半透明薄膜太阳能模块制造技术

本发明专利技术涉及一种具有基板（2）和施加在其上的层结构（3）的薄膜太阳能模块（1），层结构（3）包括后电极层（5）、前电极层（8）和布置在后电极层（5）和前电极层（8）之间的吸收涂层（6），其中通过图案化区（14）在层结构（3）中形成串联连接的太阳能电池（11），其中至少一个太阳能电池（11）具有一个或多个光学透明区（18），一个或多个光学透明区（18）在每种情况下是无后电极层的，其中一个或多个光学透明区（18）被实现为使得太阳能电池（11）的后电极层（5）是连续的。

Translucent thin film solar module

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半透明薄膜太阳能模块在开放空间系统中，可以观察到太阳能模块中的大的增长；然而，在建筑物集成设置中的应用当前仍然以小得多的规模在进展。鉴于朝着分散式能量解决方案的增强的努力，真正的需求正在发展成能够也使用外观表面以用于光伏发电。出于建筑和结构工程的原因，平坦不透明太阳能模块和透光的太阳能模块都是对于集成到建筑物中所必需的。太阳能模块的总面积上平均的对可见光的渗透率在从5%到50%（光学半透明）的范围内是可期望的，以便在一方面具有充足的电功率，并且在另一个方面确保足够的光透射率。对于半透明太阳能模块的其它应用领域为消声壁（道路、铁路）、室外区块（area）中的隐私屏障或用于温室的壁。与晶体硅技术（C-Si）（其中，太阳能电池原则上只能被实现为不透明的）形成对照，薄膜太阳能电池具有以下优点：作为单片串联连接的结果，电和光学活性区块以及围绕的消极区域可以被非常灵活地设计。此外，与利用基于非晶硅的吸收涂层相比，通过基于黄铜矿的吸收涂层可以实现显著更高的效率水平。薄膜太阳能电池制造中的工艺技术的一个特性是全表面涂层和局部去涂层的顺序执行，其中，例如，为了制造太阳能电池，将不同的层直接施加到载体基板上，该载体基板在将这些层图案化到前侧透明覆盖层之后被胶合（“层压”）以形成耐候稳定的（weathering-stable）复合物。借助于全表面涂层和局部去涂层的方式避免了如微电子技术中通常的掩模工艺。对于大型薄膜太阳能模块，掩模工艺是非常成本密集且耗时的。直到现在，主要已使用薄膜硅作为用于吸收涂层的起始材料以用于制造半透明模块，特别是结合透明的前电极和透明的后电极。为此，已经将吸收涂层制作得如此薄，使得整个层系统对于红外和红色波长范围内的电磁辐射是透明的。然而，作为薄的吸收涂层的结果，产生不期望的滤色器效果。形成对照，本专利技术的目的在于有利地改进现有技术中已知的半透明薄膜太阳能模块以及它们的制造，其中所述模块应具有在可见光范围内有显著透明度的相对大的光学活性区块。而且，这些模块应当是视觉上吸引人的，并且特别地，不具有滤色器效果。根据本专利技术的提议，通过半透明薄膜太阳能模块以及根据并列权利要求的用于其制造的方法来实现这些和其他目的。通过从属权利要求的特征来指示本专利技术的有利实施例。在本专利技术的上下文中，术语“透明度”是指至少85%的可见光透射率。典型地，可见光在从380nm至780nm的波长范围内。术语“不透明度”是指小于5%的可见光透射率。因此，太阳能电池的光学透明区具有在从85%至100%的范围内的可见光透射率；不透明区具有在从0%（完全不透明）至小于5%的范围内的可见光透射率。术语“半透明”指的是在5%到小于85%的范围内的可见光透射率。在本专利技术的上下文中，术语“半透明”与在薄膜太阳能模块的所有太阳能电池的整个面积上平均的可见光透射率结合使用，换句话说，期望的半透明由对薄膜太阳能模块的所有太阳能电池上的不透明和光学透明区域的光学透射率进行平均引起。根据本专利技术，呈现了一种具有集成的串联连接的太阳能电池的半透明薄膜太阳能模块。与术语“半透明”的以上定义一致，薄膜太阳能模块具有太阳能电池的（光学）不透明和光学透明区域，其中太阳能电池的半透明是在所有太阳能电池的整个面积上平均可见光透射率的结果。薄膜太阳能模块的（半）透明可以通过测量布置来以简单的方式确定，其中，例如，白色光源（可见光源）布置在薄膜太阳能模块的一侧上，而可见光的检测器布置在薄膜太阳能模块的另一侧上。这里必要的是，检测器可以（例如，同时）检测穿过薄膜太阳能模块的所有太阳能电池的光，以便能够对在太阳能电池的整个面积上的薄膜太阳能模块的光学透明度进行平均。根据本专利技术的薄膜太阳能模块包括具有层结构的基板，所述层结构具有用于光伏能量生成的太阳能电池的单片集成的串联连接。与术语“薄膜太阳能模块”的通常使用一致，它是指具有层结构的模块，该层结构具有例如几微米的低厚度，使得需要载体基板以用于足够的机械稳定性。载体基板可以例如由无机玻璃、塑料或金属制成（特别是由金属合金制成），并且可以依赖于相应的层厚度和特定材料性质被设计为刚性板或柔性膜。本专利技术涉及基板配置中的薄膜太阳能模块以及上覆层配置中的薄膜太阳能模块两者，其中，为了制造太阳能电池，将所述层结构施加在面向光入射侧的基板表面上，在所述覆层配置中，基板是透明的并且所述层结构被施加在背向光入射侧的基板表面上。以本身已知的方式，层结构包括后电极层、前电极层和布置在后电极和前电极层之间的光伏活性吸收涂层。优选地，吸收涂层由黄铜矿化合物制成，其是例如来自铜铟/二硫化镓/二硒化物（Cu（In，Ga）（S，Se）2）的I-III-VI半导体，例如铜铟二硒化物（CuInSe2或CIS）或相关化合物。吸收涂层典型地是不透明的，或者如果其非常薄，则至少是频率选择性透明的，使得一般而言，发生某种滤色器效果或滤频器效果。后电极层典型地是不透明的。前电极层典型地是光学透明的，特别是在基板配置中的薄膜太阳能模块的情况下，因为必须实现光到层结构的通过。在层结构中，常规地借助于图案化区来形成集成的串联连接的太阳能电池。因此，至少后电极层由第一图案化线P1细分成区段，这些区段形成太阳能电池的后电极。另外，至少吸收涂层由第二图案化线P2细分成区段，这些区段在每种情况下都是与太阳能电池相关联的吸收涂层，且至少前电极层由第三图案化线P3细分成区段，这些区段形成太阳能电池的前电极。彼此相邻的太阳能电池经由第二图案化线P2彼此串联电连接，其中一个太阳能电池的前电极电连接到相邻太阳能电池的后电极，并且典型地但并非强制地直接接触它。一般而言，图案化线以顺序P1-P2-P3来布置。图案化区由第一至第三图案化线P1-P2-P3的直接序列形成。图案化区可以是例如线性的，特别是直线的。一般而言，图案化线以包括第一至第三图案化线P1-P2-P3的序列彼此平行地布置，并且例如平行于矩形或正方形模块的一个边缘而延展。例如，图案化线P1-P2-P3在每种情况下可以一直延伸到层结构的边缘。图案化线P1-P2-P3的延伸方向可被定义为模块或太阳能电池宽度；垂直于其的方向可以被定义为模块或太阳能电池长度。每个太阳能电池具有例如与层结构的宽度对应的宽度。与该术语的普遍使用一致，在本专利技术的上下文中，术语“太阳能电池”是指具有前电极层的区段（其形成太阳能电池的前电极）、吸收涂层的区段（其形成太阳能电池的光伏活性吸收涂层）和后电极层的区段（其形成太阳能电池的后电极）的层结构的区域（在下文中也称为“层区域”），并且由彼此直接相邻的两个图案化区来界定，在每种情况下都由图案化线P1-P2-P3组成。这通过类比而应用于模块的边缘区域中，其中，代替图案化区，存在用于电接触太阳能电池的串联连接的连接区段，使得太阳能电池由具有前电极、吸收涂层和后电极的层区域限定，所述太阳能电池位于图案化区和紧邻的连接区段之间。典型地，层区域沿着（一个或多个）相邻图案化区的完整的长度而延伸。每个图案化区形成光伏无活性（死）区，然而，形成对照，层区域具有（单个）光伏活性区并且是光伏活性的。每个图案化区形成光伏无活性（死）区，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有基板（2）和施加在其上的层结构（3）的薄膜太阳能模块（1），所述层结构（3）包括后电极层（5）、前电极层（8）和布置在所述后电极层和所述前电极层之间的吸收涂层（6），其中通过图案化区（14）在所述层结构（3）中形成串联连接的太阳能电池（11），其中至少一个太阳能电池（11）具有一个或多个光学透明区（18），所述一个或多个光学透明区（18）在每种情况下是无后电极层的，其中所述一个或多个光学透明区（18）被实现为使得所述太阳能电池（11）的所述后电极层（5）是连续的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 EP 17194092.71.具有基板（2）和施加在其上的层结构（3）的薄膜太阳能模块（1），所述层结构（3）包括后电极层（5）、前电极层（8）和布置在所述后电极层和所述前电极层之间的吸收涂层（6），其中通过图案化区（14）在所述层结构（3）中形成串联连接的太阳能电池（11），其中至少一个太阳能电池（11）具有一个或多个光学透明区（18），所述一个或多个光学透明区（18）在每种情况下是无后电极层的，其中所述一个或多个光学透明区（18）被实现为使得所述太阳能电池（11）的所述后电极层（5）是连续的。


2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述一个或多个光学透明区（18）不具有吸收涂层（6）。


3.根据权利要求1或2中的一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中至少一个光学透明区（18）至少部分地、特别是完全地由紧邻的边缘区（21）围绕，所述边缘区（21）不具有吸收涂层（6）但具有后电极层（5）。


4.根据权利要求3所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述光学透明区（18）的总面积与所述边缘区的总面积的比率大于1，优选地大于10。


5.根据权利要求1至4中的一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中多个太阳能电池（11）具有多个光学透明区（18）。


6.根据权利要求1至5中的一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中多个光学透明区（18）沿着至少一条假想线（19）而布置，特别是垂直于和/或平行于和/或倾斜于所述图案化区（14）而布置。


7.根据权利要求6所述的薄膜太阳能模块（1），其中多个光学透明区（18）沿着第一大组相互平行的线（19）而布置，并且多个光学透明区（18）沿着至少一个第二大组相互平行的线（19）而布置，其中所述第一大组的所述线（19）和所述第二大组的所述线（19）相对于所述图案化区（14）以彼此不同的角度而定向。


8.根据权利要求1至7中的一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述光学透明区（18）在每种情况下是线性的、点状的、圆盘形的或正方形的。


9.根据权利要求1至8中的一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述光学透明区（18）的总面积与所述太阳能电池（11）的总面积的比率在从5%至50%的范围内。


10.根据权利要求1至9中的一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述光学透明区（18）被布置成在至少一个太阳能电池（11）上方棋盘状分布。


11.用于制造根据权利要求1至10中的一项所述的薄膜太阳能模块（1）的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A海斯，J帕尔姆，H福格特，
申请(专利权)人：中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34