DE112010001882T5 - Tandemphotovoltaikzelle und Verfahren, die eine dreifache Glassubstratkonfiguration verwenden - Google Patents

Tandemphotovoltaikzelle und Verfahren, die eine dreifache Glassubstratkonfiguration verwenden Download PDF

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Howard W.H. Lee
Chester A. Farris lll.
Robert Wieting
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Abstract

Ein Tandem-Photovoltaik-Zell-Bauteil umfasst eine untere Zelle, die zu einem im Wesentlichen unabhängigen Betrieb von einer oberen Zelle ausgelegt ist. Die untere Zelle besitzt ein unteres Glassubstratmaterial und eine untere Elektrodenschicht, die aus einem reflektierenden Material hergestellt ist und über dem Glasmaterial liegt, eine untere Absorberschicht, die über der unteren Elektrodenschicht liegt, eine untere Fensterschicht umfasst, die über der unteren Absorberschicht liegt, eine untere transparente leitfähige Oxidschicht, die über der unteren Fensterschicht liegt und ein optisches Kopplungsmaterial, das Ethylenvinylacetat umfasst, das über der unteren transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Die obere Zelle besitzt ein Zwischenglassubstratmaterial, eine erste obere transparente Leiterschicht, eine obere Absorberschicht p-Typ, eine obere Fensterschicht vom n-Typ, eine zweite obere transparente leitfähige Oxidschicht, die über der Fensterschicht vom n-Typ liegt, ein optisches Kopplungsmaterial, das Ethylenvinylacetat umfasst und ein oberes Glasmaterial, das über der oberen transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die Anmeldung beansprucht die Priorität
    • • der US-Patentanmeldung Nr. 12/723455, eingereicht am 12. Marz 2010 mit dem Titel „TANDEM PHOTOVOLTAIC CELL AND METHOD USING THREE GLASS SUBSTRATE CONFIGURATION” mit den Erfindern Chester A. Farris III, Howard W. H. Lee, and Robert Wieting; und
    • • der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/160515, eingereicht am 16. März 2009 mit dem Titel „TANDEM PHOTOVOLTAIC CELL AND METHOD USING THREE GLASS SUBSTRATE CONFIGURATION” mit den Erfindern Chester A. Farris III, Howard W. H. Lee, and Robert Wieting, gemeinsam übertragen.
  • Die Anmeldung Nr. 12/723,455 fügt durch Bezugnahme die Anmeldenummer Nr. 61/160,515 ein und beansprucht die Priorität derselben. Die Anmeldungen mit den Nummern 12/723,455 und 61/160,515 sind hierdurch durch Bezugnahme für alle Zwecke eingefügt.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Photovoltaikmaterialien und Herstellungsverfahren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung Mehrfachübergangs-Dünnfilm-Photovoltaikzellen mit hoher Effizienz. Lediglich beispielhaft weist das vorliegende Verfahren und die vorliegenden Materialien Absorbermaterialien auf, die aus Kupfer-Indium-Disulfid-Spezies, Kupfer-Zinn-Sulfid, Eisen-Disulfid oder andere für Mehrfach-Übergangs-Zellen.
  • Seit Anbeginn der Zeit hat sich die Menschheit bemüht, Wege zur Nutzbarmachung von Energie zu finden. Energie ist in verschiedenen Formen wie etwa als petrochemische, hydroelektrische, Atomkraft-, Wind-, Biomasse- oder als Solarenergie und oder in primitiveren Formen wie etwa als Holz- und Kohleenergie vorhanden. In dem vergangenen Jahrhundert hat sich die moderne Zivilisation auf die petrochemische Energie als eine wichtige Energiequelle verlassen. Die petrochemische Energie umfasst Gas und Öl, einschließlich leichter Formen wie Butan und Propan, die zur Heizung von Haushalten verwendet werden und als Brennstoff zum Kochen dienen. Öl umfasst Benzin, Diesel und Flugbenzin, die im Allgemeinen für Transportzwecke verwendet werden. Leider ist die Versorgung mit petrochemischem Treibstoff beschränkt und im Wesentlichen auf der Basis der auf dem Planeten Erde verfügbaren Menge festgelegt. Des Weiteren wird, da Ölprodukte in zunehmender Menge von immer mehr Leuten genutzt werden, diese Energiequelle schnell zu einer knappen Ressource werden, die schließlich im Laufe der Zeit erschöpft sein wird.
  • In jüngster Zeit sind umweltfreundliche und erneuerbare Energiequellen gewünscht worden. Hydroelektrische Energie ist ein Beispiel einer sauberen Energiequelle. Hydroelektrische Energie wird aus elektrischen Generatoren gewonnen, die durch eine Wasserströmung angetrieben werden, die durch Dämme wie etwa der Hoover-Damm in Nevada erzeugt werden. Die erzeugte elektrische Energie wird dazu verwendet, einen großen Teil der Stadt Los Angeles in Kalifornien mit Strom zu versorgen. Saubere und erneuerbare Energiequellen schließen auch Wind, Wellen, Biomasse und Ähnliches ein. So konvertieren Windmühlen Windenergie in praktischere Energieformen wie etwa Elektrizität. Andere Arten sauberer Energieformen umfassen die Solarenergie. Spezielle Details der Solarenergie finden sich im gesamten Stand der Technik und insbesondere untenstehend.
  • Im Allgemeinen wandelt die Solarenergietechnologie elektromagnetische Strahlung der Sonne in andere nützliche Energieformen um. Diese anderen Energieformen beinhalten thermische Energie und elektrische Leistung. Für Anwendungen mit elektrischer Leistung werden oft Solarzellen verwendet. Obwohl Solarenergie eine hinsichtlich der Umwelt saubere Energie ist und bis zu einem gewissen Grad erfolgreich ist, sind viele Beschränkungen zu lösen, bevor sie in der ganzen Welt weite Verbreitung findet. Beispielsweise verwendet eine Art von Solarzellen kristallines Material, das aus Gussblöcken eines Halbleitermaterials abgeleitet wird. Diese kristallinen Materialien können dazu verwendet werden, optoelektronische Bauteile herzustellen, die photovoltaische und Photodioden-Bauteile beinhalten, die elektromagnetische Strahlung in elektrische Leistung umwandeln. Kristalline Materialien jedoch sind oft teuer und schwierig im großen Maßstab herzustellen. Zusätzlich besitzen Bauteile aus derartigen kristallinen Materialien oft niedrige Energieumwandlungseffizienzen. Andere Arten von Solarzellen verwenden eine „Dünnfilm”-Technologie, um einen Dünnfilm auf photosensitivem Material zu bilden, der dazu verwendet wird, elektromagnetische Strahlung in elektrische Leistung umzuwandeln. Bei der Verwendung der Dünnfilmtechnologie zur Herstellung von Solarzellen bestehen ähnliche Beschränkungen. Dies bedeutet, dass die Effizienzen oft schlecht sind. Zusätzlich ist die Filmstabilität oft schlecht und kann nicht für lange Zeiträume in herkömmlichen Umgebungsbedingungen verwendet werden. Oft sind Dünnfilme schwierig miteinander mechanisch zu integrieren. Diese und andere Beschränkungen bei herkömmlichen Technologien findet man in der gesamten vorliegenden Beschreibung und insbesondere untenstehend.
  • Aus dem Obigen ist es ersichtlich, dass verbesserte Techniken zum Herstellen photovoltaischer Materialien und entsprechender Bauteile gewünscht sind.
  • KURZER ABRISS DER ERFINDUNG
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Struktur zum Bilden von Dünnfilm-Halbleitermaterialien für photovoltaische Anwendungen angegeben. Insbesondere gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung von Mehrfachübergangs-Dünnfilm-Photovoltaikzellen mit hoher Effizienz an. Lediglich beispielhaft beinhalten das vorliegende Verfahren und die Materialien Absorbermaterialien für Mehrfachübergangszeiten, die aus Kupfer-Indium-Disulfid-Spezies, Kupfer-Zinn-Sulfid, Eisen-Disulfid oder anderem hergestellt sind.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform gibt die vorliegende Erfindung ein Tandemphotovoltaikzellenbauteil an. Das Bauteil beinhaltet eine untere Zelle, die für einen im Wesentlichen von einer oberen Zelle unabhängigen Betrieb ausgelegt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die untere Zelle ein unteres Glassubstratmaterial und eine Photoelektrodenschicht, die aus einem reflektierenden Material hergestellt ist, das über dem Glasmaterial liegt. Die untere Zelle besitzt auch eine untere Absorberschicht, die über der unteren Elektrodenschicht liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Absorberschicht, die aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, eine erste Bandlückenenergie in einem Bereich von Eg = 0,7–1 eV, diese kann aber auch etwas größer wie etwa 1,05 eV und mehr sein. Die untere Zelle beinhaltet eine untere Fensterschicht, die über der unteren Absorberschicht liegt, eine untere transparente leitfähige Oxidschicht, die über der unteren Fensterschicht liegt und ein erstes optisches Kopplungsmaterial, das Ethylenvinylacetat umfasst, das über der unteren transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist bei dem Bauteil die obere Zelle mit der unteren Zelle gekoppelt. Die obere Zelle besitzt ein Zwischenglassubstratmaterial, das eine Dicke, eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche besitzt. Bei einer spezifischen Ausführungsform beträgt die Dicke ungefähr 1,1 mm und weniger.
  • Die untere Oberfläche liegt über dem optischen Kopplungsmaterial. Die obere Zelle besitzt auch eine erste obere transparente Leiterschicht, die über der oberen Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials liegt und eine obere Absorberschicht vom p-Typ, die über der ersten oberen transparenten Leiterschicht liegt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Leiterschicht vom p-Typ aus einem Halbleitermaterial hergestellt, das eine zweite Bandlückenenergie in einen Bereich von Eg = 1,5–1,9 eV besitzt. Die obere Zelle besitzt auch eine obere Fensterschicht vom n-Typ, die über der oberen Absorberschicht vom p-Typ liegt. Die obere Zelle besitzt eine zweite obere transparente leitfähige Oxidschicht, die über der oberen Fensterschicht vom n-Typ liegt. Die obere Zelle besitzt ein zweites optisches Kopplungsmaterial, das ein erstes Ethylenvinylacetat aufweist, das über der zweiten oberen transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Die obere Zelle besitzt ein oberes Glasmaterial, das über der oberen transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt und das zweite optische Kopplungsmaterial ist sandwichartig zwischen diesen angeordnet. Genauer liegt das obere Glasmaterial über dem zweiten optischen Kopplungsmaterial, was wiederum selbst über der oberen transparenten Elektrode liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Bauteil ein erstes Randdichtungsmaterial, das zwischen dem unteren Glassubstratmaterial und der unteren Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials vorgesehen ist. Beispielsweise kann das erste Randabdichtungsmaterial ein Produkt sein, das von Tru Seal Technologies, Inc. hergestellt ist, kann aber auch ein anderes Material sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Bauteil ein zweites Randabdichtungsmaterial, das zwischen dem oberen Glasmaterial und der oberen Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials vorgesehen ist. Wiederum beispielsweise kann das zweite Randabdichtungsmaterial ein Produkt sein, das von Tru Seal Technologies, Inc. hergestellt ist, kann aber auch ein anderes Material sein. Ein Beispiel eines derartigen Produkts wird DurasealTM genannt, was ein kostengünstiges System darstellt, das eine ausgezeichnete thermische Effizienz bietet und von Tru Seal Technologies, Inc. hergestellt ist.
  • Mittels der vorliegenden Erfindung können viele Vorteile erzielt werden. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise Ausgangsmaterialien verwenden, die marktüblich sind, um einen Dünnfilm aus einem einen Halbleiter aufweisenden Material zu bilden, das über einem geeigneten Substratelement liegt. Der Dünnfilm aus einem Material, das einen Halbleiter aufweist, kann ferner verarbeitet werden, um ein Halbleiterdünnfilmmaterial mit gewünschten Eigenschaften, wie etwa der Atom-Stöchiometrie, der Verunreinigungskonzentration, der Ladungsträgerkonzentration, des Dotierstoffs und andere zu bilden. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die obere Zelle unabhängig von der unteren Zelle ausgelegt und über eine Zwischenglasschicht miteinander gekoppelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform tritt die Konfiguration der oberen Zelle unter Verwendung einer bevorzugten Elektrodenschicht auf, die kombiniert oder variiert werden kann. Bei einer spezifischen Ausführungsform können die vorliegenden oberen und unteren Solarzellen unabhängig gefertigt werden und nachfolgend elektronisch unter Verwendung einer Technik konfiguriert werden, die in „Multi-Junction Solar-Module and Method for Current Matching Between a Plurality of First Photovoltaic Devices and Second”, beschrieben sind, wobei Lee, Howard W. H. and Farris, III, Chester A. Erfinder sind und die als vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 61/092,383, eingereicht am 27. August 2008, aufgeführt ist und gemeinsam übertragen ist und hierin unter Bezugnahme eingefügt ist. Zusätzlich verwendet das vorliegende Verfahren umweltfreundliche Materialien, die gemäß einer spezifischen Ausführungsform weniger giftig als vergleichbare andere Dünnfilm-Photovoltaikmaterialien sind. In Abhängigkeit von der Ausführungsform können ein oder mehrere Vorteile erzielt werden. Diese und andere Vorteile werden genauer im Verlauf der vorliegenden Beschreibung und insbesondere untenstehend beschrieben.
  • Lediglich beispielhaft beinhalten das vorliegende Verfahren und die Materialien Absorbermaterialien, die aus Kupfer-Indium-Disulfid-Spezies, Kupferzinn-Sulfid, Eisen-Disulfid oder anderen für Einzelübergangszellen oder Mehrfachübergangszellen hergestellt sind. Andere Materialien können gemäß einer spezifischen Ausführungsform ebenfalls verwendet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein vereinfachtes Diagramm einer Mehrfachübergangs-Photovoltaikzelle mit vier Anschlüssen, die drei Glasschichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
  • 2 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Querschnittsansichtsdiagramms einer Mehrfachübergangs-Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen selektiven Filterprozess gemäß einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 4 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine Tandemzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
  • 5 ist ein beispielhaftes Solarzellen-I-U-Kennliniendiagramm für sowohl eine obere Zelle als auch eine untere Zelle in einer Tandemzellstruktur mit 20 × 20 cm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Struktur zum Bilden von Dünnschicht-Halbleitermaterialien für Photovoltaikanwendungen angegeben. Insbesondere gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung von Mehrfachübergangs-Dünnfilm-Photovoltaikzellen mit hoher Effizienz an. Lediglich beispielhaft beinhaltet das vorliegende Verfahren und die Materialien Absorbermaterialien, die aus Kupfer-Indium-Disulfid-Spezies, Kupfer-Zinn-Sulfid, Eisen-Disulfid oder anderen für Mehrfachübergangszellen hergestellt sind.
  • 1 ist ein vereinfachtes Diagramm 100 einer Mehrfachübergangs-Photovoltaik-Zelle mit vier Anschlüssen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Diagramm ist lediglich eine Veranschaulichung und sollte den Geltungsbereich der Ansprüche hierin nicht unzulässig beschränken. Der Fachmann würde andere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen. Wie gezeigt gibt die vorliegende Erfindung ein Mehrfachübergangs-Photovoltaik-Zell-Bauteil 100 an. Das Bauteil beinhaltet eine untere Zelle 103 und eine obere Zelle 101, die betriebsfähig mit der unteren Zelle gekoppelt ist und mechanisch miteinander über ein Glassubstrat 125 gekoppelt sind, welches eine dünne Schicht aus Glas oder ein anderes geeignetes Material ist. Bei einer spezifischen Ausführungsform sind die Begriffe untere und obere nicht als beschränkend gedacht, sondern sollten durch die bloße Bedeutung durch einen Fachmann aufgefasst werden. Im Allgemeinen ist die obere Zelle näher an einer Quelle für elektromagnetische Strahlung als die untere Zelle, welche die elektromagnetische Strahlung nach dem Durchqueren der oberen Zelle empfängt. Zusätzlich wird jede der Zellen separat gefertigt und dann miteinander gekoppelt, was zu einer weiteren Erleichterung bei der Herstellung führt und ähnliches. Selbstverständlich gibt es hier andere Variationen, Modifikationen oder Alternativen.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die untere Zelle ein unteres Glassubstratmaterial 119, beispielsweise ein transparentes Glas, ein Kalknatronglas oder andere optische transparente Substrate oder andere Substrate, die nicht transparent sein können. Die untere Zelle beinhaltet auch eine untere Elektrodenschicht, die aus einem reflektierenden Material hergestellt ist, das über dem Glasmaterial liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann die untere Elektrodenschicht ein Aluminiummaterial, ein Goldmaterial, ein Silbermaterial, Molybdän, Kombinationen daraus oder ein anderes Material sein.
  • Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Die untere Zelle beinhaltet eine untere Absorberschicht, die über der unteren Elektrodenschicht liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die untere Absorberschicht aus einem Kupfer-Indium-Diselenid, oder einem Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid oder ähnlichem hergestellt. Wie gezeigt, sind die Absorber- und die Elektrodenschicht durch das Bezugszeichen 117 veranschaulicht. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die Absorberschicht aus einem ersten Halbleitermaterial mit einer ersten Bandlückenenergie in einem Bereich von Eg = 0,7–1 eV hergestellt, kann aber auch etwas größer als 1 eV oder anders sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die untere Zelle eine untere Fensterschicht, die über der unteren Absorberschicht liegt und eine untere transparente leitfähige Oxidschicht 115, die über der unteren Fensterschicht liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann die untere Fensterschicht ein Cadmiumsulfid oder ein anderes geeignetes Material sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die untere Fensterschicht ein Cadmiumsulfid vom n-Typ und die untere transparente leitfähige Oxidschicht ist ein Zinkoxid, kann aber auch anders sein. Selbstverständlich gibt es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt die untere Zelle ein erstes optisches Kopplungsmaterial, das über der unteren transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann das optische Kopplungsmaterial ein Ethylenvinylacetat sein, das im Allgemeinen EVA bezeichnet wird, ein Polyvinylacetat, das im Allgemeinen mit PVA bezeichnet wird, und andere. Das Kopplungsmaterial wird unter Verwendung einer geeigneten Dicke angebracht und bietet eine mechanische Unterstützung und ein optisches Koppeln zwischen der unteren transparenten leitfähigen Oxidschicht und der darüberliegenden Schicht, die detaillierter untenstehend beschrieben wird.
  • Selbstverständlich gibt es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die obere Zelle an die untere Zelle über ein Zwischenglassubstratmaterial gekoppelt. Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Zwischenglassubstratmaterial eine Dicke, eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke ungefähr 1,1 mm oder weniger. Die untere Oberfläche liegt über dem optischen Kopplungsmaterial. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann das Zwischenglassubstratmaterial ein eisenarmes Glas sein, das 1 mm oder weniger beträgt. Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt die obere Zelle eine erste obere transparente Leiterschicht, die über der oberen Oberfläche des Zwischenglasmaterials liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann die obere transparente Leiterschicht ein Zinkoxid, ZnO:Al (AZO) oder andere sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann der obere transparente Leiter eine transparente Leiterschicht vom Typ p+ sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die obere Zelle eine transparente Leiterschicht 109 vom Typ p+, die über der unteren transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die transparente Leiterschicht vom Typ p+ dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Strahlung in zumindest einem Wellenlängenbereich von ungefähr 700 bis ungefähr 630 nm durchlässt und elektromagnetische Strahlung innerhalb eines Wellenlängenbereichs von ungefähr 490 bis ungefähr 450 nm filtert. Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt die obere Zelle auch eine obere Absorberschicht vom p-Typ, die über der ersten oberen transparenten Leiterschicht liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Absorberschicht vom p-Typ aus einem zweiten Halbleitermaterial hergestellt, das durch eine zweite Bandlückenenergie in einem Bereich von Eg = 1,5–1,9 eV gekennzeichnet ist, kann aber auch anders sein. Die obere Zelle besitzt auch eine obere Fensterschicht vom n-Typ, die über der oberen Absorberschicht vom p-Typ liegt. Unter erneuter Bezugnahme auf 1 sind das Fenster und der Absorber durch das Bezugszeichen 107 veranschaulicht. Die obere Zelle besitzt auch eine zweite obere transparente leitfähige Oxidschicht 105, die über der oberen Fensterschicht vom n-Typ liegt und ein oberes Glasmaterial, das über der oberen transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die zweite obere transparente leitfähige Schicht ZnO:Al oder ein anderes geeignetes Material. Die obere Glasschicht ist ein weißes eisenarmes Wasserglas, das eine Dicke von ungefähr 2 mm oder mehr gemäß einer spezifischen Ausführungsform besitzt. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen oder Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Bauteil ein erstes Randdichtungsmaterial, das zwischen dem unteren Glassubstratmaterial und der oberen Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials vorgesehen ist. Beispielsweise kann das erste Randabdichtungsmaterial ein Produkt sein, das von Tru Seal Technologies, Inc. hergestellt ist, es kann aber auch ein anderes Material sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Bauteil ein zweites Randabdichtungsmaterial, das zwischen dem oberen Glasmaterial und der oberen Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials vorgesehen ist. Wiederum beispielhaft kann das zweite Randabdichtungsmaterial ein Produkt sein, das von Tru Seal Technologies, Inc. hergestellt ist, kann aber auch ein anderes Material sein. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die Mehrfachübergangs-Photovoltaikzelle vier Anschlüsse. Die vier Anschlüsse sind durch die Bezugszeichen 111, 113, 121 und 123 definiert. Alternativ kann die Mehrfachübergangs-Photovoltaikzelle auch drei Anschlüsse beinhalten, die eine gemeinsame Elektrode teilen, vorzugsweise nahe einem Schnittstellenbereich zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle. Bei anderen Ausführungsformen kann die Mehrfachübergangszelle unter anderem auch zwei Anschlüsse beinhalten, was von der Anwendung abhängt. Beispiele anderer Zellkonfigurationen sind in der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/988,414 angegeben, die am 11. November 2007 eingereicht wurde, gemeinsam übertragen wurde und hierdurch unter Bezugnahme eingefügt ist. Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben. Zusätzlich ist jede Zelle so konfiguriert, dass sie passende Ströme zur Verfügung stellt, die in „Multi-Junction Solar Module and Method for Current Matching Between a Plurality of First Photovoltaic Devices and Second” beschrieben sind, wobei Lee, Howard W. H. and Farris, III, Chester A. die Erfinder sind und die als vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 61/092,383 aufgeführt ist, 27. August 2008 am eingereicht wurde, gemeinsam übertragen und hierdurch unter Bezugnahme hierin eingefügt ist. Weitere Details der Zellen mit vier Anschlüssen kann man im Verlauf der vorliegenden Beschreibung und insbesondere untenstehend finden.
  • 2 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Querschnittansichtsdiagramms 200 einer Mehrschicht-Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Diagramm ist lediglich eine Veranschaulichung und sollte nicht unzulässig den Geltungsbereich der Ansprüche hierin beschränken. Der Fachmann würde andere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen. Wie gezeigt, sieht die vorliegende Erfindung ein Mehrfachübergangs-Photovoltaikzellbauteil 200 vor. Das Bauteil beinhaltet eine untere Zelle 230 und eine obere Zelle 220, die betriebsfähig mit der unteren Zelle gekoppelt ist und mechanisch unter Verwendung einer dünnen Glasschicht gekoppelt ist. Bei einer spezifischen Ausführungsform sind die Begriffe untere und obere nicht dazu gedacht zu beschränken, sondern sollen durch den Durchschnittsfachmann anhand der bloßen Bedeutung ausgelegt werden. Im Allgemeinen ist die obere Zelle näher an einer Quelle für elektromagnetische Strahlung als die untere Zelle, welche die elektromagnetische Strahlung nach dem Durchqueren durch die obere Zelle empfängt. Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die untere Zelle ein unteres Glassubstratmaterial 219, zum Beispiel ein transparentes Glas, ein Kalknatronglas oder ein anderes optisch transparentes Substrat oder ein anderes Substrat, das nicht transparent sein kann. Das Glasmaterial oder das Substrat können auch durch andere Materialien wie etwa ein Polymermaterial, ein Metallmaterial oder ein Halbleitermaterial oder Kombinationen daraus ersetzt werden. Zusätzlich kann das Substrat fest oder flexibel sein oder eine beliebige Form und/oder Art in Abhängigkeit von der Ausführungsform besitzen. Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die untere Zelle auch eine untere Elektrodenschicht 217, die aus einem reflektierenden Material hergestellt ist, das über dem Glasmaterial liegt. Das reflektierende Material kann ein einzelnes homogenes Material, ein Verbundwerkstoff oder eine Schichtstruktur gemäß einer spezifischen Ausführungsform vorgesehen sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die untere Elektrodenschicht aus einem Material hergestellt, das aus Aluminium, Silber, Gold, Molybdän, Kupfer, anderen Metallen und/oder leitfähigen dielektrischen Filmen oder anderem ausgewählt ist. Die untere reflektierende Schicht reflektiert elektromagnetische Strahlung, die durch eine oder mehrere Zellen hindurchgegangen ist, zurück zu der einen oder den mehreren Zellen, um Strom über die eine oder mehrere Zellen zu erzeugen.
  • Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Wie gezeigt beinhaltet die untere Zelle eine untere Absorberschicht 215, die über der oberen Elektrodenschicht liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die Absorberschicht aus einem Halbleitermaterial hergestellt, das eine Bandlückenenergie in einem Bereich von Eg = 0,7–1 eV besitzt, kann aber auch etwas größer als 1 eV oder anders sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die untere Absorberschicht aus einem Halbleitermaterial hergestellt, das aus Cu2SnS3, FeS2 und CuInSe2 ausgewählt ist. Die untere Absorberschicht umfasst eine Dicke, die von einem ersten bestimmten Wert zu einem zweiten bestimmten Wert reicht, kann aber auch anders sein. In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann der Photovoltaikabsorber der unteren Zelle unter Verwendung eines Kupfer-Indium-Gallium-Selenids (CIGS), das eine Zusammensetzung aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen ist oder unter Verwendung eines Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel-Selenids (CIGSS) gebildet sein. Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet das untere Absorbermaterial Kupfer-Indium-Selenid (CIS) und Kupfer-Gallium-Selenid mit einer chemischen Formel CuInxGa(1-x)Se2, wobei der Wert x von 1 (reines Kupfer-Indium-Selenid) bis circa 0 (reines Kupfer-Gallium-Selenid) variieren kann. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist das CIGS-Material durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die mit x von ungefähr 1,0 eV bis ungefähr 1,7 eV variiert, kann aber auch anders sein, obwohl die Bandlückenenergie vorzugsweise zwischen 0,7 bis ungefähr 1,1 eV liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform können die CIGS-Strukturen die in den US-Patenten Nr. 4,611,091 und 4,612,411 beschriebenen, die hierdurch unter Bezugnahme darauf eingefügt werden, sowie auch andere Strukturen beinhalten. Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die untere Zelle eine untere Fensterschicht, die über der unteren Absorberschicht liegt und eine untere transparente leitfähige Oxidschicht 215, die über der unteren Fensterschicht liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die untere Fensterschicht aus einem Material hergestellt, das aus Cadmiumsulfid, Cadmium-Zink-Sulfid oder anderen geeigneten Materialien ausgewählt ist. Bei anderen Ausführungsformen beinhaltet eine andere zusammengesetzte Halbleiterschicht vom n-Typ – ohne darauf beschränkt zu sein – Gruppe II-VI-Verbundhalbleiter vom n-Typ wie etwa Zink-Selenid, Cadmium-Selenid, es können aber auch andere sein. Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben. Die transparente Halbleiter-Oxidschicht ist Indium-Zinnoxid oder aus anderen geeigneten Materialien.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die untere Zelle ein erstes optisches Kopplungsmaterial, das über der transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann das optische Kopplungsmaterial ein Ethylenvinylacetat, im Allgemeinen EVA genannt, ein Polyvinylacetat, im Allgemeinen PVA genannt und andere sein. Selbstverständlich gibt es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die obere Zelle mit der unteren Zelle über ein Zwischenglassubstratmaterial 231 gekoppelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Zwischenglas mit der oberen Zelle selbständig und mit der unteren Zelle über das optische Kopplungsmaterial, wie etwa EVA oder ähnliches, gekoppelt. Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Zwischenglassubstratmaterial eine Dicke, eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke ungefähr 1,1 mm oder weniger. Die untere Oberfläche liegt über dem optischen Kopplungsmaterial. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann das Zwischenglassubstratmaterial ein eisenarmes Glas sein, das 1 mm oder weniger beträgt. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die obere Zelle eine transparente Leiterschicht, die eine transparente Leiterschicht 209 vom Typ p+ sein kann, die über dem Zwischenglassubstratmaterial liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform kann die transparente Leiterschicht unter anderem ITO, AZO oder TFO sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die transparente Leiterschicht so gebildet, dass sie über dem Zwischenglassubstrat liegt. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die transparente Leiterschicht vom Typ p+ dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Strahlung zumindest in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 700 bis ungefähr 630 nm hindurch durchgeht und elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 490 bis ungefähr 450 nm gefiltert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die transparente Leiterschicht vom Typ p+ ein ZnTe-Spezies, das ZnTe-Kristallmaterial oder polykristallines Material beinhaltet. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen ist die transparente Leiterschicht vom p+-Typ mit zumindest einem oder mehreren Spezies dotiert, die ausgewählt sind unter anderen aus Cu, Cr, Mg, O, Al oder N sowie Kombinationen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die transparente Leiterschicht vom Typ p+ dadurch gekennzeichnet, dass sie selektiv den Durchgang von rotem Licht ermöglicht und blaues Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von ungefähr 400 nm bis ungefähr 450 nm filtert. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist die transparente Leiterschicht vom Typ p+ dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bandlückenenergie in einem Bereich von Eg = 1,5–1,9 eV oder eine Bandlücke ähnlich der oberen Absorberschicht vom p-Typ aufweist. Selbstverständlich kann es hier andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt die obere Zelle eine obere Absorberschicht 207 vom p-Typ, die über der transparenten Leiterschicht vom Typ p+ liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die aus einem Halbleitermaterial hergestellte Absorberschicht vom p-Typ eine Bandlückenenergie in einem Bereich von Eg = 1,5–1,9 eV, es kann aber auch anders sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die obere Absorberschicht vom p-Typ ausgewählt aus CuInS2, Cu(In,Al)S2, Cu(In,Ga)S2 oder anderen geeigneten Materialien. Die Absorberschicht ist unter Verwendung geeigneter Techniken hergestellt, wie etwa solche, die in der US-Seriennummer 61/059,253, eingereicht am 5. Juni 2008, gemeinsam übertragen und hierdurch unter Bezugnahme hierin eingefügt, beschrieben sind. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Unter Bezugnahme auf 2 besitzt die obere Zelle auch eine obere Fensterschicht 205 vom n-Typ, die über der oberen Absorberschicht vom p-Typ liegt. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die Fensterschicht vom n-Typ ausgewählt aus Cadmium-Sulfid (CdS), einem Zink-Sulfid (ZnS), Zink-Selen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO), Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO) oder anderen und kann mit Verunreinigungen für die Leitfähigkeit dotiert sein, zum Beispiel vom Typ n+. Die obere Zelle besitzt auch eine obere transparente leitfähige Oxidschicht 203, die über der oberen Fensterschicht vom n-Typ gemäß einer spezifischen Ausführungsform liegt. Das transparente Oxid kann Indium-Zinnoxid und andere geeignete Materialien sein. Beispielsweise kann TCO aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus In2O3:Sn (ITO), ZnO:Al (AZO), SnO2:F (TFO) besteht und kann anders sein.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die obere Zelle auch ein Abdeckglas 201 oder ein oberes Glasmaterial, das über der oberen transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Das obere Glasmaterial bietet eine geeignete Unterstützung hinsichtlich eines mechanischen Stoßes und der Festigkeit. Das obere Glas kann ein transparentes Glas oder anderes sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform koppelt das zweite Kopplungsmaterial das Abdeckglas an die obere transparente leitfähige Schicht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kopplungsmaterial EVA, es können aber auch andere Materialien sein. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die Mehrfachübergangs-Photovoltaikzelle eine obere Zelle 220, die mit der unteren Zelle 230 in einer Konfiguration mit vier Anschlüssen gekoppelt ist. Alternativ, wie bereits erwähnt, kann die Mehrfachübergangs-Photovoltaikzelle auch drei Anschlüsse beinhalten, die eine gemeinsame Elektrode vorzugsweise in der Nähe eines Schnittstellenbereichs zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle teilen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Mehrfachübergangszelle unter anderem auch zwei Anschlüsse beinhalten, in Abhängigkeit von der Anwendung. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben. Weitere Details für die Zelle mit vier Anschlüssen befinden sich in der vorliegenden Beschreibung und insbesondere untenstehend.
  • 3 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen selektiven Filterprozess gemäß einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Diagramm ist lediglich eine Veranschaulichung und sollte nicht den Geltungsbereich der Ansprüche hierin unzulässig beschränken. Der Fachmann würde andere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen. Es ist ein Verfahren zum Verwenden einer Mehrfachübergangs-Photovoltaikzelle gezeigt, wie etwa eine solche, wie sie in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist. Bei einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Einstrahlen von Sonnenlicht durch eine obere Zelle, die betriebsfähig mit einer unteren Zelle gekoppelt ist. Wie gezeigt beinhaltet die Strahlung im Allgemeinen Wellenlängen entsprechend einem blauen Licht 301 und einem roten Licht 303 einschließlich geringfügiger oder anderer Variationen. Bei einer spezifischen Ausführungsform umfasst die obere Zelle eine transparente Leiterschicht vom p-Typ, die über einer unteren transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Die Leiterschicht vom Typ p+ ist auch mit einer Absorberschicht vom p-Typ gekoppelt und besitzt auch im Wesentlichen eine ähnliche Bandlücke wie die Absorberschicht, um effektiv die Absorberschicht zu verlängern. Wie gezeigt ermöglicht das Verfahren selektiv das Durchqueren der elektromagnetischen Strahlung des Sonnenlichts in zumindest einem Wellenlängenbereich von ungefähr 700 bis ungefähr 630 nm durch die transparente Leiterschicht vom Typ p+. Bei einer bevorzugten Ausführungsform filtert die Leiterschicht vom Typ p+ auch elektromagnetische Strahlung aus beziehungsweise blockiert diese in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 490 bis ungefähr 450 nm durch die transparente Leiterschicht vom Typ p+. In Abhängigkeit von der Ausführungsform beinhaltet das Verfahren auch andere Variationen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die vorliegende Mehrfachübergangszelle verbesserte Effizienzen. Beispielweise besitzt die vorliegende Mehrfachübergangszelle eine obere Zelle, die aus CuInS2 hergestellt ist, das eine Effizienz von ungefähr 12,5% und mehr oder 10% und mehr gemäß einer spezifischen Ausführungsform besitzt. Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt die Mehrfachübergangszelle eine Gesamteffizient von 15% oder mehr oder 18% oder mehr. Die Effizienz wird im Allgemeinen „Leistungseffizienz” genannt und als elektrische Ausgangsleistung/optische Eingangsleistung gemessen. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • 4 ist ein vereinfachtes Diagramm, das ein Tandemzellenbauteil 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Diagramm ist lediglich eine Veranschaulichung und sollte nicht im Geltungsbereich der Ansprüche hierin unzulässig beschränken. Der Durchschnittsfachmann würde andere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen. Wie gezeigt beinhaltet das Bauteil eine obere Zelle und eine untere Zelle gemäß einer spezifischen Ausführungsform. Das Bauteil beinhaltet drei Glasschichten, einschließlich einem Abdeckglas 405, einem Zwischenglas 408 und einem unteren Glassubstrat 404, die zusammen unter Verwendung von Kopplungsschichten zwischen dem Zwischenglas und der unteren Zelle sowie dem Abdeckglas und der oberen Zelle gemäß einer spezifischen Ausführungsform gekoppelt sind. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist jeder Zellrand unter Verwendung eines Randbandes oder ähnlichem abgedichtet.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Bauteil ein erstes Randabdichtungsmaterial 403, das zwischen dem unteren Glassubstratmaterial und der unteren Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials vorgesehen ist. Als Beispiel kann das erste Randabdichtungsmaterial ein Produkt sein, das durch True Seal Technologies, Inc. hergestellt ist, es kann aber auch ein anderes Material sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Bauteil ein zweites Randabdichtungsmaterial 401, das zwischen dem oberen Glasmaterial und der oberen Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials vorgesehen ist. Wiederum als Beispiel kann das zweite Randabdichtungsmaterial ein Produkt sein, dass durch True Seal Technologies, Inc. hergestellt ist, es kann aber auch ein anderes Material sein. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • 5 ist ein beispielhaftes Solarzellen-I-U-Kennliniendiagramm für sowohl eine obere Zelle als auch eine untere Zelle in einer Tandemzellstruktur mit 20 × 20 cm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Diagramm ist lediglich ein Beispiel, das nicht die Ansprüche hierin unzulässig beschränken soll. Der Fachmann würde andere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen. Bei diesem Beispiel ist die Kurve 510 eine I-U-Kennlinie, die von der oberen Zelle der Tandemstruktur abgeleitet ist, die einen Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnfilm-Photovoltaikabsorber beinhaltet. Die Stromdichte der oberen Zelle ist gegen eine Vorspannung aufgetragen. Die Kurve schneidet die y-Achse bei einem Kurzschlussstromwert von ungefähr 21,5 mA/cm2 und schneidet eine Nullstromlinie bei einer Vorspannung von ungefähr 0,8 Volt. Insbesondere beträgt die Dicke der Absorberschicht, die der oberen Zelle zugeordnet ist, ungefähr 1,5 um und die Energiebandlücke beträgt ungefähr 1,55 eV. Auf der Basis einer Standardformel kann eine Zellumwandlungseffizienz η wie folgt abgeschätzt werden:
    Figure 00230001
    wobei JSC die Kurzschlussstromdichte der Zelle, VOC die bei einem offenen Schaltkreis angelegte Vorspannung ist, FF der sogenannte Füllfaktor ist, der als das Verhältnis des Maximalleistungspunktes dividiert durch die Offenkreisspannung (VOC) und der Kurzschlussstromdichte (JSC) definiert ist. Der Füllfaktor für dieses Bauteil beträgt 0,67. Die Eingangslichtbestrahlungsstärke (Pin, in W/m2) unter Standardtestbedingungen [das heißt, STC, die eine Temperatur von 25°C und eine Bestrahlungsstärke von 1000 W/m2 bei einem Luftmassenspektrum von 1,5 (AM1.5) spezifiziert] und der Oberflächenbereich der Solarzelle (in m2). Somit kann eine Effizienz von 11,2% exakt für die obere Zelle abgeschätzt werden, die mit einem Verfahren gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
  • Wie in 5 gezeigt, ist die Kurve 520 eine I-U-Kennlinie der unteren Zelle der gleichen Tandemstruktur. Die untere Zelle umfasst einen Dünnfilm-Photovoltaikabsorber, der Kupfer-Indium-(Gallium)-Diselenid-Materialien mit einer Energiebandlücke von ungefähr 1.05 eV beinhaltet. Die untere Zelle ist unter die obere Zelle laminiert, mit einem Zwischenglassubstrat dazwischen. Während der Charakterisierungsmessung ist die untere Zelle so konfiguriert, dass sie lediglich das Licht empfängt, das durch die obere Zelle transmittiert wird, was im Wesentlichen ein rotes Band des Sonnenlichtspektrums ist. Die Kurve schneidet die y-Achse bei einem Kurzschlussstromwert von ungefähr 6,5 mA/cm2 und schneidet eine Nullstromlinie bei einer Vorspannung von ungefähr 0,45 V. Der Füllfaktor für dieses Bauteil beträgt 0,8. In ähnlicher Weise kann ein Effizienzwert für diese bestimmte untere Zelle in einer derartigen Tandemstruktur abgeleitet werden, der ungefähr 2,3% beträgt. Folglich besitzt die Tandemstrukturzelle eine effektive Leistungseffizienz von ungefähr 13,5%. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Obwohl das Obige gemäß spezifischer Ausführungsformen veranschaulicht wurde, kann es andere Modifikationen, Alternativen und Variationen geben. Es ist klar, dass die Beispiele und Ausführungsformen, die hierin beschrieben wurden, lediglich veranschaulichenden Zwecken dienen und dass verschiedene Modifikationen oder Veränderungen im Lichte derselben dem Fachmann naheliegen und innerhalb des Geistes und des Bereichs dieser Anmeldung und des Geltungsbereichs der angehängten Ansprüche fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 4612411 [0036]

Claims (19)

  1. Tandem-Photovoltaik-Zell-Bauteil, umfassend: eine untere Zelle, die zu einem im Wesentlichen unabhängigen Betrieb von einer oberen Zelle ausgefegt ist, wobei die untere Zelle umfasst: ein unteres Glassubstratmaterial; eine untere Elektrodenschicht, die aus einem reflektierenden Material hergestellt ist und über dem Glasmaterial liegt; eine untere Absorberschicht, die über der unteren Elektronenschicht liegt, wobei die Absorberschicht aus einem ersten Halbleitermaterial hergestellt ist, das eine erste Bandlückenenergien (Eg) in einem Bereich von 0,7 bis 1,1 eV besitzt; eine untere Fensterschicht, die über der unteren Absorberschicht liegt; eine untere transparente leitfähige Oxidschicht, die über der unteren Fensterschicht liegt; ein erstes optisches Kopplungsmaterial, das ein erstes Ethylenvinylacetat umfasst, das über der unteren transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt; wobei die obere Zelle mit der unteren Zelle gekoppelt ist, wobei die obere Zelle umfasst: ein Zwischenglassubstratmaterial, wobei das Zwischenglassubstratmaterial eine Dicke, eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, wobei die Dicke ungefähr 1,1 mm und weniger beträgt, wobei die untere Oberfläche über dem optischen Kopplungsmaterial liegt; eine erste obere transparente Leiterschicht, die über der oberen Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials liegt; eine obere Absorberschicht vom p-Typ, die über der ersten oberen transparenten Leiterschicht liegt, wobei die Leiterschicht vom p-Typ aus einem zweiten Halbleitermaterial hergestellt ist, das eine zweite Bandlückenenergie (Eg) in einem Bereich von 1,5 bis 1,9 eV aufweist; eine obere Fensterschicht vom n-Typ, die über der oberen Absorberschicht vom p-Typ liegt; eine zweite obere transparente leitfähige Oxidschicht, die über der oberen Fensterschicht vom n-Typ liegt; ein zweites optisches Kopplungsmaterial, das ein erstes Ethylenvinylacetat umfasst, das über der zweiten oberen transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt; und ein oberes Glasmaterial, das über der der oberen transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt; ein erstes Randabdichtungsmaterial, das zwischen dem unteren Glassubstratmaterial und der unteren Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials vorgesehen ist; und ein zweites Randabdichtungsmaterial, das zwischen dem oberen Glasmaterial und der oberen Oberfläche des Zwischenglassubstratmaterials vorgesehen ist.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die untere Absorberschicht aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, das aus Cu2SnS3, FeS2, CuInGaSe2 oder CuInSe2 ausgewählt ist.
  3. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die untere Absorberschicht eine Dicke aufweist, die von einem ersten vorbestimmten Wert bis zu einem zweiten vorbestimmten Wert reicht.
  4. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die untere Elektrodenschicht, die untere transparente Leiterschicht, die erste obere transparente Leiterschicht und die zweite obere transparente leitfähige Oxidschicht die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode beziehungsweise die vierte Elektrode sind,
  5. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die untere Zelle so konfiguriert ist, dass die elektromagnetische Strahlung in einem roten Wellenlängenbereich absorbiert.
  6. Bauteil nach Anspruch 1, wobei das untere Glassubstratmaterial aus einem Floatglas oder einem Kalknatronglas ausgewählt ist.
  7. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die untere Elektrodenschicht aus einem Material hergestellt ist, das aus Aluminium, Silber, Gold oder Molybdän ausgewählt ist.
  8. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die untere Fensterschicht aus einem Material hergestellt ist, das aus einem Material vom n-Typ ausgewählt ist.
  9. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die untere transparente leitfähige Oxidschicht aus einem transparenten Indiumoxid oder einem Zinkoxid ausgewählt ist.
  10. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die erste obere transparente Leiterschicht eine transparente Leiterschicht vom Typ p+ umfasst, ausgewählt aus einer Spezies mit Zink oder ZnO:Al (AZO).
  11. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die erste obere transparente Leiterschicht eine transparente Leiterschicht vom Typ p+ umfasst, die eine ZnTe-Spezies oder ZnO:Al (AZO) umfasst.
  12. Bauteil nach Anspruch 11, wobei die erste obere transparente Leiterschicht eine transparente Leiterschicht vom Typ p+ umfasst, die mit zumindest einer oder mehreren Spezies dotiert ist, die aus Cu, Cr, Mg, O, Al oder N ausgewählt sind.
  13. Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Zwischenglasmaterial ein eisenarmes Glas umfasst.
  14. Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Zwischenglasmaterial eine Dicke von 1 mm und weniger umfasst.
  15. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die obere Absorberschicht vom p-Typ aus CuInS2, Cu(In,Al)S2 oder Cu(In,Ga)S2 ausgewählt ist.
  16. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die obere Fensterschicht vom n-Typ aus Kadmiumsulfid (CdS), einem Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO) ausgewählt ist.
  17. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die zweite obere transparente leitfähige Oxidschicht aus In2O3:Sn (ITO), ZnO:Al (AZO), ZnO:B oder SnO2:F (TFO) ausgewählt ist.
  18. Bauteil nach Anspruch 1, wobei das obere Glasmaterial ein weißes eisenarmes Wasserglas umfasst, das eine Dicke von 2 mm und mehr besitzt.
  19. Bauteil nach Anspruch 1, wobei das erste Randabdichtungsmaterial ein erstes Randband und das zweite Randabdichtungsmaterial ein zweites Randband umfasst.
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