DE202008017616U1 - Photovoltaische Vorrichtung mit einem Behälter, der einen Volumenausgleich aufweist - Google Patents

Photovoltaische Vorrichtung mit einem Behälter, der einen Volumenausgleich aufweist Download PDF

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Abstract

Photovoltaische Vorrichtung, umfassend:
a) ein äußeres transparentes Gehäuse;
b) ein Substrat, wobei das Substrat und das äußere transparente Gehäuse ein Innenvolumen definieren;
c) mindestens eine auf dem Substrat angeordnete Solarzelle;
d) eine Füllmittelschicht, die eine Füllmittelzusammensetzung umfasst, die die mindestens eine Solarzelle innerhalb des Innenvolumens abdichtet; und
e) einen ersten Behälter innerhalb des Innenvolumens; wobei der erste Behälter konfiguriert ist: das Behältervolumen zu vermindern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch ausdehnt, und das Behältervolumen zu vergrößern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch kontrahiert.

Description

  • Querverweise auf eine verwandte Anmeldung
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 60/926,901, eingereicht am 30. April 2007, die hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird. Diese Anmeldung beansprucht auch die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 11/998,780, eingereicht am 30. November 2007, die hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • Hintergrund
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer herkömmlichen photovoltaischen Vorrichtung. Eine photovoltaische Vorrichtung 10 kann typischerweise eine oder mehrere Solarzellen 12 aufweisen, die in ihr angeordnet sind. Eine Solarzelle wird herkömmlich hergestellt, indem ein Halbleiterübergang zwischen einer Schicht aus leitfähigem Material 104 und einer Schicht aus einem transparenten leitfähigen Material 110 angeordnet wird. Licht trifft auf die Solarzellen 12 eines photovoltaischen Moduls 10 und geht durch die transparente leitfähige Materialschicht 110. Obwohl andere Gestaltungen möglich sind, weist ein typischer Halbleiterübergang eine Absorberschicht 106 und eine Fensterschicht 108 auf. Innerhalb des Halbleiterübergangs Wechselwirken die Photonen mit dem Material, um Elektronen-Loch-Paare zu erzeugen. Der Halbleiterübergang ist typischerweise dotiert, was ein elektrisches Feld erzeugt, das von der Übergangsschicht ausgeht. Wenn folglich die Löcher und/oder Elektronen durch das Sonnenlicht im Halbleiterübergang erzeugt werden, werden sie abhängig von der Polarität des Felds entweder zur transparenten leitfähigen Materialschicht 110 oder der Schicht aus leitfähigem Material 104 wandern. Diese Wanderung erzeugt innerhalb der Solarzelle 12 Strom, der aus der Zelle zur Speicherung und/oder gleichzeitigen Verwendung herausgeleitet wird.
  • Es wird ein leitfähiger Knoten der Solarzelle 12 gezeigt, der mit einem gegenüberliegenden Knoten einer anderen Solarzelle 12 elektrisch gekoppelt ist. Auf diese Weise kann der in einer Solarzelle erzeugte Strom zu einer anderen übertragen werden, wo er schließlich gesammelt wird. Die gegenwärtig dargestellte Vorrichtung in 1 wird so gezeigt, dass die Solarzellen in Reihe gekoppelt sind, wodurch folglich eine Vorrichtung mit höherer Spannung erzeugt wird. Auf eine andere Weise, die nicht gezeigt wird, können die Solarzellen parallel gekoppelt werden, wodurch vielmehr der resultierende Strom als die Spannung erhöht wird.
  • Wie ferner in 1 dargestellt, wird das leitfähige Material 104 durch ein Substrat gehalten. Ferner kann eine Antireflexbeschichtung 112 auf dem transparenten leitfähigen Material 110 angeordnet sein. Solarzellen 12 werden von der Umgebung durch das Substrat 102 und die transparente Platte 60 abgedichtet. Typischerweise gibt es eine Füllmittelschicht 5 zwischen den aktiven Schichten der Solarzelle und der transparenten Platte 60. In einigen Solarzellen gibt es eine Füllmittelschicht zwischen dem leitfähigen Material 104 und dem Substrat 102. Typischerweise besteht diese Füllmittelschicht aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA). Das EVA wird als eine dünne Platte aufgebracht und dann erwärmt, so dass es schmilzt und vernetzt. Auf diese Weise wird eine Zwischenschicht zwischen der Vorrichtung (Schichten 104 durch 112) und den äußeren Schichten 60 und 102 gebildet. Das ausgehärtete EVA ist in seiner Beschaffenheit fest und weist einen sehr niedrigen volumetrischen Ausdehnungskoeffizienten relativ zur Temperatur auf. Folglich ist das EVA in der Umgebung sehr tolerant. Jedoch ist das EVA schwer als irgendetwas anderes als planare dünne Platten aufzubringen. Folglich ist für Anordnungen, die in ihrer Beschaffenheit nicht planar sind, die Anwendung des EVA problematisch. Da ferner die überwiegende Mehrheit der Solarzellen als planare Zellen einge setzt wird, gibt es wirklich keine besondere Notwendigkeit, die Architektur der Außenschicht-EVA-Vorrichtung zu verändern.
  • Angesichts des obigen Hintergrunds sind das, was in der Technik benötigt wird, verbesserte Füllmittelschichten für photovoltaische Vorrichtungen, die selbst in dem Fall leicht aufgebaut werden können, wo die photovoltaische Vorrichtung auf einem nicht planaren Substrat beruht. Ferner sind das, was in der Technik benötigt wird, photovoltaische Vorrichtungen, die solche verbesserten Füllmittelschichten einbeziehen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung eingebunden sind und einen Teil von ihr bilden, stellen eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar und dienen zusammen mit der detaillierten Beschreibung dazu, die Prinzipien und Ausführungen der Offenbarung zu erläutern.
  • 1 stellt zusammengeschaltete Solarzellen gemäß des Stands der Technik dar.
  • 2 ist eine Querschnittsdarstellung der Schichten, die in einer nicht planaren photovoltaischen Vorrichtung mit einem Diaphragma zu finden sind.
  • 3A stellt eine perspektivische Teilansicht einer nicht planaren photovoltaischen Vorrichtung mit einem Diaphragma dar.
  • 3B stellt eine perspektivische Teilansicht der nicht planaren photovoltaischen Vorrichtung der 3A mit einem Ausschnitt dar, um das Diaphragma weiter darzustellen.
  • 3C stellt eine perspektivische Teilansicht der nicht planaren photovoltaischen Vorrichtung der 3A als Ganzes dar, wobei jedoch der hohle innere Substratkern und das Diaphragma entfernt sind.
  • 3D stellt eine perspektivische Teilansicht der nicht planaren photovoltaischen Vorrichtung der 3C dar, in der sich das Diaphragma in den hohlen inneren Substratkern ausgedehnt hat.
  • 4A stellt eine planare photovoltaische Vorrichtung mit einem Volumenausgleichsbehälter dar.
  • 4B stellt eine nicht planare photovoltaische Vorrichtung mit mehreren Volumenausgleichsbehältern dar.
  • 5A stellt eine perspektivische Ansicht eines flexiblen abgedichteten Behälters zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung dar.
  • 5B stellt eine perspektivische Ansicht eines gefederten Behältertyps zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung dar.
  • 5C stellt eine perspektivische Ansicht eines doppelt gefederten Behältertyps zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung dar.
  • 5D stellt eine perspektivische Ansicht eines zusammenfaltbaren Ballonbehältertyps zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung dar.
  • 5E stellt eine perspektivische Ansicht eines sternförmigen Behältertyps zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung dar.
  • 5F–5G stellen eine Querschnittsansicht eines sternförmigen Behältertyps zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung dar.
  • 6A–6D stellen Halbleiterübergänge dar, die in verschiedenen nicht planaren Solarzellen verwendet werden. Gleiche Bezugsziffern verweisen über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg auf entsprechende Teile. Abmessungen sind nicht maßstabsgerecht.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Diese Anmeldung ist auf verbesserte Füllmittelschichten für photovoltaische Vorrichtungen gerichtet, die selbst in dem Fall leicht zusammengesetzt werden können, wo die photovoltaische Vorrichtung auf einem nicht planaren Substrat beruht. Ferner ist die Anmeldung auf photovoltaische Vorrichtungen gerichtet, die solche verbesserten Füllmittelschichten einbeziehen. Es werden Konstruktionsverfahren einer photovoltaischen Vorrichtung bereitgestellt. Insbesondere werden Verfahren zum Konstruieren von photovoltaischen Vorrichtungen bereitgestellt, die Schichten aus Material mit wesentlich anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten standhalten können.
  • Im Interesse der Klarheit werden nicht alle der üblichen Merkmale der hierin beschriebenen Ausführungen gezeigt und beschrieben. Es wird natürlich erkannt werden, dass in der Entwicklung irgendeiner solchen tatsächlichen Ausführung zahlreiche ausführungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie eine Einhaltung von anwendungsbezogenen und wirtschaftlichen Einschränkungen, und dass diese spezifischen Ziele von einer Ausführung zu einer anderen und von einem Entwickler zu einem anderen variieren werden. Außerdem wird erkannt werden, dass eine solche Entwicklungsbemühung komplex und zeitaufwendig sein könnte, jedoch nichtsdestoweniger ein Routineunternehmen zum Konstruieren für übliche Fachleute wäre, die den Nutzen dieser Offenbarung haben.
  • Bezugnehmend auf die 2 und 4A, die in dieser Beschreibung verwendet werden, ist eine photovoltaische Vorrichtung 10 eine Vorrichtung, die Lichtenergie in elektrische Energie umwandelt und mindestens eine Solarzelle 12 enthält. Eine photovoltaische Vorrichtung 10 kann als eine integrale Anordnung einer oder mehrerer Solarzellen 12 beschrieben werden. In einigen Fällen sind mehrere Solarzellen 12 in einer länglichen Struktur elektrisch miteinander gekoppelt, um die photovoltaische Vorrichtung zu bilden. Beispiele solcher photovoltaischen Architekturen werden im US-Patent Nr. 7,235,736 gefunden, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird. Zum Beispiel kann jede Solarzelle 12 in einer länglichen photovoltaischen Vorrichtung 10 einen Abschnitt eines darunterliegenden Substrats 102 belegen, das der gesamten photovoltaischen Vorrichtung 10 gemeinsam ist, und die Solarzellen 12 können monolithisch miteinander integriert sein, so dass sie entweder in Reihe oder parallel miteinander elektrisch gekoppelt sind. Alternativ kann die längliche photovoltaische Vorrichtung 10 eine einzelne Solarzelle 12 aufweisen, die auf einem Substrat angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen weist eine photovoltaische Vorrichtung 10 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr, 20 oder mehr, oder 100 oder mehr solche Solarzellen 12 auf, die auf einem gemeinsamen Substrat 102 integriert sind. Im allgemeinen besteht eine photovoltaische Vorrichtung 10 aus einem Substrat 102 und einem Material, das betriebsfähig ist, Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln, das auf dem Substrat angeordnet ist. In bestimmten nicht planaren Ausführungsformen kann ein solches Material das darunterliegende Substrat umfänglich überziehen. In einigen Ausführungsformen bildet ein solches Material die eine oder die mehreren auf dem Substrat angeordneten Solarzellen 12. Das Material weist typischerweise mehrere Schichten wie ein leitfähiges Material, einen Halbleiterübergang und ein transparentes leitfähiges Material auf.
  • 1.1 Volumenausgleich
  • Die vorliegende Offenbarung schließt sowohl planare photovoltaische Vorrichtungen 10, wie in 4 dargestellt, als auch photovoltaische Vorrichtungen 10 ein, die nicht planar sind, wie im Querschnitt in 2 dargestellt. In der photovoltaischen Vorrichtung 10 der 2 bedeckt ein transparentes Gehäuse 310 die darunterliegenden aktiven Schichten umfänglich. In einigen Fällen ist die photovoltaische Vorrichtung 10, die nicht planar ist, zylindrisch oder röhrenförmig, wie in 2 dargestellt. Wie er hierin verwendet wird, bedeutet der Ausdruck „zylindrisch” Gegenstände mit einer zylindrischen oder annährend zylindrischen Form. Tatsächlich können zylindrische Gegenstände unregelmäßige Formen aufweisen, so lange wie der Gegenstand, als ganzes genommen, annähernd zylindrisch ist. Solche zylindrische Formen können massiv (z. B. ein Stab) oder ausgehöhlt (z. B. eine Röhre) sein. Wie er hierin verwendet wird, bedeutet der Ausdruck „röhrenförmig” Gegenstände mit einer röhrenförmigen oder annährend röhrenförmigen Form. Tatsächlich können röhrenförmige Gegenstände unregelmäßige Formen aufweisen, so lange wie der Gegenstand, als ganzes genommen, annähernd röhrenförmig ist.
  • 2 stellt die Querschnittsansicht einer exemplarischen Ausführungsform einer photovoltaischen Vorrichtung 10 dar, die nicht planar ist. Die photovoltaische Vorrichtung 10 weist ein Substrat 102 auf. In den nicht planaren Ausführungsformen, die durch 2 beispielhaft erläutert werden, weist das Substrat 102 einen hohlen Kern auf, der einen Behälter 25 definiert. Der Behälter 25 wird zum Beispiel in den 3C, 3D, 4A und 4B dargestellt. In einigen Ausführungsformen dichtet ein flexibles Diaphragma 50 ein Ende des hohlen Kerns des Substrats 102 ab, während das andere Ende des hohlen Kerns mit einer Kappe bedeckt ist. In solchen Ausführungsformen wird der Behälter 25 durch den hohlen Kern des Substrats 102, das flexible Diaphragma 50 an einem Ende des hohlen Kerns und die Kappe am anderen Ende des hohlen Kerns definiert. In einigen Ausführungsformen wird ein flexibles Diaphragma 50 an jedem Ende des hohlen Kerns des Substrats 102 verwendet, um den inneren Kern abzudichten. In solchen Ausführungsformen wird der Behälter 25 durch den hohlen Kern des Substrats 102, das erste flexible Diaphragma 50 an einem Ende des hohlen Kerns und das zweite flexible Diaphragma 50 am anderen Ende des hohlen Kerns definiert. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 25 einen geringen oder keinen Luftdruck auf. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 25 unter einem vollständigen Vakuum. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 25 unter weniger als 20 Torr, weniger als 40 Torr, weniger als 100 Torr oder weniger als 500 Torr Druck. In einigen Ausführungsformen ist der Behälter mit einem Edelgas wie Helium, Neon oder Argon gefüllt.
  • Die photovoltaische Vorrichtung 10, die nicht planar ist, kann durch einen Querschnitt gekennzeichnet werden, der durch irgendeine einer Anzahl von anderen Formen als die kreisförmige Form begrenzt ist, die in 2 dargestellt wird. Die Begrenzungsform kann irgendeine einer kreisförmigen, eiförmigen oder irgendeine Form sein, die durch eine oder mehrere glatte gekrümmte Oberflächen gekennzeichnet ist, oder irgendeine Verbindung von glatten gekrümmten Oberflächen. Die Begrenzungsform kann in ihrer Beschaffenheit auch linear sein, einschließlich dreieckig, rechteckig, fünfeckig, sechseckig, oder irgendeine Anzahl linear segmentierter Oberflächen aufweisen. Oder der Querschnitt kann durch irgendeine Kombination linearer Oberflächen, bogenförmiger Oberflächen oder gekrümmter Oberflächen begrenzt sein. Wie er hierin beschrieben wird, wird nur zur Einfachheit der Erläuterung ein kugelflächiger kreisförmiger Querschnitt dargestellt, um nicht planare Ausführungsformen der photovoltaischen Vorrichtung 10 zu repräsentieren. Jedoch sollte es beachtet werden, dass irgendeine Querschnittsgeometrie in einer photovoltaischen Vorrichtung 10 verwendet werden kann, die in der Praxis nicht planar ist.
  • Bezugnehmend auf 2 überzieht eine Schicht eines leitfähigen Materials 104, die häufig als die Rückelektrode bezeichnet wird, die Gesamtheit oder einen Abschnitt des Substrats 102. Ein Halbleiterübergang überzieht die Gesamtheit oder einen Abschnitt des leitfähigen Materials 104. Obwohl andere Gestaltungen möglich sind, weist ein typischer Halbleiterübergang eine Absorberschicht 106 und eine Fensterschicht 108 auf. Optional gibt es eine (nicht gezeigte) intrinsische Schicht (i-Schicht), die die Gesamtheit oder einen Abschnitt des Halbleiterübergangs überzieht. Eine Schicht eines transparenten leitfähigen Materials 110 überzieht die Gesamtheit oder einen Abschnitt des Halbleiterübergangs und/oder die i-Schicht. Das leitfähige Material 104, der Halbleiterübergang 106/108 und das transparente leitfähige Material 110, mit oder ohne die intrinsische Schicht, bilden zusammen eine Solarzelle 12, die auf dem Substrat 102 angeordnet ist. Eine Füllmittelschicht 330, die ein Dichtmittel aufweist, überzieht die Solarzelle 12 und dichtet die Solarzelle 12 innerhalb des Innenvolumens ab, das durch das Substrat 102 und das transparente Gehäuse 310 definiert ist.
  • Vorteilhafterweise setzen die gegenwärtigen Solarzellenvorrichtungen 10 ein Gel, Harz, Nicht-Festkörper oder auf andere Weise hoch viskose Masse für die Füllmittelzusammensetzung der Füllmittelschicht 330 ein. Das Material wird der Anordnung als eine Flüssigkeit hinzugefügt, und zum Gel oder anderen viskosen nicht festen Zustand aushärten gelassen. Jedoch weist in diesem Ansatz das gebildete Material einen sehr viel höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als herkömmliche Materialien wie Ethylen-Vinyl-Acetat auf. Folglich kann man während einer typischen Temperatur-Zeit-Folge wesentliche Volumenänderungen in der Füllmittelschicht 330 relativ zur Verwendung eines herkömmlichen Materials für die Füllmittelzusammensetzung der Füllmittelschicht 330 wie Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) erwarten. Zum Beispiel weist EVA einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 160 und 200 × 10–6/°C auf, während Kalknatronglas einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 8,6 × 10–6/°C aufweist. Im Gegensatz dazu weisen Gele, Harze, Nicht-Festkörper oder auf andere Weise hoch viskose Massen, die für die Füllmittelzusammensetzung der Füllmittelschicht 330 in der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der größer als 200 × 10–6/°C ist. Zum Beispiel weist ein Material, das für die Füllmittelzusammensetzung der Füllmittelschicht 330 in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, Polydimethylsiloxan (PDMS), einen volumetrischen Temperaturkoeffizienten von etwa 960 × 10–6/°C auf. Folglich weist in einigen Ausführungsformen die Füllmittelschicht 330 in der vorliegenden Offenbarung einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 250 × 10 –6/°C, mehr als 300 × 10–6/°C, mehr als 400 × 10–6/°C, mehr als 500 × 10–6/°C, mehr als 1000 × 10–6/°C, mehr als 2000 × 10–6/°C, mehr als 5000 × 10–6/°C, oder zwischen 250 × 10–6/°C und 10000 × 10–6/°C auf. In einer besonderen Ausführungsform wird Dow Corning 200 fluid, das aus linearen Polydimethylsiloxanpolymeren besteht und einen volumetrischen Ausdehnungskoeffizient von 960 × 10–5/°C aufweist, für die Füllmittelschicht 300 verwendet.
  • Vorteilhafterweise ist ein Volumenausgleich der Füllmittelschicht 330 vorgesehen. Im Fall der photovoltaischen Vorrichtung 10, die nicht planar ist, dichtet ein Diaphragma 50 mindestens ein Ende des ausgehöhlten Substrats 102 ab, wie im Querschnitt in 2 und der perspektivischen Teilansicht in den 3A–3D dargestellt, wodurch ein Behälter 25 (2 und 3C und 3D) mit einem Behältervolumen gebildet wird. 3B stellt eine perspektivische Teilansicht der photovoltaischen Vorrichtung, die nicht planar ist, der 3A mit einem Ausschnitt 70 dar, um das Diaphragma 50 weiter darzustellen. 3C stellt eine perspektivische Teilansicht der photovoltaischen Vorrichtung, die nicht planar ist, der 3A mit allem dar, außer dass der hohle innere Substratkern 102 und das Diaphragma 50 entfernt sind, so dass die Details des Diaphragmas 50 und des Behälters 25 leichter sichtbar sind.
  • Das Diaphragma 50 wird am Ende der inneren Röhre befestigt, bevor das flüssige Laminat, das die Schicht 330 bildet, in die Anordnung eingeleitet wird. Das ringförmige Volumen zwischen dem transparenten Gehäuse 310 und der aktiven Vorrichtung, die das Substrat 102 überzieht, ist im wesentlichen mit der Masse gefüllt, wodurch die „Schicht” 330 gebildet wird, die dann zu einem höher viskosen Zustand aushärten kann.
  • Während eines Erwärmungszyklus dehnt sich die Füllmittelzusammensetzung aus, die die Füllmittelschicht 330 bildet. Jedoch wird die Ausdehnungskraft durch das Diaphragma 50 aufgehoben, die infolge der Kraft nach innen in den Behälter 25 gedrückt wird, wie in 3D dargestellt. Der Widerstand des Diaphragmas 50 ist kleiner als der Widerstand der (nicht gezeigten) äu ßeren Endkappe der photovoltaischen Vorrichtung 10 oder der Seitenwände entweder des Substrats 102 oder des transparenten Gehäuses 300. Folglich ist die durch das sich ausdehnende Volumen erzeugte Kraft auf das Diaphragma 50 gerichtet. Wenn es abkühlt, sinkt der Druck, und das Diaphragma 50 kehrt in die Niederdruckposition zurück, die in den 3A durch 3C dargestellt wird. Folglich stellt 3 dar, wie ein Behälter 25 innerhalb eines Innenvolumens, das durch das Substrat 102 und das äußere transparente Gehäuse 310 definiert ist, ausgebildet ist. Insbesondere befindet sich in 3 der Behälter innerhalb des ausgehöhlten Abschnitts des Substrats 102. Der Behälter 25 wird durch mindestens eine Wand (z. B. die Innenwand des ausgehöhlten Substrats 103) und eine Öffnung definiert, wobei die Öffnung in Fluidverbindung mit der Füllmittelschicht 330 steht. Es ist ein Diaphragma 50 an der Öffnung des Behälters 25 befestigt. Das Diaphragma 50 dichtet den Behälter 25 ab, wodurch ein Behältervolumen definiert wird. Das Diaphragma 50 ist konfiguriert, das Volumen des Behälters 25 zu vergrößern, wenn sich die Füllmittelschicht 330 thermisch kontrahiert, wie in 3C dargestellt. Das Diaphragma 50 ist konfiguriert, das Volumen des Behälters 25 zu vermindern, wenn sich die Füllmittelschicht 330 thermisch ausdehnt, wie in 3D dargestellt.
  • In einigen Ausführungsformen besteht das Diaphragma 50 aus Gummi, einem gummiartigen Material, einem Gummiderivat, Silikongummi oder einem Elastomer. In einigen Ausführungsformen besteht das Diaphragma 50 aus Ethylen-Propylen-Dien-Monomergummi. In einigen Ausführungsformen besteht das Diaphragma 50 aus Naturkautschuk, vulkanisiertem Gummi, einem Butadien-Styrol-Polymer wie GR-S, Neopren, Nitrilgummis, Butyl, Polysulfidgummi, Ethylen-Propylen-Gummi, Polyurethangummi, Silikongummi, Guttapercha und/oder Balata. In einigen Ausführungsformen besteht das Diaphragma 50 aus Silikongummi. Silikongummi ist ein gummiartiges Material, das eine Zugfestigkeit zwischen 400 lb/in2 bis 700 lb/in2 (2,78 bis 4,85 × 106 N/m2) Dehnung aufweist. In einigen Ausführungsformen besteht das Diaphragma 50 aus SILASTIC® Silikongummi (Dow Corning). Wie er hierin verwendet wird, wird der Ausdruck „Elastomer” verwendet, um sowohl natürliche als auch synthetische Materialien zu beschreiben, die elastisch oder nachgiebig sind und im allgemeinen im Gefühl und Aussehen Naturkautschuk ähneln. Siehe zum Beispiel Avallone und Baumeister III, Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, McGraw Hill, 1987, welches hiermit durch Verweis hierin eingebunden wird. In einigen Ausführungsformen besteht das Diaphragma 50 aus einem Kunststoff oder Gummi. In einigen Ausführungsformen besteht das Diaphragma 50 aus hochdichtem Polyethylen, niederdichtem Polyethylen, Polypropylen, Zelluloseacetat, Vinyl, plastifiziertem Vinyl, Zelluloseacetatbutyrat, Melamin-Formaldehyd, Polyester, Nylon. Siehe zum Beispiel Modern Plastics Encyclopedia, McGraw-Hill, welches hiermit durch Verweis aufgrund seiner Lehren über die obenerwähnten Verbindungen hierin eingebunden wird.
  • Im allgemeinen ist das Diaphragma 50 mit Materialien mit leichter Elastizität und Volumenkontraktion gestaltet, die die chemischen Komponenten der Füllmittelschicht 330 nicht beeinträchtigen, und die einer Spannung und den Betriebstemperaturbereichen der photovoltaische Solarvorrichtung 10 standhalten können.
  • In nicht planaren photovoltaischen Ausführungsformen wird ein Behälter 25 mit einem Behältervolumen durch das Substrat 102 und die Kappen definiert, die verwendet werden, um das Substrat abzudichten. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Ende des Substrats 102 durch ein Diaphragma 50 abgedichtet. Das andere Ende des Substrats 102 kann ebenfalls durch ein Diaphragma 50 abgedichtet sein, wodurch das Behältervolumen definiert wird. Alternativ kann das andere Ende des Substrats 102 durch eine steife Kappe abgedichtet sein, wodurch das Behältervolumen definiert wird. Es ist möglich, dass diese steife Kappe ein integrales Stück des Substrats 102 ist. Es ist auch möglich, dass diese steife Kappe ein getrenntes Stück ist, das auf das Ende des Substrats 102 passt, wodurch das Innenvolumen des Substrats 102 abgedichtet wird.
  • Vorteilhafterweise ist das Diaphragma 50 imstande, sich in das Behältervolumen 25 auszudehnen, wenn sich die photovoltaische Vorrichtung 10 während des Normalbetriebs erwärmt. Diese Kontraktion reduziert das Volumen des abgedichteten Behälters 25. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Diaphragma 50 imstande, während des Betriebs der photovoltaischen Vorrichtung 10 das Volumen des Behälters 25 um bis zu 5 Prozent, bis zu 10 Prozent, bis zu 15 Prozent, bis zu 20 Prozent, bis zu 25 Prozent, bis zu 30 Prozent, bis zu 35 Prozent, oder zwischen 2 und 40 Prozent zu reduzieren. Zum Beispiel beträgt in einer nicht einschränkenden Ausführungsform, wenn die photovoltaische Vorrichtung 10 kalt ist, das Behältervolumen des Behälters 25 Y willkürliche volumetrische Einheiten, wenn jedoch die photovoltaische Vorrichtung 10 während des Normalbetriebs erwärmt wird, wird das Volumen des Behälters 25 für eine Volumenverminderung von fünfzig Prozent auf nicht mehr als 0,5 Y willkürliche volumetrische Einheiten reduziert, da sich das Diaphragma 50 in das Innere des Behälters 25 ausdehnt.
  • Die oben beschriebene Volumenausgleichsvorrichtung kann im Zusammenhang planarer Substrate 102 verwendet werden, wie den in 4A dargestellten. In solchen Ausführungsformen kann eine Bank planarer Solarzellen 12 aufgebaut werden und einen vorgeformten Behälter 25 irgendwo innerhalb der Masse aufweisen, die den aktiven Abschnitt bildet, wie in 4A dargestellt. Es ist ein abgeschlossener vorgeformter Behälter 25 mit einem Volumen 902 in der Zellenbank ausgebildet. Der vorgeformte Behälter 25 weist eine oder mehrere Diaphragmen 50 auf, die Öffnungen des Behälters abdichten, wie in 4A dargestellt. Das Diaphragma 50 kann aus irgendeinem oder allen der oben beschrieben Diaphragmen bestehen. In solchen Ausführungsformen kann irgendeine der oben angegebenen Füllmittelzusammensetzungen für die Füllmittelschicht 330 für die Füllmittelschicht 330 der 4A verwendet werden. Folglich kann auf diese Weise ein Volumenausgleich in einer planaren photovoltaischen Vorrichtung durchgeführt werden. Obwohl nur ein einziger vorgeformter Behälter 25 in 4A gezeigt wird, wird erkannt werden, dass es irgendeine Anzahl vorgeformter Behälter 25 innerhalb Ausführungsformen der photovoltaischen Vorrichtung 10 geben kann, die planar sind oder die nicht planar sind. Zum Beispiel kann es einen oder mehr, zwei oder mehr, drei oder mehr, zehn oder mehr, oder 100 oder mehr vorgeformte Behälter 25 geben, die jeweils ein Behältervolumen aufweisen, das durch ein oder mehrere Diaphragmen 50 in der oben beschriebenen Weise geregelt wird. Jeder solche vorgeformte Behälter 25 kann dieselbe oder eine andere geometrische Form aufweisen. Die zylindrische Form des vorgeformten Behälters 25 in 4A wird einfach der Darstellung des Konzepts willen gezeigt. Die in 4A dargestellte zylindrische Form repräsentiert eine von vielen anderen dreidimensionalen geometrischen Formen, die der vorgeformte Behälter 25 annehmen könnte. Darüber hinaus kann der vorgeformte Behälter 25 eine unregelmäßige nicht geometrische dreidimensionale Form annehmen.
  • Es sollte auch erwähnt werden, dass die vorgeformten Behälter 25, wie jene, die in 4A dargestellt werden, die in die Füllmittelschicht 330 versenkt sind, auch in Ausführungsformen vorhanden sein können, wo die photovoltaische Vorrichtung 10 nicht planar ist. Zum Beispiel können bezugnehmend auf 4B zusätzlich oder anstelle eines Behälters 25 innerhalb des Substrats 102, ein oder mehrere Behälter 25 irgendwo in das Innenvolumen 802, das durch das Substrat 102 und das transparente Gehäuse 310 definiert wird, neben das Innere des Substrats 102, wie in den Raum zwischen den Solarzellen 12 auf dem Substrat 102 und dem transparenten Gehäuse 310 oder an einem oder beiden Enden der photovoltaischen Vorrichtung 10 versenkt werden. Wie in 4B dargestellt, kann es mehrere vorgeformte Behälter 25 im Innenvolumen 802 geben, selbst in Ausführungsformen, wo die photovoltaische Vorrichtung 10 nicht planar ist.
  • Es wird nun für Beispiele von Behältern 25, die beim Volumenausgleich in photovoltaischen Vorrichtungen 10 in der oben beschrieben Weise verwendet werden können, auf 5 Bezug genommen. Mit anderen Worten kann jeder der Behälter 500, 510, 520, 530, 540 und 550 als ein Behälter 25 dienen.
  • 5A stellt einen flexiblen abgedichteten Behälter 500 zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung 10 dar. In einigen Ausführungsformen ist der Abstand s zwischen jeder der Rippen 504 derselbe. In einigen Ausführungsformen unterscheidet sich der Abstand s zwischen einer oder mehreren der Rippen 504. In einigen Ausführungsformen ist der Abstand s zwischen jeder der Rippen 504 derselbe. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 500 bezüglich der x-Achse eine Querschnittsform auf, die rund, quadratisch, elliptisch, ein Parallelogramm, dreieckig, vieleckig, gekrümmt ist, oder irgendeine andere zweidimensionale regelmäßige oder unregelmäßige geschlossene Gestaltungsform aufweist. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 500 bezüglich der x-Achse eine Querschnittsform auf, die eine unregelmäßige nicht geometrische Form ist. Obwohl er in 5A als Zylinder dargestellt wird, weist der Behälter 500 in einigen Ausführungsformen irgendeine geometrische oder nicht geometrische Form auf, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf, einen Kasten, einen Kegel, eine Kugel oder einen Zylinder. Der Behälter 500 kann aus irgendeinem flexiblen Material einschließlich flexiblen Kunststoff oder einem dünnen schmiedbaren Metall bestehen. Der flexible abgedichtete Behälter 500 reagiert auf Änderungen des Volumens der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 bei hohen Temperaturen arbeitet, kontrahiert sich die Gesamtheit oder ein Abschnitt des flexiblen abgedichteten Behälters 500 infolge einer Wärmeausdehnung der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 ferner bei niedrigen Temperaturen arbeitet, dehnt sich die Gesamtheit oder ein Abschnitt des flexiblen abgedichteten Behälters 500 infolge einer thermischen Kontraktion der Füll mittelschicht 330 aus. In verschiedenen Ausführungsformen ist der flexible abgedichtete Behälter 500 während des Betriebs der photovoltaischen Vorrichtung 10 zu einer Reduzierung des Behältervolumens um bis zu 5 Prozent, bis zu 10 Prozent, bis zu 15 Prozent, bis zu 20 Prozent, bis zu 25 Prozent, bis zu 30 Prozent, bis zu 35 Prozent, oder zwischen 2 und 40 Prozent imstande. Zum Beispiel beträgt in einer nicht einschränkenden Ausführungsform, wenn die photovoltaische Vorrichtung 10 kalt ist, das Behältervolumen des Behälters 500 Y willkürliche volumetrische Einheiten, wenn jedoch die photovoltaische Vorrichtung 10 während des Normalbetriebs erwärmt wird, wird das Volumen des Behälters 500 für eine Volumenverminderung von fünfzig Prozent auf nicht mehr als 0,5 Y willkürliche volumetrische Einheiten reduziert, da die Wände des Behälters 500 in das Innere des Behälters zusammenfallen. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 500 einen geringen oder keinen Luftdruck auf. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 500 unter einem vollständigen Vakuum. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 500 unter weniger als 20 Torr, weniger als 40 Torr, weniger als 100 Torr oder weniger als 500 Torr Druck. In einigen Ausführungsformen ist der Behälter 500 mit einem Edelgas wie Helium, Neon oder Argon gefüllt. In einigen Ausführungsformen ist ein Behälter 500 so dimensioniert, dass er ein Behältervolumen von mindestens einem Kubikzentimeter, mindestens 10 Kubikzentimeter, mindestens 20 Kubikzentimeter, mindestens 30 Kubikzentimeter, mindestens 50 Kubikzentimeter, mindestens 100 Kubikzentimeter oder mindestens 1000 Kubikzentimeter aufweist.
  • 5B stellt einen gefederten Behältertyp 510 zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung 10 dar. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 510 bezüglich der x-Achse eine Querschnittsform auf, die rund, quadratisch, elliptisch, ein Parallelogramm, dreieckig, vieleckig, gekrümmt ist, oder irgendeine andere zweidimensionale regelmäßige oder unregelmäßige geschlossene Gestaltungsform aufweist. In einigen Ausführungsfor men weist der Behälter 510 bezüglich der x-Achse eine Querschnittsform auf, die eine unregelmäßige nicht geometrische Form ist. Obwohl er in 5B als Zylinder dargestellt wird, weist der Behälter 502 in einigen Ausführungsformen irgendeine geometrische oder nicht geometrische Form auf, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf, einen Kasten, einen Kegel, eine Kugel oder einen Zylinder. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Behälter 510 in einer nicht planaren photovoltaischen Vorrichtung 10 innerhalb des Inneren eines ausgehöhlten Substrats 102. Der Behälter 510 kann aus irgendeinem steifen Material einschließlich unflexiblen Kunststoff, Glas oder Metall bestehen. Der Behälter 510 weist an einem Ende eine Öffnung 512 auf. Die Öffnung 512 ist durch eine Dichtung 514 abgedichtet. Die Dichtung 514 reagiert auf Änderungen des Volumens der Füllmittelschicht 330. Eine Feder 516 hält Dichtung 514 an ihrem Platz. In einigen Ausführungsformen ist die Feder 516 eine Metallfeder mit einer Federkonstanten, die zum Volumenausgleich der Füllmittelschicht 330 geeignet ist. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 bei hohen Temperaturen arbeitet, kontrahiert sich die Feder 516 infolge einer Wärmeausdehnung der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 ferner bei niedrigen Temperaturen arbeitet, dehnt sich die Feder 516 infolge der thermischen Kontraktion der Füllmittelschicht 330 aus. Auf diese Weise ist in verschiedenen Ausführungsformen der flexible abgedichtete Behälter 510 während des Betriebs der photovoltaischen Vorrichtung 10 zu einer Reduzierung des Behältervolumens um bis zu 5 Prozent, bis zu 10 Prozent, bis zu 15 Prozent, bis zu 20 Prozent, bis zu 25 Prozent, bis zu 30 Prozent, bis zu 35 Prozent, oder zwischen 2 und 40 Prozent imstande. Zum Beispiel beträgt in einer nicht einschränkenden Ausführungsform, wenn die photovoltaische Vorrichtung 10 kalt ist, das Behältervolumen des Behälters 510 Y willkürliche Einheiten, wenn jedoch die photovoltaische Vorrichtung 10 während des Normalbetriebs erwärmt wird, wird das Volumen des Behälters 510 für eine Volumenverminderung von fünfzig Pro zent auf nicht mehr als 0,5 Y willkürliche Einheiten reduziert, da die Dichtung 514 reversibel in das Innere des Behälters zusammenfällt. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 510 einen geringen oder keinen Luftdruck auf. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 510 unter einem vollständigen Vakuum. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 510 unter weniger als 20 Torr, weniger als 40 Torr, weniger als 100 Torr oder weniger als 500 Torr Druck. In einigen Ausführungsformen ist der Behälter 510 mit einem Edelgas wie Helium, Neon oder Argon gefüllt. In einigen Ausführungsformen ist ein Behälter 510 so dimensioniert, dass er ein Behältervolumen von mindestens einem Kubikzentimeter, mindestens 10 Kubikzentimeter, mindestens 20 Kubikzentimeter, mindestens 30 Kubikzentimeter, mindestens 50 Kubikzentimeter, mindestens 100 Kubikzentimeter oder mindestens 1000 Kubikzentimeter aufweist.
  • 5C stellt einen doppelt gefederten Behältertyp 520 zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung 10 dar. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 520 bezüglich der x-Achse eine Querschnittsform auf, die rund, quadratisch, elliptisch, ein Parallelogramm, dreieckig, vieleckig, gekrümmt ist, oder irgendeine andere zweidimensionale regelmäßige oder unregelmäßige geschlossene Gestaltungsform aufweist. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 520 bezüglich der x-Achse eine Querschnittsform auf, die eine unregelmäßige nicht geometrische Form ist. Obwohl er in 5C als Zylinder dargestellt wird, weist der Behälter 502 in einigen Ausführungsformen irgendeine geometrische oder nicht geometrische Form auf, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf, einen Kasten, einen Kegel, eine Kugel oder einen Zylinder. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Behälter 520 in einer nicht planaren photovoltaischen Vorrichtung 10 innerhalb des Inneren eines ausgehöhlten Substrats 102. Der Behälter 520 kann aus irgendeinem steifen Material einschließlich unflexiblen Kunststoff, Glas oder Metall bestehen. Der Behälter 520 weist eine Öffnung 512 an jedem Ende auf. Jede Öffnung 512 ist durch eine Dichtung 514 abgedichtet. Die Dichtungen 514 reagieren auf Änderungen des Volumens der Füllmittelschicht 330. Eine Feder 516 hält jede Dichtung 514 an ihrem Platz. In einigen Ausführungsformen ist die Feder 516 eine Metallfeder mit einer Federkonstanten, die zum Volumenausgleich der Füllmittelschicht 330 geeignet ist. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 bei hohen Temperaturen arbeitet, kontrahieren sich die Federn 516 infolge der Wärmeausdehnung der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 ferner bei niedrigen Temperaturen arbeitet, dehnen sich die Federn 516 infolge einer thermischen Kontraktion der Füllmittelschicht 330 aus. Auf diese Weise ist der flexible abgedichtete Behälter 520 in verschiedenen Ausführungsformen während des Betriebs der photovoltaischen Vorrichtung 10 zu einer Reduzierung des Behältervolumens um bis zu 5 Prozent, bis zu 10 Prozent, bis zu 15 Prozent, bis zu 20 Prozent, bis zu 25 Prozent, bis zu 30 Prozent, bis zu 35 Prozent, oder zwischen 2 und 40 Prozent imstande. Zum Beispiel beträgt in einer nicht einschränkenden Ausführungsform, wenn die photovoltaische Vorrichtung 10 kalt ist, das Behältervolumen des Behälters 520 Y willkürliche volumetrische Einheiten, wenn jedoch die photovoltaische Vorrichtung 10 während des Normalbetriebs erwärmt wird, wird das Volumen des Behälters 520 für eine Volumenverminderung von fünfzig Prozent auf nicht mehr als 0,5 Y willkürliche volumetrische Einheiten reduziert, da die Dichtungen 514 reversibel in das Innere des Behälters zusammenfallen. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 510 einen geringen oder keinen Luftdruck auf. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 520 unter einem vollständigen Vakuum. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 520 unter weniger als 20 Torr, weniger als 40 Torr, weniger als 100 Torr oder weniger als 500 Torr Druck. In einigen Ausführungsformen ist der Behälter 520 mit einem Edelgas wie Helium, Neon oder Argon gefüllt. In einigen Ausführungsformen ist ein Behälter 520 so dimensioniert, dass er ein Behältervolumen von mindestens einem Kubikzentimeter, mindestens 10 Kubikzentimeter, mindestens 20 Kubikzentimeter, mindestens 30 Kubikzentimeter, mindestens 50 Kubikzentimeter, mindestens 100 Kubikzentimeter oder mindestens 1000 Kubikzentimeter aufweist.
  • 5D stellt einen zusammenfaltbaren Ballonbehältertyp 530 zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung 10 dar. Der Behälter 530 kann aus irgendeinem flexiblen Material einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf, Gummi, Latex, Chloropren oder einem Nylongewebe bestehen. Der flexible abgedichtete Behälter 530 reagiert auf Änderungen des Volumens der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 bei hohen Temperaturen arbeitet, kontrahiert sich die Gesamtheit oder ein Abschnitt des flexiblen abgedichteten Behälters 530 infolge der Wärmeausdehnung der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 ferner bei niedrigen Temperaturen arbeitet, dehnt sich die Gesamtheit oder ein Abschnitt des flexiblen abgedichteten Behälters 530 infolge der thermischen Kontraktion der Füllmittelschicht 330 aus. In verschiedenen Ausführungsformen ist der flexible abgedichtete Behälter 530 während des Betriebs der photovoltaischen Vorrichtung 10 zu einer Reduzierung des Behältervolumens um bis zu 5 Prozent, bis zu 10 Prozent, bis zu 15 Prozent, bis zu 20 Prozent, bis zu 25 Prozent, bis zu 30 Prozent, bis zu 35 Prozent, oder zwischen 2 und 40 Prozent imstande. Zum Beispiel beträgt in einer nicht einschränkenden Ausführungsform, wenn die photovoltaische Vorrichtung 10 kalt ist, das Behältervolumen des Behälters 530 Y willkürliche volumetrische Einheiten, wenn jedoch die photovoltaische Vorrichtung 10 während des Normalbetriebs erwärmt wird, wird das Volumen des Behälters 530 für eine Volumenverminderung von fünfzig Prozent auf nicht mehr als 0,5 Y willkürliche volumetrische Einheiten reduziert, da die Wände des Behälters 502 in das Innere des Behälters zusammenfallen. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 530 unter weniger als 20 Torr, weniger als 40 Torr, weniger als 100 Torr, oder weniger als 500 Torr Druck. In einigen Ausführungsformen ist der Behälter 530 mit einem Edelgas wie Helium, Neon oder Argon gefüllt.
  • 5E stellt einen sternförmigen Behältertyp 540 zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung 10 dar. Der Behälter 540 kann aus irgendeinem flexiblen Material einschließlich flexiblen Kunststoff, dünnen schmiedbaren Metall oder geblasenen Leichtmetall bestehen. Der flexible abgedichtete Behälter 540 reagiert auf Änderungen des Volumens der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 bei hohen Temperaturen arbeitet, kontrahiert sich die Gesamtheit oder ein Abschnitt des flexiblen abgedichteten Behälters 540 infolge der Wärmeausdehnung der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 ferner bei niedrigen Temperaturen arbeitet, dehnt sich die Gesamtheit oder ein Abschnitt des flexiblen abgedichteten Behälters 540 infolge der thermischen Kontraktion der Füllmittelschicht 330 aus. In verschiedenen Ausführungsformen ist der flexible abgedichtete Behälter 540 während des Betriebs der photovoltaischen Vorrichtung 10 zu einer Reduzierung des Behältervolumens um bis zu 5 Prozent, bis zu 10 Prozent, bis zu 15 Prozent, bis zu 20 Prozent, bis zu 25 Prozent, bis zu 30 Prozent, bis zu 35 Prozent, oder zwischen 2 und 40 Prozent imstande. Zum Beispiel beträgt in einer nicht einschränkenden Ausführungsform, wenn die photovoltaische Vorrichtung 10 kalt ist, das Behältervolumen des Behälters 540 Y willkürliche volumetrische Einheiten, wenn jedoch die photovoltaische Vorrichtung 10 während des Normalbetriebs erwärmt wird, wird das Volumen des Behälters 540 für eine Volumenverminderung von fünfzig Prozent auf nicht mehr als 0,5 Y willkürliche volumetrische Einheiten reduziert, da die Wände des Behälters 540 in das Innere des Behälters zusammenfallen. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 540 einen geringen oder keinen Luftdruck auf. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 540 unter einem vollständigen Vakuum. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 540 unter weniger als 20 Torr, weniger als 40 Torr, weniger als 100 Torr, oder weniger als 500 Torr Druck. In einigen Ausführungsformen ist der Behälter 540 mit einem Edelgas wie Helium, Neon oder Argon gefüllt. In einigen Ausführungsformen ist ein Behälter 540 so dimensioniert, dass er ein Behältervolumen von mindestens einem Kubikzentimeter, mindestens 10 Kubikzentimeter, mindestens 20 Kubikzentimeter, mindestens 30 Kubikzentimeter, mindestens 50 Kubikzentimeter, mindestens 100 Kubikzentimeter, oder mindestens 1000 Kubikzentimeter aufweist. In einigen Ausführungsformen ist der Behälter 540 nicht luftdicht.
  • 5F stellt einen flexiblen abgedichteten Behälter 550 zur Volumenausgleichsverwendung in einer nicht planaren oder planaren photovoltaischen Vorrichtung 10 dar. Der Behälter 540 kann aus irgendeinem flexiblen Material einschließlich flexiblen Kunststoff oder dünnen schmiedbaren Metall bestehen. Der flexible abgedichtete Behälter 540 reagiert auf Änderungen des Volumens der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 bei hohen Temperaturen arbeitet, kontrahiert sich die Gesamtheit oder ein Abschnitt des flexiblen abgedichteten Behälters 540 infolge der Wärmeausdehnung der Füllmittelschicht 330. Wenn eine photovoltaische Vorrichtung 10 ferner bei niedrigen Temperaturen arbeitet, dehnt sich die Gesamtheit oder ein Abschnitt des flexiblen abgedichteten Behälters 540 infolge der thermischen Kontraktion der Füllmittelschicht 330 aus. In verschiedenen Ausführungsformen ist der flexible abgedichtete Behälter 540 während des Betriebs der photovoltaischen Vorrichtung 10 zu einer Reduzierung des Behältervolumens um bis zu 5 Prozent, bis zu 10 Prozent, bis zu 15 Prozent, bis zu 20 Prozent, bis zu 25 Prozent, bis zu 30 Prozent, bis zu 35 Prozent, oder zwischen 2 und 40 Prozent imstande. Zum Beispiel beträgt in einer nicht einschränkenden Ausführungsform, wenn die photovoltaische Vorrichtung 10 kalt ist, das Behältervolumen des Behälters 540 Y willkürliche Einheiten, wenn jedoch die photovoltaische Vorrichtung 10 während des Normalbetriebs erwärmt wird, wird das Volumen des Behälters 540 für eine Volumenverminderung von fünfzig Prozent auf nicht mehr als 0,5 Y willkürliche Einheiten reduziert, da die Wände des Behälters 540 in das Innere des Behälters zusammenfallen. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter 540 einen geringen oder keinen Luftdruck auf. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 540 unter einem vollständigen Vakuum. In einigen Ausführungsformen steht der Behälter 540 unter weniger als 20 Torr, weniger als 40 Torr, weniger als 100 Torr, oder weniger als 500 Torr Druck. In einigen Ausführungsformen ist der Behälter 540 mit einem Edelgas wie Helium, Neon oder Argon gefüllt. In einigen Ausführungsformen ist ein Behälter 540 so dimensioniert, dass er ein Behältervolumen von mindestens einem Kubikzentimeter, mindestens 10 Kubikzentimeter, mindestens 20 Kubikzentimeter, mindestens 30 Kubikzentimeter, mindestens 50 Kubikzentimeter, mindestens 100 Kubikzentimeter, oder mindestens 1000 Kubikzentimeter aufweist. 5F stellt einen Querschnitt des Behälters 550 dar, der um die Linie 5-5' aufgenommen ist.
  • 1.2 Verwendete Materialien, um photovoltaische Schichten herzustellen
  • Es sind nun Volumenausgleichsvorrichtungen und Techniken beschrieben worden. Es wird nun auf exemplarische Materialien und photovoltaische Vorrichtungen Bezug genommen, in denen die Volumenausgleichstechniken verwendet werden können. Bezugnehmend auf 2 wird nun auf jede der exemplarischen Schichten in der photovoltaischen Vorrichtung 10 Bezug genommen.
  • Substrat 102. Das Substrat 102 dient als Substrat für die photovoltaische Vorrichtung 10. In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Kunststoff, Metall, einer Metalllegierung oder Glas. In einigen Ausführungsformen ist eine Länge des Substrats 102 mindestens dreimal länger als eine Breite des Substrats. In einigen Ausführungsformen weist das Substrat 102 eine nicht planare Form auf. In einigen Ausführungsformen weist das Substrat 102 eine zylindrische Form auf. In einigen Ausführungsformen weist das Substrat 102 einen hohlen Kern auf. In einigen Ausführungsformen ist die Form des Substrats 102 nur annährend jene eines zylindrischen Gegenstands, was bedeutet, dass ein Querschnitt, der unter einem rechten Winkel zur Längsachse des Substrats 102 aufgenommen ist, eher eine Ellipse als einen Kreis definiert. Wie der Ausdruck hierin verwendet wird, werden solche annährend geformten Gegenstände in der vorliegenden Offenbarung immer noch als zylindrisch geformt betrachtet.
  • In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus einem Urethanpolymer, einem Acrylpolymer, einem Fluorpolymer, Polybenzamidazol, Polyimid, Polytetrafluorethylen, Polyetheretherketon, Polyamidimid, Glas-basierte Phenolharze, Polystyrol, vernetztem Polystyrol, Polyester, Polycarbonat, Polyethylen, Polyethylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polytetrafluorethylen, Polymethacrylat, Nylon 6,6, Zelluloseacetatbutyrat, Zelluloseacetat, unelastisches Vinyl, plastiziertes Vinyl oder Polypropylen. In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Alumosilikatglas, Borsilikatglas (z. B. Pyrex, Duran, Simax, usw.), dichroitischem Glas, Germanium-/Halbleiter-Glas, Glaskeramik, Silikatglas/Kieselglas, Kalknatronglas, Quarzglas, Chalkogenid-/Sulfidglas, Fluoridglas, Pyrexglas, Glas-basiertem Phenolharz, gewachstem Glas oder Flintglas. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 102 eine massive zylindrische Form. Solche massiven zylindrischen Substrate 102 können aus Kunststoff, Glas, Metall oder einer Metalllegierung bestehen.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 102 ein elektrisch leitfähiges nichtmetallisches Material. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 102 ein Rohrmaterial (z. B. ein Kunststoff- oder Glasrohrmaterial). In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus einem Material wie Polybenzimidazol (z. B. CELAZOLE®, erhältlich von Boedeker Plastics, Inc., Shiner, Texas). In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Polymid (z. B. DuPontTM VESPEL®, oder DuPontTM KAPTON®, Wilmington, Delaware). In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyetheretherketon (PEEK), von denen jedes von Baedeker Plastics, Inc. erhältlich ist. In einigen Ausführungsformen be steht das Substrat 102 aus Polyamidimid (z. B. TORLON® PAI, Solvay Advanced Polymers, Alpharetta, Georgia).
  • In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Glas-basiertem Phenolharz. Phenolische Laminate werden hergestellt, indem Wärme und Druck auf Schichten aus Papier, Segelleinwand, Leinwand oder Glasfasergewebe, die mit synthetischen wärmehärtenden Harzen getränkt sind, angewendet werden. Wenn Wärme und Druck auf die Schichten angewendet werden, wandelt eine chemische Reaktion (Polymerisation) die getrennten Schichten in ein einziges laminiertes Material mit einer „ausgehärteten” Form um, die nicht wieder weich gemacht werden kann. Daher werden diese Materialien „warmausgehärtete Kunststoffe” (Thermosets) genannt. Es können eine Vielfalt von Harzarten und Gewebematerialien verwendet werden, um wärmehärtende Laminate mit einem Bereich von mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften herzustellen. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 102 ein Phenollaminat mit einer NEMA-Qualitätsstufe von G-3, G-5, G-7, G-9, G-10 oder G-11. Exemplarische Phenollaminate sind von Baedeker Plastics, Inc. erhältlich.
  • In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Polystyrol. Beispiele von Polystyrol umfassen Mehrzweckpolystyrol und hochschlagfestes Polystyrol, wie in Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, neunte Ausgabe, 1987, Mc-Graw-Hill, Inc., S. 6–174 in Einzelheiten dargestellt wird, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird. In noch anderen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus vernetztem Polystyrol. Ein Beispiel von vernetztem Polystyrol ist REXOLITE® (C-Lec Plastics, Inc). Rexolite ist ein wärmehärtender, insbesondere ein steifer und durchscheinender Kunststoff, der durch Vernetzen von Polystyrol mit Divinylbenzol erzeugt wird.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 102 ein Polyesterdraht (z. B. ein MYLAR®-Draht). MYLAR® ist von DuPont Teijin Films (Wilmington, Delaware) erhältlich. In noch anderen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus DURASONE®, das hergestellt wird, indem Polyester, Vinylester, Epoxid und modifizierte Epoxidharze kombiniert mit Glasfasern verwendet werden (Roechling Engineering Plastic Pte Ltd., Singapur).
  • In noch anderen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Polycarbonat. Solche Polycarbonate können veränderliche Mengen von Glasfasern (z. B. 10%, 20%, 30% oder 40% aufweisen) um die Zugfestigkeit, Steifigkeit, Druckfestigkeit sowie den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials einzustellen. Exemplarische Polycarbonate sind ZELUX® M und ZELUX® W, die von Boedeker Plastics, Inc. erhältlich sind.
  • In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Polyethylen. In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus niederdichtem Polyethylen (LDPE), hochdichtem Polyethylen (HDPE) oder ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMW PE). Die chemischen Eigenschaften von HDPE werden in Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, neunte Ausgabe, 1987, Mc-Graw-Hill, Inc., S. 6–173 beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird. In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polytetrafluorethylen (Teflon), Polymethacrylat (Lucite oder Plexiglas), Nylon 6,6, Zelluloseacetatbutyrat, Zelluloseacetat, unelastischem Vinyl, plastiziertem Vinyl oder Polypropylen. Die chemischen Eigenschaften dieser Materialien werden in Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, neunte Ausgabe, 1987, McGraw-Hill, Inc., S. 6–172 bis 1–175 beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • Zusätzliche exemplarische Materialien, die verwendet werden können, um das Substrat 102 zu bilden, sind in Modern Plastics Encyclopedia, McGraw-Hill; Reinhold Plastics Applications Series, Reinhold Roff, Fibres, Plastics and Rubbers, Butterworth; Lee und Neville, Epoxy Resins, McGraw-Hill; Bilmetyer, Textbook of Polymer Science, Interscience; Schmidt und Marlies, Principles of high polymer theory and practice, McGraw-Hill; Beadle (Herausg.), Plastics, Morgan-Grampiand, Ltd., 2 Bände 1970; Tobolsky und Mark (Herausg.), Polymer Science and Materials, Wiley, 1971; Glanville, The Plastics's Engineer's Data Book, Industrial Press, 1971; Mohr (Herausgeber und Seniorautor), Oleesky, Shook und Meyers, SPI Handbook of Technology and Engineering of Reinforced Plastics Composites, Van Nostrand Reinhold, 1973, zu finden, von denen alle hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden werden. In einigen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus Polyanilin und Polyacetylen dotiert mit Arsenpentafluorid. In einigen Ausführungsformen, ist das leitfähige Material 104 ein gefülltes Polymer, wie Fulleren-gefüllte Polymere und/oder rußgefüllte Polymere.
  • Leitfähiges Material 104. In den 1 und 2 wird das leitfähige Material 104 als eine Schicht dargestellt, die auf dem darunterliegenden Substrat 102 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen ist das leitfähige Material 104 eine dünne Schicht, die auf der Gesamtheit oder einen Abschnitt des Substrats 102 angeordnet ist. Unter „einem Abschnitt von” werden mindestens 20%, oder mindestens 30%, oder mindestens 40%, oder mindestens 50%, oder mindestens 60%, oder mindestens 70%, oder mindestens 80%, oder mindestens 90% oder mindestens 95% des Barunterliegenden Substrats 102 verstanden. In anderen Ausführungsformen sind das leitfähige Material 104 und das Substrat 102 tatsächlich ein und dasselbe. In solchen Ausführungsformen besteht das Substrat 102 aus einem leitfähigen Material, und es gibt keine Schicht des leitfähigen Materials 104, mit der das Substrat 102 überzogen ist. In solchen Ausführungsformen besteht das Substrat aus irgendeinem der Materialien, die verwendet werden können, um die leitfähige Materialschicht 104 in den Ausführungsformen zu bilden, die eine leitfähige Materialschicht 104 aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen ist das leitfähige Material 104 auf dem Substrat 102 angeordnet. Das leitfähige Material 104 dient als die erste Elektrode in der Anordnung. Im allgemeinen besteht das leitfähige Material 104 aus irgendeinem Ma terial, so dass es den durch die photovoltaische Vorrichtung erzeugten photovoltaischen Strom mit vernachlässigbaren Widerstandsverlusten befördern kann. In einigen Ausführungsformen enthält das leitfähige Material 104 irgendein leitfähiges Material wie Aluminium, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Rhodium, Niob, Chrom, Tantal, Titan, Stahl, Nickel, Platin, Silber, Gold, eine Legierung davon oder irgendeine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen enthält das leitfähige Material 104 irgendein leitfähiges Material, wie Indiumzinnoxid, Titannitrid, Zinnoxid, fluordotiertes Zinnoxid, dotiertes Zinkoxid, aluminiumdotiertes Zinkoxid, galliumdotiertes Zinkoxid, bordotiertes Zinkoxid-Indiumzinkoxid, ein Metall-rußgefülltes Oxid, ein Graphitrußgefülltes Oxid, Ruß-rußgefülltes Oxid, ein supraleitendes rußgefülltes Oxid, ein Epoxid, ein leitfähiges Glas oder einen leitfähigen Kunststoff. Wie hierin definiert, ist ein leitfähiger Kunststoff einer, der durch Verbindungstechniken leitfähige Füllmittel enthält, die wiederum mit Kunststoff ihre leitfähigen Eigenschaften vermitteln. In einigen Ausführungsformen enthalten die leitfähigen Kunststoffe, die verwendet werden können, um das leitfähige Material 104 zu bilden, Füllmittel, die genügend leitfähige stromführende Wege durch die Kunststoffmatrix bilden, um den durch die photovoltaische Vorrichtung erzeugten photovoltaischen Strom mit vernachlässigbaren Widerstandsverluste zu befördern. Die Kunststoffmatrix des leitfähigen Kunststoffs ist typischerweise isolierend, jedoch weist der erzeugte Verbundstoff die leitfähigen Eigenschaften des Füllmittels auf. In einigen Ausführungsformen ist dieser leitfähige Kunststoff ohne irgendeine Notwendigkeit eines Füllmittels eigenleitfähig. In einigen Ausführungsformen ist das leitfähige Material 104 Polyanilin und Polyacetylen dotiert mit Arsenpentafluorid. In einigen Ausführungsformen ist das leitfähige Material 104 ein gefülltes Polymer, wie mit Fulleren gefüllte Polymere und/oder rußgefüllte Polymere.
  • Halbleiterübergang 106/108. Es ist ein Halbleiterübergang 106/108 auf der Gesamtheit oder einen Abschnitt des leitfähigen Materials 104 angeordnet. Unter „einem Abschnitt von” werden mindestens 20%, oder mindestens 30%, oder mindestens 40%, oder mindestens 50%, oder mindestens 60%, oder mindestens 70%, oder mindestens 80%, oder mindestens 90% oder mindestens 95% des Barunterliegenden leitfähigen Materials 104 verstanden. Der Halbleiterübergang 106/108 ist irgendein photovoltaischer Homoübergang, Heteroübergang, Heterogrenzflächen-Übergang, eingebetteter Homoübergang, ein p-i-n-Übergang oder ein Tandemübergang mit einer Absorberschicht, die ein direkter Bandlückenabsorber (z. B. kristallines Silizium) oder ein indirekter Bandlückenabsorber (z. B. amorphes Silizium) ist. Solche Übergänge werden im Kapitel 1 von Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London, sowie Lugue und Hegedus, 2003, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, John Wiley & Sons, Ltd., West Sussex, England, beschrieben, von denen alle hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden werden. An sich ist es völlig möglich, dass der Halbleiterübergang 106/108 mehr als genau zwei Schichten aufweist (z. B. Schichten außer oder zusätzlich zu einem Absorber 106 und einer Fensterschicht 108). Details exemplarischer Typen von Halbleiterübergängen 106/108 gemäß der vorliegenden Offenbarung werden unten offenbart. Zusätzlich zu den unten offenbarten exemplarischen Übergängen können die Übergänge 106/108 Multiübergänge sein, in denen Licht in den Kern des Übergangs 106/108 mehrere Übergänge durchquert, die vorzugsweise aufeinanderfolgend kleinere Bandlücken aufweisen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Halbleiterübergang 106/108 eine Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-(CIGS)-Absorberschicht.
  • In einigen Ausführungsformen, wo ein nicht planares Substrat 102 verwendet wird, weist der Halbleiterübergang 106/108 eine innere Schicht und eine äußere Schicht auf, wobei die äußere Schicht einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und die innere Schicht einen zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist. In einer exemplarischen Ausführungsform weist die innere koaxiale Schicht Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) auf, während die äußere koaxiale Schicht In2Se3, In2S3, ZnS, ZnSe, CdInS, CdZnS, ZnIn2Se4, Zn1-xMgxO, CdS, SnO2, ZnO, ZrO2 oder dotiertes ZnO aufweist.
  • Optionale intrinsische Schicht. Optional gibt es eine dünne intrinsische Schicht (i-Schicht) 415, die auf der Gesamtheit oder einen Abschnitt des Halbleiterübergangs 106/108 angeordnet ist. Unter „einem Abschnitt von” werden mindestens 20%, oder mindestens 30%, oder mindestens 40%, oder mindestens 50%, oder mindestens 60%, oder mindestens 70%, oder mindestens 80%, oder mindestens 90% oder mindestens 95% des Flächeninhalts des Halbleiterübergangs 106/108 verstanden. Die i-Schicht kann unter Verwendung irgendeines undotierten transparenten Oxids gebildet werden, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf, Zinkoxid, Metalloxid, oder irgendein transparentes Material, das sehr isolierend ist. In einigen Ausführungsformen besteht die i-Schicht aus hochreinem Zinkoxid.
  • Transparente leitfähige Schicht 110. Es ist eine transparente leitfähige Schicht 110 auf der Gesamtheit oder einen Abschnitt des Halbleiterübergangs 106/108 angeordnet, wodurch die aktive Solarzellenschaltung vervollständigt wird. Unter „einem Abschnitt von” werden mindestens 20%, oder mindestens 30%, oder mindestens 40%, oder mindestens 50%, oder mindestens 60%, oder mindestens 70%, oder mindestens 80%, oder mindestens 90% oder mindestens 95% des Flächeninhalts der Halbleiterübergangsschicht 410 verstanden. Wie oben erwähnt, ist in einigen Ausführungsformen eine dünne i-Schicht auf dem Halbleiterübergang 106/108 angeordnet. In solchen Ausführungsformen ist die transparente leitfähige Schicht 110 auf der Gesamtheit oder einen Abschnitt der i-Schicht angeordnet. Unter „einem Abschnitt von” werden mindestens 20%, oder mindestens 30%, oder mindestens 40%, oder mindestens 50%, oder mindestens 60%, oder mindestens 70%, oder mindestens 80%, oder mindestens 90% oder mindestens 95% des Flächeninhalts der i-Schicht verstanden. In einigen Ausführungsformen ist die transparente leitfähige Schicht 110 aus Zinnoxid SnOx (mit oder ohne Fluordotierung), Indiumzinn oxid (ITO), dotiertem Zinkoxid (z. B. aluminiumdotiertes Zinkoxid, galliumdotiertes Zinkoxid, bordotiertes Zinkoxid), Indiumzinkoxid oder irgendeiner Kombination davon hergestellt. In einigen Ausführungsformen ist die transparente leitfähige Schicht 110 entweder p-dotiert oder n-dotiert. In einigen Ausführungsformen besteht die transparente leitfähige Schicht 110 aus Kohlenstoffnanoröhren. Kohlenstoffnanoröhren sind zum Beispiel von Eikos (Franklin, Massachusetts) kommerziell erhältlich und werden im US-Patent 6,988,925 beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird. Zum Beispiel kann in Ausführungsformen, wo die äußere Halbleiterschicht des Übergangs 106/108 p-dotiert ist, die transparente leitfähige Schicht 110 p-dotiert sein. Ebenso kann in Ausführungsformen, wo die äußere Halbleiterschicht des Halbleiterübergangs 106/108 n-dotiert ist, die transparente leitfähige Schicht 110 n-dotiert sein. Im allgemeinen besteht die transparente leitfähige Schicht 110 vorzugsweise aus einem Material, das einen sehr niedrigen Widerstand, geeignete optische Durchlasseigenschaften (z. B. mehr als 90%) und eine Abscheidungstemperatur aufweist, die die darunterliegenden Schichten des Halbleiterübergangs 106/108 und/oder die optionale i-Schicht nicht beschädigen wird. In einigen Ausführungsformen besteht die transparente leitfähige Schicht 110 aus einem elektrisch leitfähigen Polymermaterial, wie einem leitfähigen Polythiophen, einem leitfähigen Polyanilin, einem leitfähigen Polypyrrol, einem PSS-dotierten PEDOT (z. B. Bayrton), oder einem Derivat irgendeines des vorhergehenden. In einigen Ausführungsformen weist die transparente leitfähige Schicht 110 mehr als eine Schicht auf, wobei sie eine erste Schicht einschließt, die Zinnoxid SnOx (mit oder ohne Fluordotierung), Indiumzinnoxid (ITO), Indiumzinkoxid, dotiertes Zinkoxid (z. B. aluminiumdotiertes Zinkoxid, galliumdotiertes Zinkoxid, bordotiertes Zinkoxid) oder eine Kombination davon umfasst, und eine zweite Schicht einschließt, die leitfähiges Polythiophen, leitfähiges Polyanilin, leitfähiges Polypyrrol, PSS-dotiertes PEDOT (z. B. BAYRTON) oder ein Derivat irgendeines des vorhergehenden umfasst. Zusätzliche geeignete Materialien, die verwendet werden können, um die transparente leitfähige Schicht 110 zu bilden, werden in der US-Patentoffenlegung 2004/0187917 A1 von Pichler offenbart, die hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • Optionale Elektrodenstreifen. In einigen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind Gegenelektrodenstreifen oder Leitungen auf der transparenten leitfähigen Schicht 110 angeordnet, um den elektrischen Stromfluss zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen sind optionale Elektrodenstreifen in regelmäßigen Abständen auf der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht 110 angeordnet. Zum Beispiel können die Elektrodenstreifen parallel zueinander verlaufen und in Intervallen von neunzig Grad längs der Längsachse einer nicht planaren Solarzellenvorrichtung 10 verteilt sein. In einigen Ausführungsformen von nicht planaren Solarzellenvorrichtungen 10 sind bezüglich des Querschnitts, der durch die Längsachse der Vorrichtungen aufgenommen ist, Elektrodenstreifen an Intervallen von bis zu fünf Grad, bis zu zehn Grad, bis zu fünfzehn Grad, bis zu zwanzig Grad, bis zu dreißig Grad, bis zu vierzig Grad, bis zu fünfzig Grad, bis zu sechzig Grad, bis zu neunzig Grad oder bis zu 180 Grad auf der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht 110 verteilt. In einigen Ausführungsformen gibt es einen einzigen Elektrodenstreifen auf der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht 110. In vielen Ausführungsformen gibt es keinen Elektrodenstreifen auf der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht 110. In einigen Ausführungsformen gibt es zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf, fünfzehn oder mehr, oder dreißig oder mehr Elektrodenstreifen auf der transparenten leitfähigen Schicht 110, die alle parallel oder nahezu parallel zueinander längs der Längsachse der photovoltaischen Vorrichtung 10 verlaufen. In einigen Ausführungsformen, wobei die photovoltaische Vorrichtung 10 zylindrisch ist, sind Elektrodenstreifen gleich mäßig um den Umfang der transparenten leitfähigen Schicht 110 beabstandet. In alternativen Ausführungsformen sind Elektrodenstreifen nicht gleichmäßig um den Umfang der transparenten leitfähigen Schicht 110 beabstandet. In einigen Ausführungsformen befinden sich die Elektrodenstreifen nur auf einer Seite der photovoltaischen Vorrichtung 10. In einigen Ausführungsformen bestehen die Elektrodenstreifen aus leitfähigem Epoxid, leitfähiger Tinte, Kupfer oder einer Legierung davon, Aluminium oder einer Legierung davon, Nickel oder einer Legierung davon, Silber oder einer Legierung davon, Gold oder einer Legierung davon, einem leitfähigen Leim oder einem leitfähigen Kunststoff.
  • In einigen Ausführungsformen sind die Elektrodenstreifen durch Gitterlinien miteinander verbunden. Diese Gitterlinien können dicker oder dünner als die Elektrodenstreifen sein, oder dieselbe Dicke aufweisen. Diese Gitterlinien können aus demselben oder einem anderen elektrischen Material als die Elektrodenstreifen bestehen.
  • In einigen Ausführungsformen werden die Elektrodenstreifen auf der transparenten leitfähigen Schicht unter Verwendung von Tintenstrahldruck abgeschieden. Beispiele der leitfähigen Tinte, die für solche Streifen verwendet werden kann, umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, silberbeladene oder nickelbeladene leitfähige Tinte. In einigen Ausführungsformen können Epoxide sowie anisotropische leitfähige Klebemittel verwendet werden, um die Elektrodenstreifen aufzubauen. In typischen Ausführungsformen werden solche Tinten oder Epoxide thermisch ausgehärtet, um die Elektrodenstreifen zu bilden.
  • Füllmittelschicht 330. Vorteilhafterweise setzen die gegenwärtigen Solarzellenvorrichtungen 10 ein Gel, Harz, einen Nicht-Festkörper oder eine auf andere Weise hoch viskose Masse für die Schicht 330 ein. Die Füllmittelschicht kann zum Beispiel aus einem Gel oder einer Flüssigkeit bestehen. Das Material wird der Anordnung als eine Flüssigkeit hinzugefügt und zum Gel oder anderem viskosen nicht-festen Zustand aushärten gelassen. Jedoch weist das gebildete Material in diesem Ansatz einen sehr viel höheren Ausdehnungskoeffizienten als herkömmliche Materialien wie Ethylen-Vinyl-Acetat auf. Folglich kann man während einer typischen Temperatur-Zeit-Folge wesentliche Volumenänderungen in der Schicht 330 relativ zur Verwendung eines herkömmlichen Materials für die Schicht 330 wie EVA erwarten.
  • In einem Beispiel kann Polydimethylsiloxan mit mittlerer Viskosität gemischt mit einem dielektrischen Gel des Elastomer-Typs verwendet werden, um die Füllmittelschicht 330 herzustellen. In einem Fall wird als Beispiel eine Mischung aus 85% (auf das Gewicht bezogen) Dow Corning 200 fluid mit einer Viskosität von 50 Zentistokes (PDMS, Polydimethylsiloxan); 7,5 Dow Corning 3-4207 Dielectric Tough Gel, Teil A-Harz 7,5% Dow Corning 3-4207 Dielectric Tough Gel, Teil B – Pt-Katalysator verwendet, um die Füllmittelschicht 330 herzustellen. Natürlich können andere Öle, Gele oder Silikone für die Füllmittelschicht 300 verwendet werden, und folglich sollte diese Beschreibung so verstanden werden, dass sie jene anderen Öle, Gele und Silikone einschließt, um die beschriebene Schicht für die Füllmittelschicht 330 zu erzeugen. Solche Öle umfassen auf Silikon basierende Öle, und die Gele umfassen viele kommerziell erhältliche dielektrische Gele, um einige zu nennen. Das Aushärten der Silikone kann auch über einen gelförmigen Zustand hinausgehen. Natürlich werden kommerziell erhältliche dielektrische Gele und Silikone und die verschiedenen Formulierungen als in dieser Anmeldung verwendbar in Erwägung gezogen.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein auf Silikon basierendes dielektrisches Gel in situ verwendet werden. Oder es kann, wie oben angegeben, das dielektrische Gel mit einem auf Silikon beruhenden Öl gemischt werden, um sowohl die Anfangs- als auch Endviskositäten zu reduzieren. Das Gewichtsverhältnis des Silikonöls in der Mischung kann verändert werden. Wie vorher erwähnt, beträgt das Gewichtsverhältnis des Silikonöls in der Mischung des auf Silikon beruhenden Öls und des auf Silikon beruhenden dielektrischen Gels im obigen spezifischen Beispiel 85%. Jedoch werden Verhältnisse bei oder etwa (z. B. +– 2%) 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75% und 85% alle in Erwägung gezogen. Bereiche von 20%–30%, 25%–35%, 30%–40%, 35%–45%, 40%–50%, 45%–55%, 50%–60%, 55%–65%, 60%–70%, 65%–75%, 70%–80%, 75%–85% und 80%–90% (bezogen auf das Gewicht) werden ebenfalls in Erwägung gezogen. Ferner können diese selben Gewichtsverhältnisse für die Mischung in Erwägung gezogen werden, wenn andere Arten von Ölen oder Acrylaten verwendet werden, um die Anfangsviskosität nur der Gelmischung zu verringern.
  • Transparentes Gehäuse 310. Das transparente Gehäuse 310 dichtet die photovoltaische Vorrichtung ab, wie in 2 dargestellt. In einigen Ausführungsformen besteht das transparente Gehäuse 310 aus Kunststoff oder Glas. In einigen Ausführungsformen besteht das transparente Gehäuse 310 aus einem Urethanpolymer, einem Acrylpolymer, Polymethylmethacrylat (PMMA), einem Fluorpolymer, Silikon, Polydimethylsiloxan (PDMS), Silikongel, Epoxid, Ethyl-Vinyl-Acetat (EVA), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Nylon/Polyamid, vernetztem Polyethylen (PEX), Polyolefin, Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalatglykol (PETG), Polytetrafluorethylen (PTFE), thermoplastischem Copolymer (zum Beispiel ETFE®, das ein Derivat aus der Polymerisation von Ethylen und Tetrafluorethylen ist: TEFLON®-Monomere), Polyurethan/Urethan, Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenfluorid (PVDF), TYGON®, Vinyl, VITON® oder irgendeiner Kombination oder Variation davon.
  • In einigen Ausführungsformen weist das transparente Gehäuse 310 mehrere transparente Gehäuseschichten auf. In einigen Ausführungsformen besteht jede transparente Gehäuseschicht aus einem anderen Material. Zum Beispiel weist in einigen Ausführungsformen das transparente Gehäuse 310 eine erste transparente Gehäuseschicht und eine zweite transparente Gehäuseschicht auf. Abhängig von der exakten Konfiguration der photovoltaischen Vorrichtung 10 ist die erste transparente Gehäuseschicht auf der transparenten leitfähigen Schicht 110, optionalen Füllmittelschicht 330 oder einer wasserbeständigen Schicht angeord net. Die zweite transparente Gehäuseschicht ist dann auf der ersten transparenten Gehäuseschicht angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen weist jede transparente Gehäuseschicht unterschiedliche Eigenschaften auf. In einem Beispiel weist die äußere transparente Gehäuseschicht ausgezeichnete UV-Schutzeigenschaften auf, während die innere transparente Gehäuseschicht gute Wasserdichtungseigenschaften aufweist. Außerdem kann die Verwendung mehrerer transparenter Gehäuseschichten verwendet werden, um die Kosten zu reduzieren und/oder die Gesamteigenschaften des transparenten Gehäuses 310 zu verbessern. Zum Beispiel kann eine transparente Gehäuseschicht aus einem kostspieligen Material bestehen, das eine erwünschte physikalische Eigenschaft aufweist. Indem eine oder mehrere zusätzliche transparente Gehäuseschichten verwendet werden, kann die Dicke der kostspieligen transparenten Gehäuseschicht reduziert werden, wodurch Einsparungen der Materialkosten erzielt werden. In einem anderen Beispiel kann eine transparente Gehäuseschicht ausgezeichnete optische Eigenschaften (z. B. Brechungsindex usw.) aufweisen, jedoch sehr schwer sein. Indem eine oder mehrere zusätzliche transparente Gehäuseschichten verwendet werden, kann die Dicke der schweren transparenten Gehäuseschicht reduziert werden, wodurch das Gesamtgewicht des transparenten Gehäuses 310 reduziert wird.
  • In einigen Ausführungsformen besteht das transparente Gehäuse 310 aus Glas. Es kann irgendeines einer weiten Vielfalt von Gläsern verwendet werden, um das transparente Gehäuse 310 herzustellen, von denen einige hier beschrieben werden. In einigen Ausführungsformen besteht das transparente Gehäuse 310 aus Siliziumdioxid (SiO2) Glas. In einigen Ausführungsformen besteht das transparente Gehäuse 310 aus Kalknatronglas, das aus Siliziumdioxid, Soda (z. B. Natriumkarbonat Na2CO3) oder Pottasche, einer Kaliumverbindung und Kalk (Kalziumoxid CaO). In einigen Ausführungsformen besteht das transparente Gehäuse 310 aus Bleiglas, wie Bleikristall oder Flintglas. In einigen Ausführungsformen wird Siliziumdioxidglas dotiert mit Bor, Ba rium, Thoriumoxid, Lanthanoxid, Eisen oder Cer(IV)-Oxid verwendet, um das transparente Gehäuse 310 herzustellen. In einigen Ausführungsformen besteht das transparente Gehäuse 310 aus Alumosilikatglas, Borsilikatglas (z. B. PYREX®, DURAN°, SIMAX®), dichroitischem Glas, Germanium-/Halbleiter-Glas, Glaskeramik, Silikatglas/Kieselglas, Kalknatronglas, Quarzglas, Chalkogenid-/Sulfidglas oder gewachstem Glas.
  • In einigen Ausführungsformen besteht das transparente Gehäuse 310 aus durchsichtigen Kunststoff wie Ethyl-Vinyl-Acetat (EVA), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Nylon/Polyamid, vernetztem Polyethylen (PEX), Polyolefin, Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalatglykol (PETG), Polytetrafluorethylen (PTFE), thermoplastischem Copolymer (zum Beispiel ETFE®), Polyurethan/Urethan, Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenfluorid (PVDF), TYGON®, Vinyl oder VITON®.
  • Optionale wasserbeständige Schicht. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere Schichten einer wasserbeständigen Schicht über der photovoltaischen Vorrichtung 10 beschichtet, um die schädlichen Wirkungen von Wasser zu verhindern. In einigen Ausführungsformen wird diese wasserbeständige Schicht vor dem Abschieden der Füllmittelschicht 330 und dem Einschließen der photovoltaischen Vorrichtung 10 in das transparente Gehäuse 310 auf die transparente leitfähige Schicht 110 beschichtet. In einigen Ausführungsformen sind solche wasserbeständigen Schichten umfänglich auf das transparente Gehäuse 310 selbst beschichtet. Die optischen Eigenschaften der wasserbeständigen Schicht werden so gewählt, dass sie nicht die Absorption auftreffender Sonnenstrahlung durch die photovoltaische Vorrichtung 10 stören. In einigen Ausführungsformen besteht diese wasserbeständige Schicht aus durchsichtigem Silikon, SiN, SiOxNy, SiOx oder Al2O3, wobei x und y Ganzzahlen sind. In einigen Ausführungsformen besteht die optionale wasserbeständige Schicht aus einem Q-Typ-Silikon, einem Silsesquioxan, einem D-Typ-Silizium oder einem M-Typ-Silizium.
  • Optionale Antireflexbeschichtung. In einigen Ausführungsformen ist auch eine optionale Antireflexbeschichtung auf der photovoltaischen Vorrichtung 10 (z. B. auf dem transparenten Gehäuse 310) angeordnet, um den Solarzellenwirkungsgrad zu maximieren. In einigen Ausführungsformen gibt es sowohl eine wasserbeständige Schicht als auch eine Antireflexbeschichtung, die auf dem transparenten Gehäuse 310 abgeschieden sind. In einigen Ausführungsformen dient eine einzige Schicht dem doppelten Zweck einer wasserbeständigen Schicht und einer Antireflexbeschichtung. In einigen Ausführungsformen besteht die Antireflexbeschichtung aus MgF2, Siliziumnitrat, Titannitrat, Siliziummonoxid (SiO) oder Siliziumoxidnitrit. In einigen Ausführungsformen gibt es mehr als eine Schicht einer Antireflexbeschichtung. In einigen Ausführungsformen gibt es mehr als eine Schicht einer Antireflexbeschichtung, und jede Schicht besteht aus demselben Material. In einigen Ausführungsformen gibt es mehr als eine Schicht einer Antireflexbeschichtung, und jede Schicht besteht aus einem anderen Material.
  • In einigen Ausführungsformen werden einige der Schichten der mehrschichtigen photovoltaischen Vorrichtungen 10 unter Verwendung von Zylindermagnetron-Sputtertechniken aufgebaut. In einigen Ausführungsformen werden einige der Schichten der mehrschichtigen photovoltaischen Vorrichtungen 10 unter Verwendung herkömmlicher Sputterverfahren oder reaktiver Sputterverfahren an langen Röhren oder Streifen aufgebaut. Sputterbeschichtungsverfahren für nicht planare Substrate 102, wie lange Röhren und Streifen, werden zum Beispiel offenbart in: Hoshi u. a., 1983, „Thin Film Coating Techniques an Wires and Inner Walls of Small Tubes via Cylindrical Magnetron Sputtering" Electrical Engineering in Japan 103: 73–80; Lincoln und Blickensderfer, 1980, „Adapting Conventional Sputtering Equipment for Coating Long Tubes and Strips" J Vac. Sci. Technol. 17: 1252–1253; Harding, 1977, „Improvements in a dc Reactive Sputtering System for Coating Tubes" J. Vac. Sci. Technol. 14: 1313–1315; Pearce, 1970, „A Thick Film Vacuum Deposition System for Microwave Tube Component Coating" Conference Records of 1970 Conference an Electron Device Techniques 208–211; und Harding u. a., 1979, „Production of Properties of Selective Surfaces Coated onto Glass Tubes by a Magnetron Sputtering System" Proceedings of the International Solar Energy Society 1912–1916, von denen alle hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden werden.
  • Optionales fluoreszierendes Material. In einigen Ausführungsformen ist ein fluoreszierendes Material (z. B. lumineszierendes Material, phosphoreszierendes Material) auf eine Oberfläche einer Schicht der photovoltaischen Vorrichtung 10 beschichtet. In einigen Ausführungsformen ist das fluoreszierende Material auf die luminale Oberfläche und/oder die Außenfläche des transparenten Gehäuses 310 beschichtet. In einigen Ausführungsformen ist das fluoreszierende Material auf die Außenfläche des transparenten leitfähigen Materials 110 beschichtet. In einigen Ausführungsformen umfasst die photovoltaische Vorrichtung eine wasserbeständige Schicht, und das fluoreszierende Material ist auf der wasserbeständigen Schicht beschichtet. In einigen Ausführungsformen ist mehr als eine Oberfläche der photovoltaischen Vorrichtung 10 mit einem optionalen fluoreszierenden Material beschichtet. In einigen Ausführungsformen absorbiert das fluoreszierende Material blaues und/oder ultraviolettes Licht, das einige Halbleiterübergänge 106/108 nicht verwenden, um es in Elektrizität umzuwandeln, und das fluoreszierende Material emittiert Licht im sichtbaren und/oder infraroten Licht, das in einigen Halbleiterübergängen 106/108 für die Stromerzeugung nützlich ist.
  • Fluoreszierende, lumineszierende oder phosphoreszierende Materialien können Licht im blauen oder UV-Bereich absorbieren und sichtbares Licht emittieren. Phosphoreszierende Materialien oder Leuchtstoffe weisen üblicherweise ein geeignetes Wirtsmaterial und ein Aktivatormaterial auf. Die Wirtsmaterialien sind typischerweise Oxide, Sulfide, Selenide, Halogenide oder Silikate von Zink, Cadmium, Mangan, Aluminium, Silizium oder ver schiedener Seltenerdmetalle. Die Aktivatoren werden hinzugefügt, um die Emissionszeit zu verlängern.
  • In einigen Ausführungsformen sind phosphoreszierende Materialien in die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung eingebunden, um die Lichtabsorption durch die photovoltaische Vorrichtung 10 zu verbessern. In einigen Ausführungsformen wird das phosphoreszierende Material dem verwendeten Material direkt hinzugefügt, um das transparente Gehäuse 310 herzustellen. In einigen Ausführungsformen werden die phosphoreszierenden Materialien mit einem Bindemittel zur Verwendung als transparente Anstriche gemischt, um die verschiedenen Außen- oder Innenschichten der photovoltaischen Vorrichtung 10 zu überziehen, wie oben beschrieben.
  • Exemplarische Leuchtstoffe umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, kupferaktiviertes Zinksulfid (ZnS:Cu) und silberaktiviertes Zinksulfid (ZnS:Ag). Andere exemplarische phosphoreszierende Materialien umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, Zinksulfid und Kadmiumsulfid (ZnS:CdS), Strontiumaluminat aktiviert durch Europium (SrAlO3:Eu), Strontiumtitan aktiviert durch Praseodym und Aluminium (SrTiO3:Pr,Al), Kalziumsulfid mit Strontiumsulfid mit Wismut ((Ca,Sr)S:Bi), kupfer- und magnesiumaktiviertes Zinksulfid (ZnS:Cu,Mg) oder irgendeine Kombination davon.
  • Verfahren zum Herstellen von Leuchtstoffmaterialien sind in der Technik bekannt. Zum Beispiel werden Verfahren zum Herstellen von ZnS:Cu oder anderen verwandten phosphoreszierenden Materialien in den US-Patenten Nr. 2,807,587 von Butler u. a.; 3,031,415 von Morrison u. a.; 3,031,416 von Morrison u. a.; 3,152,995 von Strock; 3,154,712 von Payne; 3,222,214 von Lagos u. a.; 3,657,142 von Poss; 4,859,361 von Reilly u. a. und 5,269,966 von Karam u. a. beschrieben, von denen alle hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden werden. Verfahren zum Herstellen von ZnS:Ag oder verwandten phosphoreszierenden Materialien werden in den US-Patenten Nr. 6,200,497 von Park u. a., 6,025,675 von Ihara u. a.; 4,804,882 von Takahara u. a. und 4,512,912 von Matsuda u. a. beschrieben, von denen alle hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden werden. Im allgemeinen wird das Nachleuchen des Leuchtstoffs vergrößert, wenn die Wellenlänge vermindert wird. In einigen Ausführungsformen können Quantenpunkte von CdSe oder ähnlichem phosphoreszierenden Material verwendet werden, um dieselben Effekte zu erhalten. Siehe Dabbousi u. a., 1995, „Electroluminescence from CdSe quantum-dot/polymer composites" Applied Physics Letters 66 (11): 1316–1318; Dabbousi u. a., 1997 „(CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites" J. Phys. Chem. B, 101: 9463–9475; Ebenstein u. a., 2002, „Fluorescence quantum yield of CdSe:ZnS nanocrystals investigated by correlated atomic-force and single-particle fluorescence microscopy" Applied Physics Letters 80: 1023–1025; und Peng u. a., 2000, „Shape control of CdSe nanocrystals" Nature 104: 59–61; von denen alle hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden werden.
  • In einigen Ausführungsformen werden optische Aufheller in den optionalen fluoreszierenden Schichten der vorliegenden Offenbarung verwendet. Optische Aufheller (die auch als optische Aufhellungsmittel, fluoreszierende Aufhellungsmittel oder fluoreszierende Bleichmittel bekannt sind) sind Farbstoffe, die Licht im ultravioletten und violetten Bereich des elektromagnetischen Spektrums absorbieren und Licht im blauen Bereich reemittieren. Solche Verbindungen umfassen Stilbene (z. B. trans-1,2-Diphenylethylen oder (E)-1,2-Diphenylethen). Ein anderer exemplarischer optischer Aufheller, der in den optionalen fluoreszierenden Schichten der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, ist Umbelliferon (7-Hydroxycumarin), das ebenfalls Energie im UV-Anteil des Spektrums absorbiert. Diese Energie wird dann im blauen Anteil des sichtbaren Spektrums reemittiert. Weitere Informationen über optische Aufheller befinden sind in Dean, 1963, Naturally Occurring Oxygen Ring Compounds, Butterworths, London; Joule und Mills, 2000, Heterocyclic Chemistry, 4. Ausgabe, Blackwell Science, Oxford, Großbritannien; und Barton, 1999, Comprehensive Natural Products Chemistry 2: 677, Nakanishi und Meth-Cohn Herausg., Elsevier, Oxford, Großbritannien, 1999.
  • Umfänglich angeordnet. In einigen Fällen werden die oben offenbarten Materialien nacheinander umfänglich auf einem nicht planaren (z. B. zylindrischen) Substrat 102 angeordnet, um eine Solarzelle 12 einer photovoltaischen Vorrichtung 10 zu bilden. Wie er hierin verwendet wird, ist der Ausdruck „umfänglich angeordnet” nicht dazu bestimmt zu bedeuten, dass jede solche Materialschicht notwendigerweise auf einer darunterliegenden Schicht abgeschieden wird. Tatsächlich könnten solche Schichten geformt oder auf andere Weise auf einer darunterliegenden Schicht gebildet werden. Nichtsdestoweniger bedeutet der Ausdruck „umfänglich angeordnet”, dass eine darüberliegende Schicht auf einer darunterliegenden Schicht angeordnet ist, so dass es keinen ringförmigen Raum zwischen der darüberliegenden Schicht und der darunterliegenden Schicht gibt. Außerdem bedeutet der Ausdruck „umfänglich angeordnet”, wie er hierin verwendet wird, dass eine darüberliegende Schicht auf mindestens fünfzig Prozent des Umfangs der darunterliegenden Schicht angeordnet ist. Außerdem bedeutet der Ausdruck „umfänglich angeordnet”, wie er hierin verwendet wird, dass eine darüberliegende Schicht längs mindestens der Hälfte der Länge der darunterliegenden Schicht angeordnet ist.
  • Umfänglich abgedichtet. Wie er hierin verwendet wird, ist der Ausdruck „umfänglich abgedichtet” nicht dazu bestimmt zu bedeuten, dass eine darüberliegende Schicht oder Struktur notwendigerweise auf einer darunterliegenden Schicht oder Struktur abgeschieden wird. Tatsächlich können solche Schichten oder Strukturen (z. B. das transparente Gehäuse 310) geformt oder auf andere Weise auf einer darunterliegenden Schicht oder Struktur gebildet werden. Nichtsdestoweniger bedeutet der Ausdruck „umfänglich abgedichtet”, dass eine darüberliegende Schicht oder Struktur auf einer darunterliegenden Schicht oder Struktur so angeordnet ist, dass es keinen ringförmigen Raum zwischen der darüberliegenden Schicht oder Struktur und der darunterliegenden Schicht oder Struktur gibt. Außerdem bedeutet der Ausdruck „umfänglich abgedichtet”, wie er hierin verwendet wird, dass eine darüberliegende Schicht auf dem gesamten Umfang der darunterliegenden Schicht angeordnet ist. In typischen Ausführungsformen dichtet eine Schicht oder Struktur umfänglich eine Barunterliegende Schicht oder Struktur ab, wenn sie umfänglich um den gesamten Umfang der darunterliegenden Schicht oder Struktur und längs der gesamten Länge der darunterliegenden Schicht oder Struktur angeordnet ist. Jedoch ist es möglich, dass sich eine umfängliche Dichtungsschicht oder -Struktur nicht längs der gesamten Länge einer darunterliegenden Schicht oder Struktur erstreckt.
  • Steif. In einigen Ausführungsformen sind das Substrat 102 und/oder das transparente Gehäuse 310 steif. Die Steifheit eines Materials kann unter Verwendung mehrerer unterschiedlicher Maße einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf, des Youngschen Moduls gemessen werden. In der Mechanik fester Körper ist der Youngscher Modul (E) (das auch als der Young-Modul, Elastizitätsmodul, elastisches Modul oder Zugmodul bekannt ist) ein Maß der Steifigkeit eines gegebenen Materials. Es ist für kleine Dehnungen als das Verhältnis des Grads der Spannungsänderung mit der Dehnung definiert. Diese kann experimentell aus der Steigung einer Spannung-Dehnungskurve bestimmt werden, die während Zugtests erzeugt wird, die an einer Probe des Materials durchgeführt werden. Der Youngsche Modul für verschiedene Materialien wird in der folgenden Tabelle angegeben.
    Material Youngscher Modul (E) in GPa Youngscher Modul (E) in lbf/in2 (psi)
    Gummi (kleine Dehnung) 0,01–0,1 1500–15000
    Niederdichtes Polyethylen 0,2 30000
    Polypropylen 1,5–2 217000–290000
    Polyethylenterephthalat 2–2,5 290000–360000
    Polystyrol 3–3,5 435000–505000
    Material Youngscher Modul (E) in GPa Youngscher Modul (E) in lbf/in2 (psi)
    Nylon 3–7 290000–580000
    Aluminiumlegierung 69 10000000
    Glas (alle Typen) 72 10400000
    Messing und Bronze 103–124 17000000
    Titan (Ti) 105–120 15000000–17500000
    Carbonfaserverstärkter Kunststoff (unidirektional, längs Korn) 150 21800000
    Schmiedeeisen und Stahl 190–210 30000000
    Wolfram (W) 400–410 58000000–59500000
    Siliziumkarbid (SiC) 450 65000000
    Wolframkarbid (WC) 450–650 65000000–94000000
    Einzelne Kohlenstoffnanoröhre 1000+ 145000000
    Diamant (C) 1050–1200 150000000–175000000
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung gilt ein Material (z. B. das Substrat 102, das transparente Gehäuse 310 usw.) als steif, wenn es aus einem Material besteht, das ein Youngsches Modul von 20 GPa oder größer, 30 GPa oder größer, 40 GPa oder größer, 50 GPa oder größer, 60 GPa oder größer oder 70 GPa oder größer aufweist. In einigen Ausführungsformen gilt ein Material (z. B. das Substrat 102, das transparente Gehäuse 310 usw.) als steif, wenn der Youngsche Modul für das Material über einen Bereich von Dehnungen eine Konstante ist. Solche Materialien werden als linear bezeichnet und sollen das Hookesche Gesetz befolgen. Folglich besteht in einigen Ausführungsformen das Substrat 102 aus einem linearen Material, das das Hookesche Gesetz befolgt. Beispiele linearer Materialien umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, Stahl, Carbonfaser und Glas. Gummi und Erde sind (außer bei sehr niedrigen Dehnungen) nicht lineare Materialien. In einigen Ausführungsformen wird ein Material als steif betrachtet, wenn es die Elastizitätstheorie kleiner Verformungen befolgt, wenn es irgendeinem Kraftbetrag in einem weitem Bereich von Kräften ausgesetzt ist (z. B. zwischen 1 dyn und 105 dyn, zwischen 1000 dyn und 106 dyn, zwischen 10000 dyn und 107 dyn), so dass das Material nur kleine Dehnungen oder Verkürzungen oder anderen Verformungen ausgesetzt ist, wenn es einer solchen Kraft ausgesetzt ist. Die Bedingung, dass die Verformungen (oder Gradienten der Verformungen) solcher exemplarischer Materialien klein sind, bedeutet mathematisch, dass das Quadrat einer dieser Größen im Vergleich zur ersten Potenz der Größen vernachlässigbar klein ist, wenn es einer solchen Kraft ausgesetzt ist. Eine andere Weise die Bedingung für ein steifes Material festzulegen, dass ein solches Material sich über einen weiten Bereich von Kräften (z. B. zwischen 1 dyn und 105 dyn, zwischen 1000 dyn und 106 dyn, zwischen 10000 dyn und 10 dyn) nicht sichtbar verformt, ist gut durch einen Dehnungstensor gekennzeichnet, der nur lineare Terme aufweist. Der Dehnungstensor für Materialien wird in Borg, 1962, Fundamentals of Engineering Elasticity, Princeton, New Jersey, S. 36–41 beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird. In einigen Ausführungsformen wird ein Material als steif betrachtet, wenn sich eine Probe des Materials mit ausreichender Größe und ausreichenden Abmessungen unter der Schwerkraft nicht biegt.
  • Im allgemeinen steht das Ausmaß, in dem sich ein Körper (z. B. das Substrat 102, das transparente Gehäuse 310 usw.) unter einer Kraft wölbt, z. B. die Steifigkeit des Körper, mit dem Youngschen Modul des Materials, aus dem er besteht, der Länge und den Querschnittsabmessungen des Körpers und der auf den Körper angewendeten Kraft in Beziehung, was üblichen Fachleuten bekannt ist. In einigen Ausführungsformen werden der Youngsche Modul des Körpermaterials und die Länge und Querschnittsfläche des Körpers so ausgewählt, dass sich der Körper (z. B. das Substrat 401, Gehäuse 310 usw.) im wesentlichen nicht sichtbar wölbt (biegt), wenn ein erstes Ende des Körpers einer Kraft von z. B. zwischen 1 dyn und 105 dyn, zwischen 100 dyn und 106 dyn, zwischen 10000 dyn und 107 dyn ausgesetzt wird, während ein zweites Ende des Körpers festgehalten wird. In einigen Ausführungsformen werden der Youngsche Modul des Körpermaterials und die Länge und Querschnittsfläche des Körpers so ausgewählt, dass sich der Körper (z. B. das Substrat 401, Gehäuse 310 usw.) im wesentlichen nicht sichtbar wölbt, wenn ein erstes Ende des Körpers der Schwerkraft ausgesetzt wird, während ein zweites Ende des Körpers festgehalten wird.
  • Nicht planar. Die vorliegende Anmeldung ist nicht auf längliche photovoltaische Module und Substrate beschränkt, die steife zylindrische Formen aufweisen oder massive Stäbe sind. In einigen Ausführungsformen kann die Gesamtheit oder ein Abschnitt des Substrats 102 durch einen Querschnitt gekennzeichnet sein, der durch irgendeine einer Anzahl anderer Formen als die kreisförmige Form begrenzt ist. Die Begrenzungsform kann irgendeine einer kreisförmigen, eiförmigen sein, oder irgendeine Form, die durch eine oder mehrere glatte gekrümmte Oberflächen gekennzeichnet ist, oder irgendeine Verbindung von glatten gekrümmten Oberflächen. Die Begrenzungsform kann ein n-Kant sein, wobei n 3, 5 oder größer als 5 ist. Die Begrenzungsform kann in ihrer Beschaffenheit auch linear sein, einschließlich dreieckig, rechteckig, fünfeckig, sechseckig, oder irgendeine Anzahl linear segmentierter Oberflächen aufweisen. Oder der Querschnitt kann durch irgendeine Kombination linearer Oberflächen, bogenförmiger Oberflächen oder gekrümmter Oberflächen begrenzt sein.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein erster Abschnitt des Substrats 102 durch eine erste Querschnittsform gekennzeichnet, und ein zweiter Abschnitt des Substrats 102 ist durch eine zweite Querschnittsform gekennzeichnet, wobei die erste und die zweite Querschnittsform dieselbe oder unterschiedlich sind. In einigen Ausführungsformen sind mindestens null Prozent, mindestens zehn Prozent, mindestens zwanzig Prozent, mindestens dreißig Prozent, mindestens vierzig Prozent, mindestens fünfzig Prozent, mindestens sechzig Prozent, mindestens siebzig Pro zent, mindestens achtzig Prozent, mindestens neunzig Prozent oder die Gesamtheit der Länge des Substrats 102 durch die erste Querschnittsform gekennzeichnet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Querschnittsform planar (z. B. weist keine gekrümmte Seite auf), und die zweite Querschnittsform weist mindestens eine gekrümmte Seite auf.
  • Länglich. Zum Zweck, den Ausdruck „länglich” zu definieren, wird ein Gegenstand (z. B. Substrat, längliches photovoltaisches Modul usw.) betrachtet, das eine Breitenabmessung (kurze Abmessung, zum Beispiel Durchmesser eines zylindrischen Gegenstands) und eine (lange) Längenabmessung aufweist. In einigen Ausführungsformen gilt es als länglich, wenn die Längenabmessung des Gegenstands mindestens viermal größer als die Breitenabmessung ist. In anderen Ausführungsformen gilt ein Gegenstand als länglich, wenn die Längenabmessung des Gegenstands mindestens fünfmal größer als die Breitenabmessung ist. In noch anderen Ausführungsformen gilt ein Gegenstand als länglich, wenn die Längenabmessung des Gegenstands mindestens sechsmal größer als die Breitenabmessung des Gegenstands ist. In einigen Ausführungsformen gilt ein Gegenstand als länglich, wenn die Längenabmessung des Gegenstands 100 cm oder größer ist und ein Querschnitt des Gegenstands mindestens ein gekrümmte Kante aufweist. In einigen Ausführungsformen gilt ein Gegenstand als länglich, wenn die Längenabmessung des Gegenstands 100 cm oder größer ist und der Gegenstand eine zylindrische Form aufweist. In einigen Ausführungsformen sind die photovoltaischen Module länglich. In einigen Ausführungsformen sind die Substrate länglich.
  • 1.3 Exemplarische Halbleiterübergänge
  • Bezugnehmend auf 10A ist in einer Ausführungsform der Halbleiterübergang 106/108 ein Heteroübergang zwischen einer Absorberschicht 106, die auf der Gesamtheit oder einem Abschnitt des leitfähigen Materials 104 angeordnet ist, und einer Übergangspartnerschicht 108, die auf der Gesamtheit oder einem Abschnitt der Absorberschicht 106 angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen ist die Übergangspartnerschicht 108 auf der Gesamtheit oder einem Abschnitt der Rückelektrode 104 angeordnet, und die Absorberschicht 106 ist auf der Gesamtheit oder einem Abschnitt der Übergangspartnerschicht 108 angeordnet. Die Schichten 106 und 108 bestehen aus unterschiedlichen Halbleitern mit unterschiedlichen Bandlücken und Elektronenaffinitäten, so dass die Übergangspartnerschicht 108 eine größere Bandlücke als die Absorberschicht 106 aufweist.
  • Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen die Absorberschicht 106 p-dotiert, und die Übergangspartnerschicht 108 ist n-dotiert. In solchen Ausführungsformen ist die transparente leitfähige Schicht 110 n+-dotiert. In alternativen Ausführungsformen ist die Absorberschicht 106 n-dotiert, und die Übergangspartnerschicht 108 ist p-dotiert. In solchen Ausführungsformen ist die transparente leitfähige Schicht 110 p+-dotiert. In einigen Ausführungsformen werden irgendwelche der Halbleiter verwendet, um den Halbleiterübergang 106/108 zu bilden, die in Pandey, Handbook of Semiconductor Electrodeposition, Marcel Dekker Inc., 1996, Anhang 5 aufgeführt werden, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • Eigenschaften von Solarzellen, die auf p-n-Übergängen beruhen. Die Prinzipien des Betriebs von Solarzellen, die auf p-n-Übergängen beruhen (der eine Form des Halbleiterübergangs 106/108 ist), sind wohlverstanden. Kurz gesagt, wird ein p-leitender Halbleiter in engem Kontakt mit einem n-leitenden Halbleiter gebracht. Im Gleichgewicht diffundieren Elektronen von der n-leitenden Seite des Übergangs zur p-leitenden Seite des Übergangs, wobei sie mit Löchern rekombinieren, und Löcher diffundieren von der p-leitenden Seite des Übergangs zur n-leitenden Seite des Übergangs, wo sie mit Elektronen rekombinieren. Das resultierende Ladungsungleichgewicht erzeugt eine Potentialdifferenz am Übergang und bildet nahe des Übergangs einen „Raumladungsbereich” oder „Verarmungsschicht” die keine beweglichen Ladungsträger enthält.
  • Die p-leitenden und n-leitenden Seiten des Übergangs sind mit jeweiligen Elektroden verbunden, die mit einer äußeren Last verbunden sind. Im Betrieb verhält sich eine der beiden Übergangsschichten als Absorber, und die andere Übergangsschicht wird als „Übergangspartnerschicht” bezeichnet. Der Absorber absorbiert Photonen mit Energien über der Bandlücke des Materials, aus der er besteht (mehr dazu im folgenden), was Elektronen erzeugt, die unter dem Einfluss des durch den Übergang erzeugten Potentials driften. „Drift” ist eine Reaktion eines geladenen Teilchens auf ein angelegtes elektrisches Feld. Die Elektronen driften zur Elektrode, die mit dem Absorber verbunden ist, driften durch die äußere Last (wobei sie folglich Elektrizität erzeugen) und dann in die Übergangspartnerschicht. An der Übergangspartnerschicht rekombinieren die Elektronen mit Löchern in der Übergangspartnerschicht. In einigen Übergängen 106/108 der vorliegenden Anmeldung rührt ein erheblicher Anteil, wenn nicht im wesentlichen die Gesamtheit der durch den Übergang erzeugten Elektrizität (z. B. die Elektronen in der äußeren Last) von der Absorption von Photonen durch den Absorber her, z. B. rühren mehr als 30%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80%, mehr als 90%, mehr als 95%, mehr als 98%, mehr als 99% oder im wesentlichen die Gesamtheit der durch den Übergang 106/108 erzeugten Elektrizität von der Absorption von Photonen durch den Absorber her. In einigen Übergängen 106/108 der vorliegenden Anmeldung rührt ein erheblicher Anteil, wenn nicht im wesentlichen die Gesamtheit der durch eine Solarzelle 12 in der photovoltaischen Vorrichtung 10 erzeugten Elektrizität (z. B. die Elektronen in der äußeren Last) von der Absorption von Photonen durch den Absorber her, z. B. rühren mehr als 30%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80%, mehr als 90%, mehr als 95%, mehr als 98%, mehr als 99% oder im wesentlichen die Gesamtheit der durch eine Solarzelle 12 in der photovoltaischen Vorrichtung 10 erzeugten Elektrizität von der Absorption von Photonen durch den Absorber her. Für weitere Details siehe Kapitel 3 des Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, 2003, Luque und Hegedus (Herausg.), Wiley & Sons, West Sussex, England, dessen gesamter Inhalt hiermit durch Verweis hierin eingebunden wird.
  • Man beachte, dass auf Farbstoff- und auf einem Polymer beruhende Dünnfilmsolarzellen im allgemeinen keine p-n-Übergangssolarzellen sind, und die vorherrschende Art der Elektronen-Loch-Trennung über eine Ladungsträgerdiffusion stattfindet, nicht über eine Drift als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld. Für weitere Details über Farbstoff- und auf einem Polymer beruhende Dünnfilmsolarzellen siehe Kapitel 15 des Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, 2003, Luque und Hegedus (Herausg.), Wiley & Sons, West Sussex, England, dessen gesamter Inhalt hiermit durch Verweis hierin eingebunden wird.
  • Materialeigenschaften. In einigen Ausführungsformen sind die Materialien zur Verwendung in den Halbleiterübergängen 106/108 anorganisch, was bedeutet, dass sie im wesentlichen keinen reduzierten Kohlenstoff enthalten, wobei angemerkt wird, dass natürlich vernachlässigbare Mengen von reduziertem Kohlenstoff als Verunreinigungen in solchen Materialien vorhanden sein können. Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „anorganische Verbindung” auf alle Verbindungen außer Kohlenwasserstoffen und Derivaten von Kohlenwasserstoffen, wie durch Moeller, 1982, Inorganic Chemistry, A modern Introduction, Wiley, New York, S. 2 dargelegt, welches hiermit durch Verweis eingebunden wird.
  • In einigen Ausführungsformen sind die Materialien zur Verwendung in Halbleiterübergängen Festkörper, das heißt, die Atome, die das Material bilden, weisen relativ zueinander feste Positionen im Raum auf, mit der Ausnahme, dass die Atome um jene Positionen infolge der Wärmeenergie im Material schwingen können. Ein fester Gegenstand befindet sich in dem Aggregatzustand, der durch einen Widerstand gegen eine Verformung und Änderungen des Volumens gekennzeichnet ist. Auf einem mikroskopischen Maßstab weist ein Festkörper die folgenden Eigenschaften auf. Erstens sind die Atome oder Moleküle, die einen Festkörper bilden, eng zusammengepackt. Zweitens weisen die Elementarbestandteile eines Festkörpers relativ zueinander feste Positionen im Raum auf. Dies bedingt die Steifheit des Festkörpers. Eine Kristallstruktur, die eine nicht einschränkende Form eines Festkörpers ist, ist eine eindeutige Anordnung von Atomen in einem Kristall. Eine Kristallstruktur besteht aus einer Einheitszelle, einer Gruppe von Atomen, die in einer besonderen Weise angeordnet sind, die in drei Dimensionen auf einem Gitter periodisch wiederholt wird. Die Abstände zwischen Einheitszellen in verschiedenen Richtungen werden als seine Gitterparameter bezeichnet. Die Symmetrieeigenschaften des Kristalls werden in seiner Raumgruppe verkörpert. Die Struktur und Symmetrie eines Kristalls spielen bei der Bestimmung vieler seiner Eigenschaften, wie Spaltbarkeit, elektronische Bandstruktur und optische Eigenschaften eine Rolle. Drittens, wenn eine ausreichende Kraft angewendet wird, kann eine der oben angegebenen ersten und zweiten Eigenschaften zerrissen werden, was eine dauerhafte Verformung bewirkt.
  • In einigen Ausführungsformen befindet sich der Halbleiterübergang 106/108 in einem festen Zustand. In einigen Ausführungsformen befindet sich irgendeine Kombination des Substrats 102, der Rückelektrode 404, der Halbleiterübergang 106/108, der optionalen intrinsischen Schicht 415, der transparenten leitfähigen Schicht 110, des transparenten Gehäuses 310 und der wasserbeständigen Schicht im festen Zustand.
  • Viele, jedoch nicht alle, der beschriebenen Halbleitermaterialien sind kristallin oder polykristallin. Unter „kristallin” wird verstanden, dass die Atome oder Moleküle, die das Material bilden, in einem geordneten, sich wiederholenden Muster angeordnet sind, das sich in alle drei Raumdimensionen erstreckt. Unter „polykristallin” wird verstanden, dass das Material kristalline Bereiche aufweist, dass jedoch die Anordnung der Atome oder Moleküle innerhalb jedes besonderen kristallinen Bereichs nicht notwendigerweise mit der Anordnung der Atome oder Moleküle innerhalb anderer kristalliner Bereiche in Beziehung steht. In polykristallinen Materialien trennen typischerweise Korngrenzen einen kristallinen Bereich von einem anderen. In einigen Ausführungsformen befinden sich mehr als 10%, mehr als 20%, mehr als 30%, mehr als 40%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80%, mehr als 90%, mehr als 99% oder mehr des Materials, das den Absorber und/oder die Übergangspartnerschicht bildet, in einem kristallinen Zustand. Mit anderen Worten sind in einigen Ausführungsformen mehr als 10%, mehr als 20%, mehr als 30%, mehr als 40%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80%, mehr als 90%, mehr als 99% oder mehr der Moleküle des Materials, das den Absorber und/oder die Übergangspartnerschicht eines Halbleiterübergangs 106/108 bildet, unabhängig in einem oder mehreren Kristallen angeordnet, wobei solche Kristalle im triklinen, monoklinen, orthorhombischen, tetragonalen, trigonalen (rhomboedrisches Gitter), trigonalen (sechseckiges Gitter), sechseckigen oder kubischen Kristallsystem vorliegen, das durch Tabelle 3.1 von Stout und Jensen, 1989, X-ray Structure Determination, A Practical Guide, John Wiley & Sons, S. 42 definiert wird, welches hiermit durch Verweis hierin eingebunden wird. In einigen Ausführungsformen sind mehr als 10%, mehr als 20%, mehr als 30%, mehr als 40%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80%, mehr als 90%, mehr als 99% oder mehr der Moleküle des Materials, das den Absorber und/oder die Übergangspartnerschicht eines Halbleiterübergangs 106/108 bildet, unabhängig in einem oder mehreren Kristallen angeordnet, die jeweils mit der Symmetrie des triklinen Kristallsystems übereinstimmen, die jeweils mit der Symmetrie des monoklinen Kristallsystems übereinstimmen, die jeweils mit der Symmetrie des orthorhombischen Kristallsystems übereinstimmen, die jeweils mit der Symmetrie des tetragonalen Kristallsystems übereinstimmen, die jeweils mit der Symmetrie des trigonalen (rhomboedrisches Gitter) Kristallsystems übereinstimmen, die jeweils mit der Symmetrie des trigonalen (sechseckiges Gitter) Kristallsystems übereinstimmen, die jeweils mit der Symmetrie des sechseckigen Kristallsystems über einstimmen oder die jeweils mit der Symmetrie des kubischen Kristallsystems übereinstimmen. In einigen Ausführungsformen sind mehr als 10%, mehr als 20%, mehr als 30%, mehr als 40%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80%, mehr als 90%, mehr als 99% oder mehr der Moleküle des Materials, das den Absorber und/oder die Übergangspartnerschicht eines Halbleiterübergangs 410 bildet, unabhängig in einem oder mehreren Kristallen angeordnet, wobei jeder des einen oder der mehreren Kristallen in irgendeiner der 230 möglichen Raumgruppen unabhängig ist. Für eine Liste der 230 möglichen Raumgruppen siehe Tabelle 3.4 von Stout und Jensen, 1989, X-ray Structure Determination, A Practical Guide, John Wiley & Sons, S. 68–69, welches hiermit durch Verweis hierin eingebunden wird. In einigen Ausführungsformen sind mehr als 10%, mehr als 20%, mehr als 30%, mehr als 40%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80%, mehr als 90%, mehr als 99% oder mehr der Moleküle des Materials, das den Absorber und/oder die Übergangspartnerschicht eines Halbleiterübergangs 106/108 bildet, in einer kubischen Raumgruppe angeordnet. Für eine Liste aller kubischen Raumgruppen siehe Tabelle 3.4 von Stout und Jensen, 1989, X-ray Structure Determination, A Practical Guide, John Wiley & Sons, S. 68–69, welches hiermit durch Verweis hierin eingebunden wird. In einigen Ausführungsformen sind mehr als 10%, mehr als 20%, mehr als 30%, mehr als 40%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80%, mehr als 90%, mehr als 99% oder mehr der Moleküle des Materials, das den Absorber und/oder die Übergangspartnerschicht eines Halbleiterübergangs 106/108 bildet, in einer tetragonalen Raumgruppe angeordnet. Für eine Liste aller tetragonalen Raumgruppen siehe Tabelle 3.4 von Stout und Jensen, 1989, X-ray Structure Determination, A Practical Guide, John Wiley & Sons, S. 68–69, welches hiermit durch Verweis hierin eingebunden wird. In einigen Ausführungsformen sind mehr als 10%, mehr als 20%, mehr als 30%, mehr als 40%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80%, mehr als 90%, mehr als 99% oder mehr der Moleküle des Materials, das den Absorber und/oder die Übergangspartnerschicht eines Halbleiterübergangs 410 bildet, in der Fm3m-Raumgruppe angeordnet. Der Absorber und/oder die Übergangspartnerschicht eines Halbleiterübergangs 106/108 können eine oder mehrere Korngrenzen enthalten.
  • In typischen Ausführungsformen sind die in den Halbleiterübergängen 106/108 verwendeten Materialien feste anorganische Halbleiter. Das heißt, solche Materialien sind anorganisch, sie befinden sich in einem festen Zustand, und sie sind Halbleiter. Eine direkte Konsequenz, dass solche Materialien in einem solchen Zustand vorliegen, ist, dass die elektronische Bandstruktur solcher Materialien eine eindeutige Bandstruktur aufweist, in der es ein fast vollständig besetztes Valenzband und ein fast vollständig unbesetztes Leitungsband mit einer verbotene Lücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband gibt, die hierin als die Bandlücke bezeichnet wird. In einigen Ausführungsformen sind mindestens 80%, oder mindestens 90% oder im wesentlichen alle der Moleküle in der Absorberschicht anorganische Halbleitermoleküle, und mindestens 80%, oder mindestens 90% oder im wesentlichen alle der Moleküle in der Übergangspartnerschicht sind anorganische Halbleitermoleküle.
  • Andere der beschriebenen Halbleitermaterialien, wie Si in einigen Ausführungsformen, sind amorph. Unter „amorph” wird ein Material verstanden, in dem es keine Fernordnung der Positionen der Atome oder Moleküle gibt, die das Material bilden. Zum Beispiel gibt es auf Längenmaßstäben von mehr als 10 nm oder mehr als 50 nm typischerweise keine erkennbare Ordnung in einem amorphen Material. Jedoch können auf kleinen Längenmaßstäben (z. B. kleiner als 5 nm oder kleiner als 2 nm) selbst amorphe Materialien zwischen den Atompositionen eine gewisse Nahordnung aufweisen, so dass auf kleinen Längenmaßstäben solche Materialien die Bedingungen einer der 230 möglichen Raumgruppen der üblichen Orientierung befolgen.
  • In einigen Ausführungsformen sind halbleitende Materialien, die zur Verwendung in verschiedenen Ausführungsformen von So larzellen geeignet sind, wie den hierin beschriebenen, nicht-polymer (z. B. sie beruhen nicht auf organischen Polymeren). Obwohl im allgemeinen ein Polymer eine sich wiederholende chemische Struktur aufweisen kann, die auf den monomeren Einheiten beruht, aus denen sie besteht, erkennen Fachleute, dass Polymere typischerweise im amorphen Zustand anzutreffen sind, da es typischerweise keine Fernordnung der räumlichen Positionen von Abschnitten des Polymers relativ zu anderen Abschnitten gibt und da die räumlichen Positionen solcher Polymere die Symmetriebedingungen irgendeiner der 230 möglichen Raumgruppen oder irgendeine der Symmetriebedingungen irgendeiner der sieben Kristallsysteme nicht befolgen. Jedoch wird erkannt, dass Polymermaterialien kristalline Nahbereiche aufweisen können.
  • Bandlücken. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung werden mindestens vierzig Prozent, mindestens fünfzig Prozent, mindestens sechzig Prozent, mindestens siebzig Prozent, mindestens achtzig Prozent, mindestens neunzig Prozent, mindestens fünfundneunzig Prozent, mindestens 99 Prozent oder im wesentlichen die Gesamtheit der in der Solarzelle erzeugten Energie durch die Absorberschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 erzeugt, die Photonen mit Energien an oder über der Bandlücke der Absorberschicht absorbiert. Zum Beispiel werden mindestens etwa 30%, mindestens etwa 40%, mindestens etwa 50%, mindestens etwa 60%, mindestens etwa 70%, mindestens etwa 80%, mindestens etwa 85%, mindestens etwa 90%, mindestens etwa 95%, mindestens etwa 98%, mindestens etwa 99% oder sogar mehr der in der Solarzelle erzeugten Energie durch die Absorberschicht erzeugt, die Photonen mit Energien an oder über der Bandlücke der Absorberschicht absorbiert.
  • Nützlicherweise weisen in vielen Ausführungsformen die Absorberschicht und die Übergangspartnerschicht jeweils eine Bandlücke zwischen z. B. etwa 0,6 eV (etwa 2066 nm) und etwa 2,4 eV (etwa 516 nm) auf. In einigen Ausführungsformen weist eine Übergangspartnerschicht eine Bandlücke zwischen z. B. etwa 0,7 eV (etwa 1771 nm) und etwa 2,2 eV (etwa 563 nm) auf. In einigen Ausführungsformen weist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 eine Bandlücke zwischen z. B. etwa 0,8 eV (etwa 1550 nm) und etwa 2,0 eV (etwa 620 nm) auf. In einigen Ausführungsformen weist eine Absorberschicht oder eine Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 eine Bandlücke zwischen z. B. etwa 0,9 eV (etwa 1378 nm) und etwa 1,8 eV (etwa 689 nm) auf. In einigen Ausführungsformen weist eine Absorberschicht oder eine Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 eine Bandlücke zwischen z. B. etwa 1 eV (etwa 1240 nm) und etwa 1,6 eV (etwa 775 nm) auf. In einigen Ausführungsformen weist eine Absorberschicht oder eine Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 eine Bandlücke zwischen z. B. etwa 1,1 eV (etwa 1127 nm) und etwa 1,4 eV (etwa 886 nm) auf. In einigen Ausführungsformen weist eine Absorberschicht oder eine Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 eine Bandlücke zwischen z. B. etwa 1,1 eV (etwa 1127 nm) und etwa 1,2 eV (etwa 1033 nm) auf. In einigen Ausführungsformen weist eine Absorberschicht oder eine Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 eine Bandlücke zwischen z. B. etwa 1,2 eV (etwa 1033 nm) und etwa 1,3 eV (etwa 954 nm) auf.
  • In einigen Ausführungsformen weist die Absorberschicht und/oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 eine Bandlücke zwischen z. B. 0,6 eV (2066 nm) und 2,4 eV (516 nm), 0,7 eV (1771 nm) und 2,2 eV (563 nm), 0,8 eV (1550 nm) und 2,0 eV (620 nm), 0,9 eV (1378 nm) und 1,8 eV (689 nm), 1 eV (1240 nm) und 1,6 eV (775 nm), 1,1 eV (1127 nm) und 1,4 eV (886 nm), oder 1,2 eV (1033 nm) und 1,3 eV (954 nm) auf. In einigen Ausführungsformen weist eine Absorberschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 eine Bandlücke zwischen z. B. 0,6 eV (2066 nm) und 2,4 eV (516 nm), 0,7 eV (1771 nm) und 2,2 eV (563 nm), z. B. 0,8 eV (1550 nm) und 2,0 eV (620 nm), 0,9 eV (1378 nm) und 1,8 eV (689 nm), 1 eV (1240 nm) und 1,6 eV (775 nm), 1,1 eV (1127 nm) und 1,4 eV (886 nm), oder 1,2 eV (1033 nm) und 1,3 eV (954 nm) auf. In einigen Ausführungsformen weist eine Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 eine Bandlücke zwischen z. B. 0,6 eV (2066 nm) und 2,4 eV (516 nm), z. B. 0,7 eV (1771 nm) und 2,2 eV (563 nm), 0,8 eV (1550 nm) und 2,0 eV (620 nm), z. B. 0,9 eV (1378 nm) und 1,8 eV (689 nm), z. B. 1 eV (1240 nm) und 1,6 eV (775 nm), 1,1 eV (1127 nm) und 1,4 eV (886 nm) oder zwischen z. B. 1,2 eV (1033 nm) und 1,3 eV (954 nm) auf.
  • Wie oben erwähnt, enthalten die Absorberschicht und die Übergangspartnerschicht unterschiedliche Halbleiter mit unterschiedlichen Bandlücken und Elektronenaffinitäten, so dass die Übergangspartnerschicht eine größere Bandlücke als die Absorberschicht aufweist. Zum Beispiel kann der Absorber eine Bandlücke zwischen etwa 0,9 eV und etwa 1,8 eV aufweisen. In einigen Ausführungsformen enthält die Absorberschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS), und die Bandlücke der Absorberschicht liegt im Bereich von 1,04 eV bis 1,67 eV. In einigen Ausführungsformen enthält die Absorberschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS), und die minimale Bandlücke der Absorberschicht liegt zwischen 1,1 eV und 1,2 eV.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 abgestuft, so dass die Bandlücke der Absorberschicht als Funktion der Absorberschichttiefe variiert. Wie in der Technik bekannt ist, kann zum Zweck der Modellierung eine solche abgestufte Absorberschicht als aufeinander geschichtete Schichten jeweils mit einer anderen Zusammensetzung und entsprechenden Bandlücke modelliert werden. Zum Beispiel enthält in einigen Ausführungsformen die Absorberschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, das die Stöchiometrie CuIn1-xGaxSe2 mit einer nicht einheitlichen Ga/In-Zusammensetzung als Funktion der Absorberschichttiefe aufweist. Eine solche nicht einheitliche Ga/In-Zusammensetzung kann zum Beispiel durch veränderliche Elementarflüsse von Ga und In während der Abscheidung der Absorberschicht auf eine nicht planare Rückelektrode erzielt werden. In einigen Ausführungsformen enthält die Absorberschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid mit der Stöchiometrie CuIn1-xGaxSe2, in dem die Bandlückenbereiche des Absorbers als Funktion der Absorbertiefe zwischen einem ersten Wert im Bereich 1,04 eV bis 1,67 eV und einem zweiten Wert im Bereich von 1,04 eV bis 1,67 eV variieren, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen enthält die Absorberschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid mit der Stöchiometrie CuIn1-xGaxSe2 in dem sich die Bandlücke der Absorberschicht als Funktion der Absorberschichttiefe zwischen einem ersten Wert im Bereich von 1,04 eV bis 1,67 eV und einem zweiten Wert im Bereich von 1,04 eV bis 1,67 eV bewegt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. Typischerweise bewegt sich die Bandlücke in solchen Ausführungsformen als Funktion der Absorberschichttiefe in einem kontinuierlichen linearen Gradienten zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert. Jedoch bewegt sich die Bandlücke in einigen Ausführungsformen als Funktion der Absorberschichttiefe in einem nicht linearen Gradienten oder sogar in einer diskontinuierlichen Weise zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich als Funktion der Absorberschichttiefe zwischen einem ersten Wert im Bereich 1,04 eV bis 1,67 eV und einem zweiten Wert im Bereich von 1,04 eV bis 1,67 eV bewegt, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen enthält die Absorberschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid mit der Stöchiometrie CuIn1-xGaxSe2, in dem sich die Bandlücke als Funktion der Absorbertiefe zwischen einem ersten Wert im Bereich von 1,04 eV bis 1,67 eV und einem zweiten Wert im Bereich von 1,04 eV bis 1,67 eV bewegt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen bewegt sich die Bandlücke als Funktion der Ab sorbertiefe in einem kontinuierlichen linearen Gradienten zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert. Jedoch bewegt sich in einigen Ausführungsformen die Bandlücke als Funktion der Absorbertiefe in einem nicht linearen Gradienten oder sogar einer diskontinuierlichen Weise zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert. Außerdem bewegt sich die Bandlücke in einigen Ausführungsformen zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert in einer solchen Weise, dass sich die Bandlücke als Funktion der Absorberschichttiefe mehrmals vergrößert und vermindert.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 0,6 eV (2066 nm) bis 2,4 eV (516 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 0,6 eV (2066 nm) bis 2,4 eV (516 nm) bewegt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 0,7 eV (1771 nm) bis 2,2 eV (563 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 0,7 eV (1771 nm) bis 2,2 eV (563 nm) bewegt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 0,8 eV (1550 nm) bis 2,0 eV (620 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 0,8 eV (1550 nm) bis 2,0 eV (620 nm) bewegt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 0,9 eV (1378 nm) bis 1,8 eV (689 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 0,9 eV (1378 nm) bis 1,8 eV (689 nm) bewegt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 1 eV (1240 nm) bis 1,6 eV (775 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 1 eV (1240 nm) bis 1,6 eV (775 nm) bewegt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 1,1 eV (1127 nm) bis 1,4 eV (886 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 1,1 eV (1127 nm) bis 1,4 eV (886 nm) bewegt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 1,2 eV (1033 nm) bis 1,3 eV (954 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 1,2 eV (1033 nm) bis 1,3 eV (954 nm) bewegt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen bewegt sich die Bandlücke als Funktion der Absorberschicht- oder Übergangspartnerschichttiefe zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert in einem kontinuierlichen linearen Gradienten. Jedoch bewegt sich in einigen Ausführungsformen die Bandlücke als Funktion der Absorberschichttiefe oder Übergangspartnerschichttiefe in einem nicht linearen Gradienten oder sogar in einer diskontinuierlichen Weise zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert. Außerdem bewegt sich in einigen Ausführungsformen die Bandlücke in einer solchen Weise zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert, dass sich die Bandlücke mehrmals als Funktion der Absorberschicht- oder Übergangspartnerschichttiefe vergrößert und vermindert.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 0,6 eV (2066 nm) bis 2,4 eV (516 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 0,6 eV (2066 nm) bis 2,4 eV (516 nm) bewegt, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 0,7 eV (1771 nm) bis 2,2 eV (563 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 0,7 eV (1771 nm) bis 2,2 eV (563 nm) bewegt, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 0,8 eV (1550 nm) bis 2,0 eV (620 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 0,8 eV (1550 nm) bis 2,0 eV (620 nm) bewegt, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 0,9 eV (1378 nm) bis 1,8 eV (689 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 0,9 eV (1378 nm) bis 1,8 eV (689 nm) bewegt, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 1 eV (1240 nm) bis 1,6 eV (775 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 1 eV (1240 nm) bis 1,6 eV (775 nm) bewegt, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 1,1 eV (1127 nm) bis 1,4 eV (886 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 1,1 eV (1127 nm) bis 1,4 eV (886 nm) bewegt, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht oder die Übergangspartnerschicht in einem Halbleiterübergang 106/108 der vorliegenden Anmeldung durch eine Bandlücke gekennzeichnet, die sich zwischen einem ersten Wert im Bereich von 1,2 eV (1033 nm) bis 1,3 eV (954 nm) und einem zweiten Wert im Bereich von 1,2 eV (1033 nm) bis 1,3 eV (954 nm) bewegt, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist. In einigen Ausführungsformen bewegt sich die Bandlücke als Funktion der Absorberschicht- oder Übergangspartnerschichttiefe in einem kontinuierlichen linearen Gradienten zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert. Jedoch bewegt sich die Bandlücke in einigen Ausführungsformen als Funktion der Absorberschicht- oder Übergangspartnerschichttiefe in einem nicht linearen Gradienten oder sogar einer diskontinuierlichen Weise zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert. Außerdem bewegt sich die Bandlücke in einigen Ausführungsformen zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert in einer solchen Weise, dass sich die Bandlücke als Funktion der Absorberschicht- oder Übergangspartnerschichttiefe mehrmals vergrößert und vermindert.
  • Die folgende Tabelle listet exemplarische Bandlücken verschiedener Halbleiter, die zur Verwendung in Halbleiterübergängen wie den hierin beschriebenen geeignet sind, sowie einige andere physikalische Eigenschaften der Halbleiter auf. „D” zeigt eine direkte Bandlücke an, und „I” zeigt eine indirekte Bandlücke an. Tabelle. Eigenschaften verschiedenener Halbleiter (basierend auf Pandey, Handbook of Semiconductor Electrodeposition, Marcel Dekker Inc., 1996, Anhang 5), die in den Halbleiterübergängen 410 der vorliegenden Anmeldung verwendet werden können
    Material (Typ) Dichte (g/cm3) Bandlücke (eV) Lückenübergang Elektronenbeweglichkeit (cm2V1s1) Lochbeweglichkeit (cm2V1s1) Dielektrizitätskon stante
    B 1,53 I 6000 4000 -
    Si (n,p) 2,33 1,11 I 1350 480 12
    Ge (n,p) 5,33 0,66 I 3600 1800 16
    SiC (n,p) 3,22 2,75–3,1 I 60–120 10,2 4,84
    CdS (n,p) 4,83 2,42 D 340 - 9–10,3
    CdSe (n) 5,74 1,7 D 600 - 9,3–10
    CdTe (n,p) 5,86 1,44 D 700 65 9,6
    ZnS (n) 4,09 3,58 D 120 - 8,3
    ZnSe (n) 5,26 2,67 D 530 - 9,1
    ZnTe (p) 5,70 2,26 D 530 130 10,1
    HgSe 7,1–8,9 0,6 - 18500 - 5,8
    HgTe 0,025 - 22000 160 -
    PbS 7,5 0,37 I 600 200 -
    PbSe 8,10 0,26 I 1400 1400 -
    PbTe (n,p) 8,16 0,29 I 6000 4000 -
    Bi2S3 (n) 1,3 I 200 - -
    Sb2Se3 1,2 - 15 45 -
    Sb2S3 1,7 - - - -
    As2Se3 1,6 - 15 45 -
    In2S3 2,28 - - - -
    In2Se3 1,25 - 30 - -
    Mg2Si 0,77 - 370 65 -
    ZnAs2 0,9 - - 50 -
    CdAs2 1,0 - - 100 -
    AlAs (n,p) 3,79 2,15 I - 280 10,1
    AlSb (n,p) 4,26 1,6 I 900 400 10,3
    GaAs (n,p) 5,32 1,43 D 58000 300 11,5
    GaSb (n,p) 5,60 0,68 D 5000 1000 14,8
    GaP (n,p) 4,13 2,3 D 110 75 8,5
    InP (n,p) 4,78 1,27 D 4500 100 12,1
    InSb (n,p) 5,77 0,17 D 80000 450 15,07
    InAs (n,p) 5,60 0,36 D 33000 450 11,7
    MoS2 (n,p) 4,8 1,75 I, D - 200 -
    MoSe2 (n,p) 1,4 I, D 10–50 -
    MoTe2 (n,p) 1,0 I - - -
    WSe2 (n,p) 1,57 I 100–150 - -
    ZrSe2 (p) 1,05–1,22 I - - -
    CuInS2 (n,p) 4,75 1,3–1,5 - - - -
    CuInSe2 (n,p) 5,77 0,9–1,11 - - - -
    CuGaS2 (p) 4,35 2,1 - - - -
    CuGaSe2 (p) 5,56 1,5 - - - -
    CuInS0,5Se1,5 (p) 1,5 - - - -
    CuInSSe (p) 1,2 - - - -
    CuInS1,5S0,5 (n,p) 1,3 - - - -
    CuGa0,5In0,5S2 (p) 1,4 - - - -
    CuGa0,5In0,5Se2 (p) 1,1 - - - -
    CuGa0,75In0,25Se2 (p) 1,35 - - - -
    CuGa0,25In0,75Se2 1,0 - - - -
    CuGa0,5In0,5SSe (p) 1,2 - - - -
    CuGa0,25In0,75S0.5Se1,5 (p) 1,0 - - - -
    CuGa0,75In0,25SSe1,5 (p) 1,1 - - - -
    Cu2CdSnSe4 (p) 1,5 - - - -
    CuInSnS4 (p) 1,1 - - - -
    CuInSnSe4 (p) 0,9 - - - -
    CuIn5Se8 (p) 1,3 - - - -
    CuGa3S5 (p) 1,8 - - - -
    CuGa5Se8 (p) 2,0 - - - -
    CuGa5Se8 1,2 - - - -
    CuGa2,5In2,5S4S8 1,4 - - - -
  • In einigen Ausführungsformen bewegt sich die Dichte der Halbleitermaterialien in der Absorberschicht und/oder dem Übergangspartner eines Halbleiterübergangs 106/108 zwischen etwa 2,33 g/cm3 and 8,9 g/cm3. In einigen Ausführungsformen weist die Absorberschicht eine Dichte zwischen etwa 5 g/cm3 und 6 g/cm3 auf. In einigen Ausführungsformen enthält die Absorberschicht CIGS. Die Dichte von CIGS ändert sich mit seiner Zusammensetzung, da sich die Einheitskristallzelle von kubisch zu tetragonal ändert. Die chemische Formel für CIGS ist: Cu(In1-xGax)Se2. Bei Galliumstoffmengenanteilen unter 0,5 nimmt das CIGS eine tetragonale Chalkopyritstruktur an. Bei Stoffmengenanteilen über 0,5 ist die Zellenstruktur kubische Zinkblende. In einigen Ausführungsformen enthält die Absorberschicht eines Halbleiterübergangs 106/108 CIGS, in dem der Stoffmengenanteil (x) zwischen 0,2 und 0,6, eine Dichte zwischen 5 g/cm3 und 6 g/cm3 und eine Bandlücke zwischen etwa 1,2 eV und 1,4 eV liegt. In einer Ausführungsform enthält die Absorberschicht eines Halbleiterübergangs 106/108 CIGS, in dem der Stoffmengenanteil (x) zwischen 0,2 und 0,6 liegt, die Dichte des CIGS zwischen 5 g/cm3 und 6 g/cm3 liegt und die Bandlücke des CIGS zwischen etwa 1,2 eV und 1,4 eV liegt. In einer Ausführungsform enthält die Absorberschicht eines Halbleiterübergangs 106/108 CIGS, in dem der Stoffmengenanteil (x) 0,4 beträgt, die Dichte des CIGS etwa 5,43 g/cm3 beträgt und die Bandlücke des CIGS etwa 1,2 eV beträgt.
  • Stromdichten. Die Kombination der Materialien, die im Halbleiterübergang, z. B. der Absorberschicht und Übergangspartnerschicht verwendet werden, wird ausgewählt, um bei einer Bestrahlung mit Photonen mit Energien bei oder über der Bandlücke der Absorberschicht eine ausreichende Stromdichte zu erzeugen (für gewöhnlich auch die „Kurzschlussstromdichte” oder Jsc genannt), um effektiv Elektrizität zu erzeugen. Um Jsc zu verbessern, ist es wünschenswert, (1) so viel des auftreffenden Lichts wie möglich zu absorbieren, z. B. eine kleine Bandlücke mit hoher Absorption über einen weiten Energiebereich zu erhalten, und (2) solche Materialeigenschaften zu erhalten, dass die photoangeregten Elektronen und Löcher imstande sind, durch das innere elektrische Feld gesammelt zu werden, das durch den Übergang erzeugt wird, und in eine äußere Schaltung zu gehen, bevor sie rekombinieren, z. B. ein Material mit einer hohen Minoritätsträgerlebensdauer und Beweglichkeit. Gleichzeitig ist die Bandlücke der Übergangspartnerschicht nützlicherweise relativ zu jener der Absorberschicht groß, so dass der Großteil der Photonenabsorption in der Absorberschicht stattfindet. Zum Beispiel werden in einigen Ausführungsformen die Verbindungen im Halbleiterübergang 106/108 (z. B. die Absorberschicht und/oder die Übergangspartnerschicht) so ausgewählt, dass die Solarzelle bei Bestrahlung mit einem globalen Spektrum bei Luftmasse (AM) 1,5, einem direkten terrestrischen Spektrum bei AM 1,5, einem AMO-Bezugsspektrum, wie im Abschnitt 16.2.1 des Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, 2003, Luque und Hegedus (Herausg.), Wiley & Sons, West Sussex, England (2003) definiert, welches hiermit durch Verweis hierin eingebunden wird, eine Stromdichte Jsc von mindestens 10 mA/cm2, mindestens 15 mA/cm2, mindestens 20 mA/cm2, mindestens 25 mA/cm2, mindestens 30 mA/cm2, mindestens 35 mA/cm2 oder mindestens 39 mA/cm2 erzeugt. Der Luftmassenwert 0 entspricht einer Sonneneinstrahlung auf Meereshöhe mit der Sonne an ihrem Zenit, wie gezeigt, AM 1,0 repräsentiert Sonnenlicht mit der Sonne im Zenit über der Atmosphäre der Erde und absorbierenden Sauerstoff- und Stickstoffgasen, AM 1,5 ist dasselbe, jedoch mit der Sonne unter einem schiefen Winkel von 48,2°, was einen längeren Lichtweg durch die Atmosphäre der Erde simuliert, und AM 2,0 erweitert diesen schiefen Winkel auf 60,1°. Siehe Jeong, 2007, Laser Focus World 43, 71–74, welches hiermit durch Verweis hierin eingebunden wird.
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Solarzellen der vorliegenden Erfindung eine Jsc auf, die bei einer Messung unter Normbedingungen (25°C, AM 1,5 G 100 mW/cm2) zwischen 22 mA/cm2 und 35 mA/cm2 liegt. In einigen Ausführungsformen weisen die Solarzellen der vorliegenden Erfindung eine Jsc auf, die bei einer Messung unter AM 1,5 G bei irgendeiner Temperatur zwischen 0°C und 70°C zwischen 22 mA/cm2 und 35 mA/cm2 liegt. In einigen Ausführungsformen weisen die Solarzellen der vorliegenden Erfindung eine Jsc auf, die bei einer Messung unter AM 1,5 G Bedingungen bei irgendeiner Temperatur zwischen 10°C und 60°C zwischen 22 mA/cm2 und 35 mA/cm2 liegt. Zur Berechnung der Stromdichte werden Beleuchtungsstärken zum Beispiel durch die amorphe Standard-Si-Solarzelle in der Weise kalibriert, die verwendet wird, um Werte in Nishitani u. a., 1998, Solar Energy Materials and Solar Cells 50, S. 63–70 und den darin zitierten Verweisquellen zu berichten, welches hiermit durch Verweis vollständig eingebunden wird.
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Materialien der Absorberschicht und/oder der Übergangspartnerschicht des Halbleiterübergangs 106/108 Elektronenbeweglichkeiten zwischen z. B. 10 cm2V1s1 und 80000 cm2V1s1 auf.
  • Leerlaufspannung. In einigen Ausführungsformen weisen die Solarzellen der vorliegenden Erfindung eine Leerlaufspannung Voc (V) auf, die bei einer Messung unter Normbedingungen (25°C, AM 1,5 G 100 mW/cm2) zwischen 0,4 V und 0,8 V liegt. In einigen Ausführungsformen weisen die Solarzellen der vorliegenden Erfindung eine Voc auf, die bei einer Messung unter AM 1,5 G bei irgendeiner Temperatur zwischen 0°C und 70°C zwischen 0,4 V und 0,8 V liegt. In einigen Ausführungsformen weisen die Solarzellen der vorliegenden Erfindung eine Voc auf, die bei einer Messung unter AM 1,5 G Bedingungen bei irgendeiner Temperatur zwischen 10°C und 60°C zwischen 0,4 V und 0,8 V liegt. Zur Berechnung der Leerlaufspannung werden die Beleuchtungsstärken zum Beispiel durch die amorphe Standard-Si-Solarzelle in der Weise kalibriert, die verwendet wird, um Werte in Nishitani u. a., 1998, Solar Energy Materials and Solar Cells 50, S. 63–70 und den darin zitierten Verweisquellen zu berichten, welches hiermit durch Verweis vollständig eingebunden wird.
  • 1.3.1 Dünnfilmhalbleiterübergänge, die auf Kupfer-Indium-Diselenid und anderen Materialien des Typs I-III-VI beruhen
  • Weiter auf 10A bezugnehmend, besteht in einigen Ausführungsformen die Absorberschicht 106 aus einer Verbindung der Gruppe I-III-VI2 wie Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2, auch als CIS bekannt). In einigen Ausführungsformen besteht die Absorberschicht 106 aus einer ternären Verbindung der Gruppe I-III-VI2, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus CdGeAs2, ZnSnAs2, CuInTe2, AgInTe2, CuInSe2, CuGaTe2, ZnGeAs2, CdSnP2, AgInSe2, AgGaTe2, CuInS2, CdSiAs2, ZnSnP2, CdGeP2, ZnSnAs2, CuGaSe2, AgGaSe2, AgInS2, ZnGeP2, ZnSiAs2, ZnSiP2, CdSiP2 oder CuGaS2 entweder des p-leitenden Typs oder des n-leitenden Typs besteht, wenn bekannt ist, dass eine solche Verbindung existiert.
  • In einigen Ausführungsformen besteht die Übergangspartnerschicht 108 aus CdS, ZnS, ZnSe oder CdZnS. In einer Ausführungsform besteht die Absorberschicht 106 aus p-leitenden CIS, und die Übergangspartnerschicht 108 besteht aus n–-leitenden CdS, ZnS, ZnSe oder CdZnS. Solche Halbleiterübergänge 106/108 werden im Kapitel 6 von Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London beschrieben, welches durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • In einigen Ausführungsformen besteht die Absorberschicht 106 aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CMS). Eine solche Schicht ist auch als Cu(InGa)Se2 bekannt. In einigen Ausführungsformen besteht die Absorberschicht 106 aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS), und die Übergangspartnerschicht 108 besteht aus CdS, ZnS, ZnSe oder CdZnS. In einigen Ausführungsformen besteht die Absorberschicht 106 aus p-leitenden CIGS, und die Übergangspartnerschicht 108 besteht aus n-leitenden CdS, ZnS, ZnSe oder CdZnS. Solche Halbleiterübergänge 106/108 werden im Kapitel 13 des Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, 2003, Luque und Hegedus (Herausg.), Wiley & Sons, West Sussex, England, Kapitel 12 beschrieben, welches durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird. In einigen Ausführungsformen wird CIGS unter Verwendung von Techniken abgeschieden, die offenbart werden in: Beck und Britt, Final Technical Report, Januar 2006, NREUSR-520-39119; und Delahoy und Chen, August 2005, „Advanced CIGS Photovoltaic Technology" Auftragsbericht; Kapur u. a., Januar 2005 Auftragsbericht, NREUSR-520-37284, „Lab to Large Scale Transition for Non-Vacuum Thin Film CIGS Solar Cells"; Simpson u. a., Oktober 2005 Auftragsbericht, „Trajectory-Oriented and Fault-Tolerant-Based Intelligent Process Control for Flexible CIGS PV Module Manufacturing" NREUSR-520-38681; und Ramanathan u. a., 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition, Lake Buena Vista, Florida, Januar 3–7, 2005, von denen alle hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden werden.
  • In einigen Ausführungsformen wird die Absorberschicht 106 auf einem leitfähigen Molybdänmaterial 104 durch Verdampfung von Elementarquellen gemäß eines dreistufigen Prozesses CIGS-gezüchtet, der in Ramanthan u. a., 2003, „Properties of 19.2 Efficiency ZnO/CdS/CuInGaSe2 Thin-film Solar Cells" Progress in Photovoltaics: Research and Applications 11, 225 beschrieben wird, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird. In einigen Ausführungsformen ist die Schicht 504 eine ZnS(O,OH)-Pufferschicht, wie zum Beispiel in Ramanathan u. a., Konferenzartikel, „CIGS Thin-Film Solar Research at NREL:FY04 Results and Accomplishments" NREL/CP-520-37020, Januar 2005 beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Absorberschicht 106 zwischen 0,5 μm und 2,0 μm dick. In einigen Ausführungsformen liegt das Zusammensetzungsverhältnis von Cu/(In + Ga) in der Schicht 106 zwischen 0,7 und 0,95. In einigen Ausführungsformen liegt das Zusammensetzungsverhältnis von Ga/(In + Ga) in der Schicht 106 zwischen 0,2 und 0,4. In einigen Ausführungsformen besteht die Absorberschicht 106 aus CIGS, das eine kristallographische Orientierung von <110> aufweist. In einigen Ausführungsformen besteht die Absorberschicht 106 aus CIGS, das eine kristallographische Orientierung von <112> aufweist. In einigen Ausführungsformen besteht die Absorberschicht 106 aus CIGS, in dem die CIGS-Kristalle zufällig orientiert sind.
  • 1.3.2 Halbleiterübergänge, die auf amorphen Silizium oder polykristallinem Silizium beruhen
  • In einigen Fällen werden Schichten mit anderen Bezugsziffern als 106 und 108 verwendet, um Schichten zu beschreiben, die in einem Halbleiterübergang 106/108 vorhanden sein können. Es wird erkannt werden, dass solche Schichten anstelle der Schichten 106 und 108 verwendet werden können, die in 2 dargestellt werden. In einigen Ausführungsformen weist der Halbleiterübergang 106/108 amorphes Silizium auf. In einigen Ausführungsformen ist dies ein n/n-Heteroübergang. Bezugnehmend auf 10B weist zum Beispiel in einigen Ausführungsformen der Halbleiterübergang 106/108 SnO2(Sb) auf, die Schicht 512 weist undotiertes amorphes Silizium auf, und die Schicht 510 weist n+-dotiertes amorphes Silizium auf.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Halbleiterübergang 106/108 ein p-i-n-Übergang. Zum Beispiel weist in einigen Ausführungsformen der Halbleiterübergang 106/108 eine Schicht 514, die aus p+-dotiertem amorphen Silizium besteht, eine Schicht 512, die aus undotiertem amorphen Silizium besteht, und eine Schicht 510 auf, die aus n+-dotiertem amorphen Silizium besteht. Solche Halbleiterübergänge 106/108 werden im Kapitel 3 of Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • In einigen Ausführungsformen beruht der Halbleiterübergang 106/108 auf einem polykristallinen Dünnfilm. Bezugnehmend auf 10B, besteht in einem Beispiel gemäß solcher Ausführungsformen die Schicht 510 aus p-dotiertem polykristallinen Silizium, die Schicht 512 besteht aus veramten polykristallinen Silizium, und die Schicht 514 besteht aus n-dotiertem polykristallinen Silizium. Solche Halbleiterübergänge werden in Green, Silicon Solar Cells: Advanced Principles & Practice, Centre for Photovoltaic Devices and Systems, University of New South Wales, Sydney, 1995; und Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London beschrieben, S. 57–66, die hiermit durch Verweis vollständig eingebunden werden.
  • In einigen Ausführungsformen beruht der Halbleiterübergang 106/108 auf p-leitenden mikrokristallinen Si:H und mikrokristallinen Si:C:H in einem amorphen Si:H-Zusammenhang. Solche Halbleiterübergänge werden in Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London, S. 66–67, und den darin zitierten Verweisquellen beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Halbleiterübergang 106/108 ein Tandemübergang. Tandemübergänge werden zum Beispiel beschrieben in: Kim u. a., 1989, „Lightweight (AlGaAs)GaAs/CuInSe2 Tandem Junction Solar Cells for Space Applications" Aerospace and Electronic Systems Magazine, IEEE Band 4, S. 23–32; Deng, 2005, „Optimization of a-SiGe Based Triele, Tandem and Single junction Solar Cells" Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Thirty-first IEEE, S. 1365–1370; Arya u. a., 2000, „Amorphous Silicon Based Tandem Junction Thin-film Technology: a Manufacturing Perspective" Photovoltaic Specialists Conference, 2000, Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE 15–22, S. 1433–1436; Hart, 1988, „High Altitude Current-voltage Measurement of GaAs/Ge solar cells" Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Twentieth IEEE 26–30, S. 764–765, B. 1; Kim, 1988, „High Efficiency GaAs/CuInSe2 Tandem Junction Solar Cells" Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Twentieth IEEE 26–30, S. 457–461 B. 1; Mitchell, 1988, „Single and Tandem Junction CuInSe2 Cell and Module Technology" Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Twentieth IEEE 26–30, S. 1384–1389, B. 2; und Kim, 1989, „High Specific Power (AlGaAs)GaAs/CuInSe2 Tandem Junction Solar Cells for Space Applications" Energy Conversion Engineering Conference, IECEC-89, Proceedings of the 24th Intersociety, S. 779–784, B. 2, von denen alle hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden werden.
  • 1.3.3 Halbleiterübergänge, die auf Galliumarsenid und anderen Materialien des Typs III-V beruhen
  • In einigen Ausführungsformen beruht der Halbleiterübergang 106/108 auf Galliumarsenid (GaAs) oder anderen III-V-Materialien wie InP, AlSb und CdTe. GaAs ist ein Material mit direkter Bandlücke, das eine Bandlücke von 1,43 eV aufweist und 97% der AM1-Strahlung in einer Dicke von etwa zwei Mikrometern absorbieren kann. Geeignete Übergänge des Typs III-V, die als Halbleiterübergänge 106/108 dienen können, werden im Kapitel 4 von Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • Außerdem ist in einigen Ausführungsformen der Halbleiterübergang 106/108 eine Hybrid-Multiübergang-Solarzelle wie ein mechanisch aufeinander geschichteter GaAs/Si-Multiübergang, wie durch Gee und Virshup, 1988, 20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, IEEE Publishing, New York, S. 754 beschrieben, welches durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird, eine GaAs/CuInSe2-MSMJ-Vorrichtung mit vier Anschlüssen, die aus einer oberen GaAs-Dünnfilmzelle und einer dünnen unteren ZnCdS/CuInSe2-Zelle besteht, die durch Stanbery u. a., 19th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, IEEE Publishing, New York, S. 280, und Kim u. a., 20th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, IEEE Publishing, New York, S. 1487 beschrieben werden, von denen alle hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden werden. Andere Hybrid-Multiübergang-Solarzellen werden in Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London, pp. 131–132 beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • 1.3.4 Halbleiterübergänge, die auf Kadmiumtellurid und anderen Materialien des Typs II-VI beruhen
  • In einigen Ausführungsformen beruht der Halbleiterübergang 106/108 auf II-VI-Verbindungen, die entweder in der n-leitenden oder der p-leitenden Form hergestellt werden können. Bezugnehmend auf 10C ist der Halbleiterübergang 106/108 in einigen Ausführungsformen folglich ein p-n-Heteroübergang, in dem die Schichten 106 und 108 aus irgendeiner Kombination, die in der folgenden Tabelle dargelegt wird, oder Legierungen davon bestehen.
    Schicht 106 Schicht 108
    n-CdSe p-CdTe
    n-ZnCdS p-CdTe
    n-ZnSSe p-CdTe
    p-ZnTe n-CdSe
    n-CdS p-CdTe
    n-CdS p-ZnTe
    p-ZnTe n-CdTe
    n-ZnSe p-CdTe
    n-ZnSe p-ZnTe
    n-ZnS p-CdTe
    n-ZnS p-ZnTe
  • Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterübergangs 106/108, der auf II-VI Verbindungen beruht, werden in Kapitel 4 von Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London beschrieben, welches hiermit zu einem solchen Zweck durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • 1.3.5 Halbleiterübergänge, die auf kristallinem Silizium beruhen
  • Während Halbleiterübergänge 106/108, die aus Dünnfilmhalbleiterfilmen bestehen, bevorzugt werden, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen beruhen die Halbleiterübergänge 106/108 auf kristallinem Silizium. Bezugnehmend auf 5D weist zum Beispiel der Halbleiterübergang 106/108 in einigen Ausführungsformen eine Schicht aus p-leitendem kristallinen Silizium 106 und eine Schicht aus n-leitendem kristallinen Silizium 108 auf. Verfahren zum Herstellen solcher kristalliner Siliziumhalbleiterübergänge 106/108 werden im Kapitel 2 von Bube, Photovoltaic Materials, 1998, Imperial College Press, London beschrieben, welches hiermit durch Verweis vollständig hierin eingebunden wird.
  • 1.4 Exemplarische Abmessungen
  • Wie in den 2 und 3A dargestellt, weist eine nicht planare photovoltaische Vorrichtung 10 eine Länge l auf, die im Vergleich zum Durchmesser d ihres Querschnitts groß ist. In einigen Ausführungsformen weist eine photovoltaische Vorrichtung 10 eine Länge 1 zwischen 1 Zentimeter (cm) und 50000 cm und eine Breite d zwischen 1 cm und 50000 cm auf. In einigen Ausführungsformen weist eine photovoltaische Vorrichtung 10 eine Län ge 1 zwischen 10 cm und 1000 cm und eine Breite d zwischen 10 cm und 1000 cm auf. In einigen Ausführungsformen weist eine photovoltaische Vorrichtung 10 eine Länge l zwischen 40 cm und 500 cm und eine Breite d zwischen 40 cm und 500 cm auf.
  • In einigen Ausführungsformen weist eine photovoltaische Vorrichtung 10 die in 8A dargestellte planare Konfiguration auf. Bezugnehmend auf 4A, kann in solchen Ausführungsformen die photovoltaische Vorrichtung 10 eine Länge x zwischen 1 Zentimeter und 10000 Zentimetern aufweisen. Ferner kann die photovoltaische Vorrichtung 10 eine Breite zwischen 1 Zentimeter und 10000 Zentimetern aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine photovoltaische Vorrichtung 10 länglich sein, wie in 3 dargestellt. Wie in 3 dargestellt, ist eine längliche photovoltaische Vorrichtung 10 eine, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Längenabmessung 1 und eine Breitenabmessung d aufweist. In einigen Ausführungsformen einer länglichen photovoltaischen Vorrichtung 10 überschreitet die Längenabmessung l die Breitenabmessung d um mindestens einen Faktor 4, mindestens einen Faktor 5 oder mindestens einen Faktor 6. In einigen Ausführungsformen ist die Längenabmessung l der länglichen photovoltaischen Vorrichtung 10 Zentimeter oder größer, 20 Zentimeter oder größer, 100 Zentimeter oder größer. In einigen Ausführungsformen ist die Breitenabmessung d der länglichen photovoltaischen Vorrichtung 10 eine Breite von 500 Millimetern oder mehr, 1 Zentimetern oder mehr, 2 Zentimetern oder mehr, 5 Zentimetern oder mehr oder 10 Zentimetern oder mehr.
  • Die Solarzellen 12 der photovoltaischen Vorrichtungen 10 können auf verschiedenen Arten hergestellt werden und weisen verschiedene Dicken auf. Die Solarzellen 12, die hierin beschrieben werden, können sogenannte Dickfilmhalbleiterstrukturen oder sogenannte Dünnfilmhalbleiterstrukturen sein.
  • In einigen Ausführungsformen weist ein Behälter 25 eine Länge l auf, die im Vergleich zum Durchmesser d seines Querschnitts groß ist. In einigen Ausführungsformen weist ein Be hälter 25 eine Länge zwischen 1 cm und 50000 cm und eine Breite zwischen 1 cm und 50000 cm auf. In einigen Ausführungsformen weist ein Behälter 25 eine Länge l zwischen 10 cm und 1000 cm und eine Breite zwischen 10 cm und 1000 cm auf. In einigen Ausführungsformen weist ein Behälter eine Länge zwischen 40 cm und 500 cm und eine Breite d zwischen 40 cm und 500 cm auf. In einigen Ausführungsformen ist ein Behälter 25 so dimensioniert, dass er ein Behältervolumen von mindestens einem Kubikzentimeter, mindestens 10 Kubikzentimetern, mindestens 20 Kubikzentimetern, mindestens 30 Kubikzentimetern, mindestens 50 Kubikzentimetern, mindestens 100 Kubikzentimetern oder mindestens 1000 Kubikzentimetern aufweist.
  • 1.5 Exemplarische Ausführungsformen
  • Ein Aspekt der Offenbarung stellt eine photovoltaische Vorrichtung bereit, die aufweist: (i) ein äußeres transparentes Gehäuse, (ii) ein Substrat, wobei das Substrat und das äußere transparente Gehäuse ein Innenvolumen definieren, (iii) mindestens eine auf dem Substrat angeordnete Solarzelle, (iv) eine Füllmittelschicht, die die mindestens eine Solarzelle innerhalb des Innenvolumens abdichtet, (v) einen Behälter innerhalb des Innenvolumens. Der Behälter ist konfiguriert, sein Volumen zu vermindern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch ausdehnt, und sein Volumen zu vergrößern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch kontrahiert. In einigen Fällen weist der Behälter einen abgedichteten Behälter mit mehreren Rippen auf. In einigen Fällen ist jede Rippe der mehreren Rippen gleichmäßig beabstandet. In einigen Fällen sind Rippen der mehreren Rippen nicht gleichmäßig beabstandet. In einigen Fällen besteht der Behälter aus flexiblem Kunststoff oder dünnem schmiedbaren Metall.
  • In einigen Ausführungsformen weist der Behälter ein Behältervolumen von mindestens einem Kubikzentimeter, mindestens 30 Kubikzentimetern oder mindestens 100 Kubikzentimetern auf. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter eine Öffnung auf, die durch eine gefederte Dichtung abgedichtet ist. In einigen Fällen weist der Behälter eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung auf. In solchen Ausführungsformen ist die erste Öffnung durch eine erste gefederte Dichtung abgedichtet, und die zweite Öffnung ist durch eine zweite gefederte Dichtung abgedichtet.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Behälter ein Ballon. In einigen Ausführungsformen besteht der Behälter aus Gummi, Latex, Chloropren oder einem Nylongewebe. In einigen Ausführungsformen weist der Behälter eine längliche sternförmige Form auf. In einigen Ausführungsformen besteht der Behälter aus gebürstetem Metall. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat planar, und der Behälter ist in der Füllmittelschicht versenkt. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat zylindrisch, und der Behälter ist in der Füllmittelschicht zwischen einer Solarzelle der mindestens einen Solarzelle und dem äußeren transparenten Gehäuse versenkt. In einigen Ausführungsformen ist das äußere transparente Gehäuse röhrenförmig und verkapselt das Substrat. In einigen Ausführungsformen weist das Substrat einen hohlen Kern auf und der Behälter ist im hohlen Kern ausgebildet. In einigen Ausführungsformen weist die Füllmittelschicht einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 250 × 10–6/°C oder mehr als 500 × 10–6/°C auf.
  • In einigen Ausführungsformen weist eine Solarzelle in der mindestens einen Solarzelle ein leitfähiges Material, das auf dem Substrat angeordnet ist, einen Halbleiterübergang, der auf dem leitfähigen Material angeordnet ist, und eine transparente leitfähige Schicht auf, die auf dem Halbleiterübergang angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen weist der Halbleiterübergang einen Homoübergang, einen Heteroübergang, einen Heterogrenzflächen-Übergang, einen eingebetteten Homoübergang, einen p-i-n-Übergang oder einen Tandemübergang auf. In einigen Ausführungsformen weist der Halbleiterübergang eine Absorberschicht und eine Übergangspartnerschicht auf, wobei die Übergangspartnerschicht auf der Absorberschicht angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen besteht die Absorberschicht aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, und die Übergangspartnerschicht besteht aus In2Se3, In2S3, ZnS, ZnSe, CdInS, CdZnS, ZnIn2Se4, Zn1-xMgxO2, CdS, SnO2, ZnO, ZrO2 oder dotiertem ZnO.
  • In einigen Ausführungsformen weist die photovoltaische Vorrichtung ferner eine Antireflexbeschichtung auf, die auf dem äußeren transparenten Gehäuse angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen weist die Antireflexbeschichtung MgF2, Siliziumnitrat, Titannitrat, Siliziummonoxid oder Siliziumoxidnitrit auf. In einigen Ausführungsformen weist das Substrat Kunststoff oder Glas auf. In einigen Ausführungsformen weist das Substrat Metall oder eine Metalllegierung auf. In einigen Ausführungsformen weist die photovoltaische Vorrichtung ferner einen oder mehrere zusätzliche Behälter auf, und jeder jeweilige Behälter des einen oder der mehreren zusätzlichen Behälter befindet sich innerhalb des Innenvolumens.
  • In einigen Ausführungsformen weist die mindestens eine Solarzelle mehrere Solarzellen auf, die auf dem Substrat monolithisch integriert sind. In einigen Ausführungsformen ist eine erste Solarzelle der mehreren Solarzellen mit einer zweiten Solarzelle der mehreren Solarzellen elektrisch in Reihe geschaltet. In einigen Ausführungsformen ist eine erste Solarzelle der mehreren Solarzellen zu einer zweiten Solarzelle der mehreren Solarzellen elektrisch parallel geschaltet.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Behälter zwischen einem ersten, thermisch ausgedehnten Zustand der Füllmittelschicht und einem zweiten, thermisch kontrahierten Zustand der Füllmittelschicht einer Reduzierung des Behältervolumens von bis zu fünf Prozent, bis zu zehn Prozent, bis zu zwanzig Prozent oder bis zu vierzig Prozent ausgesetzt.
  • Ein Aspekt der Offenbarung stellt eine photovoltaische Vorrichtung bereit, die aufweist: (i) ein äußeres transparentes Gehäuse, (ii) ein Substrat, wobei das Substrat und das äußere transparente Gehäuse ein Innenvolumen definieren, (iii) mindestens eine auf dem Substrat angeordnete Solarzelle, (iv) eine Füllmittelschicht, die die mindestens eine Solarzelle innerhalb des Innenvolumens abdichtet, und (v) einen Behälter innerhalb des Innenvolumens, wobei der Behälter einen abgedichteten Behälter mit mehreren Rippen aufweist, und wobei der Behälter konfiguriert ist, das Behältervolumen zu vermindern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch ausdehnt, und das Behältervolumen zu vergrößern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch kontrahiert.
  • Ein anderer Aspekt der Offenbarung weist auf: (i) ein äußeres transparentes Gehäuse, (ii) ein Substrat, wobei das Substrat und das äußere transparente Gehäuse ein Innenvolumen definieren, (iii) mindestens eine auf dem Substrat angeordnete Solarzelle, (iv) eine Füllmittelschicht, die die mindestens eine Solarzelle innerhalb des Innenvolumens abdichtet, (v) einen Behälter innerhalb des Innenvolumens, wobei der Behälter eine erste Öffnung aufweist, die durch eine gefederte Dichtung abgedichtet ist, und wobei der Behälter konfiguriert ist, das Behältervolumen zu vermindern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch ausdehnt, und das Behältervolumen zu vergrößern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch kontrahiert.
  • Ein anderer Aspekt der Offenbarung weist eine photovoltaische Vorrichtung auf, die aufweist: (i) ein äußeres transparentes Gehäuse, (ii) ein Substrat, wobei das Substrat und das äußere transparente Gehäuse ein Innenvolumen definieren, (iii) mindestens eine auf dem Substrat angeordnete Solarzelle, (iv) eine Füllmittelschicht, die die mindestens eine Solarzelle innerhalb des Innenvolumens abdichtet, und (v) einen Behälter innerhalb des Innenvolumens, wobei der Behälter eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, wobei die erste Öffnung durch eine erste gefederte Dichtung abgedichtet ist und die zweite Öffnung durch eine zweite gefederte Dichtung abgedichtet ist. Der Behälter ist konfiguriert, das Behältervolumen zu vermindern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch ausdehnt, und das Behältervolumen zu vergrößern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch kontrahiert.
  • Noch ein anderer Aspekt der Offenbarung weist auf: (i) ein äußeres transparentes Gehäuse, (ii) ein Substrat, wobei das Substrat und das äußere transparente Gehäuse ein Innenvolumen definieren, (iii) mindestens eine auf dem Substrat angeordnete Solarzelle, (iv) eine Füllmittelschicht, die die mindestens eine Solarzelle innerhalb des Innenvolumens abdichtet, und (v) einen Behälter innerhalb des Innenvolumens, wobei der Behälter ein Ballon ist, der konfiguriert ist, das Behältervolumen zu vermindern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch ausdehnt, und das Behältervolumen zu vergrößern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch kontrahiert.
  • Noch ein anderer Aspekt der Offenbarung weist auf: eine photovoltaische Vorrichtung, die aufweist: (i) ein äußeres transparentes Gehäuse, (ii) ein Substrat, wobei das Substrat und das äußere transparente Gehäuse ein Innenvolumen definieren, (iii) mindestens eine auf dem Substrat angeordnete Solarzelle, (iv) eine Füllmittelschicht, die die mindestens eine Solarzelle innerhalb des Innenvolumens abdichtet, und (v) einen Behälter innerhalb des Innenvolumens. Der Behälter weist eine längliche sternförmige Form auf und ist konfiguriert, das Behältervolumen zu vermindern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch ausdehnt, und das Behältervolumen zu vergrößern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch kontrahiert.
  • Zitierte Verweisquellen und Abschluss
  • Alle hierin zitierten Verweisquellen sind hierin in ihrer Gesamtheit durch Verweis und praktisch in demselben Ausmaß eingebunden, als wäre angegeben, dass jede einzelne Offenlegung oder jedes einzelne Patent oder jede einzelne Patentanmeldung spezifisch und einzeln durch Verweis in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke eingebunden sind.
  • Es können viele Modifikationen und Variationen dieser Erfindung vorgenommen werden, ohne ihren Geist und Rahmen zu verlassen, was Fachleuten offensichtlich sein wird. Die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen werden nur beispielhaft angeführt, und die Erfindung soll nur durch den Wortlaut der beigefügten Ansprüche zusammen mit dem gesamten Rahmen von Äquivalenten begrenzt werden, auf die solche Ansprüche einen Anspruch haben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (42)

  1. Photovoltaische Vorrichtung, umfassend: a) ein äußeres transparentes Gehäuse; b) ein Substrat, wobei das Substrat und das äußere transparente Gehäuse ein Innenvolumen definieren; c) mindestens eine auf dem Substrat angeordnete Solarzelle; d) eine Füllmittelschicht, die eine Füllmittelzusammensetzung umfasst, die die mindestens eine Solarzelle innerhalb des Innenvolumens abdichtet; und e) einen ersten Behälter innerhalb des Innenvolumens; wobei der erste Behälter konfiguriert ist: das Behältervolumen zu vermindern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch ausdehnt, und das Behältervolumen zu vergrößern, wenn sich die Füllmittelschicht thermisch kontrahiert.
  2. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Behälter einen abgedichteten Behälter mit mehreren Rippen aufweist.
  3. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei jede Rippe der mehreren Rippen auf einer Oberfläche des ersten Behälters gleichmäßig beabstandet ist.
  4. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei Rippen der mehreren Rippen auf einer Oberfläche des ersten Behälters nicht gleichmäßig beabstandet sind.
  5. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der erste Behälter aus einem Kunststoff oder einem Metall besteht.
  6. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der erste Behälter ein Behältervolumen von mindestens einem Kubikzentimeter aufweist.
  7. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der erste Behälter eine erste Öffnung aufweist und wobei die erste Öffnung durch eine gefederte Dichtung abgedichtet ist.
  8. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der erste Behälter eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, wobei die erste Öffnung durch eine erste gefederte Dichtung abgedichtet ist; und die zweite Öffnung durch eine zweite gefederte Dichtung abgedichtet ist.
  9. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der erste Behälter ein Ballon ist.
  10. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, wobei der erste Behälter aus Gummi, Latex, Chloropren oder einem Nylongewebe besteht.
  11. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10, wobei der erste Behälter eine längliche sternförmige Form aufweist.
  12. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, oder 11, wobei der erste Behälter aus gebürstetem Metall besteht.
  13. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, wobei das Substrat planar ist und der erste Behälter in der Füllmittelschicht versenkt ist.
  14. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, wobei das Substrat nicht planar ist und der erste Behälter in der Füllmittelschicht zwischen einer Solarzelle der mindestens einen Solarzelle und dem äußeren transparenten Gehäuse versenkt ist.
  15. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14, wobei das äußere transparente Gehäuse röhrenförmig ist und das Substrat verkapselt.
  16. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–15, wobei das Substrat einen hohlen Kern aufweist und der erste Behälter im hohlen Kern ausgebildet ist.
  17. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–16, wobei die Füllmittelzusammensetzung einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 250 × 10–6/°C aufweist.
  18. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–17, wobei eine Solarzelle in der mindestens einen Solarzelle umfasst: ein leitfähiges Material, das auf dem Substrat angeordnet ist; einen Halbleiterübergang, der auf der Gesamtheit oder einem Abschnitt des leitfähigen Materials angeordnet ist; und eine transparente leitfähige Schicht, die auf der Gesamtheit oder einem Abschnitt des Halbleiterübergangs angeordnet ist.
  19. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Halbleiterübergang einen Homoübergang, einen Heteroübergang, ein Heterogrenzflächen-Übergang, einen eingebetteten Homoübergang, einen p-i-n-Übergang oder einen Tandemübergang umfasst.
  20. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Halbleiterübergang eine Absorberschicht und eine Übergangspartnerschicht aufweist, wobei die Übergangspartnerschicht an der Absorberschicht angeordnet ist.
  21. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Absorberschicht Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid ist und die Übergangspartnerschicht aus In2Se3, In2S3, ZnS, ZnSe, CdInS, CdZnS, ZnIn2Se4, Zn1-xMgxO, CdS, SnO2, ZnO, ZrO2 oder dotiertes ZnO ist.
  22. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–21, die ferner eine Antireflexbeschichtung umfasst, die auf dem äußeren transparenten Gehäuse angeordnet ist.
  23. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Antireflexbeschichtung MgF2, Siliziumnitrat, Titannitrat, Siliziummonoxid oder Siliziumoxidnitrid umfasst.
  24. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–23, wobei das Substrat Kunststoff oder Glas umfasst.
  25. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–23, wobei das Substrat ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst.
  26. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–25, die ferner einen oder mehrere zusätzliche Behälter umfasst, und wobei sich jeder jeweilige Behälter des einen oder der mehreren zusätzlichen Behälter innerhalb des Innenvolumens befindet.
  27. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–26, wobei die mindestens eine Solarzelle mehrere Solarzellen umfasst, die auf dem Substrat monolithisch integriert sind.
  28. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei eine erste Solarzelle der mehreren Solarzellen mit einer zweiten Solarzelle der mehreren Solarzellen elektrisch in Reihe geschaltet ist.
  29. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei eine erste Solarzelle der mehreren Solarzellen mit einer zweiten Solarzelle der mehreren Solarzellen elektrisch parallel geschaltet ist.
  30. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–29, wobei der erste Behälter einer Reduzierung des Behältervolumens von bis zu fünf Prozent zwischen (i) wenn sich die Füllmittelschicht in einem ersten, thermisch ausgedehnten Zustand befindet, und (ii) wenn sich die Füllmittelschicht in einem zweiten, thermisch kontrahierten Zustand befindet, ausgesetzt ist.
  31. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–29, wobei der erste Behälter einer Reduzierung des Behältervolumens von bis zu vierzig Prozent zwischen (i) wenn sich die Füllmittelschicht in einem ersten, thermisch ausgedehnten Zustand befindet, und (ii) wenn sich die Füllmittelschicht in einem zweiten, thermisch kontrahierten Zustand befindet, ausgesetzt ist.
  32. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–31, wobei das Substrat oder das äußere transparente Gehäuse steif ist.
  33. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–32, wobei das Substrat oder das äußere transparente Gehäuse aus einem linearen Material besteht.
  34. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–33, wobei das Substrat oder das äußere transparente Gehäuse einen Youngschen Modul von 40 GPa oder mehr aufweist.
  35. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–34, wobei sich der erste Behälter unter weniger als 500 Torr Druck befindet.
  36. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–35, wobei der erste Behälter ein Edelgas enthält.
  37. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat planar ist.
  38. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Solarzelle umfänglich auf dem Substrat angeordnet ist.
  39. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–38, wobei die photovoltaische Vorrichtung länglich ist.
  40. Photovoltaische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat durch einen Querschnitt gekennzeichnet ist, der eine Begrenzungsform aufweist, wobei die Begrenzungsform kreisförmig, elliptisch, ein Polygon, eiförmig ist, oder wobei die Begrenzungsform durch eine oder mehrere glatte gekrümmte Oberflächen oder eine oder mehrere gekrümmte Kanten gekennzeichnet ist.
  41. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–40, wobei die Füllmittelschicht ein Gel ist.
  42. Photovoltaische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–40, wobei die Füllmittelschicht eine Flüssigkeit ist.
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