CN101689579A - 具有包括容积补偿的容器的光伏设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光伏设备，包括(i)外部透明壳，(ii)衬底，该衬底和该外部透明壳限定了一个内部容积，(iii)在该衬底上的至少一个太阳能电池，(iv)用于密封该至少一个太阳能电池的填充层，和(v)具有该内部容积的容器。当该填充层膨胀时，则该容器内的容积减少，而当该填充层收缩时，则该容器内的容积将增大。在一些实施方式中，该容器被密封，并且具有多个隆起。在一些实施方式中，该容器包括一个由加载密封垫的弹簧所密封的开口。在一些实施方式中，该容器具有第一开口和第二开口，其中该第一开口被加载密封垫的第一弹簧密封，而该第二开口被加载密封垫的第二弹簧密封。在一些实施方式中，该容器具有细长的星形状。

Description

具有包括容积补偿的容器的光伏设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年4月30日提交的美国临时专利申请No.60/926,901的权益，在此其作为参考全部内容引入本发明中。本申请也要求2007年11月30日提交的美国专利申请No.11/998,780的权益，在此其作为参考全部内容引入本发明中。

背景技术

图1是传统光伏设备的示意性方块图。光伏设备10通常包括一个或多个分散其中的太阳能电池12。太阳能电池一般通过在导电材料层104和透明导电材料层110之间放置半导体结而制成。光撞击在光伏模块10的太阳能电池12上，并穿过透明导电材料层110。虽然也可有其它设计，但典型的半导体结包括吸收体层106和窗口层108。在半导体结中，光子与该材料相互作用，以产生电子空穴对。该半导体结通常被掺杂，从而产生从结点层延伸的电场。因此，当电子空穴和/或电子由半导体结中的太阳光产生时，他们将依据电场的极性而移向透明导电材料层110或者移向导电材料层104。这个移动过程在太阳能电池12中产生了电流，该电流流出该太阳能电池以便储存和/或并流使用。

所示的太阳能电池12的一个导电节点电性连接到另一个太阳能电池12的相反节点。以这种方式，在一个太阳能电池中产生的电流被传递到另一个太阳能电池，从而被最终收集。如在图1所示的当前描述装置，其中太阳能电池是串联，因此产生高电压设备。在另一种未示出的方式中，太阳能电池可以并联，从而增大获得的电流而非电压。

进一步如图1所示，导电材料层104被衬底支撑。另外，抗反射涂层112可置于透明导电材料层110上。太阳能电池12由衬底102和透明面板60密封而和外部环境隔离。通常，在太阳能电池的有源层与透明面板60之间存在填充层5。在一些太阳能电池中，在导电材料层104和衬底102之间存在填充层。通常，该填充层由乙烯-乙酸乙烯(EVA)制成。该EVA被涂抹成一层薄片，然后被加热从而被熔化和交联。以这种方式，在设备(穿过112的层104)与外部层60和102之间形成中间层。硫化EVA实际上是固体，并且具有相对于温度而言非常低的容积膨胀系数。因此，EVA在环境中是非常耐受的。但是，很难将EVA涂抹在不是平面薄片的其它物质上。因此，为了在实际不是平面上进行组装，如何涂抹EVA就成为问题。此外，因为绝大多数的太阳能电池都是采用平面的电池，其并非真的非常需要更换外部层-EVA-设备结构。

基于上述背景，本领域所需要解决的问题就是，改进光伏设备的填充层，使其即使在光伏设备基于非平面衬底的情况下也能容易组装。此外，本领域所需要的是结合了这种改进的填充层的光伏电池。

附图说明

在此结合并构成本说明书一部分的附图描述了本申请公开内容的一个或多个实施方式，并且附图与具体描述一同用于说明本申请公开内容的原理和实施方式。

图1显示了依据现有技术的互相连接的太阳能电池。

图2是在具有隔膜的非平面光伏设备中各层的横截面视图。

图3A显示了具有隔膜的非平面光伏设备的部分透视图。

图3B显示了具有缺口的图3A的非平面光伏设备的部分透视图，以便进一步显示隔膜。

图3C显示除了中空内部衬底核心以及隔膜以外的完整图3A非平面光伏设备的部分透视图。

图3D显示了其中隔膜膨胀进入中空内部衬底核心的图3C的非平面光伏设备的部分透视图。

图4A显示了具有容积补偿容器的平面光伏设备。

图4B显示了具有多个容积补偿容器的非平面光伏设备。

图5A显示了用于在非平面或平面光伏设备中进行容积补偿的柔性密封容器的透视图。

图5B显示了用于在非平面或平面光伏设备中进行容积补偿的弹簧加载型容器的透视图。

图5C显示了用于在非平面或平面光伏设备中进行容积补偿的双弹簧加载型容器的透视图。

图5D显示了用于在非平面或平面光伏设备中进行容积补偿的可萎陷气球(collapsible balloon)型容器的透视图。

图5E显示了用于在非平面或平面光伏设备中进行容积补偿的星状型容器的透视图。

图5F-5G显示了用于在非平面或平面光伏设备中进行容积补偿的星状型容器的横截面视图。

图6A-6D显示了在不同的非平面太阳能电池中使用的半导体结。

在全部的附图中，类似的附图标记编号表示相应的部件。并且尺寸并非按比例绘制。

具体实施方式

本申请旨在提供一种用于光伏设备的改进的填充层，即使在光伏设备是基于非平面衬底的情况下，所述填充层仍能够容易组装。此外，本申请还旨在提供一种结合了这种改进的填充层的光伏设备。本申请提供了光伏设备的构建方法。特别是，本申请提供了制造具有实质上不同的热膨胀系数的材料层的光伏设备的方法。

为了清楚起见，在这里并没有示出并描述所有的实施方式中的常规特征。当然，应当理解，在开发任何这种实际实施方式中，必须进行多种特定实施方式的决策，以便实现开发者的特定目的，例如依从与应用和商业相关的限制，并且这些特定目的因实施方式的不同而不同，也因开发者的不同而不同。此外，应当理解，这样的开发努力是非常复杂并耗费时间的，不过对于从本申请公开内容受益的本领域技术人员而言，这一制造过程也通常能够承受。

参照图2和图4A，如在本说明书所用，光伏设备10是将光能转换为电能的设备，并且包含至少一个太阳能电池12。光伏设备10可以被描述为整体形式的一个或多个太阳能电池12。在一些实施方式中，多个太阳能电池12电性连接在一起成为一个细长的结构，从而形成光伏设备。这样的光伏结构的例子可见于美国专利No.7,235,736，在此其作为参考全部内容引入本发明中。例如，在细长的光伏设备10中的每个太阳能电池12都可以占用下面的衬底102的一部分以及整个光伏设备10，并且多个太阳能电池12可以彼此单块集成以便彼此电性串联或电性并联。可选地，细长的光伏设备10可具有一个单一的太阳能电池12，该太阳能电池12置于衬底上。在一些实施方式中，光伏设备10具有1、2、3、4、5或更多、20或更多个、或者100或更多个这样的太阳能电池12，他们集成在同一衬底102上。通常，光伏设备10由衬底102以及可操作地将光能转换为电能、置于该衬底102上的材料构成。在某些非平面的实施方式中，这样的材料可以圆周地涂覆下面的衬底。在一些实施方式中，这样的材料构成了置于衬底上的一个或多个太阳能电池12。该材料通常包括多层，例如导电材料层、半导体结层和透明导电材料层。

1.1容积补偿

本申请公开内容包含了平面光伏设备10(如图4所示)和非平面光伏设备10(如在图2的横截面视图所示)。在图2的光伏设备10中，透明壳310沿圆周地覆盖下面的有源层。在一些情况中，如图2所示，非平面光伏设备10是圆柱形或管状的。如在此所用，术语“圆柱形”表示具有圆柱形或大致呈圆柱形的物体。实际上，圆柱形物体可以具有不规则形状，从而该物体，从整体考虑，是大致的圆柱形。这样的圆柱形可以是实心的(例如，杆)或中空的(例如，管)。如在此所用，术语“管状”表示具有管状或大致呈管状的物体。实际上，管状物体可以具有不规则形状，从而该物体，从整体考虑，是大致的管状。

图2显示了非平面光伏设备10的示例性实施方式的横截面视图。光伏设备10具有衬底102。在如图2示例的非平面实施方式中，衬底102具有限定了容器25的中空核心。容器25在例如，图3C、3D、4A和4B中进行显示。在一些实施方式中，柔性隔膜50密封了衬底102的中空核心的一端，而该中空核心的另一端被密封盖盖住。在这些实施方式中，容器25由衬底102的中空核心、位于该中空核心的一端的柔性隔膜50以及位于该中空核心的另一端的密封盖所限定。在一些实施方式中，柔性隔膜50在衬底102的中空核心的每一端使用，从而密封中间核心。在这些实施方式中，容器25由衬底102的中空核心、位于该中空核心的一端的第一柔性隔膜50以及位于该中空核心的另一端的第二柔性隔膜50所限定。在一些实施方式中，容器25没有或只有很少的气压。在一些实施方式中，容器25是完全真空的。在一些实施方式中，容器25的气压低于20Torr、低于40Torr、低于100Torr，或低于500Torr。在一些实施方式中，容器被填充了例如氦、氖或氩的惰性气体。

非平面光伏设备10可由如图2中所示的除圆形外的多个形状中的任意一个所界定的横截面来表征。该界定形状可以是圆形、卵形、或由一个或多个平滑曲面或者这些平滑曲面的任意结合所表征的形状中的任意一个。该界定形状实际也可以是线性的，包括三角形、矩形、五边形、六边形，或具有任意数目线段的表面。或者，横截面可以由线性表面、弓形表面或曲面的任意组合所界定。如在此所述，仅为了讨论的方便，将一全面圆形(omnifacial circular)横截面标识出来用于表示光伏设备10的非平面实施方式。然而，应当注意，任意横截面几何形状均可以被用于在实践中为非平面的光伏设备10中。

参照图2，导电材料层104，通常被称为后电极，覆盖全部或部分衬底102。半导体结覆盖在全部或部分导电材料层104上。虽然可以有其它设计，但是常规的半导体结包括吸收体层106和窗口层108。可选地，本征层(i-层)(未示出)覆盖在全部或部分半导体结上。透明导电材料层110覆盖在全部或部分半导体结和/或i-层上。导电材料层104、半导体结106/108和透明导电材料层110(包括或不包括本征层)，共同形成置于衬底102上的太阳能电池12。包括密封剂的填充层330覆盖在太阳能电池12上，并在由衬底102和透明壳310所限定的内部容积中密封太阳能电池12。

有利地，目前的太阳能电池设备10采用凝胶、树脂、非固体、或其它高粘性物质作为填充层330的填充物成分。该材料作为液体加入组件中，并允许硫化成凝胶或其它粘性非固体状态。但是，在这种方法中，所形成的材料具有比传统材料，例如乙烯-乙酸乙烯的更高的热膨胀系数。因此，在典型的热循环过程中，相对于使用传统材料，例如乙烯-乙酸乙烯(EVA)作为填充物成分的填充层330而言，可以期望在填充层330中发生实质的容积变化。例如，EVA的容积热膨胀系数为160×10^-6/℃至200×10^-6/℃，而碱性石灰玻璃的容积热膨胀系数为8.6×10^-6/℃。相反，在本申请公开内容中的用于填充层330的填充物成分的凝胶、树脂、非固体或其它高粘性物质的容积热膨胀系数大于200×10^-6/℃。例如，用于本申请公开内容的填充层330的填充物成分的一种材料，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，具有大约960×10^-6/℃的容积温度系数。因此，在一些实施方式中，在本申请公开内容中的填充层330具有大于250×10^-6/℃、大于300×10^-6/℃、大于400×10^-6/℃、大于500×10^-6/℃、大于1000×10^-6/℃、大于2000×10^-6/℃、大于5000×10^-6/℃、或在250×10^-6/℃和10000×10^-6/℃之间的容积热膨胀系数。在一特定实施方式中，由线性聚二甲基硅氧烷聚合物组成并具有960×10^-6/℃的容积膨胀系数的Dow Corning 200液体用于填充层300。

有利地，本申请提供了填充层330的容积补偿层。在光伏设备10是非平面的情况下，如在图2的横截面视图以及图3A-3D的部分透视图所示，隔膜50密封中空衬底102的至少一端，从而形成具有容器容积的容器25(图2与图3C和3D)。图3B表示了具有缺口70的图3A的非平面光伏设备的部分透视图，以进一步表示隔膜50。图3C表示了除中空内部衬底核心102和隔膜50以外的完整图3A的非平面光伏设备的部分透视图，从而更容易表示隔膜50和容器25的细节。

在形成层330的液体积层被导入组件之前，隔膜50固定于内部管的一端。在透明壳310与覆盖衬底102的有源设备之间的环状容积实质上由物质填充，从而形成“层”330，其之后被硫化成更具粘性的状态。

在加热循环中，形成填充层330的填充物成分膨胀。然而，膨胀力被隔膜50所抵消，如图3D中所示，隔膜50因为该力而被压入容器25。隔膜50的电阻小于光伏设备10的外部端盖(未示出)或者衬底102或透明壳300的侧壁的电阻。因此，由膨胀容积所产生的力指向隔膜50上。但冷却时，压力向下，并且隔膜返回如图3A至3C中所示的低压位置。因此，图3表示了如何在由衬底102和外部透明壳310所限定的内部容积中形成容器25。特别地，在图3中，在衬底102的中空部分具有容器。容器25由至少一个壁(例如，中空衬底103的内壁)和一个开口所限定，其中该开口与填充层330液体连通。隔膜50固定到容器25的开口。隔膜50密封容器25，从而限定容器容积。如图3C所示，隔膜50被设置成当填充层330的热收缩时增大容器25的容积。如图3D所示，隔膜50被设置成当填充层330热膨胀时减小容器25的容积。

在一些实施方式中，隔膜50由橡胶、类似橡胶的材料、橡胶衍生物、硅橡胶或人造橡胶构成。在一些实施方式中，隔膜50由乙烯丙烯二烯烃单体橡胶组成。在一些实施方式中，隔膜50由天然橡胶、硫化橡胶、丁二烯-苯乙烯聚合物(如GR-S)、氯丁(二烯)橡胶、丁腈橡胶、丁基合成橡胶、聚硫橡胶、乙烯-丙烯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、古塔胶和/或树胶构成。在一些实施方式中，隔膜50由硅橡胶构成。硅橡胶是具有400lb/in²至700lb/in²(2.78-4.85×106N/m²)的抗张强度的类似橡胶材料。在一些实施方式中，隔膜50由

硅橡胶(Dow Corning)构成。如在此使用的，术语“人造橡胶”用于描述弹性的或者有回弹力的、以及通常在感觉和外观上类似天然橡胶的天然材料和合成材料。例如，参见Avallone and BaumeisterIII，Marks’Standard Handbook for Mechanical Engineers，McGraw Hill，1987，其在此作为参考并入本发明。在一些实施方式中，隔膜50由塑料或橡胶形成。在一些实施方式中，隔膜50由高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、乙烯基、可塑的乙烯基、乙酸丁酸纤维素、三聚氰胺-甲醛、聚酯、尼龙构成。例如，参见Modern Plastics Encyclopedia，McGraw-Hill，由于其教导前述化合物，在此作为参考被纳入本发明中。

一般地，隔膜50被设计具有少量弹性和容积限制的材料，这不会使填充层330的化学组分变质，也能够经受太阳能光伏设备10的应力和操作温度范围。

在非平面光伏实施方式中，具有容器容积的容器25由衬底102以及用于密封该衬底的密封盖所限定。在如图2所示的实施方式中，衬底102的一端被隔膜50限定。衬底102的另一端也被隔膜50限定，从而限定了容器容积。可选地，衬底102的另一端被刚性盖所密封，从而限定了容器容积。该刚性盖可以与衬底102形成整体件。该刚性盖也可以是装配在衬底102一端的分开件，从而密封衬底102的内部容积。

有利地，隔膜50能够膨胀进入容器容积25，此时光伏设备10在正常操作下变热。该限制降低了被密封的容器25的容积。在不同的实施方式中，隔膜50能够在光伏设备10的操作过程中将容器25的容积降低5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、或者2％至40％。例如，在一个非限制实施方式中，当光伏设备10是冷的，容器25的容器容积是Y个任意容积单元，但是当光伏设备10在正常操作过程中被加热时，容器25的容积被减少至仅为0.5Y个任意容积单元，即减少了50％的容积，因为隔膜50膨胀进入容器25的内部。

上述容积补偿装置可用于平面衬底102，例如如图4A中所示的平面衬底的情况。在这样的实施方式中，一组(bank)平面太阳能电池12可被构造并且具有预先形成的容器25，其中容器25如图4A所示位于构成有源部分的集合中。在电池组中形成具有容积902的封闭的预先形成的容器25。预先形成的容器25具有一个或多个隔膜50，如图4A所示，其用于密封通向容器的开口。隔膜50可以是上述隔膜的任意多个或全部。在这些实施方式中，任意的用于填充层330的上述指出的填充物成分都可以用于图4A的填充层330。因此，以这种方式，可以在平面光伏设备中进行容积补偿。虽然在图4A中仅仅表示了单一的预先形成的容器25，应当理解，在平面或非平面的光伏装置10的实施方式中，可以存在任意数量的预先形成的容器25。例如，可以有1个或多个、2个或多个、3个或多个、10个或多个、或者100个或多个预先形成的容器25，其中每个容器25具有以上述方式通过一个或多个隔膜50调整的容器容积。每个这样的预先形成的容器25可以具有相同或不同的几何形状。为了呈现这一概念，简单地在图4A中显示了圆柱形的预先形成的容器25。如图4A所示的圆柱形显示预先形成的容器25可采用的许多不同的三维几何形状中的一种。此外，预先形成的容器25可以采用不规则的非几何形状的三维形状。

也应当提及，例如在图4A中所示的陷入填充层330的预先形成的容器25也可以在非平面光伏设备10的实施方式中使用。例如，参照图4B，除了衬底102内的容器25，一个或多个容器25可以一定程度陷入由衬底102和透明壳310所限定的内部容积802中，而不是陷入衬底102的内部，例如在衬底102上的太阳能电池12与透明壳310之间的空间中，或者是在光伏设备10的任一个或两个端上的空间。即使是在非平面光伏设备10的实施方式中，如图4B所示，在内部容积802中可以有多个预先形成的容器25。

现在参照图5，显示了可以以上述方式用于光伏设备10的容积补偿的容器25的例子。换句话说，任意容器500、510、520、530、540和550都可用作容器25。

图5A显示了用于非平面或平面光伏设备10的容积补偿的柔性密封容器500。在一些实施方式中，每个隆起504之间的空间s是相同的。在一些实施方式中，一个或多个隆起504之间的空间s是不同的。在一些实施方式中，每个隆起504之间的空间s是相同的。在一些实施方式中，容器500具有相对于轴x的圆形、正方形、椭圆形、平行四边形、三角形、多边形、弓形、或任意其它二维规则或不规则闭合形式形状的横截面形状。在一些实施方式中，容器500具有相对于轴x的不规则的非几何形状的横截面形状。虽然在图5A中以圆柱形来表示容器500，但是在一些实施方式中，容器500具有任意几何或非几何形状，包括但不限于，盒体、锥体、球体或圆柱体。容器500可由任何包括柔性塑料或薄可锻金属的柔性材料构成。柔性密封容器500相应于填充层330的容积而变化。当光伏装置10在高温下操作时，柔性密封容器500的全部或一部分由于填充层330的热膨胀而收缩。此外，当光伏装置10在低温下操作时，柔性密封容器500的全部或一部分由于填充层330的热收缩而膨胀。在不同的实施方式中，柔性密封容器500能够在光伏设备10的操作过程中，将容器容积减小5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、或者2％至40％。例如，在一个非限制实施方式中，当光伏设备10是冷的，容器500的容器容积是Y个任意容积单元，但是当光伏设备10在正常操作过程中被加热时，由于容器500的壁压入容器的内部，容器500的容积减少至仅为0.5Y个任意容积单元，即减少了50％的容积。在一些实施方式中，容器500没有或只有很少的气压。在一些实施方式中，容器500是完全真空的。在一些实施方式中，容器500的气压低于20Torr、低于40Torr、低于100Torr，或低于500Torr。在一些实施方式中，容器500被填充了例如氦、氖或氩的惰性气体。在一些实施方式中，容器500具有至少1立方厘米、至少10立方厘米、至少20立方厘米、至少30立方厘米、至少50立方厘米、至少100立方厘米或至少1000立方厘米的容器容积。

图5B显示了用于在非平面或平面光伏设备10中进行容积补偿的弹簧加载型容器510。在一些实施方式中，容器510具有相对于轴x的圆形、正方形、椭圆形、平行四边形、三角形、多边形、弓形、或任意其它二维规则或不规则闭合形式形状的横截面形状。在一些实施方式中，容器510具有相对于轴x的不规则的非几何形状的横截面形状。虽然在图5B中以圆柱形表示，但是在一些实施方式中，容器502具有任意几何或非几何形状，包括但不限于，盒体、锥体、球体或圆柱体。在一些实施方式中，容器510可以在中空衬底102内部的非平面光伏设备10中形成。容器510可由包括非柔性塑料、玻璃或金属的任意刚性材料制成。容器510在其一端具有开口512。开口512被密封垫514密封。密封垫514相应于填充层330的容积而变化。弹簧516使密封垫514在合适的位置上。在一些实施方式中，弹簧516是金属弹簧，所述弹簧具有适用于填充层330的容积补偿的弹簧常数。当光伏装置10在高温下操作时，弹簧516由于填充层330的热膨胀而收缩。此外，当光伏装置10在低温下操作时，弹簧516由于填充层330的热收缩而膨胀。以这种方式，在不同的实施方式中，柔性密封容器510能够在光伏设备10的操作过程中，将容器容积减小5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、或者2％至40％。例如，在一个非限制实施方式中，当光伏设备10是冷的，容器510的容器容积是Y个任意单元，但是当光伏设备10在正常操作过程中被加热时，由于密封垫514可逆地压入容器的内部，容器510的容积减少至仅为0.5Y个任意单元，即减少了50％的容积。在一些实施方式中，容器510没有或只有很少的气压。在一些实施方式中，容器510是完全真空的。在一些实施方式中，容器510的气压低于20Torr、低于40Torr、低于100Torr，或低于500Torr。在一些实施方式中，容器510被填充了例如氦、氖或氩的惰性气体。在一些实施方式中，容器510具有至少1立方厘米、至少10立方厘米、至少20立方厘米、至少30立方厘米、至少50立方厘米、至少100立方厘米或至少1000立方厘米的容器容积。

图5C显示了用于在非平面或平面光伏设备10中进行容积补偿的双弹簧加载型容器520。在一些实施方式中，容器520具有相对于轴x的圆形、正方形、椭圆形、平行四边形、三角形、多边形、弓形、或任意其它二维规则或不规则闭合形式形状的横截面形状。在一些实施方式中，容器520具有相对于轴x的不规则的非几何形状的横截面形状。虽然在图5C中以圆柱形表示，但是在一些实施方式中，容器502具有任意几何或非几何形状，包括但不限于，盒体、锥体、球体或圆柱体。在一些实施方式中，容器510位于非平面光伏设备10中的中空衬底102内部。容器520可由包括非柔性塑料、玻璃或金属的任意刚性材料形成。容器520在其一端具有开口512。每个开口512被密封垫514密封。密封垫514相应于填充层330的容积而变化。弹簧516使密封垫514在合适的位置上。在一些实施方式中，弹簧516是金属弹簧，所述弹簧具有适用于填充层330的容积补偿的弹簧常数。当光伏装置10在高温下操作时，弹簧516由于填充层330的热膨胀而收缩。此外，当光伏装置10在低温下操作时，弹簧516由于填充层330的热收缩而膨胀。以这种方式，在不同的实施方式中，柔性密封容器520在光伏设备10的操作过程中，能够将容器容积减小5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、或者2％至40％。例如，在一个非限制实施方式中，当光伏设备10是冷的，容器520的容器容积是Y个任意容积单元，但是当光伏设备10在正常操作过程中被加热时，由于密封垫514可逆地压入容器的内部，容器520的容积减少至仅为0.5Y个任意容积单元，即减少了50％的容积。在一些实施方式中，容器520没有或只有很少的气压。在一些实施方式中，容器520是完全真空的。在一些实施方式中，容器520的气压低于20Torr、低于40Torr、低于100Torr，或低于500Torr。在一些实施方式中，容器520被填充了例如氦、氖或氩的惰性气体。在一些实施方式中，容器520具有至少1立方厘米、至少10立方厘米、至少20立方厘米、至少30立方厘米、至少50立方厘米、至少100立方厘米或至少1000立方厘米的容器容积。

图5D显示了用于在非平面或平面光伏设备10中进行容积补偿的可萎陷气球型容器530。容器530由任意柔性材料制成，包括但不限于，橡胶、乳胶、氯丁二烯或尼龙纤维。容器530相应于填充层330的容积而变化。当光伏装置10在高温下操作时，柔性密封容器530的全部或一部分由于填充层330的热膨胀而收缩。此外，当光伏装置10在低温下操作时，柔性密封容器530的全部或一部分由于填充层330的热收缩而膨胀。在不同的实施方式中，柔性密封容器530能够在光伏设备10的操作过程中，将容器容积减小5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、或者2％至40％。例如，在一个非限制实施方式中，当光伏设备10是冷的，容器530的容器容积是Y个任意容积单元，但是当光伏设备10在正常操作过程中被加热时，由于容器502的壁压入容器的内部，容器530的容积减少至仅为0.5Y个任意容积单元，即减少了50％的容积。在一些实施方式中，容器530的气压低于20Torr、低于40Torr、低于100Torr，或低于500Torr。在一些实施方式中，容器530被填充了例如氦、氖或氩的惰性气体。

图5E显示了用于在非平面或平面光伏设备10中进行容积补偿的星状型容器540。在一些实施方式中，容器540由任意柔性材料制成，包括但不限于，柔性塑料、薄可锻金属或空气吹制的轻金属。柔性密封容器540相应于填充层330的容积而变化。当光伏装置10在高温下操作时，柔性密封容器540的全部或一部分由于填充层330的热膨胀而收缩。此外，当光伏装置10在低温下操作时，柔性密封容器540的全部或一部分由于填充层330的热收缩而膨胀。在不同的实施方式中，柔性密封容器540能够在光伏设备10的操作过程中，将容器容积减小5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、或者2％至40％。例如，在一个非限制实施方式中，当光伏设备10是冷的，容器540的容器容积是Y个任意容积单元，但是当光伏设备10在正常操作过程中被加热时，由于容器540的壁压入容器的内部，容器540的容积减少至仅为0.5Y个任意容积，即减少了50％的容积。在一些实施方式中，容器540有很少或者没有气压。在一些实施方式中，容器540是完全真空的。在一些实施方式中，容器540的气压低于20Torr、低于40Torr、低于100Torr，或低于500Torr。在一些实施方式中，容器540被填充了例如氦、氖或氩的惰性气体。在一些实施方式中，容器540具有至少1立方厘米、至少10立方厘米、至少20立方厘米、至少30立方厘米、至少50立方厘米、至少100立方厘米或至少1000立方厘米的容器容积。在一些实施方式中，容器540是非气密的。

图5F表示了用于在非平面或平面光伏设备10中进行容积补偿的柔性密封容器550。容器550由任意柔性材料制成，包括柔性塑料或薄可锻金属。柔性密封容器550相应于填充层330的容积而变化。当光伏装置10在高温下操作时，柔性密封容器550的全部或一部分由于填充层330的热膨胀而收缩。此外，当光伏装置10在低温下操作时，柔性密封容器550的全部或一部分由于填充层330的热收缩而膨胀。在不同的实施方式中，柔性密封容器550能够在光伏设备10的操作过程中，将容器容积减小5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、或者2％至40％。例如，在一个非限制实施方式中，当光伏设备10是冷的，容器550的容器容积是Y个任意单元，但是当光伏设备10在正常操作过程中被加热时，由于容器540的壁压入容器的内部，容器550的容积减少至仅为0.5Y个任意单元，即减少了50％的容积。在一些实施方式中，容器550有很少或者没有气压。在一些实施方式中，容器550是完全真空的。在一些实施方式中，容器550的气压低于20Torr、低于40Torr、低于100Torr，或低于500Torr。在一些实施方式中，容器550被填充了例如氦、氖或氩的惰性气体。在一些实施方式中，容器550具有至少1立方厘米、至少10立方厘米、至少20立方厘米、至少30立方厘米、至少50立方厘米、至少100立方厘米或至少1000立方厘米的容器容积。图5F显示了沿线5-5’的容器550的横截面。

1.2用于制造光伏层的材料

在此已经描述了容积补偿装置和技术。以下将提供示例性材料以及其中能使用容积补偿技术的光伏设备的参考。参照图2，将提供在光伏设备10的每个示例性层的参考。

衬底102。衬底102作为光伏设备10的衬底使用。在一些实施方式中，衬底102由塑料、金属、金属合金或玻璃制成。在一些实施方式中，衬底102的长度比该衬底的宽度至少长三倍。在一些实施方式中，衬底102具有非平面形状。在一些实施方式中，衬底102具有圆柱形。在一些实施方式中，衬底102具有中空核心。在一些实施方式中，衬底102的形状仅仅大约为圆柱形物体的形状，也就是说，从垂直于衬底102的长轴得到的横截面限定的是椭圆形而不是圆形。如在此所用的术语，在本申请公开内容中这样大致成形的物体仍被认为是圆柱形的。

在一些实施方式中，衬底102由氨基甲酸脂聚合物、丙烯聚合物、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、基于玻璃的酚类、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、尼龙6，6、乙酸丁酸纤维素、醋酸纤维素、刚性乙烯基、可塑乙烯基或聚丙烯制成。在一些实施方式中，衬底102由铝矽酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃(例如，Pyrex、Duran、Simax等)、双色玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、碱质石灰玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化玻璃、氟化玻璃、派热克斯玻璃、基于玻璃的酚类、制备玻璃(cereated glass)或无色玻璃制成。在一些实施方式中，衬底102是实心圆柱形。这样的实心圆柱形衬底102可以由塑料、玻璃、金属或金属合金制成。

在一些实施方式中，衬底102是导电非金属材料。在一些实施方式中，衬底102是管状的(例如，塑料管或玻璃管)。在一些实施方式中，衬底102由例如聚苯并咪唑(例如，

购于Boedeker Plastics，Inc.，Shiner，Texas)的材料制成。在一些实施方式中，衬底102由聚酰亚胺(例如，DuPont^TM

或者DuPont^TM Wilmington，Delaware)制成。在一些实施方式中，衬底102由聚四氟乙烯(PTFE)或聚醚醚酮(PEEK)制成，其可从Boedeker Plastics，Inc.购得。在一些实施方式中，衬底102由聚酰胺-酰亚胺(例如，

PAI，Solvay Advanced Polymers，Alpharetta，Georgia)制成。

在一些实施方式中，衬底102由玻璃基体酚类制成。酚醛胶合板是通过将热量和压力施加于注入合成热固树胶的纸、帆布、亚麻或玻璃沙布层而制成。当热量和压力被施加于该多个层，化学反应(聚合)将分开的多个层转变为单一积层材料，所述材料具有不能再被软化的一“凝固”形状。因此，这些材料被称为“热固树脂”。多种树脂类型和布制材料可用于制造具有一定范围机械、热和电性能的热固树脂积层。在一些实施方式中，衬底102是具有NEMA级G-3、G-5、G-7、G-9、G-10或G-11的酚醛积层。示例性的酚醛积层可从Boedeker Plastics，Inc.获得。

在一些实施方式中，衬底102由聚苯乙烯制成。聚苯乙烯的例子包括通用聚苯乙烯和高耐冲性聚苯乙烯，如在Marks’Standard Handbook forMechanical Engineers，第九版，1987，McGraw-Hill，Inc.，P.6-174中所述，其在此作为参考全部内容并入本发明中。在其它实施方式中，衬底102由交联聚苯乙烯制成。交联聚苯乙烯是

(C-Lec Plastics，Inc)。Rexolite是热固树脂，特别是，由具有二乙烯基苯的交联聚苯乙烯制造的刚性和半透明塑料。

在一些实施方式中，衬底102是聚酯漆包线(例如，

漆包线)。

可从Dupont Teijin Films(Wilmington，Delaware)购得。在其它实施方式中，衬底102由

构成，其通过使用聚酯、乙烯基酯、与玻璃纤维(Roechling Engineering Plastic Pte Ltd.，Singapore)环氧和改良的环氧树脂来制成。

在其它实施方式中，衬底102由聚碳酸酯制成。这样的聚碳酸酯可以具有不同量的玻璃纤维(例如，10％，20％，30％或者40％)，以便调整材料的弹性强度、硬度、耐压强度和热膨胀系数。示例性的聚碳酸酯是

M和

W，其可从Boedeker Plastics，Inc.获得。

在一些实施方式中，衬底102由聚乙烯制成。在一些实施方式中，衬底102由低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或高分子重量聚乙烯(UHMW PE)制成。HDPE的化学特性在Marks’Standard Handbook forMechanical Engineers，第九版，1987，McGraw-Hill，Inc.，P.6-173中描述，其在此作为参考全部内容并入本发明中。在一些实施方式中，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6，6、乙酸丁酸纤维素、醋酸纤维素、刚性乙烯基、可塑乙烯基或聚丙烯制成。这些材料的化学特性在Marks’Standard Handbook forMechanical Engineers，第九版1987，McGraw-Hill，Inc.，第6-172页中进行了描述，其在此作为参考全部内容并入本发明中。

可用于形成衬底102的其它示例性材料在Modern Plastics Encyclopedia，McGraw-Hill；Reinhold Plastics Applications Series，Reinhold Roff，Fibres，Plastics and Rubbers，Butterworth；Lee and Neville，Epoxy Resins，McGraw-Hill；Bilmetyer，Textbook of Polymer Science，Interscience；Schmidtand Marlies，Principles of high polymer theory and practice，McGraw-Hill；Beadle(编辑)，Plastics，Morgan-Grampiand，Ltd.，第二卷1970；Tobolsky andMark(编辑)，Polymer Science and Materials，Wiley，1971；Glanville，ThePlastics’s Engineer’s data Book，Industrial Press，1971；Mohr(编辑和资深作家)，Oleesky，Shook，和Meyers，SPI Handbook of Technology and Engineeringof Reinforced Plastics Composites，Van Nostrand Reinhold，1973中进行了描述，其在此作为参考全部内容并入本发明中。在一些实施方式中，衬底102为掺杂有五硫化二砷的聚苯胺和聚乙炔。在一些实施方式中，导电材料104是例如填充fullerene聚合物和/或填充炭黑聚合物的填充聚合物。

导电材料104。在图1和图2中，导电材料104被显示为置于下面的衬底102上的一层。在一些实施方式中，导电材料104是置于全部或部分衬底102上的薄层。所谓“部分”，是指下面的衬底102的至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少95％。在其它实施方式中，导电材料104和衬底102实际上是同一个。在这样的实施方式中，衬底102由导电材料制成，并且没有导电材料层104覆盖衬底102。在这样的实施方式中，衬底由在具有导电材料层104的实施方式中可用于形成导电材料层104的任意材料制成。

在一些实施方式中，导电材料104置于衬底102上。导电材料104作为组件中的第一电极。通常，导电材料104由任意材料制成，例如其可以支撑由具有可忽略的电阻损耗的光伏设备产生的光伏电流。在一些实施方式中，导电材料104包括任意导电材料，例如，铝、钼、钨、钒、铑、铌、铬、钽、钛、钢、镍、铂、银、金，合金，及上述金属的任意组合。在一些实施方式中，导电材料104包括任意导电材料，例如氧化铟锡、氮化钛、氧化锡、掺杂氧化锡的氟、掺杂氧化锌的氟、掺杂氧化锌的铝、掺杂氧化锌的镓、掺杂氧化锌氧化铟锌的硼、填充炭黑的金属氧化物、填充炭黑的石墨氧化物、填充炭黑的炭黑氧化物、填充炭黑的超导氧化物、环氧、导电玻璃或导电塑料。如在此定义的，导电塑料是一种通过混合技术包含导电填充物的材料，其中所述导电填充物依次提供导电性能给塑料。在一些实施方式中，可用于形成导电材料104的导电塑料包含填充物，该填充物形成穿过塑料矩阵的足够的导电电流传送路径，以支撑由具有可忽略的电阻损耗的光伏设备产生的光伏电流。导电塑料的塑料矩阵通常是绝缘的，但是所产生的合成物呈现出该填充物的导电特性。在一些实施方式中，该导电塑料在不需要任何填充物的情况下也一样导电。在一些实施方式中，导电材料104是掺杂有五硫化二砷的聚苯胺和聚乙炔。在一些实施方式中，导电材料104是填充聚合物，例如填充fullerene聚合物和/或填充炭黑聚合物。

半导体结106/108。半导体结106/108置于全部或部分导电材料层104上。所谓“部分”，是指下面的导电材料层104的至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少95％。半导体结106/108是任何半导体单质结、异质结、异面结、内埋单质结、p-i-n结或具有吸收体层的串列结，该吸收体层是直接带隙吸收物(例如，结晶硅)或间接带隙吸收物(例如，非晶硅)。这样的结在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London和Lugue and Hegedus，2003，Handbook of Photovoltaic Science and Engineering，John Wiley&Sons，Ltd.，West Sussex，England的第一章有描述，在此其作为参考将全部内容并入本发明中。因此，半导体结106/108完全可能具有多于两层(例如，除了或多于吸收体层106和窗口层108的层)。依据本申请公开内容的示例性类型的半导体结106/108的详细说明如下详述。除了以下公开的示例性结，结106/108可以是多结，其中光通过多个结横穿结106/108的核心，优选地，该多个结成功地具有更小的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108包括铜-铟-镓-二硒化物(CIGS)吸收体层。

在一些实施方式中使用了非平面衬底102，半导体结106/108包括内部层和外部层，其中外部层包括第一传导类型，而内部层包括第二、相反的传导类型。在一个示例性实施方式中，内部共轴层包括铜-铟-镓-二硒化物(CIGS)，而外部共轴层包括In₂Se₃、In₂S₃、ZnS、ZnSe、CdlnS、CdZnS、ZnIn₂Se₄、Zn_1-xMg_xO、CdS、SnO₂、ZnO、ZrO₂或掺杂的ZnO。

可选的本征层。可选地，薄本征层(i-层)415置于全部或部分半导体结106/108上。所谓“部分”，是指半导体结106/108的表面积的至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少95％。i-层可以使用任意非掺杂透明氧化物形成，包括但不限于，氧化锌、金属氧化物，或任意高度绝缘的透明材料。在一些实施方式中，i-层是高纯的氧化锌。

透明导电层110。透明导电层110置于全部或部分半导体结106/108上，从而完成有源太阳能电池电路。所谓“部分”，是指半导体结层410的表面积的至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少95％。如上所述，在一些实施方式中，薄i-层置于半导体结106/108上。在这样的实施方式中，透明导电层110置于全部或部分i-层上。所谓“部分”，是指i-层的表面积的至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少95％。在一些实施方式中，透明导电层110由氧化锡(SnO_x)(具有或不具有氟杂质)、氧化铟锡(ITO)、掺杂氧化锌(例如，掺杂氧化锌的铝，掺杂氧化锌的镓，掺杂氧化锌的硼)、氧化铟锌或其任意组合。在一些实施方式中，透明导电层110是p-掺杂或n-掺杂。在一些实施方式中，透明导电层110由碳毫微管(nanotube)制成。碳毫微管可通过购买获得，例如从Eikos(Franklin，Massachusetts)购得，其在美国专利6,988,925中有描述，其在此作为参考将全部内容并入本发明中。例如，当半导体结106/108的外部半导体层是p-掺杂的实施方式中，透明导电层110可以是p-掺杂。同样，当半导体结106/108的外部半导体层是n-掺杂的实施方式中，透明导电层110可以是n-掺杂。一般地，透明导电层110优选地由具有如下特性的材料制成，所述材料具有非常低的电阻、合适的光学传输特性(例如，大于90％)，以及具有不会损坏半导体结106/108和/或可选的i-层的下面的层的沉积温度。在一些实施方式中，透明导电层110是导电的聚合物材料，例如导电的聚二氢氧二苯并硫杂(polytiophene)、导电的聚苯胺、导电的聚吡咯、掺杂PSS的PEDOT(例如Bayrton)、或上述的任意来源。在一些实施方式中，透明导电层110包括不止一层，包括含有氧化锡(SnO_x)(具有或不具有氟杂质)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌、掺杂氧化锌(例如，掺杂氧化锌的铝，掺杂氧化锌的镓，掺杂氧化锌的硼)或其任意组合的第一层，以及含有导电的聚二氢氧二苯并硫杂(polytiophene)、导电的聚苯胺、导电的聚吡咯、掺杂PSS的PEDOT(例如，Bayrton)、或上述的任意来源的第二层。可用于形成透明导电层110的其它合适的材料公开于Pichler的美国专利申请No.2004/0187917A1，其在此作为参考将全部内容并入本发明中。

可选的电极条。在依据本申请公开内容的一些实施方式中，反电极条或线置于透明导电层110上，从而有利于电流流动。在一些实施方式中，可选的电极条以空间间隔的方式位于透明导电层110的表面上。例如，电极条可以彼此平行，并且沿非平面太阳能电池设备10的长轴空间以90度距离而间隔开。在非平面太阳能电池设备10的一些实施方式中，参照穿过该设备的长轴的横截面，电极条在透明导电层110的表面上以5度、10度、15度、20度、30度、40度、50度、60度、90度或180度距离而间隔开。在一些实施方式中，在透明导电层110的表面上有单电极条。在许多实施方式中，透明导电层110的表面上没有电极条。在一些实施方式中，在透明导电层110上有2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、15或多个、30或多个电极条沿着光伏设备10的长轴彼此完全平行、或近似平行排列。在光伏设备10是圆柱形的一些实施方式中，电极条均匀地围绕透明导电层110的圆周空间排布。在一些可选的实施方式中，电极条非均匀地围绕透明导电层110的圆周空间排布。在一些实施方式中，电极条只在光伏设备10的一个面上。在一些实施方式中，电极条由导电环氧、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、导电胶水或导电塑料制成。

在一些实施方式中，电极条是通过网格线彼此互连的。这些网格线可以比电极条厚、薄、或与其一样厚。这些网格线可以由如电极条一样或不同的电性材料制成。

在一些实施方式中，电极条通过墨水喷印被置于透明导电层上。可用于这样的电极条的导电墨水的例子包括但不限于：加载银或加载镍的导电墨水。在一些实施方式中，环氧和各向异性导电粘合剂均可用于构建电极条。在典型实施方式中，这样的墨水或环氧被热硫化，以便形成电极条。

填充层330。有利地，当前的太阳能电池设备10采用凝胶、树脂、非固体、或其它高粘性物质来制备层330。填充层可以是例如凝胶或液体。所述材料作为液体被添加到组件中，并且允许被硫化成凝胶或其它粘性的非固体状态。然而，以这种方法，所形成的材料具有比传统材料，如乙烯-醋酸乙烯的膨胀系数更高的膨胀系数。因此，在典型的热循环中，可以期望相对于使用传统材料，如EVA的层330而言，在层330中发生实质性的容积变化。

在一些实例中，混合有人造橡胶型电介质凝胶的中等粘度聚二甲基硅氧烷橡胶可用于制备填充层330。在一种情况下，作为一个例子，85％(比重)Dow Corning 200流体、50厘司(centistokes)粘性物质(PDMS，聚二甲基硅氧烷橡胶)、7.5％Dow Corning 3-4207电介质韧性凝胶、Part A-树脂7.5％Dow Corning 3-4207电介质韧性凝胶、Part B-Pt催化剂的混合物被用于制造填充层330。当然，其它油、凝胶、硅树脂也可用于制备填充层330，因此本说明应当被理解为包括这些其它的油、凝胶、硅树脂以产生用于填充层330的所描述的层。这样的油包括基于硅树脂的油，并且凝胶包括许多可以举例说明的可商业购买的电介质凝胶。硅树脂的硫化也可超越类凝胶状态。当然，可商业购买的电介质凝胶和硅树脂以及各种制剂均被认为可在本申请中使用。

在一些实施方式中，可在原位使用基于硅树脂的电介质凝胶。或者，如上所示，电介质凝胶可与基于硅树脂的油混合，以便减小开始和结束时的粘性。硅树脂油在混合物中的比重的比率可以是变化的。如前所述，在特定例子中，硅树脂油在基于硅树脂的油和基于硅树脂的电介质凝胶混合物中比重的比率高于85％。但是，处于或大约为(例如，+-2％)25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％和85％的比率也包括在本发明中。范围在20％-30％、25％-35％、30％-40％、35％-45％、40％-50％、45％-55％、50％-60％、55％-65％、60％-70％、65％-75％、70％-80％、75％-85％和80％-90％的比重也包括在本发明中。另外，当使用其它类型的油或丙烯酸脂以减轻凝胶混合物的开始粘度时，这些相同比重比率也包括在本发明中用于混合物。

透明壳310。如图2所示，透明壳310密封光伏设备。在一些实施方式中，透明壳310由塑料或玻璃制成。在一些实施方式中，透明壳310由如下材料制成：氨基甲酸脂聚合物、丙烯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、含氟聚合物、硅树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅树脂凝胶、环氧、乙烷基醋酸乙烯(EVA)、全氟代烷碳氟化合物(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乙二醇(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性共聚物(例如，

其从乙烯和四氟化乙烯的聚合反应中得到：

单体)、聚亚安酯/聚氨酯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、

乙烯基、或其任意组合或变体。

在一些实施方式中，透明壳310包括多个透明壳层。在一些实施方式中，每个透明壳层由不同的材料组成。例如，在一些实施方式中，透明壳310包括第一透明壳层和第二透明壳层。根据光伏设备10的具体构造，该第一透明壳层位于透明导电层110、可选的填充层330或防水层之上。该第二透明壳层则位于该第一透明壳层上。

在一些实施方式中，每个透明壳层具有不同的特性。在一个例子中，外部透明壳层具有优异的UV屏蔽特性，而内部透明壳层具有良好的防水特性。此外，多个透明壳层的使用可以降低成本并/或改善透明壳310的整体性能。例如，一个透明壳层可以由具有理想的物理特性的昂贵材料制成。通过使用一个或多个其它透明壳层，昂贵透明壳层的厚度可被减小，从而实现节省材料成本。在另一个例子中，一个透明壳层可具有优异的光学特性(例如，折射指数等)但非常重。通过使用一个或多个其它透明壳层，所述重的透明壳层的厚度可减小，从而减小的透明壳310的整体重量。

在一些实施方式中，透明壳310由玻璃制成。各种类型的玻璃中的任何一种均可用于制造透明壳310，在此描述了其中的一些。在一些实施方式中，透明壳310由二氧化硅(SiO₂)玻璃制成。在一些实施方式中，透明壳310由碱石灰玻璃制成，所述碱石灰玻璃由二氧化硅、苏打(例如，碳酸钠Na₂CO₃)、或碳酸钾、钾化合物和石灰(氧化钙，CaO)形成。在一些实施方式中，透明壳310由铅玻璃制成，例如铅晶质玻璃或含铅玻璃。在一些实施方式中，掺杂有硼、钡、氧化钍、氧化镧、铁或氧化铈的二氧化硅玻璃被用于制造透明壳310。在一些实施方式中，透明壳310由铝矽酸盐、硼硅酸盐(例如，

)、二向色、锗/半导体、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融硅、碱石灰、石英、硫族化物/硫化物或制备的(cereated)玻璃所制成。

在一些实施方式中，透明壳310由透明塑料制成，例如乙烷基醋酸乙烯(EVA)、全氟代烷碳氟化合物(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乙二醇(PETG)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性共聚物(例如，

)、聚亚安酯/聚氨酯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、

乙烯基、或

可选的防水层。在一些实施方式中，一个或多个防水层涂覆在光伏设备10上，以防止水造成的损害影响。在一些实施方式中，在放置填充层330和将光伏设备10包围在透明壳310中之前，将防水层涂覆在透明导电层110上。在一些实施方式中，这样的防水层被圆周地涂覆在透明壳310自身上。选择该防水层的光学特性，从而其光学特性不会干扰光伏设备10的入射太阳能辐射的吸收。在一些实施方式中，该防水层由透明硅树脂、SiN、SiO_xN_y、SiO_x或Al₂O₃制成，其中x和y是整数。在一些实施方式中，可选的防水层由Q类型硅树脂、硅倍半氧烷(silsequioxane)、D类型硅树脂、或M类型硅树脂制成。

可选的抗反射涂层。在一些实施方式中，可选的抗反射涂层也置于光伏设备10上(例如，在透明壳310上)，从而使太阳能电池的效率最大化。在一些实施方式中，防水层和抗反射涂层均沉积在透明壳310上。在一些实施方式中，单一层同时实现防水层和抗反射涂层的双重目的。在一些实施方式中，抗反射涂层由MgF₂、硝酸硅、硝酸钛、一氧化硅(SiO)或硝酸氧化硅制成。在一些实施方式中，存在多于一层的抗反射涂层。在一些实施方式中，存在多于一层的抗反射涂层，并且每层都由相同材料制成。在一些实施方式中，存在多于一层的抗反射涂层，并且每层均由不同材料制成。

在一些实施方式中，多层的光伏设备10中的一些层使用圆柱形磁控管喷溅技术来构造。在一些实施方式中，多层光伏设备10中的一些层使用传统的喷溅方法或者反应喷溅方法应用于长管或条上而构造。用于非平面衬底102，如长管或条的喷溅涂覆方法在以下文献中公开，例如：Hoshi等，1983，“Thin Film Coating Techniques on Wires and Inner Walls of Small Tubesvia Cylindrical Magnetron Sputtering”，Electrical Engineering in Japan 103：73-80；Lincoln和Blickensderfer，1980，“Adapting Conventional SputteringEquipment for Coating Long Tubes and Strips”，J.Vac.Sci.Technol.17：1252-1253；Harding，1977，“Improvements in a dc Reactive SputteringSystem for Coating Tubes”，J.Vac.Sci.Technol.14：1313-1315；Pearce，1970，“A Thick Film Vacuum Deposition System for Microwave Tube ComponentCoating”，Conference Records of 1970 Conference on Electron DeviceTechniques 208-211；以及Harding等，1979，“Production of Properties ofSelective Surfaces Coated onto Glass Tubes by a Magnetron SputteringSystem”，Proceedings of the International Solar Energy Society 1912-1916；其全部内容作为参考并入本发明中。

可选的荧光材料。在一些实施方式中，荧光材料(例如，发光材料，磷光材料)涂覆在光伏设备10的一层的表面上。在一些实施方式中，荧光材料涂覆在透明壳310的发亮表面和/或外部表面上。在一些实施方式中，荧光材料涂覆在透明导电材料110的外表面上。在一些实施方式中，光伏设备包括防水层，并且荧光材料涂覆在防水层上。在一些实施方式中，光伏设备10的多于一个的表面涂覆有可选的荧光材料。在一些实施方式中，荧光材料吸收蓝光和/或紫外线光，其中一些半导体结106/108不能使用这些蓝光和/或紫外线光来转换成电能，并且荧光材料发出可见光和/或红外光，所述可见光和/或红外光对于在一些半导体结106/108中产生电能是很有用的。

荧光、发光或磷光材料可吸收蓝光或UV光，并且发出可见光。磷光材料或磷通常包括合适的宿主(host)材料和催化剂材料。该宿主材料通常是锌、镉、锰、铝、硅或多种稀土金属的氧化物、硫化物、硒化物、卤化物或硅酸盐。该催化剂材料被加入以延长发射时间。

在一些实施方式中，磷光材料被引入本发明公开的系统和方法中，从而增强光伏设备10对光的吸收。在一些实施方式中，磷光材料被直接加入到用于制造透明壳310的材料中。在一些实施方式中，如上所述，磷光材料与粘结剂混合，以作为透明涂料来涂覆光伏设备10中不同的外层或内层。

磷的例子包括但不限于：活性铜硫化锌(ZnS:Cu)、活性银硫化锌(ZnS:Ag)。其它磷光材料的例子包括但不限于：硫化锌和硫化镉(ZnS:CdS)、由铕活化的锶铝(SrAlO₃:Eu)、由镨和铝活化的锶钛(SrTiO₃:Pr，Al)、具有铋的硫化钙硫化锶((Ca，Sr)S:Bi)、活性铜和锰硫化锌(ZnS:Cu，Mg)，或其任意组合。

用于创建磷光材料的方法是现有技术中已知的。例如，制造ZnS:Cu或其它相关的磷光材料的方法公开于Butler等的美国专利No.2,807,587，Morrison等的美国专利No.3,031,415，Morrison等的美国专利No.3,031,416，Strock的美国专利No.3,152,995，Payne的美国专利No.3,154,712，Lagos等的美国专利No.3,222,214，Poss的美国专利No.3,657,142，Reilly等的美国专利No.4,859,361，和Karam等的美国专利No.5,269,966，其全部内容作为参考均并入本发明中。制造ZnS:Ag或相关的磷光材料的方法公开于Park等的美国专利No.6,200,497，Ihara等的美国专利No.6,025,675，Takahara等的美国专利No.4,804,882，和Matsuda等的美国专利No.4,512,912，其全部内容作为参考均并入本发明中。通常，随着波长的减小，磷光持续增大。在一些实施方式中，CdSe的量子点数或类似的磷光材料可用于获得相同的效果。参见Dabbousi等，1995，“Electroluminescence from CdSequantum-dot/polymer composites”，Applied Physics Letters 66(11)：1316-1318；Dabbousi等，1997，“(CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots：Synthesis andCharacterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites”，J.Phys.Chem.B，101：9463-9475；Ebenstein等，2002，“Fluorescence QuantumYield of CdSe：ZnS nanocrystals investigated by correlated atomic-force andsingle-particle fluorescence microscopy”，Applied Physics Letters 80：1203-1025；和Peng等，2000，“Shape Control of CdSe nanocrystals”，Nature104：59-61；其全部内容作为参考均并入本发明中。

在一些实施方式中，光学增白剂被用于本发明公开的可选的磷光层。染上光学增白剂(也已知为光学增亮剂，磷光增亮剂，或磷光变白剂)以吸收电磁波频谱的紫外线和紫色区域中的光，并且再次发出蓝色区域中的光。这样的化合物包括1，2-二苯乙烯(例如，转-1，2-二苯乙烯、或(E)-1，2-二苯乙烯)。另一可用于本发明公开的可选的磷光层的示例性光学增白剂为伞形酮(7-羟基香豆素)，其也吸收光谱的UV部分的能量。该能量随后被再次发出在可见光谱的蓝色部分。关于光学增白剂的更多信息可参见Dean，1963，Naturally Occurring Oxygen Ring Compounds，Butterworths，London；Joule和Mills，2000，Heterocyclic Chemistry，第四版，BlackwellScience，Oxford，United Kingdom；和Barton，1999，Comprehensive NaturalProducts Chemistry 2：677，Nakanishi和Meth-Cohn编辑，Elsevier，Oxford，United Kingdom，1999。

沿圆周放置。在一些情况中，上述公开的材料连续地沿圆周置于非平面(例如，圆柱形)衬底102上，以便形成光伏设备10的太阳能电池12。如在此所使用的，术语“沿圆周放置”并不是指每一层这样的材料都必须置于下面的层之上。实际上，这样的层可以被模制或者形成在下面的层之上。不过，术语“沿圆周放置”是指上面的层置于下面的层之上，从而在上面的层和下面的层之间没有环形空间。此外，如在此所使用的，术语“沿圆周放置”是指上面的层置于下面的层的至少50％的周长之上。另外，如在此所使用的，术语“沿圆周放置”是指上面的层沿下面的层的至少一半的长度放置。

沿圆周密封。如在此所使用的，术语“沿圆周密封”并不是指上面的层或结构必须置于下面的层或结构之上。实际上，这样的层或结构(例如，透明壳310)可以被模制或者形成在下面的层或结构之上。不过，术语“沿圆周密封”是指上面的层或结构置于下面的层或结构之上，从而在上面的层或结构以及下面的层或结构之间不存在环形空间。另外，如在此所使用的，术语“沿圆周密封”是指上面的层置于下面的层的全部周长上。在典型实施方式中，当一层或结构沿圆周围绕下面的层或结构的全部周长以及沿下面的层或结构的全部长度放置时，该层或结构沿圆周密封下面的层或结构。然而，沿圆周密封层或结构也可以不沿下面的层或结构的全部长度延伸。

刚性。在一些实施方式中，衬底102和/或透明壳310是刚性的。材料的刚度可以使用几个不同度量进行测量，包括但不限于杨氏模量。在固体量度中，杨氏模量(E)(也称为杨氏模数，弹性模量，弹性模数或拉伸模量)是一种给定材料的硬度的测量值。小应力的比率被定义为具有应力的拉伸变化率。这可以通过试验从对材料样本进行的弹性测试中产生的拉伸-应力曲线的斜率来确定。不同材料的杨氏模量如下表所示：

在本申请的一些实施方式中，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、或者70GPa或更大的杨氏模量的材料制备时，该材料(例如，衬底102，透明壳310等)被认为是刚性的。在一些实施方式中，当所述材料的杨氏模量在应力范围内是常数时，该材料(例如，衬底102，透明壳310等)被认为是刚性的。这样的材料被称为是线性的，并且符合胡克定律。因此，在一些实施方式中，衬底102由符合胡克定律的线性材料制成。线性材料的例子包括但不限于：钢铁、碳纤维和玻璃。橡胶和土壤(除了在非常低的应力下)是非线性材料。在一些实施方式中，当材料符合小弹性形变原理，所述材料被认为是刚性的，即其在大范围力中承受任意量的力(例如，在1达因至10⁵达因之间，1000达因至10⁶达因之间，10,000达因至10⁷达因之间)时，所述材料在经受这样的力的时候只发生很小的拉长或缩短或其它形变。从数学的角度，这种示例性材料的形变(或者形变梯度)很小的要求意味着，当适用下述规则时，这些量的任意一个的平方与这些量的一次加权相比很小从而可被忽略。表述刚性材料的要求的另一方法这样的材料在很大范围的力作用下(例如，在1达因至10⁵达因之间，1000达因至10⁶达因之间，10,000达因至10⁷达因之间)没有肉眼可见的形变，这可以通过只有线性条件的应力张量来充分表征。材料的应力张量在Borg，1962，Fundamentals of Engineering Elasticity，Princeton，New Jersey，第36-41页中描述，其全部内容作为参考并入本发明中。在一些实施方式中，当足够大小和尺寸的材料样本在地心引力下不弯曲时，就认为该材料是刚性的。

一般地，如本领域技术人员所公知，主体(例如，衬底102，透明壳310等)在力的作用下偏转的程度，例如主体的硬度，与用于制造的材料的杨氏模量、主体的长度和横截面尺寸、以及施加于主体的力有关。在一些实施方式中，选择主体材料的杨氏模量以及主体的长度和横截面面积，从而当主体的第一端承受1达因至10⁵达因、100达因至10⁶达因或10,000达因-至10⁷达因的力，并且主体的第二端是固定的情况下，该主体(例如，衬底401，壳310等)不发生可见的偏转(弯曲)。在一些实施方式中，选择主体材料的杨氏模量以及主体的长度和横截面面积，从而当主体的第一端受地心引力作用，而主体的第二端是固定的情况下，主体(例如，衬底401，壳310等)不发生可见的偏转。

非平面。本申请不限于具有刚性圆柱形或是实心杆的细长的光伏模块和衬底。在一些实施方式中，衬底102的全部或部分由任一非圆形的多种形状界定的横截面来表征。该界定形状可以是圆形、卵形、或由一个或多个平滑曲面表征的任一形状、或者这些平滑曲面的结合中的任意一个。该界定形状可以是n-角形，其中n是3、5或大于5。界定形状也可以实际是线性的，包括三角形、矩形、五边形、六边形、或具有任意个线段的表面。或者，横截面可以由线性表面、弓形表面或曲面的任意组合来界定。

在一些实施方式中，衬底102的第一部分由第一横截面形状表征，并且衬底102的第二部分由第二横截面形状表征，其中第一和第二横截面形状是相同或不同的。在一些实施方式中，衬底102的至少0％、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％或全部由第一横截面形状表征。在一些实施方式中，第一横截面形状是平面的(例如，没有弓形边)，而第二横截面形状具有至少一个弓形边。

细长的。为了定义“细长的”，物体(例如，衬底，细长的光伏模块等)被认为是具有宽度尺寸(短尺寸，例如圆柱形物体的直径)和纵向(长)尺寸。在一些实施方式中，当物体的纵向尺寸至少4倍于宽度尺寸时，被认为是细长的。在另一些实施方式中，当物体的纵向尺寸至少5倍于宽度尺寸时，被认为是细长的。在又一些实施方式中，当物体的纵向尺寸至少6倍于宽度尺寸时，被认为是细长的。在一些实施方式中，当物体的纵向尺寸为100厘米或更长，且物体的横截面包括至少一个弓形边缘，则认为是细长的。在一些实施方式中，当物体的纵向尺寸为100厘米或更长，且物体是圆柱形则认为是细长的。在一些实施方式中，光伏模块是细长的。在一些实施方式中，衬底是细长的。

1.3示例性半导体结

参照图10A，在一个实施方式中，半导体结106/108是介于吸收体层106与结配对层108之间的异质结，其中吸收体层106置于全部或部分导电材料层104上，结配对层108置于全部或部分吸收体层106上。在其它实施方式中，结配对层108置于全部或部分背电极104上，吸收体层106置于全部或部分结配对层108上。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，这样结配对层108具有比吸收体层106更大的带隙。

例如，在一些实施方式中，吸收体层106是p-掺杂，结配对层108是n-掺杂。在这样的实施方式中，透明导电层110是n⁺-掺杂。在可选的实施方式中，吸收体层106是n-掺杂，结配对层108是p-掺杂。在这样的实施方式中，透明导电层110是p⁺-掺杂。在一些实施方式中，在Pandey，Handbookof Semiconductor Electrodeposition，Marcel Dekker Inc.，1996，附录5(其全部内容作为参考并入本发明中)中列出的任意半导体均可用于形成半导体结106/108。

基于p-n结的太阳能电池的特点。基于p-n结(其是半导体结106/108的一种形式)的太阳能电池的操作原理是公知的。简单地说，p-型半导体与n-型半导体密切接触。在平衡状态下，电子从半导体结的n-型边扩散到半导体结的p-型边，在这里，电子与电子空穴再结合，并且电子空穴从半导体结的p-型边扩散到半导体结的n-边形，在这里，电子空穴与电子再结合。电荷的不平衡产生了跨过半导体结的电势差，并形成“空间电荷区域”或“损耗层”，其在接近半导体结处再也不包含移动电荷载体。

半导体结的p-型和n-型连接到各自的电极，其中各个电极连接到外部负载。在操作中，两个半导体结层的一个作为吸收体，而另一个半导体结层称为“结配对层”。吸收体吸收其制造材料(更低)的带隙上的具有能量的光子，其产生电子，其中所述电子在由半导体结产生的电势的影响下发生漂移。“漂移”是充电微粒对施加的电场的应答。电子漂移到与吸收体连接的电极，漂移通过外部负载(因此产生电能)，并随后漂移进结配对层。在结配对层，电子与结配对层中的电子空穴再结合。在本申请的一些结106/108中，由半导体结产生的电能的全部或绝大部分(例如，在外部负载中的电子)可由吸收体吸收光子而获得，例如，由半导体结106/108产生的电能的超过30％，超过50％，超过60％，超过70％，超过80％，超过90％，超过95％，超过98％，超过99％或基本其全部可由吸收体吸收光子而获得。在本申请的一些半导体结106/108中，光伏设备10中的太阳能电池12产生的电能的全部或绝大部分(例如，在外部负载中的电子)由吸收体吸收光子而获得，例如，由光伏设备10中的太阳能电池12产生的电能的超过30％，超过50％，超过60％，超过70％，超过80％，超过90％，超过95％，超过98％，超过99％或基本其全部可由吸收体吸收光子而获得。进一步的细节，可参见Handbook of Photovoltaic Science and Engineering的第三章，2003，Luque和Hegedus(编辑)，Wiley&Sons，West Sussex，England，其全部内容作为参考并入本发明中。

应注意，基于染料和聚合物的薄膜太阳能电池通常不是p-n-结太阳能电池，并且电子-空穴分离振荡基型是通过电荷载体扩散，而不是因应答施加的电场而发生的漂移。关于基于染料和基于聚合物的薄膜太阳能电池的进一步的细节，可参见Handbook of Photovoltaic Science and Engineering的第15章，2003，Luque和Hegedus(编辑)，Wiley&Sons，West Sussex，England，其全部内容作为参考并入本发明中。

材料特点。在一些实施方式中，用于半导体结106/108的材料是无机的，这就意味着，这些材料实质上不包含还原碳，需要注意的是，可忽略的量的还原碳在这些材料中作为杂质而自然存在。如在此所使用的，术语“无机化合物”是指除了在Moeller，1982，Inorganic Chemistry，A ModernIntroduction，Wiley，New York，第2页(其全部内容作为参考并入本发明中)中所述的碳氢化合物及其衍生物以外的所有化合物。

在一些实施方式中，用于半导体结的材料是固体的，即，构成材料的原子在相对彼此的空间中具有固定位置，原子不会由于材料中的热能而围绕那些位置振动。固体物体是由抗形变和抗容积变化表征的物质状态。在显微镜放大下，固体具有以下特性。第一，构成固体的原子或分子紧密包裹在一起。第二，固体的构建元件在相对彼此的空间中具有固定的位置。这导致了固体的刚性。晶体结构，即固体的一种非限制形式，是指晶体中的原子的特定排列。晶体结构由以特定方式排列的晶胞，一组原子构成，其在晶格上的三维方向周期性地重复。在不同方向中的晶胞间的间隔称为晶格参数。晶体的对称特性在其空间群中体现。晶体结构和对称性在决定其许多特性方面起到了作用，例如，分裂、电子带结构和光学特性。第三，如果施加足够的力，上述指出的第一和第二特性的任一个可以被破坏，从而引起永久性的变形。

在一些实施方式中，半导体结106/108处于固体状态。在一些实施方式中，衬底102、背电极404、半导体结106/108、可选的本征层415、透明导电层110、透明壳310和防水层均处于固体状态。

许多而非全部所描述的半导体材料是结晶的，或多晶的。“结晶的”是指构成材料的原子或分子以一种沿着所有三个空间维度方向上的有序、重复方式来排布。“多晶的”是指该材料包括结晶区域，但是在每个特定结晶区域内的原子或分子的分布与其它结晶区域内原子或分子的分布一般没有关系。在多晶材料中，晶粒边界通常将一个结晶区域和另一个分离。在一些实施方式中，构成吸收体和/或结配对层的材料的超过10％、超过20％、超过30％、超过40％、超过50％、超过60％、超过70％、超过80％、超过90％、超过99％或更多是晶体状态。换句话说，在一些实施方式中，构成半导体结106/108的吸收体和/或结配对层的材料的分子的超过10％、超过20％、超过30％、超过40％、超过50％、超过60％、超过70％、超过80％、超过90％、超过99％或更多单独地排布成一种或多种晶体，其中这些晶体是三斜的、单斜的、正交的、四角形的、三角形的(菱形晶格)、三角形的(六角形晶格)、六角形的或立方晶体系统，其在Table 3.1 of Stout and Jensen，1989，X-ray Structure Determination，A Practical Guide，John Wiley&Sons，第42页中进行了定义，其全部内容作为参考并入本发明中。在一些实施方式中，构成半导体结106/108的吸收体和/或结配对层的材料的分子的超过10％、超过20％、超过30％、超过40％、超过50％、超过60％、超过70％、超过80％、超过90％、超过99％或更多单独地排布成一种或多种晶体，其中每种晶体符合三斜晶体系统的对称，每种晶体符合单斜晶体系统的对称，每种晶体符合正交晶体系统的对称，每种晶体符合四角形晶体系统的对称，每种晶体符合三角形的(菱形晶格)晶体系统的对称，每种晶体符合三角形的(六角形晶格)晶体系统的对称，每种晶体符合六角形晶体系统的对称，或者每种晶体符合立方晶体系统的对称。在一些实施方式中，构成半导体结410的吸收体和/或结配对层的材料的分子的超过10％、超过20％、超过30％、超过40％、超过50％、超过60％、超过70％、超过80％、超过90％、超过99％或更多单独地排布成一种或多种晶体，其中一种或种晶体的每一种单独地位于230可能空间群的任意一个中。230可能空间群的列表可参见，Table3.4 of Stout and Jensen，1989，X-ray structure Determination，A Practical Guide，John Wiley&Sons，第68-69页，其全部内容作为参考并入本发明中。在一些实施方式中，构成半导体结106/108的吸收体和/或结配对层的材料的分子的超过10％、超过20％、超过30％、超过40％、超过50％、超过60％、超过70％、超过80％、超过90％、超过99％或更多排布成立方空间群。立方空间群的列表可参见，Table 3.4 of Stout and Jensen，1989，X-ray structureDetermination，A Practical Guide，John Wiley&Sons，第68-69页，其全部内容作为参考并入本发明中。在一些实施方式中，构成半导体结106/108的吸收体和/或结配对层的材料的分子的超过10％、超过20％、超过30％、超过40％、超过50％、超过60％、超过70％、超过80％、超过90％、超过99％或更多排布成四角形空间群。四角形空间群的列表可参见，Table 3.4 of Stout andJensen，1989，X-ray structure Determination，A Practical Guide，John Wiley&Sons，第68-69页，其全部内容作为参考并入本发明中。在一些实施方式中，构成半导体结410的吸收体和/或结配对层的材料的分子的超过10％、超过20％、超过30％、超过40％、超过50％、超过60％、超过70％、超过80％、超过90％、超过99％或更多排布成Fm3m空间群。半导体结106/108的吸收体和/或结配对层可以包括一个或多个晶粒边界。

在典型实施方式中，用于半导体结106/108的材料是固体无机半导体。即，这样的材料是无机的，他们处于固体状态，并且是半导体。处于这种状态的材料的直接结果是：这种材料的电子带结构具有独特的带结构，其中包括一几乎完全被占据的价带和一几乎完全没有被占据的传导带，以及介于价带和传导带之间，在此被称为带隙的禁忌带。在一些实施方式中，在吸收体层中的分子的至少80％、或至少90％、或大致全部分子均为无机半导体分子，并且在结配对层中的分子的至少80％、或至少90％、或大致全部分子均为无机半导体分子。

在一些实施方式中，其它所述半导体材料，例如Si，是无定形的。“无定形”是指在其中构成该材料的原子或分子没有长程次序位置。例如，在大于10nm或大于50nm的长度水平上，在无定形材料中通常没有可识别的次序。然而，在小的长度水平(例如，小于5nm或小于2nm)上，即使是无定形材料也可能在原子位置之间具有一些短程次序，从而在小长度水平上，这样的材料遵从标准方向中的230可能空间群中之一的要求。

在一些实施方式中，适用于太阳能电池的不同实施方式的半导体材料，例如在此描述的，是非聚合的(例如，不是基于有机聚合物)。一般地，虽然聚合物可以具有基于组成它的单体单元的重复化学结构，本领域技术人员认识到聚合物通常处于无定形状态中，因为聚合物的一些部分相对于另一些部分的空间位置不存在长程次序，也因为这样的聚合物的空间位置不遵从230可能空间群或者7晶体系统中任意一个的对称要求。但是，应该认识到，聚合物材料可能具有短程结晶区域。

带隙。在本申请的一些实施方式中，在太阳能电池中产生的能量的至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少99％或大致全部由半导体结106/108中的吸收体层吸收吸收体层的带隙处或其上的具有能量的光子而产生。例如，在太阳能电池中产生的能量的至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少98、至少99％或甚至更多由吸收体层吸收位于吸收体层的带隙处或其上具有能量的光子而产生。

有用地，在许多实施方式中，吸收体层和结配对层都具有例如大约0.6eV(大约2066nm)至2.4eV(大约516nm)的带隙。在一些实施方式中，半导体结具有例如大约0.7eV(大约1771nm)至大约2.2eV(大约563nm)的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层或结配对层具有例如大约0.8eV(大约1550nm)至大约2.0eV(大约620nm)的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层或结配对层具有例如大约0.9eV(大约1378nm)至大约1.8eV(大约689nm)的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层或结配对层具有例如大约1eV(大约1240nm)至大约1.6eV(大约775nm)的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层或结配对层具有例如大约1.1eV(大约1127nm)至大约1.4eV(大约886nm)的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层或结配对层具有例如大约1.1eV(大约1127nm)至大约1.2eV(大约1033nm)的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层或结配对层具有例如大约1.2eV(大约1033nm)至大约1.3eV(大约954nm)的带隙。

在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层和/或结配对层具有例如0.6eV(2066nm)至2.4eV(516nm)、0.7eV(1771nm)至2.2eV(563nm)、0.8eV(1550nm)至2.0eV(620nm)、0.9eV(1378nm)至1.8eV(689nm)、1eV(1240nm)至1.6eV(775nm)、1.1eV(1127nm)至1.4eV(886nm)、或1.2eV(1033nm)至1.3eV(954nm)的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层具有例如0.6eV(2066nm)至2.4eV(516nm)、0.7eV(1771nm)至2.2eV(563nm)、例如0.8eV(1550nm)至2.0eV(620nm)、0.9eV(1378nm)至1.8eV(689nm)、1eV(1240nm)至1.6eV(775nm)、1.1eV(1127nm)至1.4eV(886nm)或1.2eV(1033nm)至1.3eV(954nm)的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108中的结配对层具有例如0.6eV(2066nm)至2.4eV(516nm)、0.7eV(1771nm)至2.2eV(563nm)、0.8eV(1550nm)至2.0eV(620nm)、0.9eV(1378nm)至1.8eV(689nm)、例如1eV(1240nm)至1.6eV(775nm)、1.1eV(1127nm)至1.4eV(886nm)或例如1.2eV(1033nm)至1.3eV(954nm)的带隙。

如上所述，吸收体层和结配对层包括具有不同带隙和电子亲和性的不同半导体，从而结配对层具有比吸收体层更大的带隙。例如，吸收体层具有大约0.9eV至大约1.8eV的带隙。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层包括铜-铟-镓-二硒化物(CIGS)，并且吸收体层的带隙在1.04eV至1.67eV的范围。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层包括铜-铟-镓-二硒化物(CIGS)，并且吸收体层的最小带隙在1.1eV至1.2eV。

在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层被分级，从而吸收体层的带隙随着吸收体层深度的函数而变化。如本领域所知，为了建模的目的，这样的分级吸收体层可以模制为堆叠层，每一层具有不同的组成和相应的带隙。例如，在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层包括铜-铟-镓-二硒化物，其相对于吸收体层深度具有含非均匀Ga/In成分的化学计量CuIn_1-xGa_xSe₂。这样的非均匀Ga/In成分例如可以通过，例如在将吸收体层沉积到非平面背电极上的过程中改变Ga和In的基本通量来获得。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层包括含化学计量CuIn_1-xGa_xSe₂的铜-铟-镓-二硒化物，其中吸收体的带隙范围在1.04eV至1.67eV的第一值和1.04eV至1.67eV的第二值之间作为吸收体深度的函数而改变，其中第一值大于第二值。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层包括含化学计量CuIn_1-xGa_xSe₂的铜-铟-镓-二硒化物，其中吸收体的带隙范围在1.04eV至1.67eV的第一值和1.04eV至1.67eV的第二值之间作为吸收体层深度的函数而改变，其中第一值小于第二值。通常，在这样的实施方式中，在连续线性梯度中的第一值和第二值之间的带隙范围随吸收体层深度函数变化。但是，在一些实施方式中，在非线性梯度或甚至是非连续方式中的第一值和第二值之间的带隙范围随吸收体层深度的函数变化。

在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于1.04eV至1.67eV的第一值和1.04eV至1.67eV的第二值之间作为吸收体深度的函数的带隙范围来表征，其中第一值大于第二值。在一些实施方式中，半导体结106/108中的吸收体层包括含化学计量CuIn_1-xGa_xSe₂的铜-铟-镓-二硒化物，其中吸收体的带隙范围在1.04eV至1.67eV的第一值和1.04eV至1.67eV的第二值之间作为吸收体层深度的函数，其中第一值小于第二值。在一些实施方式中，在连续线性梯度中的第一值和第二值之间的带隙范围作为吸收体层深度函数。但是，在一些实施方式中，在非线性梯度或甚至是非连续方式中的介于第一值和第二值之间的带隙范围作为吸收体层深度的函数而变化。此外，在一些实施方式中，以带隙作为吸收体层深度的函数增大和减小多倍的方式来在第一值和第二值之间确定带隙范围。

在一些实施方式中，本申请的半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于0.6eV(2066nm)至2.4eV(516nm)的第一值和0.6eV(2066nm)至2.4eV(516nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值小于第二值。在一些实施方式中，本申请半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于0.7eV(1771nm)至2.2eV(563nm)的第一值和0.7eV(1771nm)至2.2eV(563nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值小于第二值。在一些实施方式中，本申请半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由0.8eV(1550nm)至2.0eV(620nm)的第一值和0.8eV(1550nm)至2.0eV(620nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值小于第二值。在一些实施方式中，本申请半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于0.9eV(1378nm)至1.8eV(689nm)的第一值和0.9eV(1378nm)至1.8eV(689nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值小于第二值。在一些实施方式中，本申请半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于1eV(1240nm)至1.6eV(775nm)的第一值和1eV(1240nm)至1.6eV(775nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值小于第二值。在一些实施方式中，本申请半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于1.1eV(1127nm)至1.4eV(886nm)的第一值和1.1eV(1127nm)至1.4eV(886nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值小于第二值。在一些实施方式中，本申请半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于1.2eV(1033nm)至1.3eV(954nm)的第一值和1.2eV(1033nm)至1.3eV(954nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值小于第二值。在一些实施方式中，介于连续线性梯度中的第一值和第二值之间的带隙范围作为吸收体层或结配对层深度函数而变化。但是，在一些实施方式中，介于非线性梯度或甚至是非连续方式中的第一值和第二值之间的带隙范围作为吸收体层或结配对层深度函数而变化。此外，在一些实施方式中，以带隙作为吸收体层或结配对层深度函数而增大和减小多倍的方式来在第一值和第二值之间确定带隙范围。

在一些实施方式中，本申请的半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于0.6eV(2066nm)至2.4eV(516nm)的第一值和0.6eV(2066nm)至2.4eV(516nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值大于第二值。在一些实施方式中，本申请的半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于0.7eV(1771nm)至2.2eV(563nm)的第一值和0.7eV(1771nm)至2.2eV(563nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值大于第二值。在一些实施方式中，本申请的半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于0.8eV(1550nm)至2.0eV(620nm)的第一值和0.8eV(1550nm)至2.0eV(620nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值大于第二值。在一些实施方式中，本申请的半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于0.9eV(1378nm)至1.8eV(689nm)的第一值和0.9eV(1378nm)至1.8eV(689nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值大于第二值。在一些实施方式中，本申请的半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于1eV(1240nm)至1.6eV(775nm)的第一值和1eV(1240nm)至1.6eV(775nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值大于第二值。在一些实施方式中，本申请的半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于1.1eV(1127nm)至1.4eV(886nm)的第一值和1.1eV(1127nm)至1.4eV(886nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值大于第二值。在一些实施方式中，本申请的半导体结106/108中的吸收体层或结配对层由介于1.2eV(1033nm)至1.3eV(954nm)的第一值和1.2eV(1033nm)至1.3eV(954nm)的第二值之间的带隙范围表征，其中第一值大于第二值。在一些实施方式中，在介于连续线性梯度中的第一值和第二值之间的带隙范围作为吸收体层或结配对层深度函数。但是，在一些实施方式中，在非线性梯度或甚至是非连续方式中的第一值和第二值之间的带隙范围作为吸收体层或结配对层深度函数。此外，在一些实施方式中，以带隙作为吸收体层或结配对层深度函数而增大和减小多倍的方式来在第一值和第二值之间确定带隙范围。

以下表格列出了适用于半导体结例如在此描述的几个半导体的示例性带隙，以及半导体的一些其它物理特性。“D”是指直接带隙，“I”是指间接带隙。

表：可用于本申请的半导体结410的不同半导体的特性(选自Pandey，Handbook of Semiconductor Electrodeposition，Marcel Dekker Inc.，1996，附录5)

在一些实施方式中，在半导体结106/108的吸收体层和/或结配对层中的半导体材料的密度为约2.33g/cm³至8.9g/cm³。在一些实施方式中，吸收体层密度为约5g/cm³至6g/cm³。在一些实施方式中，吸收体层包括CIGS。CIGS的密度随其成分而变化，因为单位晶胞从立方体变化为四角形。CIGS的化学式是Cu(In_1-xGa_x)Se₂。在镓摩尔分数低于0.5时，CIGS采用四角形黄铜矿结构。在摩尔分数高于0.5，细胞结构是立方体闪锌矿。在一些实施方式中，半导体结106/108的吸收体层包括CIGS，其摩尔分数(x)为0.2-0.6，其密度在5g/cm³至6g/cm³，其带隙为约1.2eV-1.4eV。在一个实施方式中，半导体结106/108的吸收体层包括CIGS，其摩尔分数(x)为0.2-0.6，CIGS的密度为5g/cm³至6g/cm³，CIGS的带隙为约1.2eV-1.4eV。在一个实施方式中，半导体结106/108的吸收体层包括CIGS，其摩尔分数(x)为0.4，CIGS的密度为约5.43g/cm³，CIGS的带隙为约1.2eV。

电流密度。选择用于半导体结(例如，吸收体层和结配对层)的材料的组合，从而当具有能量的光子辐射在吸收体层的带隙处或其上时产生足够的电流密度(也通常称为“短路电流密度”，或J_sc)，以有效地生成电能。为了增强J_sc，期望(1)尽可能地多吸收入射光，例如在宽能量范围内吸收率高的小带隙，和(2)具有如下材料特性，使得光激发电子和空穴能够被半导体结产生的内部电场吸收并在重组之前发送到外部电路，例如，少数载流子寿命长和活性高的材料。同时，相对于吸收体层的带隙，结配对层的带隙有更大的作用，从而光子吸收块发生在吸收体层。例如，在一些实施方式中，选择半导体结106/108(例如，吸收体层和/或结配对层)的成分，以便太阳能电池在具有气团(AM)1.5全球频谱的照射上产生至少10mA/cm²、至少15mA/cm²、至少20mA/cm²、至少25mA/cm²、至少30mA/cm²、至少35mA/cm²、至少39mA/cm²的电流密度J_sc，AM1.5直接地面光谱，AM0参考光谱定义在：Handbook of Photovoltaic Science and Engineering第16.2.1章，2003，Luque and Hegedus(编辑)，Wiley&Sons，West Sussex，England(2003)，其全部内容作为参考并入本发明中。如所记载的那样，气团值0等于太阳升至最高点时的海平面处的日照，AM1.0表示太阳在地球大气层上的最高点处的太阳光并吸收氧气和氮气，AM1.5是一样的，但是是太阳处于48.2°倾斜角处，其模拟穿过地球大气层的更长的光学路径，而AM2.0延伸倾斜角至60.1°。参见Jeong，2007，Laser Focus World 43，71-74，其全部内容作为参考并入本发明中。

在一些实施方式中，本发明的太阳能电池呈现J_sc，当在标准条件(25℃，AM1.5G 100mW/cm²)下测量时，J_sc在22mA/cm²至35mA/cm²之间。在一些实施方式中，本发明的太阳能电池呈现J_sc，当在AM1.5G测量时，J_sc在0℃到70℃中的任意温度下是22mA/cm²至35mA/cm²之间。在一些实施方式中，本发明的太阳能电池呈现J_sc，当在AM1.5G测量时，J_sc在10℃到60℃中的任意温度下是22mA/cm²至35mA/cm²之间。为了计算电流密度，采用例如通过标准无定型Si太阳能电池，按照在Nishitani等，1998，SolarEnergy Materials and Solar Cells 50，第63-70页及其引用的参考文件(其全部内容作为参考并入本发明中)中用于报告值的方式来校准发光强度。

在一些实施方式中，半导体结106/108的吸收体层和/或结配对层的材料具有例如10cm²V¹S¹至80,000cm²V¹S¹的电子活性。

开路电压。在一些实施方式中，本发明的太阳能电池呈现开路电压V_oc(V)，当在标准条件(25℃，AM1.5G 100mW/cm²)下测量时，V_oc是0.4V至0.8V。在一些实施方式中，本发明的太阳能电池呈现V_oc，当在AM1.5G测量时，V_oc在0℃到70℃中的任意温度下是0.4V至0.8V。在一些实施方式中，本发明的太阳能电池呈现V_oc，当在AM1.5G测量时，V_oc在10℃到60℃中的任意温度下是0.4V至0.8V。为了计算开路电压，采用例如通过标准无定型Si太阳能电池，按照在Nishitani等，1998，Solar Energy Materials and SolarCells 50，第63-70页及其引用的参考文件(其全部内容作为参考并入本发明中)中用于报告值的方式来校准发光强度。

1.3.1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

继续参照图10A，在一些实施方式中，吸收体层106是例如铜铟二硒化物(CuInS₂，也称为CIS)的I-III-VI₂族化合物。在一些实施方式中，吸收体层106是从由p-型或n-型CdGeAs₂、ZnSnAs₂、CuInTe₂、AgInTe₂、CuInSe₂、CuGaTe₂、ZnGeAs₂、CdSnP₂、AgInSe₂、AgGaTe₂、CuInS₂、CdSiAs₂、ZnSnP₂、CdGeP₂、ZnSnAs₂、CuGaSe₂、AgGaSe₂、AgInS₂、ZnGeP₂、ZnSiAs₂、ZnSiP₂、CdSiP₂或CuGaS₂组成的组中选择的I-III-VI族三重化合物，当这些化合物已知存在时。

在一些实施方式中，结配对层108是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一实施方式中，吸收体层106是p-型CIS，且结配对层108是n-型CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。这样的半导体结106/108在Bube，Photovoltaic Materials第六章，1998，Imperial College Press，London中进行了描述，其全部内容作为参考并入本发明中。

在一些实施方式中，吸收体层106是铜铟镓二硒化物(CIGS)。这样的层也称为Cu(InGa)Se₂。在一些实施方式中，吸收体层106是铜铟镓二硒化物(CIGS)，而结配对层108是CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。在一些实施方式中，吸收体层106是p-型CIGS，而结配对层108是n-型CdS、ZnS、ZnSe或CdZnS。这样的半导体结106/108在Handbook of Photovoltaic Science andEngineering第13章，2003，Luque and Hegedus(编辑)，Wiley&Sons，WestSussex，England第12章中进行了描述，其全部内容作为参考并入本发明中。在一些实施方式中，CIGS使用如下文献中公开的技术进行沉积，Beck和Britt，Final Technical Report，January 2006，NREL/SR-520-39119；Delahoy和Chen，August 2005，“Advanced CIGS Photovoltaic Technology”，subcontractreport；Kapur等，January 2005 subcontract report，NREL/SR-520-37284，“Labto Large Scale Transition for Non-Vacuum Thin Film CIGS Solar Cells”；Simpson等，October 2005 subcontract report，“Trajectory-Oriented andFault-Tolerant-Based Intelligent Process Control for Flexible CIGS PV ModuleManufacturing”，NREL/SR-520-38681；和Ramanathan等，31^st IEEEPhotovoltaic Specialists Conference and Exhibition，Lake Buena Vista，Florida，Janurary 3-7，2005，其全部内容作为参考并入本发明中。

在一些实施方式中，吸收体层106是依据在Ramanthan等，2003，“Properties of 19.2％ Efficiency ZnO/CdS/CuInGaSe₂ Thin-film Solar Cells”，Progress in Photovoltaics：Research and Applications 11，225中描述的三阶过程由从基本源蒸发而在钼导电材料104上生长的CIGS，其全部内容作为参考并入本发明中。在一些实施方式中，层504是例如在Ramanathan等，Conference Paper，“CIGS Thin-film Solar Research at NREL：FY04Resultsand Accomplishments”，NREL/CP-520-37020，January 2005中描述的ZnS(O，OH)缓冲层，其全部内容作为参考并入本发明中。

在一些实施方式中，吸收体层106的厚度为0.5μm至2.0μm。在一些实施方式中，层106中的Cu/(In+Ga)的成分比率为0.7-0.95。在一些实施方式中，层106中的Ga/(In+Ga)的成分比率为0.2-0.4。在一些实施方式中，吸收体层106是具有<110>结晶方向的CIGS。在一些实施方式中，吸收体层106是具有<112>结晶方向的CIGS。在一些实施方式中，吸收体层106是其中CIGS晶体任意定向的CIGS。

1.3.2基于无定型硅或多晶硅的半导体结

在一些实例中，附图标记不同于106和108的层被用于描述在半导体结106/108中的层。应当理解，这样的层可用于替代图2中所示的层106和108。在一些实施方式中，半导体结106/108包括无定型硅。在一些实施方式中，这是n/n型异质结。例如，在一些实施方式中，参照图10B，半导体结106/108包括SnO₂(Sb)，层512包括不掺杂无定型硅，且层510包括n+掺杂无定型硅。

在一些实施方式中，半导体结106/108是p-i-n型结。例如，在一些实施方式中，半导体结106/108包括p+掺杂无定型硅的层514、不掺杂无定型硅的层512和n+无定型硅的层510。这样的半导体结106/108在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London第3章中有描述，其全部内容作为参考并入本发明中。

在一些实施方式中，半导体结106/108基于薄膜多晶硅。参照图10B，在依据这样的实施方式的例子中，层510是p-掺杂多晶硅，层512是耗尽型多晶硅，而层514是n-掺杂多晶硅。这样的半导体结在Green，Silicon SolarCells：Advanced Principles&Practice，Centre for Photovoltaic Devices andSystems，University of New South Wales，Sydney，1995以及Bube，PhotovoltaicMaterials，1998，Imperial College Press，London，第57-66页中描述，其全部内容作为参考并入本发明中。

在一些实施方式中，半导体结106/108基于无定型Si:H情况下的p-型微晶硅Si:H和微晶硅Si:C:H。这样的半导体结在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London，第66-67页及其引用参考文件中进行了描述，其全部内容作为参考并入本发明中。

在一些实施方式中，半导体结106/108是串列结。串列结在例如Kim等，1989，“Lightweight(AlGaAs)GaAs/CuInSe₂ Tandem Junction So1ar Cellsfor Space Applications”，Aerospace and Electronic Systems Magazine，IEEEVolume 4，第23-32页；Deng，2005，“Optimization of a-SiGe Based Triple，Tandem and Single-junction Solar Cells”，Photovoltaic Specialists Conference，Conference Record of the Thirty-first IEEE，第1365-1370页；Arya等，2000，“Amorphous Silicon Based Tandem Junction Thin-film Technology：aManufacturing Perspective”，Photovoltaic Specialists Conference，2000，Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE 15-22，第1433-1436页；Hart，1988，“High Altitude Current-voltage Measurement of GaAs/Ge solar cells”，Photovoltaic Specialists Conference，Conference Record of the Twentieth IEEE26-30，第764-765页，vol.1；Kim，1988，“High Efficiency GaAs/CuInSe₂Tandem Junction Solar Cells”，Photovoltaic Specialists Conference，ConferenceRecord of the Twentieth IEEE 26-30，第457-461页，vol.1；Mitchell，1988，“Single and Tandem Junction CuInSe₂ Cell and Module Technology”，Photovoltaic Specialists Conference，Conference Record of the Twentieth IEEE26-30，第1384-1389页，vol.2；和Kim，1989，“High Specific Power(AlGaAs)GaAs/CuInSe₂ Tandem Junction Solar Cells for Space Applications”，Energy Conversion Engineering Conference，IECEC-89，Proceedings of the 24^thIntersociety 6-11，第779-784页，vol.2中描述，其全部内容作为参考并入本发明中。

1.3.3基于砷化镓和其它类型III-V材料的半导体结

在一些实施方式中，半导体结106/108基于砷化镓(GaAs)或其它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，并能够吸收大约2微米厚的AM1辐射的97％。可作为半导体结106/108的适当类型III-V结在Bube，Photovoltaic Materials，第4章，1998，ImperialCollege Press，London中描述，其全部内容作为参考并入本发明中。

另外，在一些实施方式中，半导体结106/108是复合多结太阳能电池，例如在Gee and Virshup，1988，20^th IEEE Photovoltaic Specialist Conference，IEEE Publishing，New York，第754页中描述为GaAs/Si机械堆叠多结，其全部内容作为参考并入本发明中；GaAs/CuInSe₂ MSMJ四端设备，其由在Stanbery等，19^th IEEE Photovoltaic Specialist Conference，IEEE Publishing，New York，第280页以及Kim等，20^th IEEE Photovoltaic Specialist Conference，IEEE Publishing，New York，第1487页中描述的GaAs薄膜顶电池和ZnCdS/CuInSe₂薄膜底电池构成，其全部内容作为参考并入本发明中。其它的复合多结太阳能电池在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial CollegePress，London，第131-132页中描述，其全部内容作为参考并入本发明中。

1.3.4基于碲化镉和其它类型II-VI材料的半导体结

在一些实施方式中，半导体结106/108基于能够以n-型或p-型制备的II-VI化合物。因此，在一些实施方式中，参照图10C，半导体结106/108是p-n异质结，其中层106和108是在下表中提供的任意组合或其合金。

制造基于II-VI化合物的半导体结106/108的方法在Bube，PhotovoltaicMaterials，1998，Imperial College Press，London第4章中进行了描述，其全部内容作为参考并入本发明中。

1.3.5基于结晶硅的半导体结

虽然优选由薄膜半导体膜制造的半导体结106/108，本发明公开并不限于此。在一些实施方式中，半导体结106/108基于结晶硅。例如，参照图5D，在一些实施方式中，半导体结106/108包括一层p-型结晶硅106和一层n-型结晶硅108。制造这种结晶硅半导体结106/108的方法在Bube，Photovoltaic Materials，1998，Imperial College Press，London第2章中进行了描述，其全部内容作为参考并入本发明中。

1.4示例性尺寸

如图2和图3A所示，非平面光伏设备10的长度l比横截面直径d大。在一些实施方式中，光伏设备10的长度l为1厘米(cm)-50,000cm，其宽度d为1cm-50,000cm。在一些实施方式中，光伏设备10的长度l为10cm-1,000cm，其宽度d为10cm-1,000cm。在一些实施方式中，光伏设备10的长度l为40cm-500cm，其宽度d为40cm-500cm。

在一些实施方式中，光伏设备10具有如图8A所示的平面构造。参照图4A，在这样的实施方式中，光伏设备10的长度x可以是1厘米至10,000厘米。此外，光伏设备10的宽度可以是1厘米至10,000厘米。

在一些实施方式中，光伏设备10可以是如图3所示的细长的。如图3所示，细长的光伏设备10是由纵向尺寸l和宽度尺寸d来表征的。在细长的光伏设备10的实施方式中，纵向尺寸l超出宽度尺寸d至少4倍、至少5倍或至少6倍。在一些实施方式中，细长的光伏设备的纵向尺寸l是10厘米或更大、20厘米或更大、100厘米或更大。在一些实施方式中，细长的光伏设备10的宽度尺寸d是500毫米或更大、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。

光伏设备10的太阳能电池12可以多种方式制作，并具有不同的厚度。在此描述的太阳能电池12是所谓厚膜半导体结构或所谓薄膜半导体结构。

在一些实施方式中，容器25的长度l比横截面直径d大。在一些实施方式中，容器25的长度为1cm至50,000cm，宽度为1cm至50,000cm。在一些实施方式中，容器25的长度l为10cm至1,000cm，宽度为10cm至1,000cm。在一些实施方式中，容器的长度为40cm至500cm，宽度d为40cm至500cm。在一些实施方式中，容器25的尺寸为至少1立方厘米、至少10立方厘米、至少20立方厘米、至少30立方厘米、至少50立方厘米、至少100立方厘米或至少1000立方厘米的容器容积。

1.5示例性实施方式

本发明公开的一个方面提供了一种光伏设备，包括(i)外部透明壳，(ii)衬底，该衬底和该外部透明壳限定了一个内部容积，(iii)置于该衬底上的至少一个太阳能电池，(iv)密封该内部容积内的至少一个太阳能电池的填充层，(v)在该内部容积中的容器。该容器被设置为当填充层热膨胀时容积减小，而在填充层热收缩时容积增大。在一些实例中，容器包括具有多个隆起的密封容器。在一些实例中，在该多个隆起中的每个隆起在空间上均匀分隔开。在一些实例中，在该多个隆起中的隆起在空间上非均匀地分隔开。在一些实例中，容器由柔性塑料或薄可锻金属制备。

在一些实施方式中，容器具有至少1立方厘米、至少30立方厘米或至少100立方厘米的容器容积。在一些实施方式中，容器具有一个开口，并且其中该开口由加载密封垫的弹簧密封。在一些实例中，容器具有第一开口和第二开口。在这样的实施方式中，第一开口由加载密封垫的第一弹簧密封，而第二开口由加载密封垫的第二弹簧密封。

在一些实施方式中，容器是气球。在一些实施方式中，容器由橡胶、乳胶、氯丁二烯或尼龙纤维制成。在一些实施方式中，容器具有细长的星形状。在一些实施方式中，容器由拉丝金属(brushed metal)制成。在一些实施方式中，衬底是平面的，而容器陷入填充层。在一些实施方式中，衬底是圆柱形的，而容器陷入至少一个太阳能电池中的一个太阳能电池和外部透明壳之间的填充层。在一些实施方式中，外部透明壳是管状的，并且封装衬底。在一些实施方式中，衬底是中空核心，且容器在中空核心中形成。在一些实施方式中，填充层具有大于250×10^-6/℃或大于500×10^-6/℃的容积热膨胀系数。

在一些实施方式中，至少一个太阳能电池中的一个太阳能电池包括置于衬底上的导电材料，置于该导电材料上的半导体结，和置于该半导体结上的透明导电层。在一些实施方式中，半导体结包括单质结、异质结、异面结、内埋单质结、p-i-n结或串列结。在一些实施方式中，半导体结包括吸收体层和结配对层，其中所述结配对层置于所述吸收体层上。在一些实施方式中，吸收体层是铜-铟-镓-二硒化物，所述结配对层是In₂Se₃、In₂S₃、ZnS、ZnSe、CdlnS、CdZnS、ZnIn₂Se₄、Zn_1-xMg_xO、CdS、SnO₂、ZnO、ZrO₂或掺杂的ZnO。

在一些实施方式中，光伏设备还包括抗反射涂层，其位于所述外部透明壳上。在一些实施方式中，所述抗反射涂层包括MgF₂、硝酸硅、硝酸钛、一氧化硅或亚硝酸氧硅。在一些实施方式中，所述衬底包括塑料或玻璃。在一些实施方式中，所述衬底包括金属或金属合金。在一些实施方式中，光伏设备还包括另外的一个或多个容器，并且其中所述另外的一个或多个容器中的每个单独的容器位于内部容积中。

在一些实施方式中，所述至少一个太阳能电池包括单块集成地结合在所述衬底上的多个太阳能电池。在一些实施方式中，所述多个太阳能电池中的第一太阳能电池与所述多个太阳能电池中的第二太阳能电池电性串联。在一些实施方式中，所述多个太阳能电池中的第一太阳能电池与所述多个太阳能电池中的第二太阳能电池电性并联。

在一些实施方式中，当所述填充层处于第一热膨胀状态以及当所述填充层处于第二热收缩状态之间时，所述容器发生了容器容积减小5％、10％、20％、40％。

本发明公开的一个方面提供了一种光伏设备，包括(i)外部透明壳，(ii)衬底，该衬底和该外部透明壳限定了一个内部容积，(iii)置于该衬底上的至少一个太阳能电池，(iv)密封该内部容积内的至少一个太阳能电池的填充层，(v)在该内部容积中的容器；其中容器包括具有多个隆起的密封容器，并且其中该容器被设置为当填充层热膨胀时容器容积减小，而在填充层热收缩时容器容积增大。

本发明公开的另一个方面提供了一种光伏设备，包括(i)外部透明壳，(ii)衬底，该衬底和该外部透明壳限定了一个内部容积，(iii)置于该衬底上的至少一个太阳能电池，(iv)密封该内部容积内的至少一个太阳能电池的填充层，(v)在该内部容积中的容器；其中该容器具有被加载密封垫的弹簧密封的第一开口，并且其中该容器被设置为当填充层热膨胀时容器容积减小，而在填充层热收缩时容器容积增大。

本发明公开的又一个方面提供了一种光伏设备，包括(i)外部透明壳，(ii)衬底，该衬底和该外部透明壳限定了一个内部容积，(iii)置于该衬底上的至少一个太阳能电池，(iv)密封该内部容积内的至少一个太阳能电池的填充层，(v)在该内部容积中的容器；其中该容器具有第一开口和第二开口，其中该第一开口由加载密封垫的第一弹簧密封，而第二开口由加载密封垫的第二弹簧密封。该容器被设置为当填充层热膨胀时容器容积减小，而在填充层热收缩时容器容积增大。

本发明公开的再一个方面提供了一种光伏设备，包括(i)外部透明壳，(ii)衬底，该衬底和该外部透明壳限定了一个内部容积，(iii)置于该衬底上的至少一个太阳能电池，(iv)密封该内部容积内的至少一个太阳能电池的填充层，(v)在该内部容积中的容器，其中该容器是被设置为当填充层热膨胀时容器容积减小而在填充层热收缩时容器容积的气球增大。

本发明公开的另一个方面提供了一种光伏设备，包括(i)外部透明壳，(ii)衬底，该衬底和该外部透明壳限定了一个内部容积，(iii)置于该衬底上的至少一个太阳能电池，(iv)密封该内部容积内的至少一个太阳能电池的填充层，(v)在该内部容积中的容器。该容器具有细长的星形状，并被设置为当填充层热膨胀时容器容积减小，而在填充层热收缩时容器容积增大。

引用的参考文献和结论

在此引用的所有参考均将其全部内容作为参考并入本发明中，为此目的，其以如同每份单独公开文献或专利或专利申请在此特别并单独指出将其全部内容作为参考并入本发明时的程度。

在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，可对本发明进行对本领域技术人员而言是显而易见的多种变型和改变。在此描述的特定实施方式仅仅是作为例示性的，而本发明应仅由所附权利要求书及其等价物的全部范围所限定。

Claims (42)

1、一种光伏设备，包括：

a)外部透明壳；

b)衬底，其中所述衬底和所述外部透明壳限定内部容积；

c)置于所述衬底上的至少一个太阳能电池；

d)填充层，其包括密封所述内部容积内的至少一个太阳能电池的填充物成分；以及

e)在所述内部容积中的第一容器；

其中所述第一容器被设置成：

当所述填充层热膨胀时，减小所述容器容积；以及

当所述填充层热收缩时，增大所述容器容积。

2、如权利要求1所述的光伏设备，其中所述第一容器包括具有多个隆起的密封容器。

3、如权利要求2所述的光伏设备，其中所述多个隆起中的每个隆起在所述第一容器的表面上均匀地分隔开。

4、如权利要求2所述的光伏设备，其中所述多个隆起中的隆起在所述第一容器的表面上不均匀地分隔开。

5、如权利要求1-4中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器由塑料或金属制成。

6、如权利要求1-5中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器具有至少1立方厘米的容器容积。

7、如权利要求1-6中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器具有第一开口，并且其中所述第一开口被加载密封垫的弹簧所密封。

8、如权利要求1-6中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器具有第一开口和第二开口，其中，

所述第一开口被加载密封垫的第一弹簧密封，

而所述第二开口被加载密封垫的第二弹簧密封。

9、如权利要求1-6中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器是气球。

10、如权利要求1-9中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器由橡胶、乳胶、氯丁二烯或尼龙纤维制成。

11、如权利要求1-10中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器具有细长的星形状。

12、如权利要求1-9或11中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器由拉丝金属制成。

13、如权利要求1-12中任意一项所述的光伏设备，其中所述衬底是平面的，所述第一容器陷入所述填充层中。

14、如权利要求1-12中任意一项所述的光伏设备，其中所述衬底是非平面的，所述第一容器陷入介于所述至少一个太阳能电池中的一个太阳能电池和所述外部透明壳之间的所述填充层中。

15、如权利要求1-14中任意一项所述的光伏设备，其中所述外部透明壳是管状的，并且封装所述衬底。

16、如权利要求1-15中任意一项所述的光伏设备，其中所述衬底具有中空核心，并且所述第一容器形成在所述中空核心中。

17、如权利要求1-16中任意一项所述的光伏设备，其中所述填充物成分具有大于250×10^-6/℃的容积热膨胀系数。

18、如权利要求1-17中任意一项所述的光伏设备，其中所述至少一个太阳能电池中的一个太阳能电池包括：

置于所述衬底上的导电材料层；

置于全部或部分所述导电材料层上的半导体结；以及

置于全部或部分所述半导体结上的透明导电层。

19、如权利要求18所述的光伏设备，其中所述半导体结包括单质结、异质结、异面结、内埋单质结、p-i-n结或串列结。

20、如权利要求18所述的光伏设备，其中所述半导体结包括吸收体层和结配对层，其中所述结配对层置于所述吸收体层上。

21、如权利要求20所述的光伏设备，其中所述吸收体层是铜-铟-镓-二硒化物，并且所述结配对层是In₂Se₃、In₂S₃、ZnS、ZnSe、CdlnS、CdZnS、ZnIn₂Se₄、Zn_1-xMg_xO、CdS、SnO₂、ZnO、ZrO₂或掺杂的ZnO。

22、如权利要求1-21中任意一项所述的光伏设备，还包括置于所述外部透明壳上的抗反射涂层。

23、如权利要求22所述的光伏设备，其中所述抗反射涂层包括M，2、硝酸硅、硝酸钛、一氧化硅或亚硝酸氧硅。

24、如权利要求1-23中任意一项所述的光伏设备，其中所述衬底包括塑料或玻璃。

25、如权利要求1-23中任意一项所述的光伏设备，其中所述衬底包括金属或金属合金。

26、如权利要求1-25中任意一项所述的光伏设备，还包括另外的一个或多个容器，并且其中所述另外的一个或多个容器中的每个单独的容器位于所述内部容积中。

27、如权利要求1-26中任意一项所述的光伏设备，其中所述至少一个太阳能电池包括单块集成地结合在所述衬底上的多个太阳能电池。

28、如权利要求27所述的光伏设备，其中所述多个太阳能电池中的第一太阳能电池与所述多个太阳能电池中的第二太阳能电池电性串联。

29、如权利要求27所述的光伏设备，其中所述多个太阳能电池中的第一太阳能电池与所述多个太阳能电池中的第二太阳能电池电性并联。

30、如权利要求1-29中任意一项所述的光伏设备，其中在(i)当所述填充层处于第一热膨胀状态以及(ii)当所述填充层处于第二热收缩状态之间，所述第一容器的容器容积减小5％。

31、如权利要求1-29中任意一项所述的光伏设备，其中在(i)当所述填充层处于第一热膨胀状态以及(ii)当所述填充层处于第二热收缩状态之间，所述第一容器的容器容积减小40％。

32、如权利要求1-31中任意一项所述的光伏设备，其中所述衬底或所述外部透明壳是刚性的。

33、如权利要求1-32中任意一项所述的光伏设备，其中所述衬底或所述外部透明壳由线性材料制成。

34、如权利要求1-33中任意一项所述的光伏设备，其中所述衬底或所述外部透明壳具有40GPa或更大的杨氏模量。

35、如权利要求1-34中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器处于500Torr的气压下。

36、如权利要求1-35中任意一项所述的光伏设备，其中所述第一容器含有惰性气体。

37、如权利要求1所述的光伏设备，其中所述衬底是平面的。

38、如权利要求1所述的光伏设备，其中所述至少一个太阳能电池沿圆周布置在所述衬底上。

39、如权利要求1-38中任意一项所述的光伏设备，其中所述光伏设备是细长的。

40、如权利要求1所述的光伏设备，其中所述衬底由具有界定形状的横截面来表征，其中所述界定形状是圆形、椭圆形、多边形、卵形，或者所述界定形状由一个或多个平滑曲面或一个或多个弓形边来表征。

41、如权利要求1-40中任意一项所述的光伏设备，其中所述填充层是凝胶。

42、如权利要求1-40中任意一项所述的光伏设备，其中所述填充层是液体。

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