CN102077367A - 多结光伏模块及其加工 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括第一光伏子模块和堆叠在第一光伏子模块上的第二光伏子模块的多结光伏模块，其中第一光伏子模块包括整体地集成在第一衬底上的多个第一光伏子单元，并且其中第二光伏子模块包括整体地集成在第二衬底上的多个第二光伏子单元；多个第一光伏子单元基本上是相同的；多个第二光伏子单元基本上是相同的；多个第一光伏子单元是串联电连接的；多个第二光伏子单元是串联电连接的；第一光伏子模块和第二光伏子模块是并联电连接的。

Description

多结光伏模块及其加工
技术领域
本发明涉及多结光伏模块与制造这种模块的方法。
尤其，本发明涉及薄膜多结光伏模块，诸如有机多结光伏模块。
背景技术
单结有机光伏单元的能量转换效率是相对较低的，因为通常在有机光伏单元的活性层中使用了窄吸收光谱的有机材料。因此，在有机光伏单元中，通常只有一小部分的输入光被吸收并被转换成电能。不吸收输入光的剩余部分，因此，输入光的剩余部分对于电能的产生没有贡献。
已经遵循了数种方法来改进输入光到电能的转换，其中通过两个或多个有机光伏子单元的互连来形成有机光伏单元。
通过在彼此的顶部上设置两个或多个有机光伏子单元，可以进一步把在上部子单元(即，最接近光源的子单元)中没有吸收的一部分输入光透射到下层子单元中。与上部子单元相比，这种下层子单元中一般包括其它活性层材料，允许吸收通过上部子单元透射的一部分输入光。这种配置对应于两个或多个子单元的光学串联连接。
这些子单元可以串联或并联地电连接，或可以使用串联或并联连接的组合。
例如，有机光伏单元之类的光伏单元的堆叠(其中工作于不同光谱区域中的至少两个子单元堆叠在彼此的顶部)可以导致改进的性能，因为可以成功地吸收输入光的光谱的较宽部分，并且通过子单元的堆叠进行转换。
然而，不能保证不同子单元的短路电流的匹配(当堆叠的子单元串联地电连接时，这是特别有关的)，并且受到相互交互作用(诸如，例如，子单元之间的部分重叠吸收光谱、光干涉效应、导电性或与温度有关的变化)以及照射条件变化的强烈的影响。
相似地，不能保证堆叠子单元的开路电压的匹配(当堆叠的子单元并联地电连接时，这是特别有关的)，并且受到相互交互作用以及变化的照射条件的强烈的影响。
通常，使堆叠的单元最优化以在标准照射条件下工作。然而，在真实的照射条件下，单元的光谱变化或部分阴影可能导致堆叠的光伏单元的非最优化性能。
此外，在非完全一样的子单元的情况下(例如，在子单元之间的电流失配和/或电压失配的情况下)，在很大程度上通过堆叠中最弱的子单元来确定(即，限制)堆叠单元的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏多结器件，该器件不存在现有技术用于产生电能(即，用于使光能转换成电能)的器件的缺点。
本发明的目的是提供多结有机光伏模块，其中与现有技术解决方案相比，模块的电能输出对于照射条件变化是较不敏感的，并且其中与现有技术解决方案相比，模块的电能输出对于严格的电流匹配和/或电压匹配是较不敏感的。
本发明的又一个目的是提供用于制造这种多结有机光伏模块的方法。
本发明涉及多结光伏模块，所述多结光伏模块包括第一光伏子模块和堆叠在第一光伏子模块上的第二光伏子模块，其中第一光伏子模块包括整体地集成在第一衬底上的多个第一光伏子单元，并且第二光伏子模块包括整体地集成在第二衬底上的多个第二光伏子单元。
如上所述述的多结光伏模块，其中第一光伏子单元和第二光伏子单元是有机子单元。
如上所述的多结光伏模块，其中多个第一光伏子单元基本上是相同的，并且其中多个第二光伏子单元基本上是相同的。
如上所述的多结光伏模块，其中多个第一光伏子单元基本上是与多个第二光伏子单元不相同的。
如上所述的多结光伏模块，其中多个第一光伏子单元包括第一活性材料，并且其中多个第二光伏子单元包括与第一活性材料不同的第二活性材料。
如上所述的多结光伏模块，其中在照射情况下，通过第一光伏子模块产生的第一光-电压基本上等于通过第二光伏子模块产生的第二光-电压。
如上所述的多结光伏模块，其中多个第一光伏子单元是串联地电连接的，而其中多个第二光伏子单元是串联地电连接的。
如上所述的多结光伏模块，其中第一光伏子模块和第二光伏子模块是并联地连接的。
如上所述的多结光伏模块，其中第一光伏子模块和第二光伏子模块中的至少一个包括与子模块集成的电子器件。
如上所述的多结光伏模块，其中使第一光伏子模块和第二光伏子模块以它们的器件侧相互面对的方式堆叠在一起。
一种制造多结光伏模块的方法，该方法包括：制造包括多个第一光伏子单元的第一光伏子模块；制造包括多个第二光伏子单元的第二光伏子模块；以及使第二光伏子模块堆叠在第一光伏子模块上。
如上所述的方法，其中制造第一光伏子模块包括在第一衬底上设置多个基本上相同的整体集成的第一光伏子单元，并且其中制造第二光伏子模块包括在第二衬底上设置多个基本上相同的整体集成的第二光伏子单元。
如上所述的方法，还包括使第一光伏子模块与第二光伏子模块电连接。
如上所述的方法，还包括封装多结光伏模块。
尤其，本发明涉及多结光伏模块，该多结光伏模块包括第一光伏子模块和堆叠在第一光伏子模块上的至少第二光伏子模块，所述子模块是电学地并联的，而是光学地串联的，其中：
-第一光伏子模块包括串联地电连接的多个N个第一光伏单元，所述第一光伏单元(基本上)是相同的，并且是光学地并联设置的；
-第一光伏子模块至少是部分透明的，并且包括串联地电连接的多个M个第二光伏单元，所述第二光伏单元(基本上)是相同的，并且是光学地并联设置的。
有利地，在照射情况下，第一光伏单元具有VOC1的开路电压，第二光伏单元具有VOC2的开路电压而N个VOC1与M个VOC2的差别不会大于10％，较佳地不大于5％，更佳地不大于2％，再更佳地不大于1％。
较佳地，第一光伏单元和第二光伏单元是有机单元。
有利地，多个第一光伏单元与多个第二光伏单元(基本上)是不同的。
较佳地，多个第一光伏单元包括第一活性材料，而多个第二光伏单元包括与第一活性材料不同的第二活性材料。
较佳地，第一光伏单元的每一个具有第一活性区(大小)，而第二光伏单元的每一个具有第二活性区(大小)，第一活性区(大小)(基本上)与第二活性区(大小)不同。
有利地，使第一光伏单元整体地集成在第一衬底上。第一子模块就展现出了衬底侧和器件侧。
有利地，使第二光伏单元整体地集成在第二衬底上。第二子模块就展现出了衬底侧和器件侧。
较佳地，使第一光伏子模块和第二光伏子模块以它们的器件侧相互面对的方式堆叠在一起。
另一方面，第一和第二衬底是一个透明衬底的两侧。
有利地，多结光伏模块还可以包括与第一和第二子模块光学地串联的附加的子模块，附加子模块的每一个包括串联连接的多个即ki个附加的光伏单元，所述附加的光伏单元(基本上)是相同的，并且设置在附加的衬底上。
较佳地，在照射情况下附加的子模块的每一个具有(展现出)开路电压VOC1，而ki·VOC1与N·VOC1的差别不会大于10％，较佳地不大于5％，更佳地不大于2％，再更佳地不大于1％。
较佳地，附加的光伏单元整体地集成在每一个附加的衬底上。
多结光伏模块可以包括多达三个附加的子模块。
本发明还揭示一种用于制造多结光伏模块的方法，该方法包括下列步骤：
-制造包括多个(基本上)相同的第一光伏单元的第一光伏子模块；
-串联地连接所述多个(基本上)相同的第一光伏单元；
-制造包括多个(基本上)相同的第二光伏单元的第二光伏子模块；
-串联地连接所述多个(基本上)相同的第二光伏单元；
-把第二光伏子模块堆叠在第一光伏子模块上；
-并联地电连接所述第一和第二光伏子模块，从而得到光伏模块。
较佳地，在用于制造多结光伏模块的方法中，在第一衬底上整体地集成所述多个第一光伏单元。
较佳地，在用于制造多结光伏模块的方法中，在第二衬底上整体地集成所述多个第二光伏单元。
有利地，用于制造多结光伏模块的方法还包括下列步骤：
-确定在照射情况下的第一光伏单元的开路电压；
-确定在照射情况下的第二光伏单元的开路电压；
-确定(和提供)第一子模块中的第一单元光伏单元的数量N，以及第二子模块中的第二单元光伏单元的数量M，使第一和第二子模块之间的电压失配最小化。
较佳地，用于制造多结光伏模块的方法包括通过把所述子模块的总面积(大小)除以所述子模块中单元的数量来计算子模块中单元面积(大小)的步骤。
较佳地，用于制造多结光伏模块的方法还包括封装多结光伏模块的步骤。
附图说明
图1(a)示出在衬底上包括第一电极、活性层和第二电极的有机光伏单元。
图1(b)示出包括附加的空穴传输层和附加的电子传输层的有机光伏单元。
图2示出经照射的光伏单元的IV曲线，示出短路电流、开路电压以及最大功率点。
图3(a)示出两个光伏单元的串联电连接。
图3(b)示出两个光伏单元的并联电连接。
图4示出在电连接两个光伏单元的IV曲线上的效应：
-图4(a)示出两个相同单元的串联电连接的效应；
-图4(b)示出两个不同单元的串联电连接的效应；
-图4(c)示出两个相同单元的并联电连接的效应；
-图4(d)示出两个不同单元的并联电连接的效应。
图5示出子单元的堆叠。
图6示意地示出根据本发明的有机光伏子模块。
图7示意地示出根据本发明的包括两个堆叠的子模块的有机光伏模块。
具体实施方式
本发明揭示一种光伏模块，较佳地是有机光伏模块，该模块包括分开制造并且堆叠在彼此顶部的至少两个(有机)光伏子模块。每个(有机)光伏子模块包括多个基本上相同的(子)单元，这些子单元整体地集成在衬底上并且较佳地串联电连接。
不同的光伏子模块堆叠在彼此顶部，即，光学地串联连接，并且并联电连接。
本发明的(有机)光伏模块的优点在于每个子模块中的(子)单元基本上是相同的，因此基本上是电流匹配的和电压匹配的。
并联电连接子模块的优点在于避免了不同子模块的(子)单元之间电流匹配的需求。
使用分开制造的子模块的优点在于：不同子模块的(子)单元的面积可以是不同的，以致可以独立地选择每个子模块中的(子)单元数量。
因此通过适当地和独立地选择每个子模块的(子)单元数量，基本上可以使不同子模块的输出电压相等，因此可以得到电压匹配。
在子模块中的子单元是相同的和串联连接的情况中，通过使所述子模块的各个子单元的输出电压乘以所述子模块中所包括的单元数量而计算子模块的输出电压。
得到子模块之间的电压匹配不需要DC-DC转换器是本发明的一个优点。因此，根据本发明的多结光伏子模块较佳地不包括与各个子模块串联电连接的DC-DC转换器。这种转换器的使用使器件的复杂度增加，并且由于转换器中的功率损耗而减小了器件的总效率。
较佳地，根据本发明的多结光伏模块包括第一光伏子模块以及堆叠在第一光伏子模块上的第二光伏子模块，其中第一光伏子模块包括整体地集成在第一衬底上的多个第一光伏(子)单元，并且其中第二光伏子模块包括整体地集成在第二衬底上多个第二光伏(子)单元。第一光伏(子)单元和第二光伏(子)单元可以是有机(子)单元。
任选地，多结光伏模块可以包括两个以上的光伏子模块。
较佳地，多个第一光伏(子)单元基本上是相同的，而多个第二光伏(子)单元基本上是相同的。多个第一光伏(子)单元基本上可以与多个第二光伏(子)单元不同。
较佳地，多个第一光伏(子)单元包括第一活性材料，而多个第二光伏(子)单元包括与第一活性材料不同的第二活性材料。
有利地，选择第一活性材料，以提供第二活性材料未吸收的光的良好的(最优的)吸收(以及转换)。
多个第一光伏(子)单元具有第一活性区域大小，而多个第二光伏(子)单元具有第二活性区域大小，较佳地，第一活性区域大小基本上与第二活性区域大小不同。
有利地，选择第一活性区域大小和第二活性区域大小，以导致不同子模块的基本上相同的输出电压。
当子模块中(子)单元的数量近似地等于子模块的总面积除以各个子单元的面积时，各个(子)单元的面积确定它们在子模块中的数量。
较佳地，在照射的情况下，通过第一光伏子模块产生的第一光-电压以及通过第二光伏子模块产生的第二光-电压基本上是相同的。
使多个第一光伏(子)单元较佳地串联电连接，并且使多个第二光伏(子)单元较佳地串联电连接。使第一光伏子模块和第二光伏子模块较佳地并联电连接。
较佳地，第一光伏子模块和第二光伏子模块中的至少一个包括集成在子模块中的电子器件，诸如例如，功率控制器件、二极管、逆变器。
有利地，第一光伏子模块和第二光伏子模块以它们的器件侧相互面对的方式、以它们的衬底侧相互面对的方式、以第二光伏子模块的衬底侧面对第一光伏子模块的器件侧的方式(或反之亦然)堆叠在一起。
本发明还提供制造多结光伏模块(例如，多结有机光伏模块)的方法，该方法包括：制造包括多个第一光伏(子)单元的第一光伏子模块；制造包括多个第二光伏(子)单元的第二光伏子模块；以及使第二光伏子模块堆叠在第一光伏子模块上。
较佳地，使多个第一光伏(子)单元串联电连接，而使多个第二光伏(子)单元并联电连接。
有利地，制造第一光伏子模块包括在第一衬底上提供多个基本上相同的整体地集成的第一光伏(子)单元，并且制造第二光伏子模块包括在第二衬底上提供多个基本上相同的整体地集成的第二光伏(子)单元。
较佳地，多个第一光伏(子)单元基本上与多个第二光伏(子)单元不同。
较佳地，该方法还包括使第一光伏子模块与第二光伏子模块电连接，例如，并联电连接子模块。
有利地，封装多结光伏模块，并且提供电连接，例如，使模块与外部负载电连接。
在下面的详细说明中，阐述了许多特定细节，以便提供对本发明的透彻理解，以及如何在特定实施例中实现本发明。然而，可以理解，可以实现本发明而无需这些特定的细节。在其它情况中，未曾详细地描述众所周知的方法、过程和技术，为的是不使本发明模糊。在相对于特定实施例和参考某些附图描述本发明的同时，并不局限于这里的所引用的。
这里所包括和所描述的附图都是示意性的，并且不限制本发明的范围。还要注意，在附图中，可能夸大了某些元件的大小，因此，为了示意的目的而并非按比例绘制。
此外，为了描述而使用说明书中的术语顶部、底部、上面、下面等，而不必定描述相对位置。要理解，在适当的情况下可以互换如此使用的术语，并且这里描述的本发明的实施例能够在与这里描述或示出的情况不同的其它情况下进行操作。
在本发明的情况中，光伏子单元或光伏单元或光伏子模块或光伏模块的前表面或前侧是适配成取向朝向光源的表面或侧面，因此用于接收照射。
光伏子单元或光伏单元或光伏子模块或光伏模块的后表面或后侧是与前表面或前侧相对的表面或侧面。
较佳地，在本发明中，光伏(子)单元包括有机活性材料。然而，本发明不局限于此，可以用于包括其它活性层材料(例如，薄膜材料)的光伏(子)单元。
本发明涉及多结(有机)光伏模块以及涉及用于制造如此的模块的方法。
较佳地，所述多结光伏模块是多结有机光伏模块。
较佳地，在本发明中，使至少两个分开制造的(有机)光伏子模块(每一个在衬底上包括多个基本上相同的(有机)光伏(子)单元)堆叠在彼此的顶部(即，光学地串联连接)，并且相互电连接。
子模块较佳地并联电连接。
较佳地，使在每个光伏子模块中的光伏子单元串联电连接。
(子)单元可以是单结或多结(有机)光伏单元。
每个光伏子模块包括多个基本上相同的(有机)光伏(子)单元意味着在每个子模块中的多个(子)单元基本上是相同的。
然而，在不同(有机)光伏子模块之间，较佳地，(子)单元基本上是不同的。
下子模块(即，设置得最接近光伏模块的后表面的子模块)包括具有至少一个透明电极的光伏(子)单元。尤其，至少这个最接近子模块的前表面的下子模块的电极是透明电极。
较佳地，其它子模块包括形成在透明衬底上的、具有两个透明电极的光伏(子)单元，形成透明子模块。
所述透明子模块允许所述以前的子模块没有吸收的(基本上的)一部分输入光通过层，以便在下一个(下层)子模块中进一步电转换。
可以在本发明的光伏模块中集成其它元件(器件)，诸如二极管或整流器。
可以在本发明的光伏模块中有利地集成反相器，以使输出DC电流转换成标准AC电流。
本发明的(有机)光伏模块的一个优点是在每个子模块中的(子)单元基本上是相同的，因此基本上是电流匹配的和电压匹配的。
并联电连接子模块的优点在于避免了不同子模块的(子)单元之间的电流匹配的需求。
一个优点是使用不同子模块的(子)单元的面积可能是不同的、分开制造的子模块，以致可以独立地选择每个子模块中的(子)单元的数量。
有利地，通过适当地和独立地选择每个子模块的(子)单元数量，使不同子模块的输出电压基本上相同，因此容易得到电压匹配。
较佳地，(有机)光伏子模块包括形成在衬底上的多个(有机)光伏(子)单元。
在进一步的说明中，把形成(子)单元的衬底的侧面称为子模块的“器件侧”，并且把衬底的相对侧称为子模块的“衬底侧”。
当使子模块堆叠在彼此的顶部以形成根据本发明的多结(有机)光伏模块时，可以堆叠后续的子模块，使它们的衬底侧彼此面对、使它们的器件侧彼此面对、或使一个子模块的器件侧面对后续子模块的衬底侧或反之亦然。
对于包括两个子模块的(有机)多结光伏模块，进一步描述本发明。然而，本发明不局限于此，本发明还可应用于包括两个以上的子模块的(有机)多结光伏模块。
以两个子模块的器件侧彼此面对而堆叠它们的情况来进一步描述本发明。(如图7所示)。
较佳地，使在每个子模块中的(有机)光伏(子)单元串联电连接，并且使两个子模块并联电连接。
根据本发明的(有机)多结光伏模块包括第一(有机)光伏子模块和第二(有机)光伏子模块，适配第一(有机)子模块使其位置最接近模块的后表面，并且适配第二(有机)子模块使其位置最接近模块的前侧。
较佳地，例如，第一(有机)光伏子模块包括多个第一(有机)光伏子单元的阵列或光伏子单元堆叠，彼此整体地串联互连并且适配成吸收入射光谱(例如，太阳光谱)的第一预定部分。
第一子模块的(有机)光伏单元具有第一活性区域大小。它们具有至少一个透明电极。尤其，至少前侧电极(即，最接近前表面的电极)是透明的。
可以在透明衬底上或在不透明衬底上形成第一子模块的(有机)光伏单元。第一(有机)光伏子模块可以包括其它元件，诸如例如，整流器件或开关器件。
例如，第二(有机)光伏子模块包括多个第二(有机)光伏子单元的阵列或光伏子单元堆叠，彼此整体地串联互连并且适配成吸收太阳光谱的第二预定部分，太阳光谱的第二预定部分与太阳光谱的第一预定部不同。
第二子模块的(有机)光伏子单元具有第二活性区域大小，它们较佳地与第一活性区域大小不同。它们具有两个透明电极，并且是形成在透明衬底上的。
第二(有机)光伏子模块可以包括其它元件，诸如例如，整流器件或开关器件。
根据本发明的光伏模块的制造包括：制造在第一衬底上包括多个第一(有机)光伏子单元的第一(有机)子模块；制造在第二衬底上包括多个第二(有机)光伏子单元的第二(有机)子模块；第二衬底是光学透明的衬底；在第一(有机)子模块的顶部上机械地堆叠第二(有机)子模块；以及使第一(有机)子模块与第二(有机)子模块进行电互连。
(有机)光伏子模块包括在衬底上的至少一个(有机)光伏子单元，较佳地，多个(有机)光伏子单元。
根据一个较佳实施例，并且如图1(a)所示，有机光伏子单元20一般包括衬底10上的第一电极11、与第一电极11相邻的活性层13以及与活性层13相邻并且在活性层13上第一电极11相对侧上的第二电极12。
衬底10可以包括光学透明的材料，诸如例如，玻璃或聚合箔，诸如例如PET或PEN。衬底10可以是柔性衬底。
对于位置最接近本发明的有机光伏模块的后表面的第一光伏子模块，还可以使用不透明的衬底10，诸如例如，陶瓷衬底或具有不导电表面的金属箔。在这种情况下，当在堆叠光伏子模块以形成根据本发明的有机光伏模块时，第一有机光伏子模块的取向为其衬底侧最接近模块的后表面，而其器件侧较接近模块的前表面。
第一电极11或第二电极12可以包括光学透明的导体，诸如例如，TiOx、ITO(氧化锡铟)、ZnO、AZO(掺杂铝的ZnO)、FTO(掺杂氟的氧化锡)或薄的金属层，诸如例如，包括例如Au、Ag或Cu或金属复合层(诸如Mg:Ag)的层。第一电极11和第二电极12还可以包括导电聚合物，诸如例如，PEDOT(聚(3，4乙撑))或PANI(聚苯胺)。可以掺杂这些导电聚合物以增加导电性，例如，它们可以与阴离子、金属纳米粒子、碳纳米管或本技术领域中技术人员众知的任何其它合适的材料一起掺杂。
此外，可以在第一电极11和/或第二电极12附近提供导电栅格，例如，金属栅格(例如，包括Cu或Ag)，以进一步增强导电性而不在光学透明度方面产生高的损耗。
可以通过数种技术在衬底10上提供(例如，沉积)第一电极11或第二电极12的材料，这些技术有，诸如例如，真空中的热蒸发、溅射、化学气相沉积或溶液处理，在溶液处理中，使要沉积的金属以适当的量溶解在适当的溶剂中，以便在一些过程中进行处理，这些过程有，诸如例如，旋涂、医用刀口、喷墨打印、丝网印、凹版印刷、柔性版印刷、槽模涂布、喷涂等。
位于本发明的有机光伏模块的后侧的第一光伏子模块可以包括光学不透明的第一电极11，诸如例如，包括例如，Ba、Ca、Mg、Al、Ag或Cu或包含两种或多种金属的金属合金的电极。在这种情况下，在堆叠光伏子模块以形成根据本发明当有机光伏模块之后，第一有机光伏子模块的取向为：其衬底侧最接近模块的后表面，而其器件侧较接近模块的前表面。
有机光伏子单元20的活性层13包括至少一个光吸收层，其中光吸收导致电荷的产生。
当通过电荷复合层使光-吸收、电荷产生层相互分开时，活性层13可以包括不止一个的光-吸收、电荷产生层。
活性层13所包括的材料适合于吸收输入光以及适合于电荷载流子产生和把电荷载流子传输到相邻电极11、12。可以包括单层或不同有机共轭材料的两个相邻的层。如果使用不同材料的两层，则在两种材料之间的界面附近可能有这两种材料的故意的或非故意的混合。
活性层13还可以包括单层中两种或多种不同有机共轭材料的混合物。活性层13还可以包括有机共轭材料与金属或半导体非共轭材料的混合物。
有机共轭材料可以包括一些材料，诸如例如，聚合物(例如聚苯、聚苯撑乙烯、聚噻吩、聚芴以及它们的衍生物)、或例如低分子量分子(例如，五环素、苝，蒽，萘，酞菁以及它们的衍生物)、或例如富勒烯(例如，C60、C70以及它们的衍生物)、或例如碳纳米管(例如，SWCNT(单壁碳纳米管)、MWCNT(多壁碳纳米管)以及它们的衍生物)。
可以通过，诸如例如，真空中的热沉积等数种技术来沉积活性层13的材料，其中最终可以引入，诸如例如，氮或氩之类的附加的惰性载气，以有效地把材料引导到电极上。
提供活性层13的材料的另外的的方法上OVPD(有机气相沉积)。例如，还可以通过溶液处理来沉积活性层13的材料，其中使要沉积的金属以适当的量溶解在适当的溶剂中，以便在一些过程中进行处理，这些过程有，诸如例如，旋涂、医用刀口、喷墨打印、丝网印、凹版印刷、柔性版印刷、槽模涂布、喷涂等。
图1(b)示出有机光伏子单元的结构，与图1(a)中的结构相比，提供了两个附加层14、15。附加层14、15是任选的，即，在光伏子单元中可以提供或可以不提供它们，或可以在子单元中提供这些层中的一个层，而不提供另一个层。
衬底10或第一电极11与图1(a)中所示的对应的层相似。层14作为空穴传输层(HTL)，以促进第一电极11对于活性层13中产生的正电荷载流子的收集。层15作为电子传输层(ETL)，以促进第二电极12对于活性层13中产生的负电荷载流子的收集。
通过给定结构中光学透明度的必要性来确定两个附加层14、15的材料的选择。同样，相对于活性层13或电极11、12的能级确定层14、15的材料的能级值，像价带、导带、费米能级、HOMO(最高占据分子轨道)以及LUMO(最低未占据分子轨道)。层14、15的材料选择的进一步标准可以是正或负电荷载流子的导电性。本技术领域中技术人可以进行层14、15的材料的适当选择。
例如，空穴传输层14可以包括共轭材料，诸如例如，聚苯胺、聚噻吩、聚苯以及它们的衍生物。空穴传输层还可以包括一些共轭材料，在这些共轭材料中散布了，诸如例如，碳纳米管或它们的衍生物的其它材料。空穴传输层可以包括低分子量分子，诸如例如，苝，萘或它们的衍生物或ZnO、AZO、FTO、ITO。
例如，电子传输层15可以包括富勒烯(诸如，C60、C70以及它们的衍生物)、或例如碳纳米管，例如，SWCNT、MWCNT以及它们的衍生物。电子传输层还可以包括低分子量分子，诸如例如，BCP，Alq3，TPD，或诸如例如，ZnO，AZO，FTO，ITO等材料。
可以通过数种技术沉积空穴传输层14或电子传输层15，诸如例如，这些技术有：真空中的热蒸发、化学气相沉积或相似的技术，溅射、或溶液处理，在溶液处理中，使要沉积的材料以适当的量溶解在适当的溶剂中，以便在一些过程中进行处理，这些过程有，诸如例如，旋涂、医用刀口、喷墨打印、丝网印、凹版印刷、柔性版印刷、槽模涂布、喷涂等。
可以从电流-电压(IV)曲线图获取描述光伏单元性能的基本参数。这是从测量产生的，在该测量中，测量作为所施加的外部电压的函数的外部电流。在图2中示出经照射的光伏单元的典型的IV特性。作为照射的结果，产生电荷载流子，并且IV曲线通过第四象限，这意味着可以从器件获取功率P＝I·V。把该功率输出具有最大值的点(Vmp，Imp)称为最大功率点Pmp，并且通过下式给出：
Pmp＝Vmp.Imp    (1)
这个积还对应于图2中表示的较小的矩形的面积。
在该图中示出其它两个相关的参数。短路电流Isc是在照射情况下没有施加外部电压(V＝0V)时流过器件的电流。由于实际测量的短路电流与光伏器件的活性区域有关，所以经常更为普通的是使用短路电流密度Jsc。这是从测量到的短路电流除以太阳能电池的活性区域面积A得到的。开路电压Voc是外部偏置值，在该偏置值处，无外部电流流过经照射的器件(I＝0A)。
最大功率点坐标的模拟值，Isc和Voc，确定图2所示的第二矩形。可以从该图中看到，当IV曲线具有更像矩形的形状时，两个矩形面积之差是较小的。因此可以认为两个矩形面积的比为IV特性的形状的质量度量，称之为填充因子FF：
FF = V mp . I mp V oc . I sc - - - ( 2 )
可以认为Isc和Voc的积为可以传递给外部负载的总功率的理论上限值。因此可以认为填充因子FF为获取的实际最大功率对这个理论上限值的比。
此外，这些参数与能量转换效率ηe的关系如下：
η e = P mp P in = V mp . I mp P in = V oc . I sc . FF P in - - - ( 3 )
表示入射在光伏单元的活性区域上的光的总功率Pin中有多少转换成电功率Pmp。
图3(a)示出单个衬底10上彼此相邻的两个有机光伏单元21、22。第一有机光伏单元21的电极111和121以及第二有机光伏单元22的电极112和122具有比单元的活性层131、132的面积大的面积。这允许通过，例如，连线实现电连接，从而使单元21、22相互电连接或与外部负载80电连接。通过使单元21、22设置得彼此相邻，如图3(a)所示，它们相对于入射在光伏单元上的光，是光学地并联设置的。很清楚，还可以把制造在不同衬底上的光伏单元设置在允许单元光学地并联的一个配置中。
图3(a)示出第一光伏单元21的第二电极121和第二光伏单元22的第一电极112之间的电连线以及第二光伏单元22的第二电极122和第一光伏单元21的第一电极111之间的电连线。这些连线对应于第一光伏单元21和第二光伏单元22的串联电连接。
在两个基本上相同的光伏单元的串联电连接的情况中，在短路条件下，外部获取的电流等于单个单元的光-产生的电流。另一方面，在开路条件下，开路电压是两个独立的光伏单元的开路电压的总和。因此，两个基本上相同的光伏单元的串联连接导致如图4(a)所示的IV特性。两个串联连接的单元产生的最大功率基本上等于具有输出电压加倍的、独立产生的功率的总和。
对于不相同的串联连接光伏单元，即，对于具有不同短路电流的串联连接光伏单元，情况更为复杂。在如此的电流失配的情况中，最弱的单元(即，产生最小短路电流的单元)强烈地限制了总的性能。在电流失配没有强烈地影响总开路电压时，几乎完全由最弱的单元来确定该情况中的总电流。
如果已知独立单元的IV特性，则可以预测串联互连单元的曲线。对于每个电流，可以使独立单元的不同的电压相加，如图4(b)所示。明显地，两个失配的单元产生的总功率基本上小于独立单元产生的功率之和。因此，光伏单元的串联连接仅对基本上具有相同短路电流的单元才是有利的。
图3(b)示出在单个衬底10上彼此相邻的两个有机光伏单元23、24。第一有机光伏单元23的电极113和123以及第二有机光伏单元24的电极114和124的面积大于它们的活性层133、134的面积。这允许通过，例如，连线实现电连接，从而使单元相互电连接或与外部负载80电连接。
通过使单元设置得彼此相邻，如图3(b)所示，它们是光学地并联设置的。很清楚，还可以把制造在不同衬底上的光伏单元仍设置在允许单元光学地并联的一个配置中。
在图3(b)中示出第一有机光伏单元23的第一电极113和第二有机光伏单元24的第一电极114之间的电连线以及第一有机光伏单元23的第二电极123和第二有机光伏单元24的第二电极124之间的电连线，与第一光伏单元23和第二光伏单元24的并联电连接相对应。
在两个基本上相同的光伏单元的并联电连接的情况中，总的开路电压基本上等于单个单元的开路电压。在短路情况下，外部获取的电流基本上等于两个独立单元23、24的光-产生的电流的总和。因此，两个相同光伏单元的并联连接产生如图4(c)所示的IV特性。既然是这样，两个并联连接的基本上相同的单元产生的最大功率基本上等于具有输出电流加倍的、独立地产生的功率的总和。
再次，对于不相同的光伏单元，情况更为复杂。通过使每个电压处的独立单元的电流相加就可以发现两个不相同的光伏单元并联连接的IV特性。在图4(d)中示出不相同光伏单元的结果。该图示出产生最低输出电压的单元限制了不相同单元的并联连接。因此，太阳能电池的并联连接仅对具有基本上相同开路电压的单元感兴趣。
从这可清楚看到，电连接的单元的电流失配和/电压失配对于包括这种互连单元的系统的总性能会有不利的影响。
但是，在有机光伏单元的领域中，已经遵循了几个方法使光伏单元彼此互连以提高输入光到电功率的转换。主要原因是活性层中通常使用有机材料的窄的吸收光谱。为了这个原因，在有机光伏单元中，一般只吸收小部分的输入光，并且因此可转换成电功率。不转换其余的输入光，因此而丢失了其余的输入光。
通过在彼此的顶部设置数个有机光伏(子)单元，可以使在第一(子)单元中未吸收的输入光进一步透射到活性层中包括其它材料的下一个子单元，允许吸收通过第一子单元透射的输入光部分。
这意味着设置两个或多个子单元25、26使之光学地串联连接，如图5(a)和5(b)所示。图5(a)示出在单个衬底10上两个有机光伏子单元25、26的堆叠，其中子单元可以相互串联或并联电连接。在衬底10上形成子单元25，并且包括第一电极111、活性层131以及第二电极121。层40是任选的层，可以提供其以促进下一个子单元26的堆叠。层40是光学地透明的，并且可以是电绝缘的。它可以包括，诸如例如，聚氟乙烯等材料。它还可以是导电的，并且可以包括诸如Ag、Au、Al或TiOx、ZnO、ITO、AZO、FTO等材料。子单元26包括第一电极112、活性层132和第二电极122。图5(b)示出在独立的衬底101、102上形成的两个有机光伏子单元25、26的堆叠，其中子单元可以相互串联或并联电连接。
图5(a)和图5(b)中描绘的概念对应于现有技术配置，与单个有机光伏单元相比，这些配置可以导致能量转换效率的总的提高，因为通过堆叠有机光伏子单元(即，通过光学地串联连接子单元)可以成功地吸收输入光的较宽的光谱部分。然而，不能保证不同子单元的短路电流的匹配(当堆叠的子单元是串联电连接时这是特别地相关的)，并且受到相互交互作用以及变化照射条件的强烈的影响。相似地，不能保证堆叠的子单元的开路电压的匹配(当堆叠的子单元是并联电连接时这是特别地相关的)，并且受到相互交互作用以及变化照射条件的强烈的影响。
在如此的现有技术单元中，基本上对准子单元，在一个单元中的子单元基本上具有相同的面积。如果改变照射条件和相互交互作用(诸如例如，部分地重叠子单元或温度影响之间的吸收光谱)，则难以设计始终具有相同短路电流的子单元，表现出子单元的串联耦合并非最优。另一方面，使子单元优化以吸收光谱的不同部分，因此子单元包括不同的材料，它们通常产生不同的开路电压，表现出子单元的串联耦合并非最优。
为了克服这些问题，本发明提供一种(有机)光伏模块，通过堆叠至少两个(有机)光伏子模块而形成该模块(与堆叠光伏子单元的情况相反)，其中避免了涉及光伏(子)单元的开路电压的失配和/或短路电流的失配的现有技术问题解决方案。
第一(有机)光伏子模块包括第一衬底上位置彼此相邻的多个基本上相同的第一(有机)光伏(子)单元，多个第一(有机)光伏(子)单元是串联地互连的。如此，(子)单元的串联连接导致基本上相同的第一(有机)光伏(子)单元相对于第一开路电压的附加的开路电压。
此外，第一(有机)光伏(子)单元的短路电流可以是优良的(最优的)，因为提供了基本上相同的(子)单元。
所有的第一(有机)光伏(子)单元基本上是相同的，它们(在照射下的)全部特征都是由相同的开路电压Vc01给出的。串联连接第一子模块中的第一(有机)光伏(子)单元，对它们的电压进行总加。如果第一子模块包括N个相同的第一(有机)光伏(子)单元，则开路电压是N Vc01。
第二(有机)光伏子模块包括在第二衬底上位置彼此相邻的和串联地互连的多个第二(有机)光伏(子)单元。
这些第二(有机)光伏(子)单元基本上是彼此相同的，但是可以与第一衬底上的第一(子)单元不同，例如，通过选择材料和尺寸。
第二衬底上第二(有机)光伏(子)单元的短路电流的匹配可以是优良的，因为提供基本上相同的第二(子)单元。
此外，通过适配第二(有机)光伏(子)单元的活性区域的尺寸，可以选择第二衬底上第二(有机)光伏(子)单元的数量，以致从串联连接的第二(有机)光伏(子)单元的开路电压的相加得到的第二开路电压基本上与第一衬底上第一(有机)光伏单元的串联连接的第一开路电压匹配。
主要通过串联连接的第二(子)单元的数量确定第二开路电压，并且在很大程度上与输入光的光谱无关。
所有的第二(有机)光伏(子)单元是相同的，它们(在照射下的)全部特征都是由相同的开路电压Vc02给出的。
第二子模块中的第二(有机)光伏(子)单元是串联连接的，对它们的电压进行总加。如果第二子模块包括M个第二(有机)光伏(子)单元，则开路电压是M Vc02。
因此，通过在每个所述子模块中提供要求数量的相同(子)单元，即分别为N个和M个(对于两个子模块)，以致：
N Vc01＝M Vc02
通常，Vc01和Vc02是实数，而N和M是整数，难以得到完美的质量，但是，小于10％的差已经给出了可接受的结果。较佳地，子模块之间的电压匹配优于5％，更佳地优于2％，再佳地优于1％。
(有机)光伏子模块还包括同一衬底上的电子器件，诸如例如，功率二极管或反相器，例如，用于使光伏子模块产生的电功率的收集最优化。
例如，功率二极管可以防止电流不流到外部负载而流回到光伏(子)单元。例如，可以提供反相器，用于把来自光伏子模块的直流电转换成交流电，交流电可能更适合于对负载(例如，外部电气设备)供电。
可以把通过第二衬底上第二(有机)光伏(子)单元的串联电连接实现的第二(有机)光伏子模块堆叠(例如，层叠)到通过第一衬底上第一(有机)光伏单元的串联电连接实现的第一(有机)光伏子模块上。
当第一子模块的第一开路电压与第二子模块的第二开路电压基本上匹配时，可以使第一光伏子模块有利地与第二光伏子模块并联电连接而不会遭受电压匹配问题。
在堆叠(有机)光伏子模块之前，最好用绝缘的、光学透明的层覆盖它们，例如，包括氧化物、氮化物、聚氟乙烯或对二甲苯或等效的材料。
还可以用诸如弹性体或热塑性材料之类的光学透明的粘合层进一步覆盖这些绝缘层。子模块的堆叠包括在彼此的顶部上设置第一和第二(有机)光伏子模块，以致它们通过粘合层而相互物理连接。
较佳地选择第一(有机)光伏子模块中的第一(有机)光伏(子)单元的活性层的材料和厚度，为的是使第二(有机)光伏子模块中的(有机)(子)单元未吸收的光的光吸收最优化。如果在堆叠中包括第三(有机)光伏子模块，则较佳地选择第一(有机)光伏子模块中的有机光伏(子)单元的材料，为的是使第二和第三(有机)光伏子模块未吸收的光的光吸收最优化，并且较佳地选择第二(有机)光伏子模块中的(有机)光伏单元的材料，为的是使第三(有机)光伏子模块的(有机)光伏单元未吸收的光的光吸收最优化。
图7示意地示出根据本发明的包括两个子模块的有机光伏模块。在图6中，示出了第一有机光伏子模块的例子。在衬底103上，可以形成彼此相邻的、包括第一电极115、第二电极125和活性层135的第一有机光伏(子)单元。可以以如此的方式形成层115、125和135，使有机光伏子单元的第二电极125与相邻有机光伏子单元的第一电极115直接电接触。这样，可以实现有机光伏(子)单元串联连接。
此外，有机光伏子模块可以包括导电体31(例如，包括诸如Ag、Au、Al、或Cu等金属)，使对第一有机光伏(子)单元产生的电流的外部收集成为可能。第一导电体31可以与第一光伏子单元的第一电极115连接，而第二导电体31可以与第一光伏子单元的第二电极125连接。为了控制电流收集，可以提供电子器件71，并且电连接于导电体31。例如，电子器件71可以包括功率二极管或反相器。例如，功率二极管可以防止电流不流到外部负载而流回光伏(子)单元。例如，可以提供反相器，用于把来自光伏子模块的直流电转换成交流电，交流电更适合于对负载(例如，外部电气设备)供电。
例如，第一有机光伏子模块还可以包括包含氮化物、氧化物、聚氟乙烯或聚对二甲苯的层41，以保证第一有机光伏子模块与可能堆叠在其上的其它子模块的电绝缘。
可以以与第一有机光伏子模块相似的方式制造第二有机光伏子模块，并且可以堆叠到第一有机光伏子模块上，如图7所示。堆叠可能需要附加层50，以加强机械堆叠。
例如，附加层50可以包括弹性体、热塑性材料或热固性粘合剂。堆叠包括在彼此的顶部上设置子模块，并且使它们相互机械结合，例如，通过包含增加温度或增加压力或两者的组合的工艺。
如上所述，在衬底103上形成第一有机光伏子模块，并且第一有机光伏子模块包括具有第一电极115、第二电极125和活性层135、导电层31、绝缘层41和电子器件71的多个第一有机光伏(子)单元。
第二有机光伏子模块具有相似的结构，具有衬底104、具有第一电极116、第二电极126和活性层136、导电体32、绝缘层42以及电子器件72的多个第二有机光伏(子)单元。
与第一有机光伏子模块的等效层相比，第二有机光伏子模块的不同层可以包括其它材料，并且可以通过与第一有机光伏子模块的相应层不同的技术来制造第二有机光伏子模块。有机光伏子模块的堆叠导致子模块光学地串联连接。
在堆叠(有机)光伏子模块之后，可以封装所产生的多结光伏模块，并且提供通过封装的电连接，例如，把模块电连接到外部负载。可以封装模块以防止氧气的潮气、湿气的侵入。
例如，封装可以是柔性封装，例如，包括后侧处的诸如Al的金属层，以及例如，包括透明层或层的堆叠，例如，在前侧处的另外的聚合物和无机氧化物层的堆叠。
根据本发明的光伏模块允许在第一(有机)光伏子模块的光伏(子)单元中以及在第二(有机)光伏子模块的光伏(子)单元中吸收输入光的光谱的不同部分。此外，还允许可以分开地制造第二(有机)光伏子模块的(有机)光伏(子)单元和第一(有机)光伏子模块的(有机)光伏(子)单元。因此，对于可以通过相应的光伏(子)单元吸收的输入光的光谱部分来说，可以使光伏(子)单元的功率转换效率最优化。分开制造可以包括，例如，选择层的材料、厚度、沉积技术等。分开制造还可以包括定层115、125和135在衬底103上的位置，并且相应地定层116、126和136在衬底104上的位置。由于对于不同子模块的这些层可以使用不同的技术，例如，可以独立地选择子模块中这些层的沉积正确度和/或分辨率以及取向。分开制造还可以包括第一光伏子模块中光伏(子)单元的大小和数量，即，在第一衬底103上形成的第一光伏(子)单元的大小和数量，以及相应地，在第二衬底104上形成的第二光伏(子)单元的大小和数量。
通过提供根据本发明的堆叠光伏子模块的配置，解决了光-电压和光-电流的现有技术的匹配问题。在第一衬底103上，提供彼此相邻的和串联电连接的多个基本上相同的第一(有机)光伏(子)单元。该串联连接导致通过不同第一(有机)光伏(子)单元产生的光-电压的相加/重叠，以致得到第一子模块光-电压。
此外，可以得到衬底103上的不同第一有机光伏(子)单元的光-电流的大量的匹配，因为提供了基本上相同的第一(子)单元。
在第二衬底104上，提供彼此相邻的和串联电连接的多个基本上相同的第二有机光伏(子)单元。这些第二有机光伏(子)单元基本上是彼此相同的，但是可以与第一衬底103上的第一有机光伏(子)单元不同，例如，它们可以包括不同的材料，并且它们可以具有不同的尺寸。还可以得到衬底104上不同第二有机光伏(子)单元的光电流的大量匹配，因为提供了基本上相同的第二(子)单元。
此外，通过适配第二(有机)光伏(子)单元的尺寸，可以适配第二衬底上第二(有机)光伏(子)单元的数量，以致从第二衬底上第二(有机)光伏(子)单元的串联连接产生的第二子模块光-电压基本上与从通过第一衬底上第一(有机)光伏(子)单元的串联连接的光-电压的相加产生的第一子模块光-电压匹配。
然后可以把通过第二衬底上第二(有机)光伏(子)单元的串联连接实现的第二(有机)光伏子模块堆叠到通过第一衬底上第一(有机)光伏(子)单元的串联连接实现的第一(有机)光伏子模块上。
然后可以有利地使两个(有机)光伏子模块相互并联地电互连，因为两个子模块产生的光-电压存在良好的匹配。
本发明的较佳实施例的描述
使用玻璃板作为衬底，通过由真空喷涂沉积的Al层产生第一电极。通过使用阴影掩模在Al层上产生图案，以致通过Al层覆盖衬底的多个相邻的和相似大小的区域。多个区域中的每一个作为第一子模块的单元的电极。阴影掩模还导致产生与多个区域相邻的分开的线条。最终，这些线条可以作为导电体，以把所产生的电流引导到一个电路，该电路可以集成在同一衬底上或处于外部的载体上。
此外，通过真空喷涂和相似的阴影掩模，在子模块的每个Al电极上沉积活性层。活性层包括Buckminster富勒烯(Buckminsterfullerene)(C60)和亚酞菁(SubPc)的后续的沉积。
使用相似的阴影掩模，通过真空喷涂，在活性层上后续地沉积氧化钼的空穴传输层。
为了完成第一子模块的单元，溅射氧化锡铟(ITO)层。这里同样地使用阴影掩模以保证与活性层相似的面积，并且覆盖空穴传输层。然而，已经采取谨慎的措施，在后续层沉积中实现位置的微小位移以建立相邻单元之间的串联连接，如图6中所描绘。因此通过保证一个单元的ITO层与相邻单元的Al层直接电连接来建立这个串联连接。
此外，然后可以通过像聚对二甲苯之类的光学是透明的、电绝缘的材料来覆盖沉积在衬底上和在该配置中构成彼此串联连接的有机光伏单元的材料。
在沉积该聚对二甲苯层之后，通过溅射涂布实现光学透明的、压敏粘合层的沉积。
现在使用作为第二衬底的聚对苯二甲酸乙二酯板，通过溅射一层ITO产生另一个子模块的第一电极。通过使用阴影掩模，在该ITO层上产生图案，以致通过ITO层覆盖衬底的多个相邻的和相似大小的区域。多个面积中的每一个作为第二子模块的单元的一个电极。
此外，通过溅射涂布和相似的阴影掩模，在子模块的每个ITO电极上沉积空穴传输层。空穴传输层包括聚乙烯二烃噻吩(PEDOT)层，在沉积之前，已经在其中散布了磺化聚苯乙烯(PSS)。
通过溅射涂布和相似的阴影掩模，在空穴传输层上沉积包括聚(3-己基噻吩)(P3HT)和(6，6)-苯基C61-丁酸甲酯(PCBM)的混合物的活性层。
此外，通过溅射涂布和相似的阴影掩模沉积氧化钛(TiOx)，作为电子传输层。
为了完成第二子模块的单元，溅射氧化锡铟(ITO)层。同样，这里应用阴影掩模以保证与电子传输层相似的面积，覆盖活性层和空穴传输层。然而，已经采取谨慎措施，以致在后续层沉积以产生相邻单元之间的串联连接时实现位置的微小的位移，如图6所描绘。
因此通过保证在电子传输层之后沉积的一个单元的ITO层与直接沉积在衬底上的相邻单元的ITO层直接电连接而建立了串联连接。
此外，由光学透明的、电绝缘的材料(像对二甲苯)覆盖沉积在衬底上的和在该配置中构成相互串联连接的有机光伏单元的材料。
通过使用上述沉积的粘合层，两个子模块就在机械上相互粘合在一起。

Claims (11)

1.一种多结光伏模块，包括第一光伏子模块和堆叠在第一光伏子模块上的第二光伏子模块，其中：
-第一光伏子模块包括整体地集成在第一衬底上的多个第一光伏子单元，并且其中第二光伏子模块包括整体地集成在第二衬底上的多个第二光伏子单元；
-多个第一光伏子单元基本上是相同的；
-多个第二光伏子单元基本上是相同的；
-多个第一光伏子单元是串联电连接的；
-多个第二光伏子单元是串联电连接的；
-第一光伏子模块和第二光伏子模块是并联电连接的。
2.如权利要求1所述的多结光伏模块，其特征在于，第一光伏子单元和第二光伏子单元是有机子单元。
3.如权利要求1或2所述的多结光伏模块，其特征在于，多个第一光伏子单元是与多个第二光伏子单元不相同的。
4.如上述权利要求中任一项所述的多结光伏模块，其特征在于，多个第一光伏子单元包括第一活性材料，并且其中多个第二光伏子单元包括与第一活性材料不同的第二活性材料。
5.如上述权利要求中任一项所述的多结光伏模块，其特征在于，多个第一光伏子单元具有第一活性区域大小，并且其中多个第二光伏子单元具有第二活性区域大小，第一活性区域大小与第二活性区域大小很不同。
6.如上述权利要求中任一项所述的多结光伏模块，其特征在于，在照射情况下，通过第一光伏子模块产生的第一光-电压基本上等于通过第二光伏子模块产生的第二光-电压。
7.如上述权利要求中任一项所述的多结光伏模块，其特征在于，第一光伏子模块和第二光伏子模块以使它们的器件侧相互面对着的方式堆叠在一起。
8.一种制造多结光伏模块的方法，所述方法包括：制造包括多个第一光伏子单元的第一光伏子模块；制造包括多个第二光伏子单元的第二光伏子模块；以及使第二光伏子模块堆叠在第一光伏子模块上。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，制造第一光伏子模块包括在第一衬底上设置多个基本上相同的整体集成的第一光伏子单元，并且其中制造第二光伏子模块包括在第二衬底上设置多个基本上相同的整体集成的第二光伏子单元。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还包括使第一光伏子模块与第二光伏子模块电连接。
11.如权利要求8到10中任一项所述的方法，其特征在于，还包括封装多结光伏模块。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103258870A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 杜邦太阳能有限公司 太阳能电池
CN104538477A (zh) * 2014-12-15 2015-04-22 浙江正泰太阳能科技有限公司 一种硅基薄膜叠层太阳能电池及其制备方法
CN104916718A (zh) * 2014-03-10 2015-09-16 台积太阳能股份有限公司 太阳能电池模块
WO2015135204A1 (zh) * 2014-03-14 2015-09-17 惠州市易晖太阳能科技有限公司 一种混合层叠式太阳能组件及其制造方法
CN107075695A (zh) * 2014-03-21 2017-08-18 赛义德·穆比恩·佳瓦哈·胡赛尼 具有提高的光电压的多结人工光合电池

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0915501D0 (en) * 2009-09-04 2009-10-07 Univ Warwick Organic photosensitive optoelectronic devices
US9012766B2 (en) 2009-11-12 2015-04-21 Silevo, Inc. Aluminum grid as backside conductor on epitaxial silicon thin film solar cells
JP5663254B2 (ja) * 2010-02-08 2015-02-04 シャープ株式会社 水素製造装置および水素製造方法
US9040318B2 (en) * 2010-04-09 2015-05-26 The Trustees Of Princeton University Lamination as a modular approach for building organic photosensitive devices
US9214576B2 (en) 2010-06-09 2015-12-15 Solarcity Corporation Transparent conducting oxide for photovoltaic devices
US9773928B2 (en) 2010-09-10 2017-09-26 Tesla, Inc. Solar cell with electroplated metal grid
JP5719555B2 (ja) 2010-09-28 2015-05-20 シャープ株式会社 水素製造装置および水素製造方法
US9800053B2 (en) 2010-10-08 2017-10-24 Tesla, Inc. Solar panels with integrated cell-level MPPT devices
US20140000684A1 (en) * 2010-12-03 2014-01-02 Jan Blochwitz-Nimoth Method for forming an electrical interconnection in an organic photovoltaic device and an organic photovoltaic device made by the same
CA2819899A1 (en) 2011-02-01 2012-08-09 University Of South Florida A partially-sprayed layer organic solar photovoltaic cell using a self-assembled monolayer and method of manufacture
US9099605B2 (en) * 2011-02-14 2015-08-04 University Of South Florida Organic photovoltaic array and method of manufacture
US9054256B2 (en) 2011-06-02 2015-06-09 Solarcity Corporation Tunneling-junction solar cell with copper grid for concentrated photovoltaic application
US9263611B2 (en) 2011-11-17 2016-02-16 Solar Junction Corporation Method for etching multi-layer epitaxial material
US9865754B2 (en) 2012-10-10 2018-01-09 Tesla, Inc. Hole collectors for silicon photovoltaic cells
US9142615B2 (en) 2012-10-10 2015-09-22 Solar Junction Corporation Methods and apparatus for identifying and reducing semiconductor failures
US20140137930A1 (en) * 2012-11-16 2014-05-22 Solar Junction Corporation Multijunction solar cells
US10074755B2 (en) 2013-01-11 2018-09-11 Tesla, Inc. High efficiency solar panel
US9219174B2 (en) 2013-01-11 2015-12-22 Solarcity Corporation Module fabrication of solar cells with low resistivity electrodes
US9412884B2 (en) 2013-01-11 2016-08-09 Solarcity Corporation Module fabrication of solar cells with low resistivity electrodes
WO2014145609A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 University Of South Florida Mask-stack-shift method to fabricate organic solar array by spray
US9640331B2 (en) * 2013-03-22 2017-05-02 Sharp Laboratories Of America, Inc. Solid state dye-sensitized solar cell tandem module
DK3013485T3 (da) * 2013-06-28 2021-11-08 Solarwindow Tech Inc Belægninger til flyvinduesoverflader for at fremstille elektricitet til missionskritiske systemer på militærfly
US9755099B2 (en) 2013-08-14 2017-09-05 Globalfoundries Inc. Integrated micro-inverter and thin film solar module and manufacturing process
TWI566426B (zh) * 2013-08-20 2017-01-11 Inst Of Unclear Energy Res Rocaec A method of preparing a film of an organic solar cell using a continuous reel method
JP6366914B2 (ja) 2013-09-24 2018-08-01 株式会社東芝 多接合型太陽電池
KR101519765B1 (ko) * 2013-12-30 2015-05-12 현대자동차주식회사 무베젤 태양전지 어레이 방법
GB2522408A (en) 2014-01-14 2015-07-29 Ibm Monolithically integrated thin-film device with a solar cell, an integrated battery and a controller
US10309012B2 (en) 2014-07-03 2019-06-04 Tesla, Inc. Wafer carrier for reducing contamination from carbon particles and outgassing
KR101535281B1 (ko) * 2014-07-25 2015-07-09 한국철도기술연구원 태양전지 제조 방법
US20170317223A1 (en) * 2014-08-12 2017-11-02 Ceramtec Gmbh Ceramic carrier body having solar cells
US9899546B2 (en) 2014-12-05 2018-02-20 Tesla, Inc. Photovoltaic cells with electrodes adapted to house conductive paste
US9947822B2 (en) 2015-02-02 2018-04-17 Tesla, Inc. Bifacial photovoltaic module using heterojunction solar cells
WO2016208034A1 (ja) * 2015-06-25 2016-12-29 株式会社 東芝 太陽電池モジュール
US9761744B2 (en) 2015-10-22 2017-09-12 Tesla, Inc. System and method for manufacturing photovoltaic structures with a metal seed layer
US9842956B2 (en) 2015-12-21 2017-12-12 Tesla, Inc. System and method for mass-production of high-efficiency photovoltaic structures
US10115838B2 (en) 2016-04-19 2018-10-30 Tesla, Inc. Photovoltaic structures with interlocking busbars
JP7094668B2 (ja) * 2016-09-21 2022-07-04 株式会社東芝 太陽電池モジュール及び太陽光発電システム
JP6851916B2 (ja) * 2016-09-23 2021-03-31 株式会社東芝 太陽電池モジュール及び太陽光発電システム
DE102017205524A1 (de) * 2017-03-08 2018-09-13 Siemens Aktiengesellschaft Photovoltaikeinrichtung
US10672919B2 (en) 2017-09-19 2020-06-02 Tesla, Inc. Moisture-resistant solar cells for solar roof tiles
JPWO2019059231A1 (ja) * 2017-09-21 2020-11-26 東レ株式会社 光起電力装置
US11190128B2 (en) 2018-02-27 2021-11-30 Tesla, Inc. Parallel-connected solar roof tile modules
WO2019180854A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 株式会社 東芝 多接合型太陽電池モジュール及び太陽光発電システム
US11978815B2 (en) 2018-12-27 2024-05-07 Solarpaint Ltd. Flexible photovoltaic cell, and methods and systems of producing it
WO2024073046A1 (en) * 2022-09-30 2024-04-04 Energy Materials Corporation Photovoltaic structures having a composite conductor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6030163A (ja) * 1983-07-28 1985-02-15 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 薄膜太陽電池モジユ−ル
JPS6175567A (ja) * 1984-09-20 1986-04-17 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JPS62142372A (ja) * 1985-12-17 1987-06-25 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置の作製方法
JPS62221167A (ja) * 1986-03-24 1987-09-29 Seiji Wakamatsu 多層型薄膜太陽電池
US5928437A (en) * 1995-02-09 1999-07-27 The Boeing Company Microarray for efficient energy generation for satellites
KR20040070297A (ko) * 2002-01-02 2004-08-06 레베오 인코포레이티드 광전지 및 그 제조 방법
US6689949B2 (en) * 2002-05-17 2004-02-10 United Innovations, Inc. Concentrating photovoltaic cavity converters for extreme solar-to-electric conversion efficiencies
JP2004079997A (ja) * 2002-06-19 2004-03-11 Canon Inc 発電システム及び発電装置
US20070169816A1 (en) * 2005-03-17 2007-07-26 The Regents Of The University Of California Passivating layer for photovoltaic cells
US20070272918A1 (en) * 2006-05-25 2007-11-29 Barry Rand Organic photosensitive devices using subphthalocyanine compounds

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103258870A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 杜邦太阳能有限公司 太阳能电池
CN104916718A (zh) * 2014-03-10 2015-09-16 台积太阳能股份有限公司 太阳能电池模块
WO2015135204A1 (zh) * 2014-03-14 2015-09-17 惠州市易晖太阳能科技有限公司 一种混合层叠式太阳能组件及其制造方法
CN107075695A (zh) * 2014-03-21 2017-08-18 赛义德·穆比恩·佳瓦哈·胡赛尼 具有提高的光电压的多结人工光合电池
CN104538477A (zh) * 2014-12-15 2015-04-22 浙江正泰太阳能科技有限公司 一种硅基薄膜叠层太阳能电池及其制备方法

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