CN103682151A - 太阳能电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池模块，包括：基板；经由各个间隙被设置在基板上的多个太阳能电池；以及被设置为覆盖太阳能电池的透明部件，并且该透明部件被配置成入射到透明部件上的光穿过透明部件并到达太阳能电池，其中，透明部件在与太阳能电池之间的各个间隙相对应的位置处具有缝隙形状的凹部空间；且太阳能电池模块在透明部件的表面侧上包括光电转换率改善结构，其中，光被入射到透明部件上。

Description

太阳能电池模块

相关申请的引用

该申请是基于并要求2012年9月26日提交的第2012-213150号在先日本专利申请的优先权的利益，其全部内容通过引用被结合在此。

技术领域

这里所描述的实施例大体涉及太阳能电池模块。

背景技术

有机薄膜太阳能电池是通过使用其中结合有导电聚合物、富勒烯等的有机薄膜半导体而制出的太阳能电池。在有机薄膜太阳能电池中，与基于例如硅、Cu-In-Ga-Se（CIGS）或者CdTe的无机材料的太阳能电池（在本说明书中，在下文中“太阳能电池”可以被称为“PV”）相比较，光电转换膜能够通过例如涂布（coating）或者印刷（printing）的简单方法被生产出来，且可以达到更低的成本。相反，与相关领域中的无机太阳能电池相比较而言，有光电转换效率和有机薄膜太阳能电池的寿命低这样的问题。

造成有机薄膜太阳能电池模块的降低的效率的因素包括载流子在PV电池的光电转换层中的移动距离短这样的因素，必须由此将光电转换层形成为薄的（大约100nm），且因此，被接收到的光无法被充分地吸收并作为反射光部分地漏到外面。造成降低的效率的进一步重要因素是其中由于材料的物理特性而使得来自电池的漏电流的电压依赖性高，且因此必须将出现在电池的电极中在电流方向上由光电流产生的电势差限制在低水平上。换句话说，电池的感光体的宽度不能被形成得长，电池之间的间隙区域对电池区域的面积比率被相对地增加，与基于其他材料的PV模块相比，开口率不能因此被增加，且因此，与小面积电池效率相比，模块发电效率急剧变低。

因此，用于改善PV模块的光电转换效率的多种装置已经被实现。其实例包括通过光导对无效光的利用（光管理方法）和通过使用激光或者修正头来形成图案来改善模块的填充密度的方法。与其中电池宽度受间隙宽度和开口率限制的形成图案方法相比，光管理具有抑制发电效率由于装置的电池大小影响而出现降低的优势。

在如图1所示的相关领域中的有机薄膜太阳能电池模块100中，PV电池101被设置在透明基板102和密封板103之间，且光学部件106被设置为覆盖PV电池101。在光学部件106中，每一个间隙空间（缝隙）105被形成在对应于每一个PV电池101和与该PV电池101相邻的另一个PV电池101之间的每一个间隙104的位置处，其中，每一个间隙空间（缝隙）105的横截面具有三角形形状。近似于从光学部件106的表面垂直地入射到每一个间隙104的光(A)在每一个缝隙表面上被全反射并被导向至每一个PV电池101。因此，当光(A)入射到光学部件106的入射角是近似于90°时，模块的有效开口率能够被改善到接近100%。

然而，当入射到光学部件的入射角低时，缝隙表面上的入射角偏离全反射条件，且有光被入射到每一个间隙104上的条件。或者，在光以某一角度（例如，光（A'））被入射的情况下，它的反射光被导向至相邻的缝隙的表面，光偏离光的全反射角的条件并被入射到每一个间隙104上，且实质上的开口率的降低是不可避免的。

如上面所述，已经有开口率改善效果在光管理中依据光的入射角被劣化的问题。因此，已经难以避免由于太阳的轨道的季节因素而造成的光管理的效果被劣化的现象。

发明内容

本发明提供一种太阳能电池模块，包括：基板；经由各个间隙被设置在基板上的多个太阳能电池；以及透明部件，该透明部件被设置为覆盖太阳能电池的，且被配置成使得入射到透明部件上的光穿过透明部件并到达太阳能电池，其中，透明部件在与太阳能电池之间的各个间隙相对应的位置处具有缝隙状的凹部空间；且太阳能电池模块在透明部件的光入射的表面侧上包括光电转换率改善结构。

透明部件具有1.3以上且1.7以下的折射率。

缝隙状的凹部空间具有三角形的横断面形状。

光电转换率改善结构是具有三角形的横断面形状的每一个线棱柱；且线棱柱被设置为使通过连接每一个线棱柱的顶点而制备的连续线的方向和通过连接缝隙状的凹部空间的顶点而制备的连续线的方向相交。

多个太阳能电池包含：光电转换层；被设置在光电转换层的一个表面上的透明电极；以及被设置在光电转换层的与设置透明电极的表面相反的表面上的反电极。

低反射膜被形成在光电转换率改善结构的表面上。

光反射材料被设置在基板的与太阳能电池之间的各个间隙相对应的位置处。

附图说明

图1是说明在相关领域中有代表性的有机薄膜太阳能电池模块的横断面图；

图2是说明有机薄膜太阳能电池的横断面图；

图3是说明根据实施例的太阳能电池模块的横断面图；

图4是说明根据实施例的太阳能电池模块的光电转换率改善结构的俯视图；

图5是说明根据实施例的太阳能电池模块的立体图；

图6是说明在缝隙形状的凹部空间中的光管理效果的视图；

图7是说明在根据实施例的太阳能电池模块中的光管理效果的视图；

图8是说明根据实施例的太阳能电池模块的横断面图；

图9是说明根据实施例的太阳能电池模块的横断面图；

图10是说明根据实施例的太阳能电池模块的横断面图；

图11是说明根据实施例的太阳能电池模块的横断面图；

图12是说明根据实施例的太阳能电池模块的横断面图；且

图13是说明在根据实施例的太阳能电池模块中可作为低反射膜应用的蛾眼型纳米结构的立体图。

具体实施方式

根据本发明的实施例的太阳能电池模块包括：基板；多个太阳能电池，经由各个间隙被设置在基板上；以及透明部件，被设置为覆盖太阳能电池，并且该透明部件被配置成以使入射到透明部件上的光穿过透明部件并到达太阳能电池，其中透明部件在与太阳能电池之间各个间隙相对应的位置处具有缝隙形状的凹部空间；且太阳能电池模块包括在透明部件的表面侧上的光电转换率改善结构，其中，光被入射到该透明部件上。

现在将参考附图说明实施例。另外，本发明的实施例当中的优选实施例被举例说明如下，且本发明的范围并不因此只局限于如下所述的特定的实施例的范围。

图2是说明有机薄膜太阳能电池的一个特定的实施例的横断面构造图。空穴传输层12、光电转换层13和电子传输层14被依次堆叠在阳极11上，阳极11由被形成在基板10上的透明电极11a和金属辅助电极11b组成。优选的是，光电转换层13是具有p型半导体13a和n型半导体13b的本体异质结结构的薄膜。阴极15被形成在电子传输层14上，且密封材料16被进一步设置在太阳能电池的表面上。标记○和●分别表示电子和空穴。

太阳能电池具有包括阳极11、光电转换层13和相反电极（阴极）15的基本结构，且这样的太阳能电池，举例来说，能够通过将铝气相沉积到密封材料16上从而形成阴极15、将光电转换层13设置在其上、并进一步通过喷涂或者涂布形成具有透明度的阳极11被获得。如图2所示，期望的是，设置包括例如PEDOT/PSS或者氧化钼的空穴传输材料的空穴传输层12和/或包括例如TiOX或者金属Ca的电子传输材料的电子传输层14作为电极（阳极11和阴极15）和光电转换层13之间的中间层。

图3是根据本发明的实施例的太阳能电池模块的优选实例（基本构造图）的横断面图。

在图3中，说明了：太阳能电池模块20，包括经由每一个间隙17被设置在基板10上的多个太阳能电池18；以及透明部件19，被设置为覆盖太阳能电池18，并被配置成入射到该透明部件19上的光穿过该透明部件19并到达太阳能电池18，其中透明部件19包括在与太阳能电池18的每一个间隙17相对应的位置处的缝隙形状的凹部空间21；且太阳能电池模块20包括在光被入射到其上的透明部件19的表面侧上的光电转换率改善结构22。

在图3中，说明了在透明部件19中在与太阳能电池18之间的间隙17相对应的位置处的三个缝隙形状的凹部空间21。缝隙形状的凹部空间21的数目是任意的。类似地，太阳能电池18的数目和间隙17的数目也是任意的。

光电转换率改善结构22的实例包括图4中所述的结构，图4是光电转换率改善结构22的俯视图，例如，优选的是线棱柱体（line prism）（图4A），其中线棱柱体被部分地分开的结构（图4B），其底表面的形状为多边形的角锥体的组合（例如其底表面为三角形的角锥体的组合（图4C）或者其底表面为矩形的角锥体的组合（图4D）），圆锥体的组合，半球体的组合（图4E），微小的线棱柱体的组合（图4F），其他微小的光电转换率改善结构的组合（图4G）等等。特别地，线棱柱体（图4A）是尤其优选的。

图5是根据本发明的实施例的太阳能电池模块20的立体图，包括具有图4A中所示的结构的线棱柱体22a作为光电转换率改善结构22。虽然图5中画出了被分开的线棱柱体22a和透明部件19，但是线棱柱体22a和透明部件19是被结合成一体或者邻接的，如从图3的横断面图中显而易见的那样。在图5中，α是表示通过连接每一个缝隙形状的凹部空间21的顶点得到的连续线的方向的方向线，同时β是表示通过连接每一个线棱柱体22a的顶点得到的连续线的方向的方向线。

在图5中，特别说明了其中每一个缝隙形状的凹部空间21的方向（方向线α的方向）和每一个线棱柱体22a的方向（方向线β的方向）之间的交叉角是90°的情况。

在根据本发明的实施例的太阳能电池模块中，每一个缝隙形状的凹部空间21的方向（方向线α的方向）和每一个线22a的方向（方向线β的方向）之间的交叉角为30到90°，优选的是45到90°，尤其优选的是80到90°。交叉角小于30°的情况不是优选的，这是因为入射到电池之间的间隙上的光的比率增加。

图6和图7是给出关于由根据本发明的实施例的太阳能电池模块实现的光管理的效果的说明的视图。图6说明了在相关领域中的太阳能电池模块中的光折射的状态，其中，相关领域中的太阳能电池模块具有缝隙形状的凹部空间但是在其表面上没有任何光电转换率改善结构，同时图7说明了在根据本发明的实施例的太阳能电池模块中的光折射的状态，其中，根据本发明的实施例的太阳能电池模块具有缝隙形状的凹部空间和光电转换率改善结构22。图6A和图7A是处于从上表面方向观察每一个太阳能电池模块的情况，同时图6B和图7B是处于从横断面方向观察每一个太阳能电池模块的情况。

如图6A和图6B所示，在相关领域中的太阳能电池模块中，以非常低的角度入射到透明部件上的光以比全反射角更高的角度被入射到缝隙平面（例如，大约70度倾斜面）上。在这个条件下，大部分光穿过缝隙平面并被入射到缝隙空间内。一部分光被入射到太阳能电池之间的间隙上且并不对电力产生做贡献。相反，如图7A和图7B所示，在根据本发明的本实施例的有机薄膜太阳能电池模块中，入射光通过形成在透明部件的表面上的光电转换率改善结构22相对于缝隙的形成方向以某一角度被折射。被折射的入射光以垂直于缝隙的形成方向的入射角以及以在平行方向上的角度被入射到缝隙平面上。因此，在缝隙平面上的光的入射角变得低于全反射角，且光在缝隙平面上被全反射并被返回到形成太阳能电池的区域。这个效果使得太阳能电池模块的有效开口率接近100%。

如上所述，光电转换率改善结构包含图4中所示的线棱柱体及其他棱柱体。虽然这种棱柱体本身及光学特性本身是已知的，但是本领域中的那些技术人员相当难以预料的是，当这种棱柱体被应用于太阳能电池模块（特别地，通过经由间隙将多个太阳能电池布置为彼此相邻并通过使用其中在对应于间隙的位置处形成有缝隙形状的凹部空间的透明部件所制备的有机薄膜太阳能电池模块）时，这种棱柱体能够用作改善太阳能电池模块的光电转换率的结构。

<太阳能电池模块（具体的构造）>

根据本发明的特别优选的实施例的太阳能电池模块是本体异质结型太阳能电池模块。本体异质结型光电转换层的特征在于p型和n型半导体是被混合且纳米级pn结遍布整个光电转换层。因此，pn结区域比在相关领域中的堆叠的有机薄膜太阳能电池中的区域更宽，且对电力产生做出实际贡献的区域也遍布整个光电转换层。因此，与堆叠的有机薄膜太阳能电池相比，在本体异质结型有机薄膜太阳能电池中对电力产生做出贡献的区域变得压倒性地厚，光子的吸收效率也因此被改善，且能够被提取出的电流也增加。

下面将描述根据本发明的实施例的有机薄膜太阳能电池模块的每一个组成部分。

<<基板>>

在根据本发明的实施例的有机薄膜太阳能电池模块中，基板10主要是为了支撑其他组成部分。优选的是，基板10在生产太阳能电池模块的期间内和在使用太阳能电池模块的期间内的环境或者情况下具有充分的持久性，并且优选的是，举例来说，基板10在形成电极的期间内不容易因热量或者有机溶剂而变质。用于基板10的材料的实例包括例如无碱玻璃、石英和玻璃的无机材料；例如聚乙烯、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、液晶聚合物和环烯烃聚合物的塑料；例如高分子膜、SUS（不锈钢）和硅的金属基板等等。特别地，无碱玻璃和聚萘二甲酸乙二醇酯是特别优选的。

基板10可以被设置在太阳能电池的光接收表面侧或者非光接收表面侧上。当基板10被设置在太阳能电池的光接收表面侧上从而通过穿过基板10的光来发电时，透明的基板被使用。当基板10被设置在太阳能电池的非光接收表面侧上时，基板可以是透明的或者不透明的。基板10的厚度并没有被特别地限制，只要基板具有足够的强度以支撑其他组成部分，但是优选的是0.5到2.0mm。

<<透明部件>>

在根据本发明的实施例的太阳能电池模块中，可以使用具有大于等于1.3且小于等于1.7的折射率，特别优选的是大于等于1.4且小于等于1.6的折射率的透明部件19。透明部件在可见光区域内具有较高光透射率和耐候性，且例如丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂或者硅树脂的高分子树脂材料是适合于透明部件的材料。无碱光学玻璃适合于无机材料。

考虑到可加工性，浇铸成型是可能的，且其材料成本较低的丙烯酸酯类树脂作为主要部件是特别优选的。

缝隙形状的凹部空间和光电转换率改善结构

透明部件19在与太阳能电池18之间的间隙17相对应的位置处具有缝隙形状的凹部空间21，并在透明部件19的表面侧上设置有光电转换率改善结构22，其中，光被入射到透明部件19的该表面侧上。

优选的是，缝隙形状的凹部空间21具有三角形的横断面形状，且特别优选的是，具有等腰三角形的横断面形状。当横断面形状是等腰三角形时，它的底角为40到80°，优选的是50到75°，特别优选的是60到70°。等腰三角形的底边长度主要取决于太阳能电池18之间的每一个间隙17的长度，且可以被设为与间隙17的长度相同或者被设为在间隙17的长度的-20%到+20%的范围内的长度。因此，底边长度为0.8到4.0mm，优选的,0.9到3.0mm，特别优选的,1.0到2.0mm，同时高度为0.6到12mm，优选的是0.8到6.0mm，特别优选的,0.9到3.0mm。

同样优选的是，缝隙形状的凹部空间21具有缝隙内壁表面，该缝隙内壁表面如图8A所示为曲面。

典型的且优选的是，用空气填充每一个凹部空间21的内部或者也可以用具有与透明部件21的折射率不同的折射率的材料或者反射材料填充每一个凹部空间21的内部。

用于在透明部件19中形成每一个缝隙形状的凹部空间21的方法是任意的。方法的实例包括：（A）制备板状透明部件并接着在透明部件中通过切削和加工或者其他工序形成每一个缝隙形状的凹部空间21的方法；（B）将处于熔化或者软化状态下的透明部件输送到模具内用于形成每一个缝隙形状的凹部空间21并接着切削该部件的方法；（C）制备多个横断面形状为梯形的透明部件并放置该部件从而使多个梯形透明部件的侧表面为缝隙形状的凹部空间21的内壁表面的方法（图8B）；等等。在它们当中，从每一个缝隙形状的凹部空间的表面粗糙度和生产成本的观点来看，方法(B)是最优选的。

用于将光电转换率改善结构放置在透明部件的表面上的方法也是任意的。方法的实例包括：（D）制备板状透明部件并接着通过切削和加工或者其他工序在透明部件的表面上形成光电转换率改善结构的方法；（E）将处于熔化或者软化状态下的透明部件输送到模具内以便形成某一光电转换率改善结构并接着固化该部件的方法；（F）分开制备“板状透明部件”和“表面上具有光电转换率改善结构的透明部件”并接着接合这两个透明部件的方法；等等。（F）中的“板状透明部件”包括具有缝隙形状的凹部空间19的部件和不具有任何缝隙形状的凹部空间19的部件两个部件。在后一个不具有任何缝隙形状的凹部空间19的部件的情况下，在接合“表面上具有光电转换率改善结构的透明部件”之后，缝隙形状的凹部空间19能够被形成。（F）中的“板状透明部件”和“表面上具有光电转换率改善结构的透明部件”可以包含相同的材料或者不同的材料。丙烯酸类树脂可以被用作“板状透明部件”，其丰度相对较高并附有非常重要的光学特性，同时，考虑到物理或者机械特性，聚碳酸酯树脂可以被用作被暴露在外部环境下的“表面上具有光电转换率改善结构的透明部件”。这种结构特别适合于应付其中由于灰尘等等造成的物理磨损经常出现的环境。

当“板状透明部件”和“表面上具有光电转换率改善结构的透明部件”在（F）中被接合时，特别是在其中两个部件的光学特性，例如折射率，是不同的情况下，可以采用例如多种透明灌封剂（transparent potting agents）、多种硅凝胶（silicone gels）、多种硅溶胶（silicone sols）和多种玻璃/压克力粘合剂（glass/acryl adhesives）（例如，优选的是，由Sunrise MSI Corporation制造的PHOTOBOND等）的粘合剂兼折射率调整材料。

<<太阳能电池>>

下面将描述根据本发明的实施例的除了太阳能电池以外的每一个组成部分。

阳极

如图2所示，阳极11被形成在基板10上。用于阳极11的材料没有被特别限制，只要该材料具有导电性。典型地，能够通过用具有导电性的透明或者半透明材料通过真空镀膜法、喷涂法、离子电镀法、电镀法、涂布法等来形成薄膜，从而形成阳极11。

透明或半透明电极材料的实例包括导电的金属氧化物膜、半透明金属薄膜等等。具体而言，使用导电玻璃、黄金、铂金、银、铜等生产的膜被使用，其中，导电玻璃包含：氧化铟、氧化锌、氧化锡；作为其合成物的氧化铟锡（ITO）、掺杂氟的氧化铟锡（FTO）或者氧化铟锌；等等（NESA等）。特别地，ITO或者FTO是优选的。作为有机导电聚合物的聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物等等也可以被用作这种电极材料。

在ITO的情况下，阳极11的膜厚度优选的是30到300nm。小于30nm的厚度会导致导电性降低，从而使电阻增加，并因此使得光电转换效率降低。当厚度大于300nm时，ITO不具有柔韧性且可以在压力的作用下断裂。

优选的是，阳极11的薄层电阻尽可能得小，且优选的是10Ω/平方或者更小。阳极11可以是单层或者可以通过堆叠包含具有不同的工作函数的材料的层来制备。

空穴传输层

空穴传输层12被选择性地设置在阳极11和光电转换层13之间。空穴传输层12的功能是：使下层中的电极的凹部和凸部持平以防止太阳能电池部件短路；仅仅有效地传输空穴；防止在空穴传输层12和光电转换层13之间的界面附近生成的激子消失；等等。用于空穴传输层12的材料优选的是例如PEDOT/PSS（聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚（苯乙烯磺酸））的基于聚噻吩的聚合物或者例如聚苯胺或者聚吡咯的有机导电聚合物。基于聚噻吩的聚合物的代表性产品的实例包括来自H.C.Starck有限公司的Clevios PH5OO、CleviosPH、Clevios PV P AI4083和Clevios HIL1.1。作为无机材料，氧化钼是优选的材料。

当Clevios PH500被用作用于空穴传输层12的材料时，膜厚度优选的是20到100nm。当厚度过小时，丧失了防止下部电极短路的效果，从而造成短路。当厚度过大时，膜电阻增加，从而限制生成的电流且光转化效率因此降低。

用于形成空穴传输层12的方法没有被特别地限制，只要该方法是能够形成薄膜的方法。举例来说，能够通过旋涂法来涂布该层。用于空穴传输层12的材料能够被涂布为期望的膜厚度，随后用热板等来热干燥材料。优选的是，在140到200℃下热干燥材料大约几分钟到10分钟。期望的是使用已经预先经过过滤器过滤的溶液来涂布。

光电转换层

光电转换层13被设置在阳极11和阴极15之间。根据本发明的优选的实施例的太阳能电池模块是本体异质结型太阳能电池模块。

本体异质结型太阳能电池的特征在于p型和n型半导体在光电转换层中被混合从而形成微层分离结构。在本体异质结型中，在光电转换层中被混合的p型和n型半导体形成具有纳米级大小的pn结，且电流通过使用出现在接合表面上的光电荷分离被获得。P型半导体由具有电子供给特性的材料组成。相反，n型半导体由具有电子接收特性的材料组成。根据本发明的实施例，至少p型半导体和n型半导体中的一个可以是有机半导体。

对于p型有机半导体，优选是的使用，举例来说，聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、吡唑啉衍生物、芳香胺衍生物、均二苯代乙烯衍生物、三苯基二胺衍生物、低聚噻吩及其衍生物、聚乙烯咔唑及其衍生物、聚硅烷及其衍生物、在支链或主链中具有芳香族胺的聚硅醚衍生物、聚苯胺及其衍生物、酞菁衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯亚乙烯（polyphenylenevinylene）及其衍生物、聚噻吩乙炔（polythienylenevinylene）及其衍生物等等。它们也可以以组合使用。也可以使用它们的共聚物，其实例包括噻吩-芴共聚物（thiophene-fluorene copolymer）、聚对苯亚乙炔-聚对苯亚乙烯共聚物（phenyleneethynylene-phenylenevinylene copolymer）等等。

优选的p型有机半导体包括聚噻吩或者其衍生物，其中，其衍生物为n共轭导电聚合物（n-conjugated conductive polymer）。聚噻吩及其衍生物的特征在于能够确保优良的立构规整性且溶解到溶剂内的溶解度相对较高。聚噻吩及其衍生物没有被特别地限制，只要它们是具有噻吩基干的化合物。

这种聚噻吩及其衍生物的具体的实例包括聚烷基噻吩（polyalkylthiophenes），例如聚（3-甲基噻吩（3-methylthiophene））、聚（3-丁基噻吩（3-butylthiophene））、聚（3-己基噻吩（hexylthiophene））、聚（3-辛基噻吩（octylthiophene））、聚（3-癸基噻吩（decylthiophene））和聚（3-十二烷基噻吩（dodecylthiophene））；聚芳基噻吩，例如聚（3-苯基噻吩（phenylthiophene））和聚（3-p-烷基苯基噻吩（alkylphenylthiophene））；聚烷基异硫代环烷烃（polyalkylisothionaphthenes），例如聚（3-丁基异硫代环烷烃（butylisothionaphthene））、聚（3-己基异硫代环烷烃（hexylisothionaphthene））、聚（3-辛基异硫代环烷烃（octylisothionaphthene））和聚（3-癸基异硫代环烷烃（decylisothionaphthene））；聚乙烯二氧噻吩（polyethylenedioxythiophene）等等。

近年来，例如PCDTBT（聚[N-9''-七氯-癸酰基-2,7-咔唑-alt-5,5-（4'，7'-二叔-2-噻吩基02'，1'，3'-苯并噻二唑）]）（poly[N-9’’-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4’,7’-di-a-thienyl-2’,1’,3’-benzothiazole)]）的衍生物作为包含咔唑、苯并噻二唑和噻吩的共聚物已经作为化合物被已知，优良的光电转换效率通过该化合物被获得。根据本发明的实施例，如上所述的每一个化合物都是可采用的。

可以利用导电聚合物通过涂布被熔解在溶剂中的溶液来形成膜。因此，有能够在便宜的设备中通过印刷的方法等等以较低的成本来制造具有较大面积的有机薄膜太阳能电池的优点。

对于n型有机半导体，富勒烯及其衍生物是优选使用的。如这里所使用的富勒烯衍生物没有被特别地限制，只要该衍生物具有富勒烯基干。其具体的实例包括通过使用C60，C70，C76，C78，C84等等作为基本基干而形成衍生物。在富勒烯衍生物中，富勒烯基干中的碳原子可以通过任意的功能族被更改，且功能族可以相互结合在一起从而形成环。富勒烯衍生物的实例包括结合了富勒烯的聚合物。包含具有对溶剂高吸引力的功能族且高度可溶于溶剂的富勒烯衍生物是优选的。

富勒烯衍生物中的功能族的实例包括氢原子；氢氧基；例如氟原子和氯原子的卤素原子；例如甲基和乙基的烷基族；例如乙烯基的烯基族；氰基；例如甲氧基和乙氧基的烷氧基族；例如苯基和萘基的芳香烃族；例如噻吩基和氮苯基的芳杂环基族等等。其具体的实例包括例如C60H36和C70H36的氢化富勒烯；例如C60和C70的氧化富勒烯；富勒烯金属络合物等等。

在上述当中，特别优选的是，使用PCBM（[6,6]-苯基C61丁酸甲酯）或者70PCBM（[6，6]-苯基C71丁酸甲酯）作为富勒烯衍生物。

当未更改的（unmodified）富勒烯被使用时，优选的是使用C70。富勒烯C70具有较高的光载流子产生效率且适合在有机薄膜太阳能电池中使用。

当p型半导体是基于P3AT的半导体时，在光电转换层中，N型有机半导体和p型有机半导体的混和比优选的是大约n：p=1：1作为n型有机半导体的含量。当p型半导体是基于PCDTBT的半导体时，n型有机半导体和p型有机半导体的混和比优选的是大约n：p=4：1。

为了涂布有机半导体，通常要进行溶剂中的溶解。为此所使用的溶剂的实例包括基于不饱和烃的溶剂，例如甲苯、二甲苯、四氢萘、十氢萘、均三甲苯、正丁基苯、仲丁基苯和叔丁基苯；基于卤化芳香烃的溶剂，例如氯苯、二氯苯和三氯苯；基于卤化饱和烃的溶剂，例如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、氯戊烷、氯己烷、氯己烷、溴己烷和氯环己烷；以及醚，例如四氢呋喃和四氢吡喃。基于卤素的芳香族溶剂是特别优选的。溶剂可以被单个地使用或者以混合的形成被使用。

用于涂敷溶液从而形成膜的方法的实例包括旋涂、浸涂、铸造、棒式涂布（barcoating）、辊式涂布（roll coating）、拉丝锭涂布（wire bar coating）、喷涂、丝网印刷（screen printing）、照相凹版印刷（gravure printing）、橡皮版印刷（flexographicprinting）、胶版印刷（offset printing）、凹版胶版印刷（gravure offset printing）、点胶涂布（dispenser coating）、喷嘴涂布（nozzle coating）、毛细管涂布（capillarycoating）和喷墨法等。涂布法可以被单个地或者组合地使用。

电子传输层

电子传输层14被选择性地设置在阴极15和光电转换层13之间。电子传输层14具有阻挡空穴从而高效地仅仅传输电子的功能以及防止在光电转换层13和电子传输层14之间的界面处生成的激子消失的功能。

用于电子传输层14的材料的实例包括金属氧化物，例如通过利用溶胶凝胶法水解钛醇盐获得的非晶氧化钛。

膜形成法没有被特别地限制，只要薄膜能够被形成。膜形成法的实例包括旋涂法。期望的是，当氧化钛被用作用于电子传输层的材料时，形成具有5到20nm的膜厚度的膜。当膜厚度小于上述范围时，空穴阻挡效果劣化。因此，生成的激子在分解为电子和空穴之前被去活，且电流无法被有效地提取出。当膜厚度过大时，膜电阻被增加，生成的电流被限制，且光转化效率因此被降低。期望的是，使用已经预先通过过滤器被过滤的涂布溶液。在涂布具有预定厚度的膜之后，膜能够使用热板等等被热干燥。膜在50℃到100℃下被热干燥大约几分钟到10分钟，同时促进在空气中水解。作为无机材料，金属钙是优选的材料。

阴极

阴极15被堆叠在光电转换层13（或者电子传输层14）上。优选的是，用具有导电性的材料通过真空镀膜法、喷涂法、离子电镀法、电镀法、涂布法等等来形成膜。电极材料的实例包括导电金属薄膜、金属氧化物膜等等。当使用具有高工作函数的材料来形成阳极11时，优选的是在阴极15中使用具有低工作函数的材料。具有低工作函数的材料的实例包括碱金属、碱土金属等等。特别优选的具体的实例包括Li、In、Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zr、Na、K、Rb、Cs、Ba及其合金。

阴极15可以是单层或者可以通过堆叠包含具有不同的工作函数的材料的层来制备。材料还可以是具有低工作函数的一个以上材料和黄金、银、铂金、铜、锰、钛、钴、镍、钨、锡等的合金。特别优选的合金的实例包括锂铝合金、锂镁合金、锂铟合金、镁银合金、镁铟合金、镁铝合金、铟银合金、钙铝合金等等。

阴极15的膜厚度是1nm到500nm，优选的是10nm到300nm。当膜厚度小于上述范围时，电阻变得过高且生成的电荷无法被充分地转移到外部电路。当膜厚度大于上述范围时，阴极15的形成需要较长时间，且，因此，材料温度可能过度上升从而损坏有机层进而使性能劣化。进一步地，大量材料被使用。因此，膜形成设备的占用时间被延长从而导致成本上升。

<本发明的其他优选的实施例等>

如上面所述，图3是根据本发明的实施例的太阳能电池模块的优选实例（基本构造图）的横断面图。图5说明了根据本发明的实施例的太阳能电池模块20，其中线棱柱体被采用作为光电转换率改善结构22。在光电转换率改善结构中，具有光电转换率改善结构的片材可以被粘附于具有平坦表面的透明部件或者两者可以被结合成一体并通过例如铸造方法被铸造。

其中片材被粘附的构造的优点是，举例来说，能够通过在光电转换率改善结构中使用机械上坚韧的聚碳酸酯以及通过在透明部件中使用在光电阻和光学透明度上是优良的丙烯酸树脂来禁止由于猛吹灰尘等等造成的劣化，这是因为透明部件和光电转换率改善结构的材料能够被改变。进一步地，这种优点的实例包括对于劣化只需要维修片材的粘附和替换且成本较低的优点。相反，一体成型的优点的实例包括用于制造有机薄膜太阳能电池模块的成本变得更低的优点。

图9是说明根据本发明的实施例的太阳能电池模块的改善的实例的构造的横断面图。这里有以下特征，除图3的基本结构之外，低反射膜23被设置在光电转换率改善结构22的表面上。低反射膜优选的是具有2%以下的反射系数，特别优选的是具有0.1%以下的反射系数。任何材料都能够被采用作为用于形成低反射膜的材料。这种的实例特别优选的材料包括MgF2。低反射膜23并不局限于MgF2单层，而是还包含MgF2的多层膜。

作为低反射膜23，可以被使用其中用与如上所述的透明部件19或者光电转换率改善结构22的材料相类似的材料来形成蛾眼型纳米结构（图13）的低反射膜，或者其中蛾眼型纳米结构被进一步形成在上述MgF2层等上的低反射膜。

图10是说明根据本发明的实施例的太阳能电池模块的另一个改善实例的构造的横断面图。这里有以下特征，除图3的基本结构之外，具有光反射性和（或者）光漫射特性的材料24被放置在面向太阳能电池之间的间隙的表面的基板上。具有光反射性和（或者）光漫射特性的材料24使得一部分漏进缝隙形状的凹部空间21内的光受到多重反射或者漫射、被入射到太阳能电池上并被重复使用。具有光反射性的材料和具有光漫射特性的材料可以被堆叠在面向在透明基板10的不形成太阳能电池的平面中的间隙17的位置处，从而形成具有双层结构的光漫射反射表面。

作为具有光反射性和（或者）光漫射特性的材料24，举例来说，其表面被彻底抛光的具有高反射率的表面的材料，例如，金属，如铝和铬；其中反射膜通过镀银被设置在玻璃、树脂等的表面上的镜状反射板；其中金属（特别优选的是铝）被气相沉积在玻璃、树脂等的表面上的反射板；多种金属箔等等能够被使用。具体而言，具有97%以上的反射系数的反射板能够通过选择，例如，由住友3M有限公司（Sumitomo3M Limited）制造的反射膜“VikuitiESR”、丽光有限公司（Reiko Co.,Ltd.）的“LOUIREMIRROR”等被生产出来。作为具有高反射系数的光散射材料，还可以应用微孔发泡膜（具有98%以上的漫反射系数），其代表性实例是古河电工有限公司（Furukawa Electric Co.,Ltd.）制造的“MCPET”。

当反射层被形成为具有一个膜时，以下构造也是有效的，其中通过在膜上交替地形成增透膜和光散射全反射层而制备的条纹膜被嵌合到太阳能电池18和间隙17的位置处（增透膜被放置在电池位置处且全反射膜被放置在间隙位置处）并被粘附于基板的背表面，其中，增透膜所具有的结构的代表性实例是蛾眼结构，且光散射全反射层所具有的结构的代表性实例是微孔发泡结构。作为进一步不同的反射层构造，还有其中光漫射片材被堆叠在反射镜表面上的结构。堆叠结构的实例为其中片材被直接堆叠在镜表面上的构造以及其中镜表面和光漫射片材被形成经由透明基板相互面对的结构。

图11是说明根据本发明的实施例的太阳能电池模块的改善实例的构造的横断面图。这里有以下特征，除图3的基本结构之外，反射镜25被放置在光学部件19的侧面上。反射镜25具有将光封闭在光学部件19中的效果并有助于改善发电效率。反射层25的优选的实例包括通过将具有高反射率的例如银和铝的金属用例如汽相沉积、喷涂或者离子电镀法的方法形成在透明部件19的侧面上作为薄膜镜表面而制备的层。作为本发明的变化例，还存在其中用绝缘膜涂布反射镜的一部分的构造。

图12是说明根据本发明的实施例的图9、10和11的改进被应用于太阳能电池模块的实例的构造的横断面图。这里有以下特征，除图3的基本结构之外，低反射膜23、具有光反射性和（或者）光漫射特性的材料24以及反射镜25被放置。

虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅仅是通过举例而给出的，并不是想要限定本发明的范围。实际上，在这里叙述的新的方法和系统可能以各式各样的其它形式具体化；此外，在没有违背本发明的精神的情况下，可能作出在这里叙述的本方法和系统中各种的省略，代替和改变。附带的如权利要求书和它们的等效物意欲覆盖这种属于本发明的范围和精神的形式或变形。

Claims (7)

1.一种太阳能电池模块，其特征在于，包括：基板；经由各个间隙被设置在所述基板上的多个太阳能电池；以及透明部件，所述透明部件被设置为覆盖所述太阳能电池，且被配置成使得入射到所述透明部件上的光穿过所述透明部件并到达所述太阳能电池，其中，

所述透明部件在与所述太阳能电池之间的所述各个间隙相对应的位置处具有缝隙状的凹部空间；且

所述太阳能电池模块在所述透明部件的光入射的表面侧上包括光电转换率改善结构。

2.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述透明部件具有1.3以上且1.7以下的折射率。

3.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述缝隙状的凹部空间具有三角形的横断面形状。

4.如权利要求1的太阳能电池模块，其特征在于，

所述光电转换率改善结构是具有三角形的横断面形状的每一个线棱柱；且

所述线棱柱被设置为使通过连接每一个线棱柱的顶点而制备的连续线的方向和通过连接所述缝隙状的凹部空间的顶点而制备的连续线的方向相交。

5.如权利要求1的太阳能电池模块，其特征在于，

所述多个太阳能电池包含光电转换层；被设置在所述光电转换层的一个表面上的透明电极；以及被设置在所述光电转换层的与设置所述透明电极的所述表面相反的表面上的反电极。

6.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，低反射膜被形成在所述光电转换率改善结构的表面上。

7.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，光反射材料被设置在所述基板的与所述太阳能电池之间的所述各个间隙相对应的位置处。

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