具有串联连接的薄层太阳能模块和用于串联连接薄层太阳能电池单元的方法技术

本发明专利技术涉及一种具有串联连接的薄层太阳能模块（1），其至少包括：a)被结构化线PR划分为区域的背电极层（3），b）布置在背电极层（3）上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层（4），以及c）布置在光敏半导体层（4）的与背电极层（3）相对置的侧上并且被结构化线PF划分为区域的前电极层（5），其中前电极层（5）的区域与背电极层（3）的相邻区域经由结构化线PA以串联连接而电连接，并且具有凸起（7.10）和棱边（7.11）的结构化线PR和具有凸起（7.20）和棱边（7.21）的结构化线PA被彼此构造为，使得通过在光敏半导体层（4）中产生的电流通过前电极层（5）的减小的平均路段而减小欧姆损耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有串联连接的薄层太阳能模块和用于串联连接薄层太阳能电池单元的方法
本专利技术涉及一种具有串联连接的薄层太阳能模块以及一种用于将薄层太阳能电池单元串联连接成薄层太阳能模块的方法。
技术介绍
用于将太阳辐射直接转换为电能的光伏层系统充分已知。这些层的材料和布置被协调为，使得入射的辐射被一个或多个半导体层以尽可能高的辐射输出率直接转换为电流。光伏的和平面伸展的层系统被称为太阳能电池单元。太阳能电池单元在所有情况下都包含半导体材料。为了提供足够的机械强度而需要载体衬底的太阳能电池单元被称为薄层太阳能电池单元。基于物理特性和工艺可操纵性，具有非晶、微晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、铜-铟-（镓）-硒化物-硫化物（Cu(In,Ga)(S,Se)2）、铜-锌-锡-磺基-硒化物（来自锌黄锡矿族的CZTS）以及有机半导体的薄层系统特别适合于太阳能电池单元。戊烯（pentenär）半导体Cu(In,Ga)(S,Se)2属于黄铜矿半导体族，该黄铜矿半导体通常称为CIS（铜铟二硒化物或硫化物）或CIGS（铜铟镓二硒化物，铜铟镓二硫化物，或铜铟镓二硫硒化物）。S在CIGS缩写中可以代表硒、硫或两种硫族元素的混合物。用于薄层太阳能电池单元的已知载体衬底包含无机玻璃、聚合物、金属或金属合金，并且可以依据层厚和材料特性被构成为刚性板或可弯曲薄膜。基于广泛可用的载体衬底和简单的整体串联连接，可以成本低廉地制造薄层太阳能电池单元的大面积装置。多个太阳能电池单元的电路称为光伏模块或太阳能模块。太阳能电池单元的电路在已知的耐天气变化的结构中被持久地保护以免遭环境影响。通常，低铁的钠钙玻璃和增附性聚合物薄膜与太阳能电池单元连接成耐天气变化的光伏模块。所述光伏模块可以经由连接插座绑定到多个光伏模块的电路中。光伏模块的电路经由已知的功率电子器件与公共的供应网络或自给自足的电能供应装置连接。在薄层太阳能模块的串联连接中，一般采用集成的串联连接。在集成的串联连接中，将活性电池单元面划分为纵向条，这些纵向条分别是单个的薄层太阳能电池单元。各个薄层太阳能电池单元在其纵向棱边处分别与相邻的电池单元串联连接。在此，背电极层、光敏半导体层和前电极层通过结构化线PR、PA、PF划分，并且第一区域的背电极层经由第二结构化线PA与邻接的区域的前电极层连接。在实践中已经表明，单个薄层太阳能电池单元的效率随着太阳能电池单元宽度的增加而下降。为了限制太阳能模块的损耗，单个太阳能电池单元的宽度可以根据所使用的电池单元结构在CIS太阳能模块的情况下不超过大约1cm，或在非晶硅太阳能模块的情况下不超过1cm至1.5cm。具有较大宽度的各个太阳能电池单元的薄层太阳能模块由于其小的电压和较高的电流而对特定的应用是有利的，例如对于电池的充电是有利的。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，在各个薄层太阳能电池单元加宽的情况下——这等于是每模块面减少数量的串联连接的单太阳能电池单元——提供具有更高效率的改善的薄层太阳能模块。本专利技术的任务根据本专利技术通过根据权利要求1所述的具有串联连接的薄层太阳能模块解决。优选的实施由从属权利要求得知。此外，本专利技术包括一种用于将薄层太阳能电池单元串联连接成薄层太阳能模块的方法。本专利技术的方法的应用由其它权利要求得知。单个薄层太阳能电池单元基本上由三层组成：在背离光的侧上的背电极层、前电极层以及位于它们之间的光敏半导体层。通过光入射而生成的电流流动在一个太阳能电池单元内垂直于三个结构化线PR、PA、PF地在前电极层中被收集，被引导至第二结构化线PA，并且从那里向下被转发至相邻电池单元的背电极层。该设计的基本特性是在前电极层内在串联连接的方向上强烈升高的电流密度，或在背电极层中下降的电流密度。与一般由高度导电的金属组成的背电极层相比，前电极层具有为至多1/2、但是大多至多为1/100至1/10的电导率。这是由于根据前电极层的高光学透明度的要求而决定的，这种高光学透明度仅在薄的、不是太强烈掺杂的前电极层情况下给出。由前电极层的低电导率决定地，发生显著的欧姆损耗，这种欧姆损耗在与太阳能电池单元横向方向上非线性地升高。虽然在太阳能电池单元宽度强烈减小的情况下，欧姆损耗被减小，但是由此活性面处的损耗升高，这是由结构化线PR、PA、PF的数量升高并且随之而来的非活性面部分的数量升高而引起的。由此在给定太阳能模块宽度的情况下，各个太阳能电池单元的数量不能在广的范围中被改变，并且因此太阳能模块的总电压不能在光的范围中被改变。由此在给定光敏半导体层和前电极层的光电子特性的情况下电池单元的最佳宽度wopt固定在相当窄的界限内。对该问题的本专利技术的解决方案在于将金属背电极层的足够的现有电导率用于支持通常必须由前电极层接管的电流流动。为此单个太阳能电池单元的形状不被构造为精确的矩形，而是在纵向棱边处具有凸起，在所述凸起中电流流动从弱导电的前电极层经由以特别的铸造制造的第二结构化线PA通过背电极层接管。电流收集所需要的、在前电极层内的平均路段由此可以被减小。因此得到更小的串联电阻损耗和在薄层太阳能模块电特性的塑造方面新的自由度。在给定衬底格式的情况下，单个太阳能电池单元的数量以及由此太阳能模块的电压/电流比几乎可被自由选择。尤其是对于用于通过光伏模块对电池充电的应用来说这是决定性的前提条件。但是在其它应用的情况下有利的还有，采用具有更小电压和更高电流的模块，以例如能够在大的光伏设备内配置更长的串联连接的太阳能电池单元链。因此，根据本专利技术的在衬底上的具有串联连接的薄层太阳能模块至少包括：•被结构化线PR划分的背电极层，•布置在背电极层上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层，以及•布置在光敏半导体层的与背电极层相对置的侧上并且借助于结构化线PF划分的前电极层。经由结构化线PA对相邻单电池单元的前电极层和背电极进行电连接。此外，具有凸起和棱边的结构化线PR和具有凸起和棱边的第二结构化线PA被彼此构造为，使得在光敏半导体层内产生的电流通过前电极层的平均路段被减小。在本专利技术意义上的棱边是结构化线PA、PR或PF的不包括凸起的片段。本专利技术的薄层太阳能模块可以以所谓的衬底配置或所谓的覆板配置（Superstratekonfiguation）构建。在这两种配置中，在绝缘板状材料上实现由多个薄的半导体的和金属的层组成的结构。在衬底配置中具有串联连接的本专利技术薄层太阳能模块的有利构型至少包括：•布置在衬底上并且被结构化线PR划分的背电极层，•布置在背电极层上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层，以及•布置在光敏半导体层上的前电极层，其中至少前电极层被结构化线PF划分为区域并且第一区域的前电极层以串联连接与第二区域的背电极层连接，其中具有凸起和棱边的结构化线PR和具有凸起和棱边的结构化线PA被相互构造为，使得在光敏半导体层中产生的电流通过前电极层的平均路段被减小。在本专利技术的薄层太阳能模块的优选构型中，前电极层和光敏半导体层被结构化线PF划分为区域。衬底在此例如由具有相对小的透光性的玻璃制成，其中同样也可以采用其它具有期望强度和针对所执行的过程步骤的惰性特性的电绝缘材料。高度导电的背电极层例如包含如钼（Mo）、铝（Al）、铜（Cu）或钛（Ti）的金属并且例如可以通过蒸发或者通过磁场辅助的阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有串联连接的薄层太阳能模块（1），至少包括：•被结构化线PR划分为区域BR的背电极层（3），•布置在背电极层（3）上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层（4），以及•布置在光敏半导体层（4）的与背电极层（3）相对置的侧上并且被结构化线PF划分为区域BF的前电极层（5），其中前电极层（5）的区域BF与背电极层（3）的相邻区域BR经由结构化线PA以串联连接而电连接，并且具有凸起（7.10）和棱边（7.11）的结构化线PR和具有凸起（7.20）和棱边（7.21）的结构化线PA被彼此构造为，使得通过在光敏半导体层（4）中产生的电流通过前电极层（5）的减小的平均路段而减小欧姆损耗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.19 EP 11181769.81.具有串联连接的薄层太阳能模块（1），至少包括：•被结构化线PR划分为区域BR的背电极层（3），•布置在背电极层（3）上并且被结构化线PA划分的光敏半导体层（4），以及•布置在光敏半导体层（4）的与背电极层（3）相对置的侧上并且被结构化线PF划分为区域BF的前电极层（5），其中薄层太阳能模块（1）具有纵向（L）和横向（Q），其中结构化线PR、PA和PF沿着纵向（L）延伸，其中前电极层（5）的区域BF与背电极层（3）的相邻区域BR经由结构化线PA以串联连接而电连接，其中结构化线PR分别配备有凸起（7.10）和凸起（7.10）之间的直线片段（7.11），其中所述凸起（7.10）垂直于结构化线PR的延伸方向地凸出并且所述直线片段（7.11）在结构化线PR的延伸方向上伸展，以及其中结构化线PA分别配备有凸起（7.20）和凸起（7.20）之间的直线片段（7.21），其中所述凸起（7.20）垂直于结构化线PA的延伸方向地凸出并且所述直线片段（7.21）在结构化线PA的延伸方向上伸展，以及其中具有凸起（7.10）和直线片段（7.11）的结构化线PR和具有凸起（7.20）和直线片段（7.21）的结构化线PA被彼此构造为，使得通过在光敏半导体层（4）中产生的电流通过前电极层（5）的减小的平均路段而减小欧姆损耗。2.根据权利要求1所述的薄层太阳能模块（1），其中所述结构化线PF分别被构造为有凸起（7.30）和凸起（7.10）之间的直线片段（7.31），其中所述凸起（7.30）垂直于结构化线PF的延伸方向地凸出并且所述直线片段（7.30）在结构化线PF的延伸方向上伸展。3.根据权利要求1或2所述的薄层太阳能模块（1），其中结构化线PR、结构化线PR和PA或结构化线PR、PA和PF的凸起（7.10，7.20，7.30）被构造为通向尖端的。4.根据权利要求1或2所述的薄层太阳能模块（1），其中结构化线PR、PA或PF中的至少一个的凸起（7.10，7.20或7.30）被构造为三角形的。5.根据权利要求1或2所述的薄层太阳能模块（1），其中结构化线PA的凸起（7.20）被构造为线形或矩形的。6.根据权利要求1或2所述的薄层太阳能模块（1），其中相邻结构化线PR、PA和PF的凸起（7.10，7.20，7.30）至少平行地并排构造。7.根据权利要求1或2所述的薄层太阳能模块（1），其中背电极层（3）具有比前电极层（5）低的面电阻。8.根据权利要求1或2所述的薄层太阳能模块（1），其中背电极层（3）具有是前电极层（5）的1/10的面电阻。9.根据权利要求1或2所述的薄层太阳能模块（1），其中背电极层（3）具有是前电极层（5）的1/100的面电阻。10.根据权利要求1或2所述的薄层太阳能模块（1），其中结构化线PR的凸起（7.10）至相邻区域的结构化线PF的最小距离d小于或等于为5mm至15mm的最佳电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：F卡格，
申请(专利权)人：法国圣戈班玻璃厂，
类型：发明
国别省市：法国;FR