CN104916719A - 圆柱形太阳能电池模块以及该模块的制造方法 - Google Patents

圆柱形太阳能电池模块以及该模块的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种圆柱形太阳能电池模块以及该模块的制造方法。太阳能电池模块包括：圆柱形衬底、环绕衬底的背接触层、环绕背接触层的吸收层、环绕吸收层的缓冲层、环绕衬底的前接触层，从而形成太阳能电池模块；以及包围太阳能电池模块的共形聚合物层。

Description

圆柱形太阳能电池模块以及该模块的制造方法
技术领域
本发明一般地涉及光伏系统，更具体地，涉及包括圆柱形太阳能电池模块的光伏系统。
背景技术
光伏电池或太阳能电池是用于利用太阳光直接生成电流的光伏组件。近些年，由于对清洁能源的需求不断增长，太阳能电池的制造规模急剧扩张并且继续扩展。太阳能电池包括衬底、衬底上的背接触层、背接触层上的吸收层、吸收层上的缓冲层和缓冲层之上的前接触层。可在使用例如溅射和/或共蒸发的沉积工艺期间，将各层施加至衬底上。
半导体材料用于一些太阳能电池的吸收层中的至少一部分。例如，诸如铜铟镓硒(CIGS)的黄铜矿基半导体材料(也被称为薄膜太阳能电池材料)用于在沉积工艺之后完成吸收层的形成。
通常在平坦的衬底上形成太阳能电池。近些年，也在圆柱形衬底上制造太阳能电池板。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种太阳能电池模块，包括：圆柱形衬底；背接触层，环绕所述衬底；吸收层，环绕所述背接触层；缓冲层，环绕所述吸收层；前接触层，环绕所述衬底，以形成太阳能电池模块；以及共形聚合物层，包围所述太阳能电池模块。
在该太阳能电池模块中，所述衬底是实心棒。
在该太阳能电池模块中，所述衬底是中空圆柱管，并且所述中空圆柱管的内部不包括所述共形聚合物。
在该太阳能电池模块中，所述衬底包括：中空管；以及导热材料，填充所述中空管。
在该太阳能电池模块中，所述中空管包括钠钙玻璃，而所述导热材料包括Al2O3。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池板，包括：至少两个太阳能电池模块，每个太阳能电池模块都包括：圆柱形衬底，背接触层，环绕所述衬底，吸收层，环绕所述背接触层，缓冲层，环绕所述吸收层，和前接触层，环绕所述衬底；以及连续的共形聚合物层，包围所述至少两个太阳能电池模块。
在该太阳能电池板中，每个衬底都是实心棒。
在该太阳能电池板中，每个衬底都是中空圆柱管，并且每个中空圆柱管的内部都不包括共形聚合物。
在该太阳能电池板中，每个衬底都包括：中空管；以及导热材料，填充所述中空管。
在该太阳能电池板中，每个所述中空管都包含钠钙玻璃，而所述导热材料包括Al2O3。
该太阳能电池板还包括将所述太阳能电池模块中的第一太阳能电池模块的前电极连接至所述太阳能电池模块中与所述第一太阳能电池模块相邻的第二太阳能电池模块的背电极的导体，所述导体被包围在所述共形聚合物层内。
在该太阳能电池板中，所述至少两个太阳能电池模块中的每对相邻的太阳能电池模块以间距彼此间隔开，并且所述共形聚合物材料填充所述间距。
在该太阳能电池板中，所述至少两个太阳能电池模块内的两个太阳能电池模块具有彼此接触的前电极。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括：形成环绕圆柱形衬底的背接触层；形成环绕所述背接触层的吸收层；形成环绕所述吸收层的缓冲层；形成环绕所述衬底的前接触层，以形成太阳能电池模块；以及施加包围所述太阳能电池模块的共形聚合物层。
在该方法中，施加所述共形聚合物的步骤包括环绕所述太阳能电池模块层压一块或多块聚合物薄板。
该方法还包括加热所述太阳能电池模块以使环绕所述太阳能电池模块的所述共形聚合物回流。
在该方法中，施加所述共形聚合物的步骤包括环绕包括所述太阳能电池模块和一个或多个附加的太阳能电池模块的阵列层压两块聚合物薄板。
该方法还包括将相应的端盖施加至所述阵列的每一端，所述端盖包括适于容纳每个太阳能电池模块的相应端部的间隔开的开口，所述开口限定介于所述太阳能电池模块中的相邻模块之间的预定间距。
该方法还包括在层压之后去除所述端盖。
在该方法中，包括形成所述背接触层的步骤、形成所述吸收层的步骤以及形成所述前接触层的步骤的步骤组中的至少一个步骤包括在形成期间旋转所述衬底。
附图说明
图1A至图1E是根据一些实施例示出具有实心圆柱形衬底的太阳能电池模块的各个制造阶段的等距视图。
图1F至图1J是图1A至图1E分别示出的器件的端视图。
图1K示出了在用共形聚合物涂层封装之后的图1E和图1J的太阳能电池模块。
图2A至图2E是根据一些实施例示出具有用导热填料填充的衬底的太阳能电池模块的各个制造阶段的等距视图。
图2F至图2J是图2A至图2E中分别示出的器件的端视图。
图2K示出了在用共形聚合物涂层封装之后的图2E和图2J的太阳能电池模块。
图3A至图3E是根据一些实施例示出具有中空圆柱形衬底的太阳能电池模块的各个制造阶段的等距视图。
图3F至图3J是图3A至图3E中分别示出的器件的端视图。
图3K示出了在用共形聚合物涂层封装之后的图3E和图3J的太阳能电池模块。
图4是对在图1A至图3J中示出的任何衬底施加薄膜的装置的示图。
图5A示出了多个并联连接的太阳能电池模块。
图5B示出了多个串联连接的太阳能电池模块。
图6A示出了用于在层压期间支撑多个并联连接的太阳能电池模块的固定装置。
图6B示出了用于在层压期间支撑多个串联连接的太阳能电池模块的固定装置。
图7A示出了要进行层压的一排太阳能电池模块。
图7B示出了将聚合物薄板施加至一排太阳能电池模块的应用。
图7C示出了使聚合物薄板回流之后的一排太阳能电池模块。
图7D示出了图7C的层压的太阳能电池板，在一些实施例中其是柔性的。
图7E是图7D的太阳能电池板的平面图。
图8A示出了根据图3A至图3J的太阳能电池板中的对流。
图8B示出了来自根据图2A至图2J的太阳能电池板的热辐射。
图9是示出制造太阳能电池模块的方法的流程图。
图10是利用太阳能电池模块组装太阳能电池板的方法的流程图。
图11示出了包括具有P1、P2和P3划线的互连结构的太阳能电池模块的可选实施例。
图12是制造图11中示出的太阳能电池模块的方法的流程图。
具体实施方式
旨在结合附图来阅读示例性实施例的描述，附图被认为是整个书面说明的一部分。在描述中，诸如“下部”、“上部”、“水平的”、“垂直的”、“在…之上”、“在…之下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”的关系术语及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应被解释为是指如随后所述的或者如论述中的附图所示的方位。这些关系术语是为了便于描述，但并不要求在具体方位上构造或操作装置。除非另有明确描述，否则关于附接、连接等(诸如，“连接的”和“互连的”)的术语是指其中结构直接地或通过中间结构间接地固定或连接至另一个结构的关系，以及二者均是可移动的或刚性的连接或关系。
图1A至图1J示出了制造太阳能电池模块100的各个步骤。太阳能电池模块100包括实心圆柱形衬底110、环绕衬底110的背接触层120、环绕背接触层120的吸收层130、环绕吸收层130的缓冲层140、环绕缓冲层140的前接触层150以及包围太阳能电池模块的共形聚合物层170，从而形成太阳能电池模块100。
图1A和图1F示出了衬底110。衬底110具有呈实心棒的形式，并且可包括诸如玻璃的任何合适的衬底材料。在一些实施例中，衬底110包括诸如钠钙玻璃的玻璃衬底、柔性金属箔或聚合物(例如，聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯萘(PEN))。其他实施例还包括其他衬底材料。
图1B和图1G示出了环绕衬底110所施加的背接触层120。背接触层120包括诸如金属的任何合适的背面接触材料。在一些实施例中，背接触层120可以包括钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或铜(Cu)。其他实施例还包括其他的背面接触材料。在一些实施例中，背接触层120的厚度在约50nm至约2μm的范围内。在一些实施例中，通过溅射来形成背接触层。
图1C和图1H示出了环绕背接触层120所施加的吸收层130。在一些实施例中，吸收层130包括诸如p型半导体的任何合适的吸收材料。在一些实施例中，吸收层130可以包括黄铜矿基材料，例如，该材料包括Cu(In,Ga)Se2(CIGS)、碲化镉(CdTe)、CuInSe2(CIS)、CuGaSe2(CGS)、Cu(In,Ga)Se2(CIGS)、Cu(In,Ga)(Se,S)2(CIGSS)、CdTe或非晶硅。其他实施例还包括其他吸收材料。在一些实施例中，吸收层130的厚度在约0.3μm至约3μm的范围内。可以使用各种不同的工艺来施加吸收层130。例如，可以通过溅射来施加CIGS前体。在其他实施例中，通过蒸发来施加一种或多种CIGS前体。
图1D和图1I示出了环绕吸收层130所施加的缓冲层140。缓冲层140包括诸如n型半导体的任何合适的缓冲材料。在一些实施例中，缓冲层140可以包括硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、硫化铟(Ⅲ)(In2S3)、硒化铟(In2Se3)或Zn1-xMgxO(例如，ZnO)。其他实施例还包括其他缓冲材料。在一些实施例中，缓冲层140的厚度在约1nm至约500nm的范围内。在一些实施例中，通过诸如化学浴沉积(CBD)的湿法工艺来施加缓冲层140。
图1E和图1J示出了环绕缓冲层140所施加的前接触层150。在一些实施例中，前接触层150包括经过退火的透明导电氧化物(TCO)层。在一些实施例中，TCO层150是重掺杂的。例如，TCO层150的电荷载流子密度在约1x1017cm-3至约1x1018cm-3的范围内。用于经过退火的TCO层的TCO材料可以包括诸如金属氧化物和金属氧化物前体的任何合适的前接触材料。在一些实施例中，TCO材料可以包括氧化锌(ZnO)、氧化镉(CdO)、氧化铟(In2O3)、二氧化锡(SnO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、氧化镓铟(GaInO3)、CdSb2O3或氧化铟锡(ITO)。还可以用合适的掺杂剂来掺杂TCO材料。在一些实施例中，ZnO可以掺杂有铝(Al)、镓(Ga)、硼(B)、铟(In)、钇(Y)、钪(Sc)、氟(F)、钒(V)、硅(Si)、锗(Ge)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、镁(Mg)、砷(As)或氢(H)中的任何一种。在其他实施例中，SnO2可以掺杂有锑(Sb)、F、As、铌(Nb)或钽(Ta)。在其他实施例中，In2O3可以掺杂有锡(Sn)、Mo、Ta、钨(W)、Zr、F、Ge、Nb、Hf或Mg。在其他实施例中，CdO可以掺杂有In或Sn。在其他实施例中，GaInO3可以掺杂有Sn或Ge。在其他实施例中，CdSb2O3可以掺杂有Y。在其他实施例中，ITO可以掺杂有Sn。其他实施例还包括其他TCO材料以及相应的掺杂剂。在一些实施例中，前接触层150的厚度在约5nm至约3μm的范围内。在一些实施例中，通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)来形成前接触层150。在其他实施例中，通过溅射形成前接触层150。
图1K示出了环绕前接触层150所施加的封装聚合物层170。封装聚合物可以包含乙烯醋酸乙烯酯(EVA)。在一些实施例中，将聚合物170施加于单个的太阳能电池模块100。单个封装的太阳能电池模块100的外径在约0.05m至约0.06m的范围内。
在其他实施例中，如下面图7A至图7D的讨论所描述的，将聚合物170层压到太阳能电池模块100的阵列上，以形成太阳能电池板。
太阳能电池模块100被配置为具有纵轴的细长的圆柱体或棒。在一些实施例中，布置层120、层130、层140和层150，使得背接触层120在太阳能电池模块100的至少一端上延伸越过前接触层150。在一些实施例中，背接触层120在太阳能电池模块100的两端处都延伸越过前接触层150。这样，在所示的配置中，背电极120暴露的区域允许形成介于电池之间的互连件，而不需要介于相邻的电池之间的划线(P1、P2和P3)互连件。
图2A至图2K示出了太阳能电池模块200的实施例，其中，衬底包括中空管210和填充中空管的导热材料260。导热材料贯穿整个太阳能电池模块200的长度进行散热。
参考图2A和图2F，在一些实施例中，中空管210包括钠钙玻璃，并且导热材料包括Al2O3、导热硅脂、氧化物、氮化物等。在其他实施例中，中空管210可以包含高强度玻璃或聚合物，而导热材料可以是氮化物或氧化物材料。导热材料的熔点高于施加薄膜层120、130、140和150时的温度。中空管210使用体填充(bulk fill)工艺填充有导热材料260。
剩余的图2B至图2E和图2G至图2K示出了背接触层120、吸收层130、缓冲层140和前接触层150的形成。这些层可具有与以上关于相应的图1B至图1E和图1G至图1K的描述相同的材料和配置，并且可以通过相同的工艺形成。为了简洁，不再重复以上描述。
图3A至图3K示出了太阳能电池模块300的实施例，其中，衬底210是没有任何填充材料的中空圆柱管，并且中空圆柱管的内部不包括共形聚合物。在一些实施例中，中空管210包含钠钙玻璃。在其他实施例中，中空管210可以包含高强度玻璃或聚合物。中空管210允许对流(例如，自然对流或强制对流)以使太阳能电池模块300的内部冷却。在一些实施例中，中空管210的内径在约0.5cm至约5cm的范围内。在一些实施例中，中空管210的外径在约0.7cm至约5.2cm的范围内。
图3B至图3E和图3G至图3K示出了背接触层120、吸收层130、缓冲层140和前接触层150的形成。这些层可具有与以上关于相应的图1B至图1E和图1G至图1K的描述相同的材料和配置，并且可以通过相同的工艺形成。为了简洁，不再重复以上描述。
太阳能电池模块100、200和300可由与平坦的太阳能电池板(未示出)相同的材料制造，因此可以用与该装置类似的装置来沉积各层薄膜。
图4是用于在制造图1K、图2K或图3K中的太阳能电池的各种薄膜沉积步骤期间支撑并旋转衬底110、210的工具的示意图。将多个衬底110或衬底210布置在可在沉积室420内移动的载具402上，该沉积室用于沉积层120、层130、层140和层150中的任何一层。载具402装配有旋转传动装置404，该装置可以包括传动带(连接至发动机408)、同步带(连接至发动机)或齿轮传送链(连接至发动机)。通过控制器410控制传动装置，使衬底110、衬底210以足够快匀速旋转，以在每个膜层120、130、140和150的整个外周都提供均匀的膜厚度。在一些实施例中，控制器410还可以控制载具402的平移速度。通过控制载具402的平移速度以及衬底110和衬底210的旋转速度，控制器可以确保每个衬底在沉积期间都旋转期望的次数，以在衬底上提供具有均匀厚度各层膜。
例如，在一些实施例中，控制器410接收总工艺时间作为输入。控制器410可以将工艺时间划分为旋转的整数转，并且设定发动机408的旋转速度以在施加薄膜期间旋转整数转。这确保了衬底110或衬底210均匀暴露于将要沉积在衬底110或衬底210整个外周上的流体或材料中。
图5A和图5B是示出用于连接上面所述的多个太阳能电池模块100、模块200或模块300以形成太阳能电池板500(或501)的互连方法的示意图。尽管图5A和图5B示出了太阳能电池模块200，但是可以以相同方式来配置太阳能电池模块100或太阳能电池模块300。
在一些实施例中，如图5A所示，并联连接多个太阳能电池模块200。例如，太阳能电池模块200通过封装聚合物层170(图5A中未示出)彼此隔开。每对相邻的太阳能电池模块200都彼此间隔的距离为约1mm或更多。导体502将太阳能电池模块200中第一个的前电极150连接至太阳能电池模块中的与第一太阳能电池模块相邻的第二个的背电极120。在前电极150是n型掺杂而背电极120是p型掺杂的实施例中，互连太阳能电池模块200以形成p-n-p-n器件。
随后，将导体502与太阳能电池模块200的其余部分同时被包围在共形聚合物层170内。共形聚合物材料170填充介于太阳能电池模块200之间的空间。通过并联连接多个太阳能电池模块200，获得较高的开路电压Voc。而且，每个太阳能电池模块200在模块的整个外周(包括面对介于相邻的太阳能电池模块之间的空间的表面)都可以吸收光以生成电。这样，介于相邻的太阳能电池模块之间的间距510允许额外的光到达直接面向相邻的太阳能电池模块的表面。
在一些实施例中，如图5B所示，串联连接多个太阳能电池模块200。太阳能电池模块200以直接接触的方式彼此邻接，使得每对相邻的太阳能电池模块的前电极150彼此电连接，并且每对相邻的太阳能电池模块的背电极120彼此电连接。可选地，第一组导线可以将背电极连接到一起，而第二组导线可以将前电极连接到一起。随后，将导体502与太阳能电池模块200的其余部分同时被包围在共形聚合物层170内。在图5B的配置中，多个邻接的太阳能电池模块200形成p-n结。
图6A示出了固定太阳能电池模块的组500以为施加聚合物层170做准备的方法。还可以在应用图5A所示的布线的期间来固定太阳能电池模块200。在阵列500的每一端都施加相应的端盖601和端盖602。端盖601和端盖602包括适于容纳每个太阳能电池模块的相应端部的间隔开的开口612。开口612限定了组500中介于相邻的太阳能电池模块200之间的预定间距510。例如，在一些实施例中，间距510为1mm或更大。
在整个封装工艺中，太阳能电池模块组500都保留在端盖601和端盖602内。在一些实施例中，端盖601和端盖602包括诸如O型密封圈的密封圈(未示出)，以避免将背接触层120、吸收层130、缓冲层140或前接触层150的材料沉积到圆柱体110和圆柱体210的端部上或沉积到圆柱体的内部(用于包括中空圆柱体210的实施例)。在一些实施例中，在组装之后，端盖601和端盖602保留在太阳能电池组500的两端上以用于保护。在其他实施例中，在封装之后去除端盖601和端盖602并且进行再利用。
图6B示出了用于固定太阳能电池模块200组501以为施加聚合物层170做准备的端盖603和端盖604的相似的组。将相应的端盖603和端盖604施加至阵列501的每一端。端盖603和端盖604包括适于容纳每个太阳能电池模块200的相应端部的邻接开口，并且使太阳能电池模块在垂直方向上对准以及与相邻的太阳能电池模块直接接触。
尽管图6A和图6B示出了太阳能电池模块200，但是可用相同的方式来固定太阳能电池模块100或太阳能电池模块300。
图7A至图7D示出了用于封装太阳能电池模块100、200或300的阵列的方法的实例。尽管示出了太阳能电池模块200，但也可以对模块100或模块300应用相同的方法。尽管实例示出了太阳能电池模块200的并联组500，但相同的方法也可以用于串联连接的太阳能电池模块100、200或300的组501。
图7A是沿图6A的截面线7A-7A所截取的截面图。图7A示出了太阳能电池模块阵列。该阵列可以包括任何期望的数量的太阳能电池板。已经将太阳能电池模块200固定到端盖601和端盖602中以用于并联连接太阳能电池模块(或端盖603和端盖604中以用于串联连接太阳能电池模块)。
图7B示出了聚合物材料(诸如，EVA)两块薄板702a和702b的应用。在一些实施例中，聚合物薄板的厚度在约0.2mm至约0.5mm的范围内。优选地，薄板702a和薄板702b的长度和宽度分别大于模块100、模块200或模块300的阵列500的宽度和每个模块的长度。这允许在层压工艺期间用膜填充介于模块之间的间距。在一些实施例中，在层压期间，相继进行真空处理和加热。在其他实施例中，同时进行真空处理和加热。在一些实施例中，层压机包括具有真空处理、加热和加压能力的腔室。输送机将板传送到真空室中并且将压力设定在约10托至约500托的范围内，然后施加力以层压模块。图7C示出了完成真空处理后的装配件。
然后，聚合物薄板702a和聚合物薄板702b受热和受压而使聚合物回流以与太阳能电池模块的外形共形，并且完成封装太阳能电池模块。在一些实施例中，将聚合物薄板702a和聚合物薄板702b加热的温度在约120℃至约140℃范围内。在图7D和图7E中示出了最终的太阳能电池阵列700。
图7D和图7E示出了在完成层压之后的封装的太阳能电池组700。在一些实施例中(未示出)，聚合物薄板702a和聚合物薄板702b的厚度是足够的，使得层压后的组件被包围在由回流后的薄板702a和薄板702b所形成的平坦的聚合物壳体中。连续的共形聚合物层702包围至少两个太阳能电池模块200。聚合物壳体702保护太阳能电池模块200的有源区。
在使聚合物材料回流之后，太阳能电池板500可以从处理室中移出，并且去除端盖601和端盖602(或端盖603和端盖604)。生成的太阳能电池板700不需要用于结构支撑的单独的框架。
在一些实施例中，壳体702的聚合物能够弹性弯曲。在一些实施例中，聚合物的弹性系数为约0.0110GPa或更小。
图8A示出了包括太阳能电池模块300的太阳能电池板800的一部分。为了易于描述，图8A省略了封装聚合物层170，但是其出现在完成的太阳能电池板800中。每个模块300都具有中空衬底210，中空衬底210具有贯穿其中的圆柱孔360。圆柱孔360允许空气流过太阳能电池板800以得到更低和更均匀的温度分布从而提高性能。这样，空气如箭头802所示进入孔360，以及如箭头804所示离开孔。
图8B示出了包括太阳能电池模块200的太阳能电池板801的一部分。为了易于描述，从图8B省略了封装聚合物170，但是其出现在最终的太阳能电池板801中。每个模块200都具有中空衬底210，该衬底具有填充有导热材料260的圆柱孔。导热材料260使热量通过太阳能电池板801中的每个太阳能电池模块200进行扩散以得到更低的和更均匀的温度分布从而提高性能。这样，将热量传导到每个太阳能电池模块200的端部，然后如箭头850所示，太阳能电池模块200的端部从两端排放热量(通过对流)。
图9是制造太阳能电池模块100、200或300的可选方法的流程图。根据一些实施例，介于模块之间的互连件由布线502制成，该布线将一个太阳能电池模块100、模块200或模块300的前接触层连接至相邻的太阳能电池模块的背接触层，而不需要划线互连结构。
在步骤900中，例如，通过使用自动控制的皮带传动装置404使载具402上的多个衬底110旋转，在沉积室420中旋转至少一个衬底110或衬底210。形成背接触层、形成吸收层和形成前接触层的后续步骤中的至少一个包括在形成期间旋转衬底。通过在薄膜沉积期间旋转衬底，可以得到均匀的膜厚度。
在步骤902中，在太阳能电池衬底上方形成背接触层120。在一些实施例中，可以通过将诸如钼的金属溅射在太阳能电池衬底110或衬底210的上方来沉积背接触层120。
在步骤904中，在背接触层120的上方形成吸收层130。吸收层130的底部接触背接触层120。在一些实施例中，吸收层包括CIGS。在一些实施例中，将多种CIGS前体溅射到背接触层120上。在一些实施例中，CIGS前体包括通过溅射所施加的Cu/In、CuGa/In和/或CuInGa。吸收层材料填充P1划线。在溅射这些前体之后，实施硒化。
在步骤906中，在吸收层130的上方形成缓冲层140。例如，在一些实施例中，通过化学浴沉积(CBD)形成CdS层、ZnS层或InS层。在其他实施例中，通过溅射或原子层沉积(ALD)来沉积缓冲层140。
在步骤908中，在缓冲层上方形成前接触层150。在一些实施例中，前接触层150是通过溅射所施加的i-ZnO或AZO。在其他实施例中，前接触层150是通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)所施加的BZO。
在一些实施例中，在步骤908之后，单独地封装太阳能电池模块100、模块200或模块300以得到图1K、图2K或图3K所示的配置。例如，在一些实施例中，环绕太阳能电池模块层压一块或多块聚合物薄板，并且加热太阳能电池模块以使环绕太阳能电池模块的聚合物回流。在其他实施例中，如下面图10的描述所讨论的，通过布线来互连多个太阳能电池模块100、200或300，该布线将第一太阳能电池模块的前接触层150连接至相邻的太阳能电池模块的背接触层120。
图10是互连和封装多个太阳能电池模块的方法的流程图。
在图10的步骤1002中，多个圆柱形太阳能电池模块100、200或300被形成，并且被布置为形成如图6A所示的阵列500(或如图6B所示的阵列501)。
在步骤1004中，如图6A所示，将端盖601和端盖602分别应用于阵列500的两端，以用于并联连接太阳能电池模块(或如图6B所示，串联连接太阳能电池模块)。端盖601和端盖602包括适合容纳每个太阳能电池模块100、200和300的相应端部的间隔开的开口612。开口612限定介于太阳能电池模块100、200或300中的相邻模块之间的预定间隔510。
在步骤1006中，如果要并联连接太阳能电池模块，如图5A所示，应用布线502以将第一太阳能电池模块的前接触层150连接至相邻的太阳能电池模块的背接触层120。
在步骤1008中，施加共形聚合物层。在一些实施例中，这个步骤包括环绕太阳能电池模块100的阵列500层压一块或多块聚合物薄板702a和702b，从而包围太阳能电池模块。
在步骤1010中，加热太阳能电池模块的阵列500以使环绕太阳能电池模块的共形聚合物702a和702b回流，从而形成包围太阳能电池模块100、200或300的连续的共形涂层702。
在步骤1012中，在一些实施例中，在层压之后去除端盖601和端盖602。在其他实施例中，在完成层压之后，可以将端盖601和端盖602保留在太阳能电池阵列500上以作为保护。
在可选实施例中，如图11所示，太阳能电池模块100′具有多个太阳能电池101。每个太阳能电池101都包括背接触层120、吸收层130、缓冲层140和前接触层150。每个太阳能电池101还包括互连结构，该互连结构包括被称为P1、P2和P3的三条划线。P1划线延伸穿过背接触层120并且填充有吸收层材料。P2划线延伸穿过缓冲层140和吸收层130，并且填充有前接触层材料。P3划线延伸穿过前接触层150、缓冲层140和吸收层130。P1、P2和P3划线形成了在纵轴方向L上介于每对相邻的太阳能电池101之间的串联互连件。因此，可以在单个衬底110上串联连接任意数目的单个的太阳能电池101。可以以如图5A所示并且如上面描述的方式来连接两个或多个太阳能电池模块100'。
图12是制造如图11所示的太阳能电池模块100'的可选方法的流程图，太阳能电池模块100'具有连接相邻的太阳能电池模块的划线互连结构。
在步骤950中，例如通过使用自动控制的皮带传动装置404使载具402上的多个衬底110旋转，在沉积室420中旋转至少一个衬底110或210。形成背接触层、形成吸收层和形成前接触层的后续步骤中的至少一个步骤包括在形成期间旋转衬底。通过在薄膜沉积期间旋转衬底，可以得到均匀的膜厚度。
在步骤952中，在太阳能电池衬底上方形成背接触层120。在一些实施例中，可以通过将诸如钼的金属溅射在太阳能电池衬底110或210上方来沉积背接触层120。
在步骤954中，在背接触层沉积结束时，形成(例如，划出或蚀刻)了贯穿背接触层120的P1划线。
在步骤956中，在背接触层120的上方形成吸收层130。吸收层130的底部接触背接触层120。在一些实施例中，吸收层包括CIGS。在一些实施例中，将多种CIGS前体溅射到背接触层120上。在一些实施例中，CIGS前体包括通过溅射所施加的Cu/In、CuGa/In或CuInGa。吸收层材料填充P1划线。在溅射这些前体之后，实施硒化。
在步骤958中，在吸收层130的上方形成缓冲层140。例如，在一些实施例中，通过化学浴沉积(CBD)来形成CdS层、ZnS层或InS层。在其他实施例中，通过溅射或原子层沉积(ALD)来沉积缓冲层140。
在步骤960中，在沉积缓冲层140之后，形成(例如，划出或蚀刻)了贯穿吸收层130和缓冲层140的P2划线。
在步骤962中，在缓冲层的上方形成前接触层150。在一些实施例中，前接触层150是通过溅射所施加的i-ZnO或AZO。在其他实施例中，前接触层150是通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)所施加的BZO。前接触层材料共形地涂覆P2划线的侧壁和底壁。
在步骤964中，在沉积前接触层150之后，形成(例如，划出或蚀刻)了贯穿前接触层150、缓冲层140和吸收层130的P3划线。
以类似于上面参考图10所述的方式，可以将多个太阳能电池模块100'组装为太阳能电池阵列。由于每个太阳能电池模块100'都具有内部互连结构(在划线P1、P2、P3中)，所以介于模块之间的互连件被制造为将第一太阳能电池模块的最后一块电池的前接触层连接至相邻的第二太阳能电池模块的第一块电池的背接触层。
在一些实施例中，太阳能电池模块包括形成太阳能电池模块的圆柱形衬底、环绕衬底的背接触层、环绕背接触层的吸收层、环绕吸收层的缓冲层、环绕缓冲层的前接触层以及包围太阳能电池模块的共形聚合物层。
在一些实施例中，衬底是实心棒。
在一些实施例中，衬底是中空的圆柱管，并且中空的圆柱管的内部不包括共形聚合物。
在一些实施例中，衬底包括中空管以及填充中空管的导热材料。
在一些实施例中，中空管包含钠钙玻璃，并且导热材料包含Al2O3。
在一些实施例中，太阳能电池板包含至少两个太阳能电池模块，其中，每个太阳能电池模块都包括圆柱形衬底、环绕衬底的背接触层、环绕背接触层的吸收层、环绕吸收层的缓冲层和环绕缓冲层的前接触层；以及包围至少两个太阳能电池模块的连续的共形聚合物层。
在一些实施例中，每个衬底都是实心棒。
在一些实施例中，每个衬底都是中空的圆柱管，并且每个中空的圆柱管的内部不包括共形聚合物。
在一些实施例中，每个衬底都包括中空管以及填充中空管的导热材料。
在一些实施例中，每个中空管都包含钠钙玻璃，并且导热材料包含Al2O3。
一些实施例还包括将第一太阳能电池模块的前电极连接至与第一太阳能电池模块相邻的第二太阳能电池模块的背电极的导体，该导体被包围在共形聚合物层内。
在一些实施例中，至少两个太阳能电池模块内的每对相邻的太阳能电池模块以间距彼此间隔开，并且共形聚合物材料填充该间距。
在一些实施例中，至少两个太阳能电池模块内的两个太阳能电池模块具有彼此接触的前电极。
在一些实施例中，一种方法包括：环绕圆柱形衬底形成背接触层；环绕背接触层形成吸收层；环绕吸收层形成缓冲层；环绕缓冲层形成前接触层以形成太阳能电池模块；以及施加包围太阳能电池模块的共形聚合物层。
在一些实施例中，施加共形聚合物的步骤包括环绕太阳能电池模块层压一块或多块聚合物薄板。
一些实施例还包括加热太阳能电池模块以使环绕太阳能电池模块的共形聚合物回流。
在一些实施例中，施加共形聚合物的步骤包括环绕包括太阳能电池模块和一个或多个附加的太阳能电池模块的阵列层压两块聚合物薄板。
一些实施例还包括将端盖分别施加至阵列的每一端，端盖包括适于容纳每个太阳能电池模块的相应端部的间隔开的开口，其中，开口限定了介于相邻的太阳能电池模块之间的预定间距。
一些实施例还包括在层压之后去除端盖。
在一些实施例中，包括形成背接触层的步骤、形成吸收层的步骤和形成前接触层的步骤的步骤组中的至少一个步骤包括在形成期间旋转衬底。至少部分以计算机实现的工艺以及执行那些工艺的装置的形式来实现本发明描述的方法和系统。也至少部分以有形的、非暂态的、编码有计算机程序代码的计算机可读存储媒介的形式来实现本公开的方法。例如，该媒介可以包括RAM、ROM、CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROM、硬盘驱动器、闪存或其他任何非暂态的计算机可读存储媒介，其中，当将计算机程序代码加载到计算机中并且由计算机执行时，计算机变成实践该方法的装置。还可以至少部分地以加载和/或执行计算机程序代码的计算机的形式来实现该方法，使得该计算机变成实现该方法的专用计算机。当在通用处理器实现时，计算机程序代码段将处理器配置为生成特定的逻辑电路。可选地，至少部分地在由执行该方法的专用集成电路所形成的数字信号处理器中来实现该方法。
尽管通过示例性实施例描述了本发明主题，但本发明不限于此。相反，所附权利要求应该广义地解释为包括本领域技术人员可以做出的其他变型和实施例。

Claims (10)

1.一种太阳能电池模块，包括：
圆柱形衬底；
背接触层，环绕所述衬底；
吸收层，环绕所述背接触层；
缓冲层，环绕所述吸收层；
前接触层，环绕所述衬底，以形成太阳能电池模块；以及
共形聚合物层，包围所述太阳能电池模块。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述衬底是实心棒。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述衬底是中空圆柱管，并且所述中空圆柱管的内部不包括所述共形聚合物。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述衬底包括：
中空管；以及
导热材料，填充所述中空管。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池模块，其中，所述中空管包括钠钙玻璃，而所述导热材料包括Al2O3。
6.一种太阳能电池板，包括：
至少两个太阳能电池模块，每个太阳能电池模块都包括：
圆柱形衬底，
背接触层，环绕所述衬底，
吸收层，环绕所述背接触层，
缓冲层，环绕所述吸收层，和
前接触层，环绕所述衬底；以及
连续的共形聚合物层，包围所述至少两个太阳能电池模块。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池板，其中，每个衬底都是实心棒。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池板，其中，每个衬底都是中空圆柱管，并且每个中空圆柱管的内部都不包括共形聚合物。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池板，其中，每个衬底都包括：
中空管；以及
导热材料，填充所述中空管。
10.一种方法，包括：
形成环绕圆柱形衬底的背接触层；
形成环绕所述背接触层的吸收层；
形成环绕所述吸收层的缓冲层；
形成环绕所述衬底的前接触层，以形成太阳能电池模块；以及
施加包围所述太阳能电池模块的共形聚合物层。
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