旦已经形成了沟槽302，就用电绝缘材料将其填充，由此形成电绝缘柱310。在一些实施方案中，利用丝网印刷来填充沟槽302。示例丝网印刷技术在以下部分5.6.19中进行了描述。在一些实施方案中，利用喷墨打印来填充沟槽302。示例喷墨印刷技术在下述部分5.6.9中进行了描述。在一些实施方案中，通过将粉注入槽然后利用具有合适波长的激光来熔合粉来填充沟槽302。绝缘柱310是任何类型的电绝缘材料。

参考图3E，在沟槽302已经被填充绝缘材料之后将透明导电层110周向沉积。用于透明导电层110的材料填充沟槽304。但是，参考图3F，该材料从沟槽304刮出使得可将更导电材料沉积在沟槽中，由此形成图3G所示的导电过孔312。对过孔312使用高导电材料允许过孔具有窄线宽但仍然有效。这是有利的，因为其有助于减小半导体结406的面积损失。在一些实施方案中，利用丝网印刷来填充沟槽304。示例丝网印刷技术在下述部分5.6.19中进行了描述。在一些实施方案中，利用喷墨打印来填充沟槽304。示例喷墨打印技术在下述部分5.6.9中进行了描述。在一些实施方案中，通过将粉注入沟槽304然后利用具有合适波长的激光来熔合粉来填充沟槽304。参考图3H，将沟槽314划刻进入透明导电氧化物层，由此暴露下层窗层108。沟槽314对于形成单片集成的光伏电池700是必须的，由此衬底102上一个光伏电池700的透明导电层110串联连接至相邻光伏电池700的后电极104，否则两个光伏电池700彼此电隔离。

在一些实施方案中，沟槽302、沟槽304及沟槽306并非如图3所示同心。相反，在一些实施方案中，这些沟槽沿衬底102的圆柱(长)轴盘旋向下。如结合图7所讨论的，本申请并不限于具有圆形剖面的衬底102。以上结合图7提及的任何剖面形状均可结合图3说明的方式被用来制造太阳能电池单元270。

5.1.3利用第二柱吸收器技术在衬底上制造单片太阳能电池

图4A-4F示出了利用根据本申请的第二柱吸收器技术来制造具有衬底的太阳能电池单元的工艺步骤。衬底102实心圆柱形或中空圆柱形。参考图4A及4B，在第一图案化步骤之前使后电极104、吸收器层106以及窗层108顺序地周向沉积在衬底102上。图4A示出了太阳能电池单元的三维管状轮廓。在该三维管状轮廓下方是相应的在该制造阶段太阳能电池单元270的一维轮廓。与图2及3的一维轮廓及图5-6的各个视图中所示的一维轮廓类似，该一维轮廓是相应太阳能电池单元270的一半的剖视图。

参考图4C，一旦窗层108已经被周向沉积，则划刻沟槽402及404。沟槽402的底部暴露衬底102。沟槽404的底部暴露后电极104。沟槽402沿衬底102的整个周长行进，由此形成图中所示的光伏电池700。相反，并不需要沟槽404沿后电极104的整个周长延伸。在一些实施方案中，沟槽404并未沿后电极104的整个周长行进。事实上，在一些实施方案中，各个沟槽404仅沿后电极104的周长的较小一部分延伸。在一些实施方案中，各个光伏电池700可具有围绕后电极104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404。在一些实施方案中，利用激光束来划刻沟槽402及沟槽404。在一些实施方案中，利用机械装置来划刻沟槽402及沟槽404。在一些实施方案中，利用平版印刷蚀刻法来形成沟槽402及沟槽404。在下述部分5.7中描述了平版印刷蚀刻法。

参考图4D，一旦已经形成了沟槽402，就用电绝缘材料将其填充，由此形成电绝缘柱410。在一些实施方案中，利用丝网印刷来填充沟槽402。示例丝网印刷技术在下述部分5.6.19中进行了描述。在一些实施方案中，利用喷墨打印来填充沟槽402。示例喷墨打印技术在下述部分5.6.9中进行了描述。在一些实施方案中，通过将粉注入沟槽402然后利用具有合适波长的激光来熔合粉来填充沟槽402。沟槽402用任何类型的电绝缘材料填充。

参考图4E，在沟槽402已经被填充绝缘材料之后将透明导电层110周向沉积。用于透明导电层110的材料填充沟槽404。参考图4F，将沟槽414划刻进入透明导电层110，由此暴露下层窗层108。沟槽414对于形成单片集成的光伏电池700是必须的，由此衬底102上一个光伏电池700的透明导电层110串联连接至相邻光伏电池700的后电极104，否则两个光伏电池700彼此电隔离。

在一些实施方案中，沟槽402、沟槽404及沟槽414并非如图4所示同心。而是，在一些实施方案中，这些沟槽沿衬底102的圆柱(长)轴盘旋向下。如结合图7所讨论的，本申请并不限于具有圆形剖面的衬底102。以上结合图7提及的任何剖面形状均可以结合图4说明的方式被用于制造太阳能电池单元270。

5.1.4利用第一柱器件技术在衬底上制造单片太阳能电池

图5A-5D示出了利用根据本申请的第一柱器件技术来制造具有衬底102的太阳能电池单元的工艺步骤。参考图5A及5B，在第一图案化步骤之前使后电极104、吸收器层106、窗层108以及透明导电层110顺序地周向沉积在衬底102上。图5A示出了太阳能电池单元的三维管状轮廓。在该三维管状轮廓下方是相应的在该制造阶段太阳能电池单元270的一维轮廓。一维轮廓是相应太阳能电池单元270的一半的剖视图。

参考图5B，一旦透明导电层110已被沉积，则划刻沟槽502及沟槽504。沟槽502的底部暴露衬底102。沟槽504的底部暴露后电极104。沟槽502沿衬底102的整个周长行进，由此形成图中所示的光伏电池700。相反，并不需要沟槽504沿后电极104的整个周长延伸。在一些实施方案中，沟槽504并未沿后电极104的整个周长行进。事实上，在一些实施方案中，各个沟槽504仅沿后电极104的周长的较小一部分延伸。在一些实施方案中，各个光伏电池700可具有围绕后电极104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504。在一些实施方案中，利用激光束来划刻沟槽502及沟槽504。在一些实施方案中，利用机械装置来划刻沟槽502及沟槽504。在一些实施方案中，利用平版印刷蚀刻法来形成沟槽502及沟槽504。在下述部分5.7中描述了平版印刷蚀刻法。

参考图5C，一旦已经形成了沟槽502，就用电绝缘材料将其填充，由此形成电绝缘柱506。在一些实施方案中，利用丝网印刷来填充沟槽502。示例丝网印刷技术在下述部分5.6.19中进行了描述。在一些实施方案中，利用喷墨打印来填充沟槽502。示例喷墨打印技术在下述部分5.6.9中进行了描述。在一些实施方案中，通过将粉注入槽然后利用具有合适波长的激光来熔合粉来填充沟槽502。沟槽502可填充任何类型的电绝缘材料。再参考图5C，使导电材料周向沉积在沟槽504中由此形成导电过孔508。对过孔508使用高导电材料允许过孔具有窄线宽但仍然有效。这是有利的，因为其有助于减小半导体结406的面积损失。在一些实施方案中，利用丝网印刷来填充沟槽504。示例丝网印刷技术在下述部分5.6.19中进行了描述。在一些实施方案中，利用喷墨打印来填充沟槽504。示例喷墨打印技术在下述部分5.6.9中进行了描述。在一些实施方案中，通过将粉注入槽然后利用具有合适波长的激光来熔合粉来填充沟槽504。

参考图5D，将沟槽514划刻进入透明导电层110，由此暴露下层窗层108。沟槽524对于形成单片集成的光伏电池700是必须的，由此衬底102上一个光伏电池700的透明导电层110串联连接至相邻光伏电池700的后电极104，否则两个光伏电池700彼此电隔离。同样地，如图D所示将电缆沉积在第一透明导电层110的部分上。在一些实施方案中，沟槽502、沟槽504及沟槽524并非如图5所示同心。而是，在一些实施方案中，这些沟槽沿衬底102的圆柱状(长)轴盘旋向下。

如结合图7所讨论的，本发明并不限于具有圆形剖面的衬底102。以上结合图7提及的任何剖面形状均可以图5所示的方式被用于制造太阳能电池单元270。

5.1.5利用第二柱器件技术在衬底上制造单片太阳能电池

图6A-6H示出了利用根据本申请的第二柱器件技术来制造具有衬底的太阳能电池单元的工艺步骤。参考图6A及6B，在第一图案化步骤之前使后电极104、吸收器层106、窗层108顺序地周向沉积在衬底102上。图6A示出了太阳能电池单元的三维管状轮廓。在该三维管状轮廓下方是相应的在该制造阶段太阳能电池单元270的一维轮廓。该一维轮廓是相应太阳能电池单元270的一半的剖视图。

参考图6C，一旦窗层108已经被周向沉积，则划刻沟槽602。沟槽602的底部暴露衬底102。沟槽602沿衬底102的整个周长行进，由此形成图中所示的光伏电池700。在一些实施方案中，利用机械装置来划刻沟槽602。在一些实施方案中，利用平版印刷蚀刻法来形成沟槽602。在下述部分5.7中描述了平版印刷蚀刻法。

参考图6D，一旦已经形成了沟槽602，就用电绝缘材料将其填充，由此形成电绝缘柱610。在一些实施方案中，利用丝网印刷来填充沟槽602。示例丝网印刷技术在下述部分5.6.19中进行了描述。在一些实施方案中，利用喷墨打印来填充沟槽602。示例喷墨打印技术在下述部分5.6.9中进行了描述。在一些实施方案中，通过将粉注入槽然后利用具有合适波长的激光来熔合粉来填充沟槽602。沟槽602可填充任何类型的电绝缘材料。

参考图6D，划刻出沟槽604。沟槽604的底部暴露后电极104。并不需要沟槽604沿后电极104的整个周长延伸。在一些实施方案中，沟槽604并未沿后电极104的整个周长行进。事实上，在一些实施方案中，各个沟槽604仅沿后电极104的周长的较小一部分延伸。在一些实施方案中，各个光伏电池700可具有围绕后电极104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604。在一些实施方案中，利用激光束来划刻沟槽604。在一些实施方案中，利用机械装置来划刻沟槽604。在一些实施方案中，利用平版印刷蚀刻法来形成沟槽604。在下述部分5.7中描述了平版印刷蚀刻法。

参考图6E，在沟槽602填充有绝缘材料之后周向沉积透明导电层110。用于透明导电层110的材料填充沟槽604。但是，参考图6F，从沟槽604刮出上述材料使得可将更导电材料沉积在沟槽中由此形成图6G所示的导电过孔612。对过孔612使用高导电材料允许过孔具有窄线宽但仍然有效。这是有利的，因为其有助于减小半导体结406的面积损失。在一些实施方案中，利用丝网印刷来填充沟槽604。示例丝网印刷技术在下述部分5.6.19中进行了描述。在一些实施方案中，利用喷墨打印来填充沟槽604。示例喷墨打印技术在下述部分5.6.9中进行了描述。在一些实施方案中，通过将粉注入沟槽604然后利用具有合适波长的激光来熔合粉来填充沟槽604。

参考图6H，将沟槽614划刻进透明导电层110，由此暴露下层窗层108。在该实施方案中，沟槽614对于形成单片集成的光伏电池700是必须的，由此衬底102上一个光伏电池700的透明导电层110串联连接至相邻光伏电池700的后电极104，否则两个光伏电池700彼此电隔离。

在一些实施方案中，沟槽602、沟槽604及沟槽614并非如图6所示同心。而是，在一些实施方案中，这些沟槽沿衬底102的圆柱状(长)轴盘旋向下。如结合图7所讨论的，本申请并不限于具有圆形剖面的衬底102。以上结合图7提及的任何剖面形状均可以结合图6说明的方式来制造光伏电池270。

5.2示例半导体结

参考图8A，在一个实施方案中，半导体结406是位于设置在后电极104上的吸收器层106与设置在吸收器层106上的结匹配层108之间的异质结。吸收器层106及结匹配层108由具有不同带隙及电子亲和力的不同半导体构成，使得结匹配层108具有比吸收器层106更大的带隙。在一些实施方案中，吸收器层106是p掺杂的而结匹配层108是n掺杂的。在这些实施方案中，透明导电层110(未示出)是n⁺-掺杂的。在替代实施方案中，吸收器层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，在Pandey，Handbook ofSemiconductor Electrodeposition，Marcel Dekker Inc.，1996，附录5中列出的半导体被用于形成半导体结406，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.2.1基于铜铟硒及其它类型I-III-VI材料的薄膜半导体结

继续参考图8A，在一些实施方案中，吸收器层106是诸如铜铟硒(CuInSe₂；也公知为CIS)的组I-III-VI₂化合物。在一些实施方案中，吸收器层106是组I-III-VI₂三元化合物，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108是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一个实施方案中，吸收器层106是p型CIS而结匹配层108是n型CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial CollegePress，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106是铜铟镓硒(CIGS)。这些层也公知为Cu(InGa)Se₂。在一些实施方案中，吸收器层106是铜铟镓硒(CIGS)，而结匹配层108是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一些实施方案中，吸收器层106是p-型CIGS而结匹配层108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406，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，层106的厚度介于0.5μm至2.0μm之间。在一些实施方案中，层106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，层106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8B，在一些实施方案中，半导体结406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，而层510包括n⁺型掺杂无定形硅。

在一些实施方案中，半导体结406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406，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406基于薄膜多晶。参考图8B，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 Cells：AdvancedPrinciples&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Si:H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406。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406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第4卷，第11期，1989年11月，第23-32页；Deng，2005，“Optimization of a-SiGe based triple，tandem and single-junction solar 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 based tandem junction thin-film technology：amanufacturing perspective，”Photovoltaic Specialists Conference，2000年第28次IEEE会议记录，2000年9月15-22日，第1433-1436页；Hart，1988，“Highaltitude current-voltage measurement of GaAs/Ge solar cells，”PhotovoltaicSpecialists 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，“High efficiency GaAs/CuInSe2 tandemjunction solar cells，”Photovoltaic Specialists Conference，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 module technology，”PhotovoltaicSpecialists 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，“High specific power(AlGaAs)GaAs/CuInSe2 tandem junction solar cells for space applications，”Energy Conversion Engineering Conference，1989，IECEC-89，Proceedings of the24^thIntersociety 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406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带隙并可在约二微米的厚度内吸收AMI辐射的97％的直接带隙材料。在Bube，PhotovoltaicMaterials，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406是混合多结太阳能电池，例如由Gee和Virshup，1988，20^th 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/CuInSe₂MSMJ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，19^th IEEEPhotovoltaic Specialist Conference，IEEE Publishing，New York，第280页，以及Kim等人，20^th 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406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8C，半导体结406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406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406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406基于结晶硅。例如，参考图8D，在一些实施方案中，半导体结410包括p型结晶硅层540以及n型结晶硅层550。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单元270可被设置为太阳能电池组件。在这些太阳能电池组件中，太阳能电池单元270被设置为共面行以形成具有第一表面及第二表面的平板。这是有利的，因为这样的表面可通过两个面中任意一者来集光。在一些实施方案中，在太阳能电池组件中的各个太阳能电池单元270之间存在间隔。在本申请的一些实施方案中，这些太阳能电池组件被设置在反射环境中，其中围绕太阳能电池组件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，通过以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组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70％、80％或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50％或更多、60％或更多、70％或更多)的表面均落入本申请的范围内。在一个实施方案中，本申请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表面。在美国专利申请序列号11/315,523中公开了可用于本申请的反照率表面的更详细描述，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.4静电集中器

包装的太阳能电池270可以组装为两面阵列。在一些实施方案中，静电集中器被用于改进本申请的太阳能电池组件的性能。静电集中器可以由本领域公知的任何静电集中器材料形成，例如，简单适当弯曲或模制的铝片，或者聚氨酯上的反射器膜。可将任何(CPC)类型的收集器用于本申请的太阳能电池270。关于(CPC)型收集器的更多信息，参见Pereira和Gordon，1989，Journal of Solar Energy Engineering，111，第111-116页，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

在Uematsu等人，1999，Proceedings of the 11^th International PhotovoltaicScience and Engineering Conference，Sapporo，Japan，第957-958页；Uematsu等人，1998，Proceedings of the Second World Conference on Photovoltaic SolarEnergy Conversion，Vienna，Austria，第1570-1573页；Warabisako等人，1998，Proceedings of the Second World Conference on Photovoltaic Solar EnergyConversion，Vienna，Austria，第1226-1231页；Eames等人，1998，Proceedings ofthe Second World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion，ViennaAustria，第2206-2209页；Bowden等人，1993，Proceedings of the 23^rd IEEEPhotovoltaic Specialists Conference，第1068-1072页；以及Parada等人，1991，Proceedings of the 10^th EC Photovoltaic Solar Energy Conference，第975-978页中公开了其它可用于本申请的静电集中器，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。

在Uematsu等人，2001，Solar Energy Materials&Solar Cell 67，425-434以及Uematsu等人，2001，Solar Energy Materials&Solar Cell 67，441-448中可找到这些集中器的更详细信息，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。在Handbook of Photovoltaic Science and Engineering，2003，Luque andHegedus(编)，Wiley&Sons，West Sussex，England，第12章中讨论了可用于本申请的其它静电集中器，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.5内部反射器实施方案

可将例如图9所示的太阳能电池单元270设置形成太阳能电池组件。在图9中，内部反射器1404被用来提高进入太阳能电池组件900的太阳输入。如图9所示，太阳能电池单元270及内部反射器1404被组装成图中所示的交替阵列。太阳能电池组件900中的太阳能电池单元270具有对电极420。如图9所示，太阳能电池组件900包括多个太阳能电池单元270。对太阳能电池单元270的数量并无限制(例如，10个或更多、100个或更多、1000个或更多、10000个或更多、5000至一百万个太阳能电池402等)。在一些实施方案中，太阳能电池组件900包括多个内部反射器1404。对内部反射器1404的数量并无限制(例如，10个或更多、100个或更多、1000个或更多、10000个或更多、5000至一百万个内部反射器1404等)。

在太阳能电池组件900中，内部反射器1404沿相应太阳能电池单元270纵长地行进。在一些实施方案中，内部反射器1404具有中空衬芯。这样的衬芯在很多情况下是有利的，因为其减少了制造这些设备所需的材料量，由此降低了成本。在一些实施方案中，内部反射器1404是具有沉积在塑料壳体上的高反射材料(例如，抛光铝、铝合金、银、镍、钢等)层的塑料壳体。在一些实施方案中，内部反射器1404是由抛光铝、铝合金、银、镍、钢等制成的单件。在一些实施方案中，内部反射器1404是其上层叠有金属箔片的金属或塑料壳体。示例金属箔片包括但不限于3M铝箔片425、3M铝箔片427、3M铝箔片431、以及3M铝箔片439(3M，St.Paul，MN)。内部反射器1404可采用各种设计，仅一种在图9中示出。本申请的一些实施方案中对内部反射器1404的设计要点在于希望对进入太阳能电池组件900两侧(即，920侧及940侧)的直接光进行反射。

通常，本申请的反射器1404被设计用于使进入相邻细长太阳能电池402的光反射最佳化。进入太阳能电池组件900一侧(例如，920侧，在图9所示的太阳能电池组件的平面之上)的直接光直接来自太阳，而进入太阳能电池另一侧(例如，940侧，在图9所示的太阳能电池组件的平面之下)的光将会被反射离开表面。在一些实施方案中，该表面是朗伯、漫反射或渐开线反射器。因此，因为太阳能电池组件的各侧分别面对不同光环境，故内部反射器1404在920侧与940侧的形状可能不相同。

尽管在图9中示出的内部反射器1404具有对称四边剖面形状，但本申请的内部反射器1404的剖面形状并不限于此构造。在一些实施方案中，内部反射器1404的剖面形状是星形。在一些实施方案中，内部反射器1404的剖面形状是四边形并且四边剖面形状的至少一边是直线。在一些实施方案中，内部反射器1404的剖面形状是四边形并且四边剖面形状的至少一边是抛物线。在一些实施方案中，内部反射器1404的剖面形状是四边形并且四边剖面形状的至少一边是凹线。在一些实施方案中，内部反射器1404的剖面形状是四边形并且四边剖面形状的至少一边是圆形或椭圆形。在一些实施方案中，多个内部反射器中的内部反射器的剖面形状是四边形并且四边剖面形状的至少一边界定了内部反射器的漫反射表面。在一些实施方案中，内部反射器1404的剖面形状是四边形并且四边剖面形状的至少一边是太阳能电池单元270的剖面形状的渐开线。在一些实施方案中，内部反射器1404的剖面形状是两边形、三边形、四边形、五边形、或六边形。在一些实施方案中，多个内部反射器1404中的内部反射器的剖面形状是四边形并且四边剖面形状的至少一边是多面的。

在一些实施方案中，由其它适配器元件来提供内部反射器1404与相邻太阳能电池单元270之间的连接。这样的适配器元件具有与内部反射器1404以及太阳能电池单元270互补的表面特征，由此在这些部件之间提供密配合。在一些实施方案中，这样的适配器零件被固定在内部反射器1404上。在其它实施方案中，适配器零件被固定在细长太阳能电池单元270上。在其它实施方案中，可通过导电胶或带来强化太阳能电池单元270与反射器1404之间的连接。

漫反射。在根据本申请的一些实施方案中，内部反射器1404的侧表面是漫反射表面。漫反射表面与观察器方向无关地反射光。表面是否微观粗糙或光滑对后续光束的反射具有重大的影响。漫反射源于光的内散射(例如，光被吸收然后被重新发出)以及来自物体的粗糙表面的外散射的组合。

朗伯反射。在根据本申请的一些实施方案中，内部反射器1404的表面是朗伯反射表面。朗伯源被定义为符合朗伯余弦法则的光源，即，具有与观察其的角度的余弦直接成正比的强度。因此，朗伯表面被定义为对入射辐射提供均匀散射使得其辐射(或照明)在可对其进行测量的各个方向都相同(例如，辐射与观察角无关)的表面，其中辐射表面的总面积大于被测量面积。

在理想漫射表面上，从任何小表面部件沿给定方向发出的光的强度与和表面正交的角度的余弦成正比。朗伯表面的亮度(照度、辐射率)是与观察角度无关的常数。

入射光l照射朗伯表面(图17C)并沿不同方向反射。当l的强度被定义为I_in时，反射光

的强度(例如，I_out)可根据朗伯余弦法则定义如下：

其中，

并且k_d与表面特性相关。入射角被定义为θ_in，而反射角被定义为θ_out。利用矢量点积公式，反射光的强度也可被写为：

$I_{\mathrm{out}}\left(\stackrel{\&RightArrow;}{v}\right)=k_d{I}_{\mathrm{in}}\left(\stackrel{\&RightArrow;}{l}\right)\stackrel{\&RightArrow;}{l}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{n},$

其中n表示与朗伯表面正交的矢量。

这样的朗伯表面不会损失任何入射光辐射，而是在表面发光一侧上以2π弧度内所有可行具体角度对其进行再次发射。此外，朗伯表面发光使得表面从任何方向都显现出相同亮度。换言之，相同的照射面积反射出相同量的光通量。尽管以上为理想情况，但有很多实际表面接近于此。例如，可利用漫反射白涂料层来制造朗伯表面。这样的典型朗伯表面的反射率可以是93％。在一些实施方案中，朗伯表面的反射率可以高于93％。在一些实施方案中，朗伯表面的反射率可低于93％。朗伯表面已被广泛应用于LED设计以提供最佳照明，例如在授权给Marshall等人的美国专利号6,257,737；授权给Stern的美国专利号6,661,521；以及授权给Parkyn等人的美国专利号6,603,243中进行了描述，通过引用将其全部内容分别结合在本说明书中。有利的是，反射器1404上的朗伯表面有效地沿各个方向反射光。反射光然后被导向相邻太阳能电池单元270以提高太阳能电池性能。

渐开线表面上的反射。在根据本申请的一些实施方案中，反射器1404的表面是相邻太阳能电池单元270的渐开线表面。在一些实施方案中，太阳能电池单元是圆形或接近圆形。内部反射器1404的反射器表面优选为圆形的渐开线。圆形的渐开线被定义为围绕圆形滚动的直线上的点绘出的路径。例如，可以下述步骤绘制圆形的渐开线。首先，将线结合于曲线上一点。然后，延伸该线使得其在结合位点处与曲线正切。然后，将线弯曲，总是保持其张紧。由线的端部绘制出的点的轨迹被称为初始圆形的渐开线。初始圆形被称为其渐开曲线的渐屈线。

尽管通常曲线具有唯一的渐屈线，但对应于初始点的不同选择，其具有无限多条渐开线。渐开线也可被认为是与给定曲线的全部正切线正交的任何曲线。对于半径r的圆形，在任何时间t，其等式可被写为：

x＝r cost

y＝r sint

相应地，圆形的渐开线的参数等式为：

x_i＝r(cost+t sint)

y_i＝r(sint-t cost)

渐屈线与渐开线是倒数函数。圆形的渐开线的渐屈线是圆形。

在很多专利中都已经使用了渐开线表面以优化光反射。例如，闪光灯反射器(授权给Draggoo的美国专利号4,641,315，通过引用将其全部内容结合在本说明书中)以及凹面光反射器装置(授权给Rose的美国专利号4,641,315，通过引用将其全部内容结合在本说明书中)均利用渐开线表面来提高光反射效率。

太阳能电池组件。如图9所示，太阳能电池单元270以平行或接近平行的几何方式排列。在一些实施方案中，各个内部反射器1404连接两个太阳能电池单元2700)。因此，在一些实施方案中，太阳能电池单元270被有效地接合成为单一合成装置。可用于本申请的内部反射器的详细内容在美国专利号11/248,789中公开，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6沉积方法

以下部分描述了可用于将光伏电池700的各个层周向沉积在太阳能电池单元270中的各种制造技术。

5.6.1化学气相沉积

在一些实施方案中，通过化学气相沉积来沉积光伏电池700的一层或多层。在化学气相沉积(CVD)中，通常被惰性载体气体稀释的气相的成份在热表面(通常高于300℃)上发生反应以沉积固态膜。通常，化学气相沉积反应要求向系统提供能量，例如加热该腔室或晶片。关于化学气相沉积、用于进行化学气相沉积的设备，以及可用于进行氮化硅的化学气相沉积的工艺条件相关的更多信息，参见Van Zant，Microchip Fabrication，第4版，McGraw-Hill，New York，2000，第363-393页；以及Madou，Fundamentals of Microfabrication，第2版，2002，第144-154版，CRC Press，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.2减压化学气相沉积

在一些实施方案中，通过减压化学气相沉积(RPCVD)来沉积光伏电池700的一层或多层。通常在10Pa以下及550℃-600℃的温度范围内进行RPCVD。在RPCVD中使用的低压造成较大的扩散系数，由此使得层生长，该生长受到表面反应率而非向衬底的物质转移率的限制。在RPCVD中，通常无需稀释就可使用反应物。例如可在水平管加热壁反应器中实现RPCVD。

5.6.3低压化学气相沉积

在一些实施方案中，通过低压化学气相沉积(LPCVD)或超低压CVD来沉积光伏电池700的一层或多层。通常在低于1Pa的条件下进行LPCCVD。

5.6.4大气化学气相沉积

在一些实施方案中，通过大气至略微减小压力化学气相沉积来沉积光伏电池700的一层或多层。例如使用大气压至略微减小压力CVD(APCVD)来生长。APCVD是相对简单的工艺，具有以高沉积率及低温(350℃-400℃)来制造层的优点。

5.6.5等离子增强化学气相沉积

在一些实施方案中，通过等离子增强(等离子辅助)化学气相沉积(PECVD)来沉积光伏电池700的一层或多层。PECVD系统的特征在于以低压(例如，2-5Torr)及低温(300℃-400℃)工作的平行板室。使用无线频率感应发光放电或其它等离子源来在沉积气体中诱发等离子场。可使用的PECVD系统包括但不限于水平竖直流PECVD、筒状辐射加热PECVD、以及水平管PECVD。在一些实施方案中，使用远程等离子CVD(RPCVD)。例如在授权给Sano等人的美国专利号6,458,715中描述了远程等离子CVD，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.6阳极氧化

在一些实施方案中，通过阳极氧化来沉积光伏电池700的一层或多层。阳极氧化是在电解槽中进行的氧化过程。待被阳极氧化的材料(例如，后电极104)变为阳极(+)，而贵金属变为阴极(-)。取决于阳极反应产物的溶解性，生成不溶层(例如，氧化物)。如果主要的氧化剂是水，则生成的氧化物通常多孔，而有机电解液会生成非常致密的产生极佳钝化作用的氧化物。例如，参见Madou等人，1982，J.Electrochem.Soc.129，第2749-2752页，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.7溶胶-凝胶沉积技术

在一些实施方案中，通过溶胶-凝胶工艺沉积光伏电池700的一或多层。在溶胶-凝胶工艺中，在液体的胶状悬浮液(溶胶)中，固态粒子，化学前体形成胶状网络(凝胶)。通过加热玻璃或陶瓷层104去除溶剂。溶胶及凝胶的形成均为低温工艺。为了形成溶胶，在液体中溶解合适的化学前体，例如，在水中溶解四乙基硅氧烷(TEOS)。然后使溶胶到达其凝胶点，即，相图中溶胶突然从粘性液体变为胶状、聚合网络的点。在凝胶态，通过旋转、浸蘸、或喷涂在衬底上成型(例如，纤维或晶体)或施加到衬底上。在TEOS的情况下，利用盐酸作为催化剂通过水解及浓缩来形成硅胶。在200℃至600℃的温度下进行干燥及烧结来将凝胶转化为玻璃，最终成为二氧化硅。

5.6.8等离子喷涂技术

在一些实施方案中，通过等离子喷涂工艺来沉积光伏电池700的一层或多层。通过等离子喷涂，可在很多类型的衬底上涂布几乎任何材料。等离子喷涂是粒子沉积方法。直径为数微米至100微米的粒子从源传输至衬底。在等离子喷涂中，在柱型阴极与喷嘴型水冷阳极之间施加高强度等离子弧。沿阴极气动供应的等离子气体被电弧加热至等离子温度，作为等离子射流或等离子焰离开阳极喷嘴。氩以及氩与其它惰性(He)或分子气体(H₂、N₂、0₂等)的混合物常被用于等离子喷涂。在载气中悬浮的细粉被注入等离子射流，在此粒子被加速并加热。等粒子射流可达到20,000K的温度以及高达1000ms的速度。粒子表面的温度低于等离子温度，并且等离子气体中的停留时间极短。低表面温度及短持续时间防止喷涂粒子在气体等离子中被气化。因为电子及离子的不同热速度，故等离子中的粒子假定带负电。当熔融粒子以高速喷涂在衬底上时，其散开、冻结并形成或多或少的致密涂层，通常形成与衬底的良好接合。从Sulzer Metco(Winterthur Switzerland)可获得等离子喷涂设备。关于等离子喷涂的更多信息，参见例如Madou，Fundamentals ofMicrofabrication，第2版，2002，第157-159页，CRC Press，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.9喷墨打印

在一些实施方案中，通过喷射打印来沉积光伏电池700的一层或多层。喷墨打印基于与商用喷墨打印相同的原理。喷墨喷嘴连接至充满化学溶液并被设置在计算机控制x-y载台上的存储器。目标物体被设置在x-y载台上，并在计算机的控制下，液滴(例如，具有50微米的直径)通过喷嘴被排出至物体上明确界定的位置。不同的喷嘴可以平行打印不同的点。在本申请的一个实施方案中，使用具有小至数皮升的滴的气泡喷墨机来形成光伏电池700的层。在另一实施方案中，使用热喷墨机(Hewlett Packard，Palo Alto，California)来形成光伏电池700的层。在热喷墨机中，使用电阻来迅速加热液体墨薄层。极热蒸汽爆破使墨的很少一部分墨水气化，以形成膨胀气泡，该气泡将墨滴从墨盒喷射在衬底上的。在本申请的另一实施方案中，将压电喷墨头用于喷墨打印。压电喷墨头包括具有入口的存储器以及另一端的喷嘴。存储器的一个壁由薄膜构成，其上安装有压电晶体。当电压施加至晶体时，其横向收缩，由此使膜偏斜并从喷嘴喷出小液滴。存储器然后通过入口利用毛细作用再充填。每次电压脉冲施加至晶体时，仅有一滴被喷射，由此在喷墨时允许进行完全控制。在本申请的另一实施方案中，使用环氧化物运送系统来沉积太阳能电池层。环氧化物运送系统的例子是Ivek Digispense 2000(IvekCorporation，North Springfield，Vermont)。关于喷墨的更多信息，例如参见Madou，Fundamentals of Microfabrication，第2版，2002，第164-167页，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.10真空蒸发

在本申请的一个实施方案中，通过真空蒸发来沉积光伏电池700的一层或多层。真空蒸发在排空室中起作用。该室例如可以是石英钟罩或不锈钢容器。室的内部是使金属源蒸发的机构、晶片保持体、窗板、厚度及速率监控器、以及加热器。室连接至真空泵。存在数种不同方法使金属在室中蒸发，包括灯丝蒸发、E束枪蒸发、以及热板蒸发。例如参见Van Zant，MicrochipFabrication，第4版，McGraw-Hill，New York，2000，第407-411页，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.11溅射沉积/物理气相沉积

在本申请的另一实施方案中，通过溅射来沉积光伏电池700的一层或多层。类似于蒸发，溅射在真空中进行。但是，其是物理而非化学过程(蒸发是化学过程)，并被称为物理气相沉积。在真空室内，存在所需膜材料的厚片，称为靶标。靶标电接地。诸如氩的惰性气体被引入室并被电离而带正电荷。带正电的氩原子被接地靶标吸引并朝向其加速。

在加速过程中，其获得动量，并轰击靶标，使得靶标原子散射。即，氩原子在室中从靶标“敲击出”原子及分子。溅射的原子或分子在室中散射，一些停留在晶片上。溅射工艺的主要特征在于靶标材料沉积在晶片上伴随着化学或组成改变。在本申请的一些实施方案中，使用直流(DC)二极管溅射、射频(RF)二极管溅射、三极管溅射、DC磁电管溅射或RF磁电管溅射。例如，参见，Van Zant，Microchip Fabrication，第4版，McGraw-Hill，New York，2000，第411-415页；美国专利5,203,977；美国专利5,486,277；以及美国专利5,742,471，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。

RF二极管溅射是真空涂布工艺，其中电隔离阴极被安装在可被排空并部分充有惰性气体的室中。如果阴极材料是电导体，则使用直流高压电源来施加高压电势。如果阴极是电绝缘体，则以极高频使电极的极性反转以防止在阴极上形成正电荷，其会使离子轰击过程停止。因为在射频下电极极性被反转，故该工艺被称为I33溅射。磁电管溅射是不同形式的溅射。磁电管溅射使用磁场来俘获靶标表面接近区域中的电子，由此产生使气体原子电离的更高可能性。在靶标表面附近产生的高密度离子使得材料以比在二极管溅射中高数倍的速度被去除。通过包括在阴极组件中的永磁体阵列产生磁电管效应，该阴极组件产生与电场正交的磁场。

5.6.12准直溅射

在本申请的另一实施方案中，通过准直溅射来沉积光伏电池700的一层或多层。准直溅射是其中金属以与晶片表面正交的角度到达的溅射工艺。金属可被可有效阻挡斜向金属原子的厚蜂窝栅格校准直。或者，使金属原子电离并朝向晶片吸引它们可使金属准直。准直溅射可提高对高长径比端子的填充。

5.6.13激光熔化沉积

在本申请的另一实施方案中，通过激光熔化沉积来沉积光伏电池700的一层或多层。在激光熔化沉积的一种形式中，为激光熔化工艺提供转动圆柱形靶标表面。靶标被安装在真空室内使得其可围绕圆柱形表面靶标的纵向轴线转动并同时沿纵向轴线平移。激光束沿与纵向轴线成一定角度的线被圆柱形透镜聚焦在靶标表面上，以在径向弧上行开熔化材料的卷流(plume)。通过提供凹面或凸面横向靶标表面来在纵向展开卷流。聚焦激光束的入射方向可不与靶标表面正交，以提供平直几何构造。同时进行的转动及沿纵轴的平移产生整个圆柱形靶标表面平滑及均匀熔化及稳定的蒸发卷流。维持平滑靶标表面在激光熔化工艺过程中减少不希望的溅射粒子由此沉积高品质薄膜方面是有利的。例如参见美国专利号5,049,405，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.14分子束沉积

在本申请的另一实施方案中，通过分子束沉积来沉积光伏电池700的一层或多层。分子束沉积是在真空条件下通过向衬底导引一条或更多分子束来使膜生长的方法。在一些情况下，分子束沉积包括通过工艺来在单一晶体衬底上的外延膜生长，该工艺通常涉及一条或更多分子束与衬底的反应或在衬底上沉积束粒子。术语“分子束”指单原子类以及多原子类的束。术语分子束沉积包括外延生长及非外延生长工艺。分子束沉积是简单真空蒸发的变化形式。但是，分子束沉积可提供比真空蒸发更好的对衬底上的入射物的控制。对入射物的良好控制以及可能的低生长率允许薄层生长具有精确界定的成份(包括掺杂物浓度)。相较于诸如液相外延生长或化学气相沉积，成份控制得益于通常在相对低的衬底温度下生长的事实，并且扩散过程极慢。

可以获得具有精确控制的层厚度的基本上任意的层成分及掺杂参数。事实上，通过MBE来生长与单层同样薄的层。此外，相对低的生长温度允许材料的生长并允许使用不能在高温生长技术中使用的衬底材料。例如参见美国专利号4,681,773，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.15电离物理气相沉积

在本申请的另一实施方案中，通过电离物理气相沉积(I-PVD)，也被称为电离金属等离子体(IMP)来沉积光伏电池700的一层或多层。在I-PVD中，在强等离子体中使金属原子电离。一旦被电离，金属被垂直于晶片表面的电场引导。通过从靶标溅射将金属原子引入等离子体。通过感应耦合等离子(ICP)源在反应器的中心体内产生高密度等离子体。电子密度足以使在晶片表面入射的约80％的金属原子电离。来自等离子体的离子加速并在通过等离子套在晶片表面校准直。套是被导向晶片表面的强电场区域。通过施加射频偏压来控制场强。

5.6.16离子束沉积

在本申请的另一实施方案中，通过离子束沉积(IBD)来沉积光伏电池700的一层或多层。IBD使用精确聚焦在接地金属或介电溅射靶标的高能宽束离子源。从靶标溅射出的材料沉积在附近的衬底上以生成膜。大部分应用也使用第二离子源(被称为离子辅助源(IAD))，其被导向衬底以在生长膜的表面传输高能惰性或反应性离子。离子源是“栅格”离子源，并通常被独立电子源中和。IBD工艺可对膜厚度及特性产生极佳的控制并重复性。IBD系统中的处理压力接近10^-4 Torr。因此，从离子源传输的离子或者从表面靶标溅射出的材料均很少散开。与使用磁电管或二极管系统溅射沉积相比较，通过IBD的溅射沉积为高导向性并且能量更高。与转动并改变角度的衬底夹具组合，IBD系统对侧壁涂布、沟槽填充及升起状态可进行广泛的控制。

5.6.17原子层沉积

在本申请的另一实施方案中，通过原子层沉积来沉积光伏电池700的一层或多层。原子层沉积也被称为原子层外延生长、连续层沉积、以及脉冲气体化学气相沉积。原子层沉积涉及基于自限制表面反应来使用前体。通常，目标暴露至作为单层沉积在目标上的第一类物质中。然后，单层暴露至形成完全反应层外加气体副产物的第二类物质中。通常重复该过程直至获得希望的厚度。在授权给Suntola等人、名称为“Method for Producing CompoundThin Films”的美国专利号4,058,430，授权给Suntola等人名称为“Method forPerforming Growth of Compound Thin Films”的美国专利号4,413,022，以及Ylilammi及George等人，1996，J.Phys.Chem.100，第13121-13131页中描述了原子层沉积及进行原子层沉积的各种方法，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。原子层沉积也被描述为在受控条件下进行的化学气相沉积操作，该受控条件使得沉积自限制以生成最多单层的沉积。单层沉积提供了对膜厚的精确控制以及改进的化合物材料层均匀性。可使用诸如EnduraIntegrated Cu Barrier/Seed系统(Applied Materials，Santa Clara，California)的设备来进行原子层沉积。

5.6.18热灯丝化学气相沉积

在本申请的另一实施方案中，通过热灯丝化学气相沉积(HFCVD)来沉积光伏电池700的一层或多层。在HFCVD中，反应气体流经加热灯丝以形成前体物质，其随后撞击在衬底表面上，形成高品质膜沉积。HFCVD已经被用于生长各种膜，包括金刚石、氮化硼、氮化铝、氮化钛、碳化硼以及无定形氮化硅。例如参见Deshpande等人，1995，J.Appl.Phys.77，第6534-6541页，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.19丝网印刷

在本申请的另一实施方案中，通过丝网印刷(也被称为丝印)工艺来沉积光伏电池700的一层或多层。糊或墨水通过筛上乳剂中的开口被压在下层结构的一部分上。例如参见Lambrechts和Sansen，Biosensors：Microelectrochemical Devices，The Institute of Physics Publishing，Philadelphia，1992，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。糊由所需材料、有机粘合剂以及溶剂的混合物组成。有机粘合剂决定了糊的流动特性。接合剂提供了粒子彼此之间及到衬底的粘附。活泼粒子使得墨水成为导体、电阻或绝缘体。通过橡胶辊轴迫使糊通过罩开口来将网乳剂中的平版印刷图案转印到下层结构的一部分上。在第一步中，糊被置在网上。然后橡胶辊轴降低并将网推压在衬底上，迫使糊在水平运动过程中通过网中的开口。在最后的步骤过程中，网返回，粘附在网框与衬底之间的厚膜糊剪切，并且印刷图案形成在衬底上。该工艺的分辨率取决于网上的开口以及糊的性质。利用325目网(即，每英寸325条线或40μM孔)及常规糊，可以获得100μM的横向分辨率。

对于难以印刷的糊，遮蔽罩可以完成工艺，例如具有开口的薄金属箔。但是，该方法的分辨率较差(＞500μM)。在印刷之后，允许湿膜放置一段时间(例如，十五分钟)以在干燥的同时使表面平坦。由此从糊去除了溶剂。后续燃烧将有机粘合剂烧尽，金属粒子被减少或氧化，并且玻璃粒子被烧结。常规温度介于500℃至1000℃。在燃烧之后，得到的层厚度介于10μM至50μM之间。一种丝印装备是DEK 4265(Universal Instrument Corporation，Binghamton，New York)。可用于丝印的可商购墨水(糊)包括导电材料(例如，Au、Pt、Ag/Pd等)、电阻材料(例如，RuO₂、IrO₂)、釉彩、以及介电材料(例如，AI₂O₃、ZrO₂)。导电糊基于金属粒子，例如Ag、Pd、Au或Pt，或其与玻璃的混合物。电阻糊基于与玻璃混合的RuO₂或Bi₂Ru₂O₇(例如，65％PBO、25％SiO₂、10％Bi₂O₃)。

混合比率决定电阻。釉彩以介电糊基于玻璃混合物。可通过调解糊成分来实现不同的熔化温度。例如，参见Madou，Fundamentals of Microfabrication，第2版，CRC Press，Boca Raton，Florida，2002，第154-156页，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.20无电金属沉积

在本申请的另一实施方案中，通过无电金属沉积来沉积光伏电池700(例如，后电极104)的一层或多层。在无电镀中，无需施加电压，通过化学手段来建立层。无电镀涂布浴可被用于形成Au、Co-P、Cu、Ni-Co、Ni-P、Pd或Pt层。例如，参见Madou，Fundamentals of Microfabrication，第2版，CRCPress，Boca Raton，Florida，2002，第344-345页，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.6.21电镀

在本申请的另一实施方案中，通过电镀来沉积光伏电池700的一层或多层。电镀在电解槽中发生。在电镀中发生的反应涉及施加偏压下的电流。在一些实施方案中，沉积层作为镶嵌工艺的一部分。例如，参见Madou，Fundamentals of Microfabrication，第2版，CRC Press，Boca Raton，Florida，2002，第346-357页，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

5.7平版印刷蚀刻方法

在本申请的一些实施方案中，通过使光伏电池700的一层或多层图案化来形成槽及/或过孔。在一些实施方案中，通过半导体平版印刷光刻胶涂层及通过光学罩的光学成像来使上述层图案化，由此形成槽(例如，图2的沟槽292、沟槽294、沟槽296及/或沟槽298)。

根据本申请的平版印刷工艺的一种形式开始于使光阻层涂布在待图案化的光伏电池700的层上。用于形成该光阻层的光阻材料通常包括从溶液中施加的有机聚合物。在一些实施方案中，该光阻层具有介于0.1μm至2.0μm的厚度。此外，在一些实施方案中，光阻层具有正负0.01μm的均匀度。在一些实施方案中，使用诸如静态旋转法或动态分配法的旋转技术来施加光阻层。在一些实施方案中，使用手动转动器、移臂光阻分配器或者自动转动器来施加光阻层。例如，参见Van Zant，Microchip Fabrication，第4版，McGraw-Hill，New York，2000，第217-222页，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，光阻层是设计与紫外或激光源反应的光阻材料。在一些实施方案中，光阻层是负光阻材料，其中光阻材料中的聚合物形成在暴露至光时为阻蚀刻的交联材料。可用于制造光阻材料层的负光阻材料的示例包括但不限于azidelisoprene负光阻剂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基异丙基酮(PMIPK)、聚丁烯-1-砜(PBS)、聚(三氟乙基氯代丙烯酸酯)TFECA、共聚物-(V-氰基乙基丙烯酸酯-V-氨基乙基丙烯酸酯)(COP)、和聚-(2-甲基戊烯-1-砜)(PMPS)等。在其它实施方案中，光阻材料层是正光阻材料。正光阻材料相对不可溶。在暴露至合适的光能之后，光阻材料转换至更易溶状态。该反应被称为光溶解(photosobulization)。根据本申请的一种正光阻材料是苯酚-甲醛聚合物，也被称为苯酚-甲醛酚醛树脂。例如，参见DeForest，Photoresist：Materials and Processes，McGraw-Hill，New York，1975，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，光阻材料层是LOROSA、LOR 50.7A、LOR 1A、LOR 3A或LOR 5A(MICROCHEM，Newton，Massachusetts)。LOR升起光阻材料使用聚二甲基戊二酰亚胺。

在应用了光阻材料层之后，密度通常不足以支持后续工艺。因此，在本申请的一些实施方案中，使用烘烤来使光阻材料层致密并去除残余溶剂。烘烤被称为软烘烤、预烘烤、或后烘烤。本申请涵盖烘烤光阻材料层的数种方法，包括但不限于对流炉、红外线炉、微波炉或加热板。例如，参见Levinson，principles of Lithography，SPIE Press，Bellingham，Washington，2001，第68-70页，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

在间隔器被涂布了光阻材料层之后，下一步就是对齐并暴露光阻材料层。对齐及暴露(如其名称所指)是两种目的的光掩步骤。对齐及暴露步骤的第一部分是将需要的影像定位或对齐在太阳能电池表面上。影像存在于罩上。第二部分是通过暴露光或辐射源在光阻材料层中对影像编码。在本申请中，可以使用任何常规对齐系统来将罩与光阻材料层对齐，包括但不限于，接触对齐器、接近对齐器、扫描投影对齐器、步进器、步进及扫描对齐器、x光对齐器、以及电子束对齐器。对于可用于本申请的对齐器的信息，可参见Solid State Teclznology，April 1993，第26页；以及Van Zant，MicrochipFabrication，第4版，McGraw-Hill，New York，2000，第232-241页，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。罩可正可负。

用于生成正光阻材料的正罩(未示出)需具有与负罩相对的图案。利用与在晶片处理中使用的类似技术来制造本申请的方法中使用的负罩及正罩。由沉积在玻璃衬底上的不透明膜(通常为铬)构成的光罩空白被光阻材料覆盖。光阻材料根据希望的图案而被暴露、然后显影、并且暴露的不透明材料被蚀刻。主要通过束写器来完成罩的图案化，束写器是根据适当设置的生物传感器电极图案来暴露罩空白的工具。在一些实施方案中，电子或光学束写器被用于使负罩或正罩图案化。例如，参见Levison，Principles of Lithography，SPIE Press，Bellingham，Washington，2001，第229-256页，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。

在本申请的一个实施方案中，用于将罩图案投影在太阳能电池单元上的工具是晶片步进器。晶片步进器以两种构造存在，步进重复及步进扫描。在步进重复系统中，当窗板打开时，待暴露的罩的整个区域都被照射。在步进扫描系统中，罩仅有一部分，由此太阳能电池单元上的暴露区中的仅一部分在窗板打开时被暴露。通过同步扫描罩及太阳能电池单元270来暴露整个区。例如，参见Levison，Principles of Lithography，SPlE Press，Bellingham，Washington，2001，第133-174页，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。

在通过罩暴露之后，沟槽及/或过孔的图案被编码为潜像，存在于光阻材料中暴露的区域及未暴露光阻材料中。通过未聚合光阻材料区域的化学溶解来在光阻材料中显影图案以形成图2-6所示的结构。可以使用数种显影技术来使光阻材料显影。显影技术被设计用于在光阻材料层中留下曾经出现在罩或刻线上的图案的精确复本。对光阻材料中编码的影像的成功显影取决于光阻材料暴露机理的性质。

在暴露至光时，负光阻材料经过聚合过程，其使光阻材料在显影化学品中溶解。在两个区域之间的溶解速率足够高，使得从聚合区域仅损失很少的层。在大部分负光阻材料显影情况下优选的化学品是二甲苯或Stoddart溶剂。在化学显影之后进行冲洗，完成显影步骤。对于负光阻材料，冲洗化学品通常为正丁基醋酸盐。

正光阻材料呈现不同的显影状态。两个区域，聚合及未聚合，具有不同溶解率。这意味着在显影步骤过程中，总是从聚合区损失一些光阻材料。使用过强或需过长显影时间的显影剂会导致光阻材料不可接受的薄化。用于根据本申请的正光阻材料的两种化学显影剂是碱-水溶剂及非粒子溶剂。碱-水溶剂可以是氢氧化钠或氢氧化钾。常规非粒子溶剂包括但不限于tetramethylamrnonimurn氢氧化物(TMAH)。用于正光阻材料显影剂的冲洗化学品是水。对正及负光阻材料两者均需进行冲洗。该冲洗用于迅速稀释显影剂化学品以停止显影作用。

有多种将显影剂施加至光阻材料以显影潜像的方法。这些方法包括但不限于浸入、喷射显影、以及搅拌显影。在本申请的一些实施方案中，未使用湿显影法。而是使用干(或等离子)显影法。在这些干法中，等离子蚀刻器利用高能离子来化学溶解光阻材料层的暴露或未暴露部分。在本申请的一些实施方案中，光阻剂在被显影之后被硬烘烤。硬烘烤的目的在于实现光阻材料层与待图案化的下层的良好粘附。可使用对流炉、直线或手动热板、红外地道炉、移动带对流炉、及真空炉等来实现硬烘烤。因此，一般的烘烤温度及时间由光阻材料制造商提供。因此，具体的烘烤温度和时间是应用依赖性的。在对流炉中的名义硬烘烤温度为130℃至200℃，烘烤30分钟。

在显影之后，使用蚀刻步骤进行图案化。可使用数种蚀刻方法。

湿法蚀刻。在本申请的一些实施方案中，待图案化结构被浸入蚀刻剂的槽中达预定时间。然后结构体被转移至冲洗站去除酸，并被转移至进行最终冲洗及转动干燥步骤的站。

湿喷蚀刻或气相蚀刻。在本申请的一些实施方案中，使用湿喷蚀刻或气相蚀刻进行图案化。湿喷蚀刻提供了优于浸入蚀刻的数个优势，包括从喷射的机械压力获得的额外的确实性。在气相蚀刻中，晶片被暴露至诸如氢氟酸蒸汽的蚀刻蒸汽。

等离子体蚀刻。在本申请的一些实施方案中，使用等离子体蚀刻。等离子体蚀刻是使用气体及等离子体能量来进行化学反应的化学工艺。利用等离子体蚀刻器来进行等离子体蚀刻。物理上，等离子体蚀刻器包括室、真空系统、气体源、以及电源。待蚀刻的结构体被装入室，并且内部压力被真空系统降低。在建立真空之后，将室填充反应性气体。对于二氧化硅的蚀刻，例如，气体通常为与氧气混合的CF₄。电源通过在室中的电极产生射频(RF)场。场将气体混合物加能至等离子状态。在加能状态下，氟吸引二氧化硅，将其转化为可通过真空系统从系统中去除的易挥发成分。

根据本申请的各种实施方案，可以使用各种等离子体蚀刻器来进行蚀刻。这些蚀刻器包括但不限于筒状蚀刻器、等离子体平面系统、电子回旋加速器谐振源、高密度反射电子源、螺旋波源、感应耦合等离子源、以及变压耦合等离子源。

离子束蚀刻。根据本申请的各种方面可用于进行对间隔器的蚀刻的另一类型的蚀刻器是离子束蚀刻。与化学等离子体系统不同，离子束蚀刻是物理工艺。待蚀刻的结构被置于真空室中的保持器上，并且氩气流被引入室。在进入室时，氩经过来自一组阴极(-)-阳极(+)电极的高能电子流。电子将氩原子电离为带有正电荷的高能状态。晶片被保持在吸引电离氩原子的负接地保持器上。当氩原子行进至晶片保持器时，其加速、获取能量。在晶片表面，其撞击暴露晶片层并从晶片表面炸出小量物质。在氩原子与晶片材料之间不发生化学反应。材料去除(蚀刻)具有极高指向性(各向异性)，由此在小开口中形成良好的精确度。

反应性离子蚀刻。可用于进行蚀刻的另一种蚀刻器是反应性离子蚀刻器。反应性离子蚀刻器系统将等离子体蚀刻与离子束蚀刻原理组合。该系统在结构上与等离子体系统类似，但具有离子铣销性能。该组合带来化学等离子体蚀刻的优点以及指向性离子铣销的优点。例如参见Van Zant，MicrochipFabrication，第4版，McGraw-Hill，New York，2000，第256-270页可获得与根据本申请可使用的蚀刻技术及蚀刻设备相关的更多信息，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。

剩余层去除。蚀刻处理的结果是形成沟槽(例如，图2的沟槽292、沟槽294、沟槽296及沟槽298)。然后，在已知为光阻材料剥离工艺中去除剩余层以产生图案化结构。在一些实施方案中，利用诸如H₂SO₄的强酸或酸氧化剂组合(例如，H₂SO₄-Cr₂O₃)来剥离光阻材料，攻击光阻材料而非沟槽来产生完全图案化的结构。其它液体剥离剂包括有机溶剂剥离剂(例如，酚有机剥离剂及solventlamine剥离剂)以及碱性剥离剂(具有或不具有氧化剂)。在本申请的一些实施方案中，应用干等离子体工艺来去除光阻材料。在这些实施方案中，图案化的太阳能电池单元280被设置在室中并且引入氧气。等离子场使氧气加能至高能状态，其然后使光阻成分氧化为气体，通过真空泵将该气体从室中去除。在干剥离剂中，通过微波、射频、或紫外臭氧源来产生等离子体。可在Madou，Fundamentals of Microfabrication，第2版，CRC Press，BocaRaton，Florida，2002，第2-65页；以及Van Zant，Microchip Fabrication，第4版，McGraw-Hill，New York，2000中找到可用于使太阳能电池单元270图案化的照相平版印刷工艺的更多信息，通过引用将其全部内容分别包含在本说明书中。这些方法分别包括使用正光阻材料，而非负光阻材料以及超紫外平版印刷、x-光平版印刷、带电粒子束平版印刷、扫描探测平版印刷、软平版印刷、以及三维平版印刷方法。

5.8示例性尺寸

如图2K所示，太阳能电池270具有相对于其剖面宽度更大的长度l。在一些实施方案中，太阳能电池270具有介于10毫米(mm)与100,000mm之间的长度l以及介于3mm与10,000mm之间的宽度d。在一些实施方案中，太阳能电池270具有介于10mm与5,000mm之间的长度l以及介于10mm与1,000mm之间的宽度d。在一些实施方案中，太阳能电池270具有介于40mm与15000mm之间的长度l以及介于10mm与50mm之间的宽度d。

在一些实施方案中，太阳能电池单元270可以是如图2K所示的细长形。如图2K所示，细长太阳能电池单元270是特征在于具有纵向尺寸l及宽度尺寸d的电池。在细长太阳能电池单元270的一些实施方案中，纵向尺寸l超过宽度尺寸d至少4倍、至少5倍或至少6倍。在一些实施方案中，细长光伏设备的纵向尺寸l是10厘米或更长、20厘米或更长、或100厘米或更长。在一些实施方案中，太阳能电池单元270的宽度d(例如，直径)是5毫米或更长、10毫米或更长、50毫米或更长、100毫米或更长、500毫米或更长、1000毫米或更长、或2000毫米或更长。

太阳能电池单元270的光伏电池700可以各种方式制成并具有各种厚度。这里所述的光伏电池700可以是所谓的厚膜半导体结构或所谓的薄膜半导体结构。

引用的参考文献

如同分别独立具体地说明各独立公开出版物、专利或申请文本为所有目的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，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，本申请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。

Claims (85)

1.太阳能电池单元，包括：

(A)具有第一端及第二端的衬底，其中所述衬底的至少一部分为刚性且非平面的；以及

(B)线性设置在所述衬底上的多个光伏电池，该多个光伏电池包括第一光伏电池及第二光伏电池，所述多个光伏电池中的各个光伏电池包括：

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；以及

周向沉积在所述半导体结上的透明导电层，其中，

所述多个光伏电池中的所述第一光伏电池的所述透明导电层与所述多个光伏电池中的所述第二光伏电池的所述后电极串联电连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底具有20GPa或更大的杨氏模数。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底具有40GPa或更大的杨氏模数。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底具有70GPa或更大的杨氏模数。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底由线性材料制成。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底的全部或一部分为刚性管或刚性实心棒。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底的全部或一部分的特征在于圆形剖面、卵形剖面、三角形剖面、五角形剖面、六角形剖面、具有至少一个弓形部分的剖面、或者具有至少一个曲线部分的剖面。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底的第一部分的特征在于第一剖面形状，且所述衬底的第二部分的特征在于第二剖面形状。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池单元，其中，所述第一剖面形状与所述第二剖面形状相同。

10.根据权利要求8所述的太阳能电池单元，其中，所述第一剖面形状与所述第二剖面形状不同。

11.根据权利要求8所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底的至少百分之九十的长度的特征在于所述第一剖面形状。

12.根据权利要求8所述的太阳能电池单元，其中，所述第一剖面形状是平面，且所述第二剖面形状具有至少一个弓形侧。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底由玻璃制成。

14.根据权利要求13所述的太阳能电池单元，其中，所述玻璃是铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、二色性玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融二氧化硅、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟玻璃、玻璃基酚、火石玻璃、或者cereated玻璃。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底的剖面为圆周形，并且具有1mm至1000mm的外径。

16.根据权利要求1-14中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底的剖面为圆周形，并且具有14mm至17mm的外径。

17.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底的剖面的特征在于：

内径，其界定形成所述衬底的中空内部，以及

外径，其界定形成所述衬底的周长。

18.根据权利要求17所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底的厚度介于0.1mm与20mm之间。

19.根据权利要求17所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底的厚度介于1mm与2mm之间。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述太阳能电池单元具有介于5mm与10,000mm之间的长度。

21.根据权利要求1-20中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池包括：

位于所述衬底的第一端的第一端光伏电池；

位于所述衬底的第二端的第二端光伏电池；以及

位于所述第一端光伏电池与所述第二端光伏电池之间的至少一个中间光伏电池，其中，所述至少一个中间光伏电池中的各个中间光伏电池的所述透明导电层与所述多个光伏电池中相邻光伏电池的所述后电极串联电连接。

22.根据权利要求21所述的太阳能电池单元，其中，所述相邻光伏电池是所述第一端光伏电池或所述第二端光伏电池。

23.根据权利要求21所述的太阳能电池单元，其中，所述相邻光伏电池是另一中间光伏电池。

24.根据权利要求1-23中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池包括三个或更多光伏电池。

25.根据权利要求1-23中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池包括十个或更多光伏电池。

26.根据权利要求1-23中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池包括五十个或更多光伏电池。

27.根据权利要求1-23中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池包括一百个或更多光伏电池。

28.根据权利要求1-27中任一项所述的太阳能电池单元，还包括透明管状壳体，该透明管状壳体周向沉积在所述多个光伏电池中所述光伏电池的全部或一部分的所述透明导电层上。

29.根据权利要求28所述的太阳能电池单元，其中，所述透明管状壳体由塑料或玻璃制成。

30.根据权利要求28所述的太阳能电池单元，其中，所述透明管状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/熔融二氧化硅、钠钙玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟玻璃、火石玻璃、或者cereated玻璃。

31.根据权利要求1-30中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底被设置使流体能通过所述衬底。

32.根据权利要求31所述的太阳能电池单元，其中，所述流体是空气、水、氮、或氦。

33.根据权利要求1-32中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述衬底包括刚性实心棒。

34.根据权利要求1-33中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池中的光伏电池的所述后电极由铝、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。

35.根据权利要求1-33中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池中的光伏电池的所述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-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、或者导电塑料制成。

36.根据权利要求1-35中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池中的光伏电池的所述半导体结包括同质结、异质结、导质面结、掩埋同质结、p-i-n结、或者串联结。

37.根据权利要求1-36中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池中的光伏电池的所述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-氧化锌，或者其任意组合。

38.根据权利要求1-35中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池中的光伏电池的所述半导体结包括吸收器层及结匹配层，其中所述结匹配层周向沉积在所述吸收器层上。

39.根据权利要求38所述的太阳能电池单元，其中，所述吸收器层是铜铟镓硒，并且所述结匹配层包括In₂Se₃、In₂S₃、ZnS、ZnSe、CdInS、CdZnS、ZnIn₂Se₄、Zn_1-xMg_xO、CdS、SnO₂、ZnO、ZrO₂或者掺杂ZnO。

40.根据权利要求1-39中任一项所述的太阳能电池单元，其中，所述多个光伏电池中的光伏电池还包括周向沉积在所述光伏电池的所述半导体结上的本征层，并且其中所述光伏电池的所述透明导电层沉积在所述本征层上。

41.根据权利要求40所述的太阳能电池单元，其中，所述本征层包括未掺杂透明氧化物。

42.根据权利要求40所述的太阳能电池单元，其中，所述本征层包括未掺杂氧化锌。

43.根据权利要求1-43中任一项所述的太阳能电池单元，还包括：

周向沉积在所述多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的所述透明导电层上的填充体层；以及

周向沉积在所述填充体层上的透明管状壳体。

44.根据权利要求43所述的太阳能电池单元，其中，所述填充体层包含乙烯-醋酸乙烯(EVA)、硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、或者聚氨脂。

45.根据权利要求43所述的太阳能电池单元，其中，所述填充体层具有低于1×10⁶cP的粘性。

46.根据权利要求43所述的太阳能电池单元，其中，所述填充体层具有大于500×10^-6/℃的热膨胀系数。

47.根据权利要求43所述的太阳能电池单元，其中，所述填充体层由与电介质胶混合的硅油形成。

48.根据权利要求47所述的太阳能电池单元，其中，所述硅油是聚二甲基硅氧烷聚合物液体，并所述电介质胶是第一硅弹性体与第二硅弹性体的混合物。

49.根据权利要求43所述的太阳能电池单元，其中，所述填充体层由占X％重量的聚二甲基硅氧烷聚合物液体、占Y％重量的第一硅弹性体、以及占Z％重量的第二硅弹性体形成，其中X、Y及Z总和为100。

50.根据权利要求49所述的太阳能电池单元，其中，所述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是被选择使得所述聚合物液体具有50厘斯托克与100,000厘斯托克平均体粘度的整数范围。

51.根据权利要求49所述的太阳能电池单元，其中，所述第一硅弹性体包括至少占百分之六十重量的二甲基乙烯基端二甲基硅氧烷，以及占百分之3至7重量的硅酸盐。

52.根据权利要求49所述的太阳能电池单元，其中，所述第二硅弹性体包括：(i)至少占百分之六十重量的二甲基乙烯基端二甲基硅氧烷；(ii)占百分之十至三十重量的氢端二甲基硅氧烷；以及(iii)占百分之3至7重量的三甲基硅土。

53.根据权利要求52所述的太阳能电池单元，其中，X介于30至90之间；Y介于2至20之间；Z介于2至20之间。

54.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，还包括：

周向沉积在所述多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的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透明管状壳体。

55.根据权利要求54所述的太阳能电池单元，其中，所述阻水层包括纯净硅、SiN、SiO_xN_y、SiO_x或Al₂O₃，其中x及y是整数。

56.根据权利要求54所述的太阳能电池单元，其中，在所述阻水层上被涂布荧光材料。

57.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，还包括：

周向沉积在所述多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的所述透明导电层上的透明管状壳体；以及

周向沉积在所述透明管状壳体上的增透涂层。

58.根据权利要求57所述的太阳能电池单元，其中，所述增透涂层包括MgF₂、氮化硅、氮化钛、一氧化硅、或者氮氧化硅。

59.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，还包括：

周向沉积在所述多个光伏电池中的光伏电池的全部或一部分的所述透明导电层上的增透涂层。

60.根据权利要求59所述的太阳能电池单元，其中，所述增透涂层包括MgF₂、氮化硅、氮化钛、一氧化硅、或者氮氧化硅。

61.太阳能电池组件，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设置为共平面行，以形成所述太阳能电池组件。

62.太阳能电池组件，包括：

(A)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，其中，所述多个太阳能电池单元中的太阳能电池单元以平行或接近平行的方式几何地设置，由此形成具有第一面及第二面的平面阵列；以及

(B)多个内部反射器，其中，该多个内部反射器中的各个内部反射器被设置在所述多个细长太阳能电池中相应第一太阳能电池单元与第二太阳能电池单元之间，使得从各个内部反射器反射的太阳光的一部分被反射到所述相应第一细长太阳能电池与第二细长太阳能电池。

63.根据权利要求62所述的太阳能电池组件，还包括：

(C)透明电绝缘衬底，其覆盖所述平面阵列的所述第一面的全部或一部分。

64.根据权利要求63所述的太阳能电池组件，还包括：

(D)沉积在所述平面阵列的所述第二面上的透明绝缘罩，由此将所述多个细长太阳能电池包装在所述透明绝缘罩与所述透明电绝缘衬底之间。

65.根据权利要求64所述的太阳能电池组件，其中，所述透明绝缘罩与所述透明电绝缘衬底通过密封剂接合在一起。

66.根据权利要求65所述的太阳能电池组件，其中，所述密封剂是乙烯-醋酸乙烯(EVA)、硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、或者聚氨脂。

67.根据权利要求62-66中任一项所述的太阳能电池组件，其中，

所述多个太阳能电池单元被设置成从所述平面阵列的所述第一面方向和从所述第二面方向接收直接光。

68.根据权利要求62-67中任一项所述的太阳能电池组件，还包括反照表面，该反照表面被设置成将阳光反射到所述多个太阳能电池单元。

69.根据权利要求68所述的太阳能电池组件，其中，所述反照表面具有超过80％的反照率。

70.根据权利要求69所述的太阳能电池组件，其中，所述反照表面具有超过90％的反照率。

71.根据权利要求62-70中任一项所述的太阳能电池组件，其中，所述多个太阳能电池单元中的第一太阳能电池单元与第二太阳能电池单元串联电排列。

72.根据权利要求62-70中任一项所述的太阳能电池组件，其中，所述多个太阳能电池单元中的第一太阳能电池单元与第二太阳能电池单元并联电排列。

73.太阳能电池组件，包括：

(A)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，其中，所述多个太阳能电池单元中的太阳能电池单元以平行或接近平行的方式几何地设置，由此形成具有第一面及第二面的平面阵列；

(B)透明电绝缘衬底，其覆盖所述平面阵列的所述第一面的全部或一部分；

(C)沉积在所述平面阵列的所述第二面上的透明绝缘罩，由此将所述多个细长太阳能电池包装在所述透明绝缘罩与所述透明电绝缘衬底之间。

74.根据权利要求73所述的太阳能电池组件，其中，所述透明绝缘罩与所述透明电绝缘衬底通过密封剂接合在一起。

75.根据权利要求74所述的太阳能电池组件，其中，所述密封剂是乙烯-醋酸乙烯(EVA)、硅、硅胶、环氧化物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、RTV硅橡胶、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯、丙烯酸、含氟聚合物、或者聚氨脂。

76.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其中，多个光伏电池中的光伏电池中的透明导电层被涂布了荧光材料。

77.根据权利要求28所述的太阳能电池组件，其中，所述透明管状壳体的发光或外表面被涂布了荧光材料。

78.根据权利要求43所述的太阳能电池组件，其中，所述填充体层被涂布了荧光材料。

79.太阳能电池单元，包括：

(A)刚性衬底，其中该衬底为(i)中空圆柱形或(ii)实心棒状；

(B)第一光伏电池，包括：

周向沉积在所述衬底的第一部分上的第一后电极；

周向沉积在所述第一后电极上的第一半导体结层；以及

周向沉积在所述第一半导体结上的第一透明导电层；以及

(C)第二光伏电池，包括：

周向沉积在所述衬底的第二部分上的第二后电极；

周向沉积在所述第二后电极上的第二半导体结层；以及

周向沉积在所述第二半导体结上的第二透明导电层；其中

(i)所述第一光伏电池与所述第二光伏电池相邻；

(ii)所述第一透明导电层与所述第二后电极串联电连接；

(iii)所述第一透明导电层与所述第二透明导电层电隔离；以及

(iv)所述第一后电极与所述第二后电极电隔离。

80.太阳能电池单元，包括：

(A)衬底，其中所述衬底的至少一部分是刚性并且非平面的；

(B)第一光伏电池，包括：

周向沉积在所述衬底的第一部分上的第一后电极；

周向沉积在所述第一后电极上的第一半导体结层；以及

周向沉积在所述第一半导体结上的第一透明导电层；

(C)第二光伏电池，包括：

周向沉积在所述衬底的第二部分上的第二后电极；

周向沉积在所述第二后电极上的第二半导体结层；以及

周向沉积在所述第二半导体结上的第二透明导电层；以及

(D)绝缘柱，其(i)将所述第一后电极与所述第二后电极电分离，并且(ii)将所述第一半导体结与所述第二半导体结电分离；以及

(E)导电过孔，其中，所该过孔将所述第一透明导电层与所述第二后电极串联电连接。

81.太阳能电池单元，包括：

(A)衬底，其中所述衬底的至少一部分是刚性并且非平面的；

(B)第一光伏电池，包括：

周向沉积在所述衬底的第一部分上的第一后电极；

周向沉积在所述第一后电极上的第一半导体结层；以及

周向沉积在所述第一半导体结上的第一透明导电层；

(C)第二光伏电池，包括：

周向沉积在所述衬底的第二部分上的第二后电极；

周向沉积在所述第二后电极上的第二半导体结层；以及

周向沉积在所述第二半导体结上的第二透明导电层；以及

(D)绝缘柱，其(i)将所述第一后电极与所述第二后电极电分离，并且(ii)将所述第一半导体结与所述第二半导体结电分离；

所述第一透明导电层与所述第二后电极串联电连接；并且，

所述第一透明导电层与所述第二透明导电层电隔离。

82.太阳能电池单元，包括：

(A)衬底，其中所述衬底的至少一部分是刚性并且非平面的；

(B)第一光伏电池，包括：

周向沉积在所述衬底的第一部分上的第一后电极；

周向沉积在所述第一后电极上的第一半导体结层；

周向沉积在所述第一半导体结上的第一透明导电层；以及

沉积在所述第一透明氧化层的一部分上的电缆；

(C)第二光伏电池，包括：

周向沉积在所述衬底的第二部分上的第二后电极；

周向沉积在所述第二后电极上的第二半导体结层；以及

周向沉积在所述第二半导体结上的第二透明导电层；以及

(D)绝缘柱，其(i)将所述第一后电极与所述第二后电极电分离，(ii)将所述第一半导体结与所述第二半导体结电分离；并且(iii)将所述第一透明导电层与所述第二透明导电层电分离；以及

(E)导电过孔，其中，该导电过孔将所述电缆与所述第二后电极串联电连接。

83.根据权利要求54所述的太阳能电池单元，其中，所述荧光材料是铜活化的硫化锌(ZnS:Cu)、银活化的硫化锌(ZnS:Ag)、硫化锌、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((Ca₅Sr)S:Bi)、铜及镁活化的硫化锌(ZnS:Cu，Mg)、CdSe的量子点、1，2-二苯乙烯、反式-1，2-二苯乙烯、(E)-1，2-二苯乙烯、伞形酮，或者其任何组合。

84.方法，包括：

使流体通过衬底，其中

(A)所述衬底具有第一端及第二端，其中，该衬底为中空圆柱形并且为刚性；并且

(B)多个光伏电池在所述衬底上线性设置，该多个光伏电池包括第一光伏电池及第二光伏电池，所述多个光伏电池中的各个光伏电池包括：

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；以及

周向沉积在所述半导体结上的透明导电层，其中，

所述多个光伏电池中的所述第一光伏电池的所述透明导电层与所述多个光伏电池中所述第二光伏电池的所述后电极串联电连接。

85.根据权利要求84所述的方法，其中，所述流体是空气、水、氮或氦。

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