CN113169241A - 光伏模组 - Google Patents

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Abstract

光伏模组(1),其包括多个多结光伏电池(3),所述多结光伏电池(3)中的至少一个包括:在第一预定区域(7)上延伸的第一光伏子电池(5);设置在所述第一光伏子电池(5)上并与其电连接的第二光伏子电池(9),所述第二光伏子电池(9)在小于所述第一预定区域(7)的第二预定区域(11)上延伸,以限定其中所述第一光伏子电池(5)未被所述第二光伏子电池(9)覆盖的至少一个区域(13);位于所述区域(13)的至少一部分中的所述第一光伏子电池(5)上的电绝缘层(15);以及位于所述电绝缘层(15)的至少一部分上并且与所述第二光伏子电池(9)的表面电连接的导电层(17),其中所述多结光伏电池(3)中的至少一个通过至少一个电互连器(19)电连接至所述多结光伏电池(3)中的至少另一个,所述电互连器(19)在所述区域(13)中电连接至所述导电层(17)。

Description

光伏模组
技术领域
本发明涉及光伏(PV)模组的技术领域。更具体地,本发明涉及包括多个互连的多结光伏电池的光伏模组。
背景技术
如Sahli等人在Nature Materials 18,820-826(2018)的文章“Fully texturedmonolithic perovskite/silicon tandem solar cells with 25.2%power conversionefficiency”中所述的,钙钛矿/硅串联太阳能电池是实现超过30%的功率转换效率的有希望的候选。
“钙钛矿”是有机金属卤化物材料,其分子式通常写成ABX3,其中A是无机或有机阳离子如Cs、CH3NH3或HC(NH2)2,B是金属如锡或铅,X是卤原子如碘、溴或氯。此类材料的实例是三卤化甲基铵铅(CH3NH3PbX3)、三卤化铯甲脒铅(CsH2NCHNH2PbX3)和三碘化甲基铵锡(CH3NH3SnI3)。这些化合物采用与钙钛氧化物(CaTiO3)类似的晶体结构,并且当被照射时产生电子-空穴对,其可以通过将钙钛矿吸收剂层夹在电子传输n型层和空穴传输p型层之间而分离,其中钙钛矿用作内(i)层,从而形成类似于其硅配对物的PIN或NIP子电池。
由于它们的化学组成,钙钛矿与无机PV材料如薄膜或晶体硅、锗等相比表现出相对低的机械强度。这在电互连包含钙钛矿类PV子电池的多个串联电池时存在困难。实质上,从一个电池至另一个电池的电互连在钙钛矿层上施加机械应力,并且可以引起钙钛矿子电池的断裂、分层和其它机械损坏。这不仅适用于通过电线或条带位于同一平面中的电池的常规互连,而且适用于电池如屋顶上的瓦片一样重叠在模组中的瓦片结构。在后一种情况下,作用在电互连上并由电互连施加的机械力可能相当大,并且在热辅助封装工艺期间和使用中可能由于热膨胀和收缩而加剧,这是由于互连器的材料不同于电池的材料,因此膨胀和收缩不同。对于诸如量子点、有机太阳能电池等的其它前沿PV技术也存在相同的问题。
因此,本发明的目的是提出一种光伏模组,其中至少部分地克服了上述缺点。
发明内容
更具体地,本发明涉及包括多个多结光伏电池的光伏模组,所述多结光伏电池中的至少一个包括:
-在第一预定区域上延伸的第一光伏子电池;
-第二光伏子电池,其直接或间接地设置在所述第一光伏子电池上并与其电连接以形成多结电池,所述第二光伏子电池在小于所述第一预定区域的第二预定区域上延伸以限定至少一个区域,所述至少一个区域可以是单个邻接区域或由几个子区域形成,其中所述第一光伏子电池未被所述第二光伏子电池覆盖,因此仅存在所述第一光伏子电池(可选地与未形成光伏子电池的其它层一起)。换言之,第二光伏子电池不存在于该区域中;
-位于所述区域的至少一部分中的第一光伏子电池上的电绝缘层;以及
-导电层,其电形成在所述电绝缘层的至少一部分上并与所述第二光伏子电池的表面电连接,因此设置为将多结电池产生的电流传导到所述区域的表面。应注意,导电和电绝缘应以本发明的技术领域中的常规方式来解释。例如,在电导率为10-3S/m时可以获得导电和电绝缘之间的有用阈值,导电材料的典型值高于1S/m,而电绝缘材料的典型值低于10- 5S/m。
所述多结光伏电池中的至少一个通过至少一个电互连器与所述多结光伏电池中的至少另一个电连接,所述电互连器在所述至少一个电池的所述区域中与所述导电层电连接。换言之,电互连器和电池之间的物理接触仅发生在所述区域中,电互连器在所述区域中物理地附接至导电层。
结果,在第二子电池侧的电池之间的电连接不会物理地干扰第二子电池。尽管通常可应用并且与所使用的子电池的类型(例如,晶体硅、薄膜硅、锗、钙钛矿、量子点、有机半导体等)无关,但这在以下情况中是特别有利的,其中第一子电池是机械上更有抵抗力的类型,例如晶体或薄膜硅或锗(或其它无机半导体技术),并且第二子电池是机械上较没有抵抗力的类型,例如钙钛矿、量子点、有机半导体等。在后一种情况下,电互连器不与较弱的第二子电池的表面发生机械上的相互作用,因为它位于不存在第二子电池的区域中。导电层确保由多结产生的电流传导到区域的表面上,使得其可转移至互连器,上述电绝缘层防止导电层与所述区域中的第一光伏子电池的表面之间的不需要的电连接。
有利地,所述电绝缘层在邻近所述区域的所述第二光伏子电池的侧面的至少一部分上延伸,这消除了由导电层沿该面向下通过而引起的任何短路风险(如果电池的结构易受此影响)。如果不是,则电绝缘层不必在该侧面上延伸。
有利地,所述第一光伏子电池包括无机半导体类光伏子电池,由此确保用于支持与电互连器的连接的该子电池的机械强度和电阻。
有利地,所述第二光伏子电池包括以下子电池中的至少一种:
-钙钛矿类光伏子电池;
-有机半导体类光伏子电池;
-量子点类光伏子电池。
这些技术为多结电池提供了高转换效率。
有利地,所述电池基本上在单个平面中延伸,并且其中所述互连器是至少一个线或条带。
作为选择,所述区域位于所述光伏电池的边缘处,所述光伏电池以瓦片构型设置在模组中,使得所述互连器夹在一个光伏电池的所述区域之间,并且例如经由导电接触层与相邻光伏电池的第一子电池电连接。
有利地,其中所述光伏电池还包括导电接触层,所述导电接触层直接或间接地位于所述第一光伏子电池背对所述第二光伏子电池的表面上,即位于与所述第二子电池相对的一侧上。
本发明还涉及制造本发明的光伏模组的两种方法。
这种方法的第一变型包括制造多个光伏电池,然后将所述多个光伏电池组装成光伏模组,使得它们通过至少一个互连器电互连。
这些光伏电池中的至少一个通过以下方式制造:
-形成第一光伏子电池;
-在所述第一光伏子电池的一部分表面上形成第二光伏子电池,以限定其中不存在所述第二光伏子电池的区域,即其中第一子电池不被第二子电池覆盖;
-例如通过借助于适当工艺的沉积,在所述区域的至少一部分中的所述第一光伏子电池的表面上形成绝缘层;
再次通过适当的沉积工艺(例如印刷、气相沉积等)在所述绝缘层的至少一部分上和在所述第二光伏子电池的至少一部分上形成导电层,以便与第二光伏子电池的表面电连接。
如上所述,互连器在所述区域中连接至所述导电层。
这使得上述的光伏模组具有所有上述的优点。
在备选方法中,所述光伏电池中的至少一个通过以下步骤制造:
-形成第一光伏子电池;
-在所述第一光伏子电池的基本整个表面上形成第二光伏子电池;
-选择性地移除所述第二光伏子电池的一部分以限定其中不存在所述第二光伏子电池的区域;
-在所述区域的至少一部分中的所述光伏子电池的表面上形成绝缘层;
-在所述绝缘层的至少一部分上和在所述第二光伏子电池的至少一部分上形成导电层。
如前所述,电池可以以常规或瓦片构型设置在模组中。
附图说明
通过阅读下面的描述并结合下面的附图,本发明的更多细节将变得更加清楚。
图1:本发明的光伏模组的示意性平面图;
图2:沿图1的线A-A的示意性截面图;
图3:沿图1的线B-B的示意性截面图;
图4:本发明的光伏模组的另一个实施方式的示意性截面图;
图5:沿图4的线C-C的示意性截面图;
图6:图5的电池中的一个沿线C-C的示意性截面图;
图7:制造本发明的光伏模组的方法的第一变型的主要步骤的示意性流程图;
图8:制造本发明的光伏模组的方法的第二变型的主要步骤的示意性流程图;
图9:沿图1的线D-D的光伏电池的详细示意性截面;
图10:经受剥离测试的两个部分光伏电池结构的示意性截面;以及
图11:所述剥离测试结果的图表。
具体实施方式
图1-3示意性地示出了本发明的光伏模组1的最简单形式的第一实施方式。
该模组1包括通过密封剂集成在其中的多个多结光伏电池3和存在的任何结构元件,例如玻璃或聚合物的前板、透明或不透明的背板等。在附图中,密封剂和结构元件简单地通过矩形4示意性地示出。诸如抗反射层、着色层、产生雾度的层等其它层也可以如通常已知的那样并入。
如通常已知的,各多结光伏电池3包括第一光伏子电池5和第二光伏子电池9,所述第二光伏子电池9形成在第一光伏子电池5的表面上并与其电连接以形成多结。还可以在第一和第二子电池中任一个的一侧上提供第三光伏子电池,或者将第三光伏子电池夹在第一和第二子电池之间,然而,将在仅包括两个子电池5,9的串联电池的背景下描述本发明。尽管两个电池3被示出为相同的,但并不必须是这种情况。
第一光伏子电池5通常是无机光伏子电池,例如晶体硅类子电池、薄膜硅类子电池、锗类子电池、硒化铜铟镓(CIGS)子电池、CdTe或GaAs子电池等,可具有PIN、PN、NIP或NP构型,并且在使用中通常设置成背对入射光,即形成底部(背面)电池,尽管也不排除在相反方向上使用。
第二光伏子电池9可以是任何类型的,但是本发明特别适用于其中形成第二子电池9的各种层与第一光伏子电池相比相对易碎的多结电池,例如基于Cs0.17FA0.83Pb(IxBr1-x)3的钙钛矿子电池等便是这种情况。受益于本发明的其它技术是基于量子点的子电池,有机半导体如苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)/聚-3-己基噻吩(P3HT)子电池,或基于小的非聚合物分子(如作为供体的DCV6T-Bu(1,2,5,6)结合作为吸收剂的C60)的子电池等。第二光伏子电池通常是顶部(正面)子电池,旨在面向入射光的到达方向。
还应当注意,如通常已知的可以在子电池5,9之间或在其外表面上提供其它层,例如隧道层、钝化层、导电层(例如透明导电氧化物,如氧化铟锡等)、覆盖层等。
第一光伏子电池5在第一预定区域7上延伸,在当前情况下,第一预定区域7是各电池3的整个区域,尽管第一预定区域7也可以是适当基板的子区域。第二光伏子电池9设置在所述第一光伏子电池上,第二子电池9在比所述第一预定区域7更小范围的第二预定区域11上延伸。换言之,在与第一预定区域7和第二预定区域11不重叠并且其中不存在第二子电池9的一个或多个区域相对应的区域13中,部分的第一光伏子电池5不被第二光伏子电池9覆盖。在示出的实例中,该区域13是沿电池3的中间向下延伸的单个条带,将第二预定区域11划分成两个子区域,尽管也可以提供将第一预定区域划分成更多数量的子区域的若干平行条带,并且用于将光伏子电池5,9图案化,如通常已知的。然而,仅需要一个这样的区域13,特别是在小面积电池3的情况下。
如仅在图3中可见,如通常已知的还在第一光伏子电池5的与第二光伏子电池9相反的一侧上提供导电接触层6,此种背面接触在必要时被图案化并且由金属、透明导电氧化物、导电油墨或任何其它已知的合适材料形成。
在区域13中,第一光伏子电池5的表面设置有电绝缘层15(见图3),该电绝缘层15由与光伏子电池5,9都兼容的介电材料形成。合适材料的实例包括但不限于SiO2、Al2O3、Ta2O5、SiN、BN、AlN、GaN、ZnS或其它氧化物、氮化物、硫化物等,或有机聚合物如聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、硅氧烷等。其也可以是杂化材料,例如包含金属氧化物纳米颗粒的聚合物基质。取决于所使用的材料,其可以通过溶液沉积(如丝网印刷、凹版印刷、喷墨印刷、狭缝式印刷等)、气相沉积(如电子束沉积、磁控溅射、热蒸发等)来沉积,并且厚度可以为10nm至100μm,更通常为100nm至10μm。绝缘层15可以覆盖所述区域13中的第一子电池5的全部或部分,或者可以根据需要被图案化。
在所示的实施方式中,绝缘层15还沿与区域13相邻的第二光伏子电池9的侧壁向上延伸,以避免由第二子电池9和下述导电层17之间的接触引起的短路或电流泄漏。然而,取决于电池构型,可以仅在第一光伏子电池5的表面上提供绝缘层,而不覆盖这些侧壁。
为了在第二光伏子电池的表面和绝缘层15的表面之间提供电连接,提供通常形成为图案化金属或由透明导电氧化物形成的透明导电网格的导电层17,以将电流传输到设置在区域13中的互连器19。该互连器19通常是例如通过导电粘合剂结合或通过焊接而直接附接到所述区域13中的导电层17的金属线或条带,并且用于将所述电池3的一个电气侧(即正极或负极)连接至相邻电池3的另一个电气侧(即分别为负极或正极)。在所示的实例中,如图2所示,电池3是前侧和后侧连接的,尽管相同的原理也可以应用于仅在其一侧上接触的电池,例如在交叉指型后触点式电池的情况下(其可以允许电池3作为3或4个端子装置进行操作)。使用虚线来表示图1中的互连器19,表明其位于右手侧电池3的远端。在提供多个区域13的情况下,各区域13可设置有其各自的互连器19。
通过保留包封并用“+/-”和“-/+”标记的连接器示意性地示出了对模组外部的电连接。
如上所述的电池3的结构具有如下效果:互连器19附接在仅存在机械上更强且更有抵抗力的第一光伏子电池5的区域中,并且因此不附接到第二光伏子电池9的较弱表面上。结果,互连器19由较强的第一光伏子电池5和绝缘层15支撑,因此不能向第二子电池9施加可能导致其断裂或分层的任何应力。此外,在互连19被焊接到导电层19上的情况下,用于焊接的热量不会影响第二光伏子电池9的材料,这在后者由钙钛矿或有机半导体制成的情况下是特别重要的,因为这些是极其温度敏感的并且当暴露于高温时分解。但是,也就是说,电池和模组结构可以同样地应用于多结电池,其中第一子电池5与第二子电池9具有同样的机械强度。
图4和5示出了本发明的第二实施方式,其与图1-3的实施方式的不同之处在于,各个电池3以所谓的“瓦片”构型重叠。为了避免图4和5的过载,在图6中孤立地示出了一个电池3,以便更好地示出第一预定区域7、第二预定区域11和其中存在第一光伏子电池5但不存在第二光伏子电池9的区域13的设置。
例如在Mittag等人的文章“Cell-to-Module(CTM)Analysis for PhotovoltaicModules with Shingled Solar Cells”(在2017年的第44届美国电气及电子工程师学会光伏专家会议(IEEE Photovoltaic Specialist Conference)中提出)中讨论了瓦片构型,并且瓦片构型用于消除模组1中常规互连的电池3之间的间隙,从而增加模组1的光伏有效面积。
在这种瓦片构型中,各电池3相对于模组1的平面倾斜,使得它们重叠,由此使一个电池3的接触层6位于如前所述设置在所述区域13中的互连器19上。自然地,在该构型中,区域13沿着各电池3的边缘设置,以允许以这种方式互连。应当注意,在这种构型中,互连器19可以是金属条带,可以简单地是位于一个电池3或另一个上的金属化区域,可以是一定量的导电粘合剂或类似物,或者甚至可以简单地是位于区域13中的导电层17的预定区域。在电池3被图案化的情况下,互连器19也可以被分成多个长度,所述长度中的一个或多个对应于各电池3的图案化部分。
如在图1-3的实施方式中,单个电池3之间的互连以及在这种情况下的物理相互作用发生在区域13中,在该区域中不存在第二光伏子电池9并且因此不能被由此引起的应力损坏。这些应力再次仅经历通常更具机械抗性的第一光伏子电池5。
图7和8示意性地示出用于制造本发明的模组(在图4-6的模组的上下文中示出)的方法。相同的原理适用于图1-3的模组,电池3位于相同的平面中并且电池间连接被适当地设置。
在图7的实施方式中,各电池3如下制造。
在步骤101中,例如通过在通常已知的晶体硅晶片中或晶体硅晶片上形成PIN子电池来制造第一光伏子电池5,例如通过用p掺杂物掺杂其一侧并用n掺杂物掺杂另一侧,或者通过在其一侧上沉积p型层并在其另一侧上沉积n型层。第一光伏子电池5的任何期望的图案化可以在该阶段或在中间步骤(未示出)中进行。作为选择,如果第一光伏子电池5不是晶体硅子电池,则如对于所选择的子电池类型通常已知的那样制造它。
在步骤102中,在第二预定区域11上在第一光伏子电池5的一侧上选择性地形成第二光伏子电池9,留下没有第二光伏子电池9的区域13。这可以例如如下进行:用例如光致抗蚀剂掩蔽区域13,在整个表面上沉积第二光伏子电池9,然后去除光致抗蚀剂以从区域13移除第二光伏子电池。如果第二光伏子电池9的材料可以通过湿印刷方法沉积(如钙钛矿子电池的情况),则这可以例如通过丝网印刷、喷墨印刷、凹版印刷或类似方法印刷在第二预定区域11中。第二光伏子电池9可以是上面讨论的任何类型,这里不需要重复。在所示的变型中,区域13位于如上所述的第一光伏子电池13的边缘。然而,在制造根据图1-3的光伏模组的情况下,可以根据需要设置区域13或子区域。
作为同一步骤的一部分,也可以根据需要沉积位于第一光伏子电池5和第二光伏子电池9之间的任何可选的中间层(例如透明导电层)。
在步骤103中,将绝缘层15沉积在区域13中的第一光伏子电池15的表面上,即与其上已形成第二光伏子电池9的表面邻接的表面上。该绝缘层也可以覆盖该区域附近的侧壁,但这并不总是必要的,并且可以通过上述任何方法沉积。
在步骤104中,导电层17沉积在绝缘层15以及部分的第二光伏子电池9上。如通常已知的,如果需要,导电层17可以被图案化。这可以有利地通过导电材料的丝网印刷、喷墨印刷或类似方法的来实现,或者可选地可以如通常已知的那样沉积。
导电接触层6可以通过沉积、印刷或类似方法在过程中的任何方便的时刻形成,例如在步骤101、102或103之后。为方便起见,将其图示为在步骤104中形成。
在步骤105中,通过沉积诸如金属、导电胶、导电墨水等导电物质,或通过将导线或条带结合到导电层17,将互连器19施加到区域13中的导电层17的表面。
在步骤106中,将由此形成的多个电池3组装并互连成本发明的光伏模组1。
在第一光伏子电池5基于薄膜沉积技术形成的备选情况下,其可在步骤101中形成于其上先前已沉积导电接触层6的基板上。
图8的方法与图7的方法的不同之处在于步骤102被分成两个子步骤102a和102b。在子步骤102a中,第二光伏子电池9形成在第一光伏子电池5的基本上整个表面上而不是仅在其一部分上。随后,通过例如激光烧蚀、剥离工艺或机械去除来去除第二光伏子电池9的一部分以限定区域13,从而使区域13没有第二光伏子电池9。
其它步骤保持不变
最后,图9以对应于图1的线D-D的截面更详细地示出了示例性多结光伏电池3的一部分。
在该示例中,第一光伏子电池包括晶体硅晶片,在该晶体硅晶片的一侧上沉积本征非晶硅层,随后沉积n型非晶硅层。在晶片的相对侧上,同样沉积了另一本征非晶层和p型非晶硅层。接触层6位于后一层上,并且包括沉积在氧化铟锡(ITO)层上的多层金属银。
在上述n型a-Si层上,沉积氧化铟锡的中间透明导电层,分离两个子电池5,9,同时保持它们之间的电连接。第二光伏子电池9已经形成在该中间ITO层上,并且是钙钛矿类子电池,其包括从ITO层起的氧化镍层、Cs0.17FA0.83Pb(IxBr1-x)3层(在图9中称为CsFA Pk),氟化锂层和基于碳-60基层的层堆叠。在后一层上设置两层透明导电氧化物,即氧化锡和氧化铟锡,在其上沉积导电层17,插入二氟化镁电子敏感触点。
最后,图10示意性地示出了进行剥离测试的两个部分电池构造,图11示出了该测试结果的图表。
装置A大致对应于图9的构造,其中在硅晶片背对第二子电池9的一侧上省略的层被省略,因为它们与机械剥离测试无关。装置A的第二子电池9基于如上所述的钙钛矿。
此外,在ITO层上,使用为硅异质结太阳能电池设计的标准低温银糊剂印刷包含0.6mm宽母线图案的银层,并在标准带式炉中在130℃下固化10分钟。代表电互连器19的1mm宽的金属条带通过在120℃下固化2分钟的导电粘合剂(ECA)固定到印刷的银母线。
另一方面,装置B省略了钙钛矿第二子电池9,并且如前所述简单地包括ITO层、印刷的银层和固定在其上的金属条带,ITO层直接位于部分第一子电池5的n-aSi层上。
结果,装置A表示电互连器19在两个子电池都存在的区域中连接至第二子电池9的表面的情况,装置B表示在第一子电池5未被第二子电池9覆盖的区域13中连接电互连器19。
构造了一些各种类型的装置,并且使用180°拉伸测试来测量条带附接的强度,该拉伸测试测量当将条带从基板拉出时施加到条带的力。根据Eitner,U.;Rendlar,L.C.“Peel testing of ribbons on solar cells at different angles consistentcomparison by using adhesive fracture energies”(在2014年9月22至26日于荷兰阿姆斯特丹的第29届欧洲太阳能光伏展览会(EUPVSEC)中提出)中描述的程序在100mm/s的位移速度下进行拉伸测试。
在拉伸测试下,具有结构B的装置显示了在约0.6至1.2N/mm条带宽度的力下的条带的平滑移除以及在ECA糊剂本身内发生的断裂。这些基板的平均测量剥离力约为1N/mm。图11示出了典型的拉伸曲线(上部曲线)。
具有结构A(对应于条带与钙钛矿第二子电池的附接)的装置显示出非常不同的行为。在所有情况下,大部分条带在测量期间会突然和灾难性地脱离,妨碍了合理的拉伸强度数值的计算。在图11中再次绘制和注释了典型的拉伸曲线(下部曲线)。与结构B不同,结构A中的脱离点在钙钛矿堆叠自身内,突出了这些材料中的机械弱点。
结果,可以清楚地看出本发明的模组构型如何导致各个电池3的显著改善的结构完整性,降低了由于电互连器19施加的力而对电池造成损坏的风险。
尽管已经根据具体实施方式描述了本发明,但是在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下,可以对其进行改变。

Claims (12)

1.光伏模组(1),其包括多个多结光伏电池(3),所述多结光伏电池(3)中的至少一个包括:
·在第一预定区域(7)上延伸的第一光伏子电池(5);
·设置在所述第一光伏子电池(5)上并与其电连接的第二光伏子电池(9),所述第二光伏子电池(9)在小于所述第一预定区域(7)的第二预定区域(11)上延伸,以限定其中所述第一光伏子电池(5)未被所述第二光伏子电池(9)覆盖的至少一个区域(13);
·位于所述区域(13)的至少一部分中的所述第一光伏子电池(5)上的电绝缘层(15);以及
·位于所述电绝缘层(15)的至少一部分上并且与所述第二光伏子电池(9)的表面电连接的导电层(17),
其中所述多结光伏电池(3)中的至少一个通过至少一个电互连器(19)与所述多结光伏电池(3)中的至少另一个电连接,所述电互连器(19)在所述区域(13)中与所述导电层(17)电连接。
2.如前述权利要求所述的光伏模组(1),其中所述电绝缘层(15)在与所述区域(13)相邻的所述第二光伏子电池(9)的侧面的至少一部分上延伸。
3.如前述权利要求中任一项所述的光伏模组(1),其中所述第一光伏子电池(5)包括无机半导体类光伏子电池。
4.如前述权利要求中任一项所述的光伏模组(1),其中所述第二光伏子电池(9)包括以下子电池中的至少一种:
·钙钛矿类光伏子电池;
·有机半导体类光伏子电池;
·量子点类光伏子电池。
5.如前述权利要求中任一项所述的光伏模组(1),其中所述电池(3)基本上在单个平面中延伸,并且其中所述互连器(19)是至少一条线或条带。
6.如权利要求1至4中任一项所述的光伏模组(1),其中所述区域(13)位于所述光伏电池(3)的边缘附近,所述光伏电池(3)设置成瓦片构型,并且所述互连器(19)夹在一个光伏电池的所述区域(13)和相邻光伏电池(3)的一个面之间。
7.如前述权利要求中任一项所述的光伏模组(1),其中所述至少一个光伏电池(3)还包括导电接触层(6),所述导电接触层(6)在所述第一光伏子电池(5)的背对所述第二光伏子电池(9)的表面上。
8.一种制造光伏模组(1)的方法,其包括以下步骤:
·制造多个光伏电池(3);并且
·将所述多个光伏电池(3)组装成所述光伏模组(1),使得所述电池(3)通过至少一个互连器(19)电互连,
其中所述光伏电池(3)中的至少一个通过以下方式制造:
·形成第一光伏子电池(5);
·在所述第一光伏子电池(5)的一部分表面上形成第二光伏子电池(9),以限定其中不存在所述第二光伏子电池(9)的区域(13);
·在所述区域(13)的至少一部分中的所述第一光伏子电池(5)的表面上形成绝缘层(15);
·在所述绝缘层(15)的至少一部分上形成导电层(17),所述导电层(17)与所述第二光伏子电池(9)的表面电连接;
并且其中所述互连器(19)在所述区域(13)中连接至所述导电层(17)。
9.一种制造光伏模组(1)的方法,包括以下步骤:
·制造多个光伏电池(3);并且
·将所述多个光伏电池(3)组装成光伏模组(1),使得所述电池(3)通过至少一个互连器(19)电互连,
其中所述光伏电池(3)中的至少一个通过以下方式制造:
·形成第一光伏子电池(5);
·在所述第一光伏子电池(5)的基本整个表面上形成第二光伏子电池(9);
·选择性地移除所述第二光伏子电池(9)的一部分以限定其中不存在所述第二光伏子电池(9)的区域(13);
·在所述区域(13)的至少一部分中的所述第一光伏子电池(5)的表面上形成绝缘层(15);
·在所述绝缘层(15)的至少一部分上形成导电层(17),所述导电层(17)与所述第二光伏子电池(9)的表面电连接;
并且其中所述互连器(19)在所述区域(13)中连接至所述导电层(17)。
10.如权利要求8或9所述的方法,其中所述光伏电池(3)基本上位于同一平面中,并且其中所述互连器(19)是导电线或条带。
11.如权利要求8或9所述的方法,其中所述区域(13)位于所述光伏电池(3)的边缘附近,并且其中所述光伏电池(3)设置成瓦片构型,并且所述互连器(19)夹在一个光伏电池的所述区域(13)和相邻光伏电池(3)的一个面之间。
12.如权利要求8至11中任一项所述的方法,其中所述光伏模组(1)如权利要求1至7中任一项所述。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3764406A1 (en) * 2019-07-11 2021-01-13 Oxford Photovoltaics Limited Multi-junction photovoltaic device
DE102021123652A1 (de) 2021-09-13 2023-03-16 Meyer Burger (Germany) Gmbh Tandem-Solarzelle

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4617420A (en) * 1985-06-28 1986-10-14 The Standard Oil Company Flexible, interconnected array of amorphous semiconductor photovoltaic cells
WO1999062125A1 (en) * 1998-05-28 1999-12-02 Tecstar Power Systems, Inc. Solar cell having an integral monolithically grown bypass diode
DE19921545A1 (de) * 1999-05-11 2000-11-23 Angew Solarenergie Ase Gmbh Solarzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen
US20120145231A1 (en) * 2010-12-13 2012-06-14 Woods Lawrence M Apparatus and Method for Hybrid Photovoltaic Device Having Multiple, Stacked, Heterogeneous, Semiconductor Junctions
CN103503157A (zh) * 2011-04-26 2014-01-08 松下电器产业株式会社 太阳能电池单元、接合结构体、及太阳能电池单元的制造方法
US20150236182A1 (en) * 2011-11-20 2015-08-20 Solexel, Inc. Smart photovoltaic cells and modules
US20160322527A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Lg Electronics Inc. Solar cell and solar cell panel including the same
EP3159939A1 (en) * 2015-10-19 2017-04-26 SolAero Technologies Corp. Multijunction solar cell assemblies for space applications
CN108541345A (zh) * 2016-01-13 2018-09-14 奥塔装置公司 用于互连太阳能电池的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7960644B2 (en) * 2007-11-09 2011-06-14 Sunpreme, Ltd. Low-cost multi-junction solar cells and methods for their production
US9780253B2 (en) * 2014-05-27 2017-10-03 Sunpower Corporation Shingled solar cell module
EP3358637A4 (en) * 2015-09-30 2019-06-19 Kaneka Corporation PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE WITH SEVERAL TRANSITIONS AND PHOTOELECTRIC CONVERSION MODULE

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4617420A (en) * 1985-06-28 1986-10-14 The Standard Oil Company Flexible, interconnected array of amorphous semiconductor photovoltaic cells
WO1999062125A1 (en) * 1998-05-28 1999-12-02 Tecstar Power Systems, Inc. Solar cell having an integral monolithically grown bypass diode
DE19921545A1 (de) * 1999-05-11 2000-11-23 Angew Solarenergie Ase Gmbh Solarzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen
US20120145231A1 (en) * 2010-12-13 2012-06-14 Woods Lawrence M Apparatus and Method for Hybrid Photovoltaic Device Having Multiple, Stacked, Heterogeneous, Semiconductor Junctions
CN103503157A (zh) * 2011-04-26 2014-01-08 松下电器产业株式会社 太阳能电池单元、接合结构体、及太阳能电池单元的制造方法
US20150236182A1 (en) * 2011-11-20 2015-08-20 Solexel, Inc. Smart photovoltaic cells and modules
US20160322527A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Lg Electronics Inc. Solar cell and solar cell panel including the same
EP3159939A1 (en) * 2015-10-19 2017-04-26 SolAero Technologies Corp. Multijunction solar cell assemblies for space applications
CN108541345A (zh) * 2016-01-13 2018-09-14 奥塔装置公司 用于互连太阳能电池的方法

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